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在动网格中关于部件运动除了指定刚体运动外,有时还需要指定某些边界的变形,这种情况经常会遇到,尤其是与运动部件存在相连接边界的情况下,如下图中边界1运动导致与之相连的边界2和边界3发生变形。 Fluent中预制了三种变形方式: faceted plane cylinder除此以外,Fluent还允许用户通过UDF宏DEFINE_GEOM自定义边界变形。 faceted选择此类型的变形,则意味着对边界的变形不加控制,变形边界的形状取决于刚体运动。 此方式不需要定义变形参数。 plane定义几何变形方式为plane意味着该几何上的所有的节点,只能在此平面内运动。 平面的定义采用点和法线方式定义。如图所示。 cylinder采用cylinder方式,则意味着该几何上的所有节点在变形过程中,只能在所定义的圆柱面上运动。 定义 圆柱面采用的参数包括:圆柱半径、轴上的一个点的坐标以及轴的方向矢量。其中轴的方向矢量(图中的cylinder axis)同时还定义了圆柱的高。 user-defined用户自定义方式则是采用UDF宏DEFINE_GEOM进行定义。 此宏的结构很简单,定义形式为: DEFINE_GEOM(name ,d , dt, position) 其中: name:为UDF名称,用户自己取名字。 d:一个指向区域的指针,由Fluent传入。类型为Domain *d dt:一个存储动网格属性的结构体指针,由Fluent传入。类型为Dynamic_Thread *dt position:存储网格节点位置的数组指针。类型为real *position。 在此宏中,除了name是用户指定的之外,其他参数均为Fluent传入,用户通过更改position指针数据来将新的网格节点位置返回至fluent。 UDF实例 下列UDF定义了一个绕Z轴旋转的抛物面变形体。 除了利用Profile进行运动指定之外,Fluent中还可以使用UDF宏来指定部件的运动。其中用于运动指定的宏主要有三个: DEFINE_CG_MOTION DEFINE_GEOM DEFINE_GRID_MOTION今天主要看第一个UDF宏DEFINE_CG_MOTION。 用途DEFINE_CG_MOTION宏主要用于描述刚体的运动。所谓“刚体”,指的是在运动过程中部件几何形状不会发生任何改变,只是其质心位置发生改变。 在定义刚体的运动时,通常以速度方式进行显式定义。 形式DEFINE_CG_MOTION宏的结构很简单。 DEFINE_CG_MOTION(name,dt,vel,omega,time,dtime)其中: name:为宏的名称,可以随意定义 dt:一个指针Dynamic_Thread *dt,存储动网格属性,通常不需要用户干预。 vel:平动速度,为一个数组,其中vel[0]为x方向速度,vel[1]为y方向速度,vel[2]为z方向速度。 omega:转动速度,omega[0]为x方向角速度,omega[1]为y方向角速度,omega[2]为z方向角速度。 time:当前时间。 dtime:时间步长。 DEFINE_CG_MOTION宏实际上是要返回数据vel或omega。__ 实例实例1:利用DEFINE_CG_MOTION宏定义速度: \[u_x = 2 sin(3t) \]可以写成: #include "udf.h" DEFINE_CG_MOTION(velocity,dt,vel,omega,time,dtime) { vel[0] = 2* sin(3*time); }很简单,对不对? 再来个复杂点的例子。 实例2:已知作用在部件上的力F,计算部件在力F作用下的运动。 可以采用牛顿第二定律: \[\int_{t_0}^{t}{dv}=\int_{t_0}^{t}{(F/m)}dt \]则速度可写为: \[v_t = v_{t-\Delta t}+(F/m)\Delta t \]可写UDF宏为: /************************************************************ * 1-degree of freedom equation of motion (x-direction) * compiled UDF ************************************************************/ #include "udf.h" static real v_prev = 0.0; static real time_prev = 0.0; DEFINE_CG_MOTION(piston,dt,vel,omega,time,dtime) { Thread *t; face_t f; real NV_VEC(A); real force_x, dv; /* reset velocities */ NV_S(vel, =, 0.0); NV_S(omega, =, 0.0); if (!Data_Valid_P()) return; /* get the thread pointer for which this motion is defined */ t = DT_THREAD(dt); /* compute pressure force on body by looping through all faces */ force_x = 0.0; begin_f_loop(f,t) { F_AREA(A,f,t); force_x += F_P(f,t) * A[0]; } end_f_loop(f,t) /* compute change in velocity, dv = F*dt/mass */ dv = dtime * force_x / 50.0; /* motion UDFs can be called multiple times and should not cause false velocity updates */ if (time > (time_prev + EPSILON)) { v_prev += dv; time_prev = time; } Message("time = %f, x_vel = %f, x_force = %f\n", time, v_prev, force_x); /* set x-component of velocity */ vel[0] = v_prev; }更多CFD资料可微信扫描下方二维码关注微信公众号。 |
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