Fluent重叠网格

最近有人问Fluent中重叠网格的问题，顺便做个简单的案例。其实Fluent中的重叠网格比较简单，只是在建模的过程中需要一些特殊的处理。

Fluent重叠网格可用于二维和三维模型，类似与滑移网格的建模思路，不过不同于滑移网格仅能用于往复运动和旋转运动，重叠网格可以用于任意不规则的运动方式。重叠网格可以说是综合了滑移网格与动网格各自的优点，既能够很好的描述部件运动，又能够保证部件运动过程中的网格质量，由于Fluent的重叠网格弄得比较晚，相比较其他的求解器（如STAR CCM+，CFD++等）中的重叠网格，功能上稍有不足，具体内容可参与Fluent帮助文档。

注意：

重叠网格目前只能解决刚性运动问题，对于部件变形，只能使用网格重构。

下面以一个简单案例描述在Fluent中使用重叠网格的基本步骤。

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案例描述

本次计算的案例模型如图所示。

计算模型长3000mm，宽200mm，模型中心有一个障碍物方块，边长100mm。

重叠网格需要包含两套网格：背景网格及前景网格。如上图中的网格模型（a）作为背景网格，而模型（b）则作为前景网格。

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模型准备

两套网格模型需要各自准备。不过需要注意的是，建模过程中必须确保几何位置正确。案例几何在SCDM中创建。

2.1 创建前景网格

• 启动Workbench，建立如下图所示的流程

• 双击A2单元格进入SCDM，在XY平面上绘制如下图所示草图

• 点击Pull按钮生成下图所示平面

• 进入B3单元格，采用网格尺寸8 mm进行网格划分

生成网格如图所示。

• 创建边界命名，左侧为入口，命名为inlet，右侧命名为outlet

• 点击菜单File → Export输出网格为background.msh

关闭Mesh模块返回至Workbench工作界面。

2.2 创建前景网格

• 双击C2单元格进入SCDM模块

• 在XY平面上绘制如下图所示草图

注：

草图中的外轮廓尺寸可以任意确定。内部方块边长为100 mm。

• 点击Pull按钮生成平面，如下图所示

• 双击Workbench中D3单元格进入Mesh模块，指定网格尺寸5 mm进行网格划分

生成网格如图所示。

注：

在实际工程应用过程中，尽量保证重叠位置网格尺寸接近，这样有助于减小计算误差。本案例不考虑这些问题。

• 命名4条外边界为overset，四条内边界为walls

注：

重叠边界命名很重要，在fluent中还需要进行操作

• 点击菜单File → Export输出网格为foreground.msh

• 关闭Mesh模块返回至Workbench工作界面。

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Fluent设置（稳态计算）

• 以2D、Double Precision方式启动Fluent

• 利用菜单File → Read → Mesh...加载背景网格文件background.msh

• 利用工具栏按钮Append > Append Case File...加载前景网格文件foreground.msh

重叠位置网格如图所示。

由于本案例重点描述重叠网格设置过程，因此对于其他设置描述从简。

3.1 一般设置

• Models节点中激活Reailzable k-epsilon湍流模型

• Materials节点中添加材料water-liquid

• Cell Zone Conditions节点中指定两个区域中的介质均为water

• Boundary Conditions节点中，指定边界inlet的速度为2 m/s

3.2 overset设置

• 确认边界overset的边界类型为overset，如下图所示

• 右键选择模型树节点Overset Interfaces，点击弹出菜单项New...新建交界面

• 如下图所示创建重叠网格交界面

OK了，只需要这样就可以了。很简单的！

3.3 开始计算

• 右键选择模型树节点InItialization，点击弹出菜单项Initialize进行初始化

• 双击模型树节点Run Calculation，右侧面板设置Number of Iterations为300，点击按钮Calculate开始计算

计算完毕后速度分布如下图所示。

稳态计算并不能体现重叠网格的优势，下面将其改造一番。指定前景网格区域运动，用瞬态计算。

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Fluent设置（瞬态计算）

4.1 General设置

• 进入General节点，右侧面板激活选项Transient开启瞬态计算

4.2 Boundary Conditions设置

• 修改inlet及outlet的边界类型均为wall，采用默认设置

注：

修改边界的目的仅仅只是为了便于观察。这个对于本案例来讲不是重点。改不改都无所谓。

4.2 Cell Zone Conditions设置

• 右键选择模型树节点Cell Zone Conditions > geom-1_surface，点击弹出菜单项Edit...

• 激活选项Mesh Motion，设置X方向速度0.5 m/s

注：

这里可以利用UDF宏DEFINE_ZONE_MOTION指定任意运动方式。

4.3 Run Calculation

• 双击模型树节点Run Calculation，右侧面板如下图所示设置。

4.4 计算结果

重叠网格的后处理方式与常规方式相同，这里不再赘述。这里仅贴出部件运动的速度场动画。从中可以看出，在运动过程中，交界面处仍然存在一些问题。

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