midas CFD动网格之重叠网格介绍

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重叠网格

Overset Mesh Analysis

动网格主要解决的是流场中存在运动部件的情况，例如转动的风扇、运行的车辆、搅拌器的工作过程、水流通过螺旋推进器、轴向涡轮叶片等类似的问题。

在NFX CFD中支持以下几种动网格模型：移动参考系、滑移网格、网格变形、重叠网格。其中前两种属于区域运动、后两种属于边界运动，本文将主要介绍重叠网格的功能介绍。

重叠网格又称为嵌套网格，是一种处理复杂外形网格布局的有效形式，因其网格生成的便利而得到了广泛的应用。对具有相对运动的复杂结构采用动态重叠网格非常便利，子域间的相对运动不需要网格变形，更不需要重新生成网格，只需要在子域定义其运动规律且子域间有相互重叠。例如，当以平行运动和旋转运动的组合来分析汽车周围的流动时，或者由于两个或多个搅拌器具有相对复杂的运动而引起的混合流动时，此时，可以通过对网格进行插值来分别生成移动物体周围的网格以进行重叠网格分析。

如图:叶轮旋转引起的流体运动，或已安装的搅拌器对罐内流体混合物的混合进行分析。

首先通过分离靠近旋转物体的区域和远离旋转物体的区域来设计单元网络，然后通过设置接触面使用滑动网格技术。在这种情况下可将靠近旋转物体的区域设置为移动参考系(MRF)。

但是,如果要分析具有复杂运动而不是简单离心旋转的对象周围的流动，或者要分析两个或多个对象具有不同相对运动的情况，则可以使用简单的滑动网格或移动参考系技术，在无法考虑时，可以通过使用重叠网络技术来分析。

如上图是应用于重叠网格技术进行分析的示例

随时间移动，重叠网格会自动与背景网格交换信息，并且当存在两个或多个网格时，网格之间也会发生信息交换。结果，以背景网格区域为有效计算区域来进行重叠网格分析。

原理

将实际发生流量分析的区域设置为背景单元网格，并将移动对象周围的单元网格设置为重叠网格。在这种情况下，自动发生信息交换的区域由重叠网格的最外面的节点组成，并且在参考值的节点中搜索了背景网格的所有区域。当执行涉及多个重叠网格的分析时，等级会在内部分配给重叠网格，等级低的重叠网格用作背景网格，用于等级高重叠网格。

插值的应用

在重叠网格分析的情况下，通常通过在背景网格和重叠网格之间相互应用插值表达式来交换信息。插值有两种形式。对于高级节点，未知数是从低级网格内插的，相反，对于低级节点，未知数是从高级网格中插值的。网格之间的插值以约束方程的形式应用于节点。

图中显示了节点之间通过约束方程式交换信息的关系

搜索插值节点

如上图，A的约束点，是重叠网格的最外节点。但是，如果有一个等级比自己高的单元网格，则不会给出约束方程式（A'）。另外，在重叠网格在背景网格的外侧情况下，在没有偏离的单元中判定最外侧的节点（A *）。从高级单元网格约束的点（B）是在结构上连接到偏离高级单元网格的节点存于高级单元网格内部的节点。通过添加一个重叠网格（Overset 3）显示了离开单元网格的插值方法，有效计算区域如下图阴影显示。