【CFD专栏】nanoFluidX之运动宝典

顾名思义，预定义运动指的是可以事先定义的运动。大家可以试着判断一下，下面的视频中呈现的运动是不是属于预定义运动？

对于单个运动体来说，最多有六个自由度，即三个方向的平动和三个方向的转动。因此，任何能预先定义的运动，都能用下面这张表格来描述运动规律。而这样一个包含n行7列的txt文件，正是nanoFluidX中能定义任意六自由度运动的万能文件（POSITION_FILE）。

Translation & rotation as a f(t)

在之前的版本中，行星齿轮运动和曲柄连杆机构运动都是通过上述POSITION_FILE来定义的。考虑到这两类特殊的复杂运动较为常用，而且其运动规律可以通过公式计算获得，因此在最新的2.09版中，加入了针对行星齿轮的PLANETARY模板和曲柄连杆运动专用的CONROD模板。

行星齿轮的运动规律是：行星轮绕太阳轮公转的同时，每个行星轮绕自己的转动轴自转。由于太阳轮的转动，行星轮的转动轴每时每刻都在发生变化，但这种变化是有规律可循的。事实上，行星轮和太阳轮的相对位置和太阳轮的转速一旦确定，其他的物理量就都能随之确定了。

行星齿轮运动规律简图

同样的，发动机中常见的曲柄连杆机构的运动规律其实也可以通过已经确定的几何参数和运动参数计算得到。

曲柄连杆机构运动规律简图

预定义运动中，还有一类是大家比较容易忽视的，即运动规律可以预先获得，但并不能通过简单的公式计算得到。比如下面的这个例子：

在这个例子中，油罐车上的油罐的运动轨迹，是通过多体动力学软件综合考虑了车辆的实际运动情况和底盘悬架响应的计算结果，比如下图中的Left Front Spring Displacement曲线，即为在nanoFluidX中输入的运动曲线。nanoFluidX根据这条输入曲线所定义的运动规律，进行流体侧的计算，并输出油罐壁面的受力曲线（Fluid Force）。

在nanoFluidX的定义中，刚体运动是相对于预定义运动的一类运动。也就是说，运动规律无法事先得知。另一种理解是，所谓的刚体运动，指的是运动体并没有自发运动，而是在周围流场的作用下被动地运动。当然，这样的运动也可以是六自由度的，比如下面的视频中，固体块在水流作用下运动。

另一个经典的例子是Pelton水轮机，虽然只有一个自由度的运动（绕一个轴的转动），但却是在不断注入的水流的作用下进行的刚体运动，其转速随时间变化的曲线并不能作为输入条件预先定义。