ANSYS Fluent Overset Mesh应用介绍

ANSYSFluentOversetMesh应用介绍 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 重叠网格目的&挑战重叠网格术语域连通性性能支持的特征及限制应用案例2重叠网格重叠网格概述由部件网格构建计算域的新方法单域或共节点连接多区域网格匹配面之间的网格连接是通过non-conformal来实现的.网格之间的连通性是建立在面level上的。通过oversetinterface连接重叠网格单元区域单独划分Parts网格，并将其嵌入到背景网格中重叠区域的连通是通过网格单元数据插值来实现的，网格之间需要有足够的重叠。InputgridsIntendedCFDdomainBackgroundgridComponentgrids(3)旧的现有方式重叠网格开发目的/动机ANSYSFluent功能扩展克服了动网格的一些限制可以处理具有小缝隙部件的相对网格运动易用简化了复杂几何的网格生成避免了动网格应用中网格重构失败和动网格设置的一些问题更容易的构型变化和组件交换求解质量重叠网格在网格运动期间始终可以保持很高的网格质量局部结构网格在非结构网格中的使用structuredunstructured重叠网格的挑战网格之间的插值不保守−重叠区域间的通信通常是可以接受的并行和负载平衡用最小的用户输入就可以处理复杂的几何和拓扑使用重叠边界条件时，可以只用一些简单的网格就可以很快的得到复杂的拓扑模型精度/容差的相关性“orphan”网格之间不能建立耦合识别并去除孤点网格生成需要有新的思维和工具尤其是collargrids的生成Rogers,12thOversetSymposiumANSYSFluent重叠网格应用Fluent17.0重叠网格有一些限制Userinterface与non-conformalinterfaces类似,用最小的用户输入就可以处理所有支持的拓扑不需要连接信息自动检测重叠区域用户在oversetinterface中设置background和component网格默认情况下自动创建oversetinterface可选输入装配 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 中全局网格相对特定区域网格的优先级局部网格单元相对基于尺寸或边界距离网格单元的优先级重叠网格术语重叠交界面组件网格和背景网格是成对出现的至少需要一个背景网格和一个组件网格背景网格网格单元区域内没有重叠类型边界，背景网格必须是共节点的网格组件网格网格单元区域至少有一个重叠类型边界，组件网格一定是共节点网格重叠边界新的特定的重叠边界条件类型将组件与其他网格通信的区域指定为重叠边界BackgroundgridComponentgridOversetBCWallBC’sOversetinterface域的连通性挖洞查找位于计算域外的网格单元，并将其标注为deadcells重叠区域最小化不同网格之间的重叠区域最小化，将更多的网格单元转变成deadcells。与deadcells相邻，且与背景网格相重叠的网格单元称为receptorcells。其他的网格单位为solvecells。Solvecells,receptorcells和deadcells是相互独立的。Donor查找对receptorcells来说，它会从流场信息中尝试查找重叠solvecells（donor），查找的donorcells是用来为插值提供数据信息的。Donorcells是solvecells的子集。Donorcells查找失败的receptorcells被标记为orphancells。域的连通性重叠单元类型Solvecells[1]Receptorcells[0]Donorcells[2]Orphancells[-1]Deadcell[-2]solvedonordeadreceptorBackgroundgridComponentgrid域的连通性足有4为了避免出现orphancells，就需要有够多的网格重叠边界临近问题为了避免孤立网格单元，重叠区域最少要个网格单元wallwallTodisplayReceptorCells:define/overset-interfaces/options/render-receptor-cells?Yes重叠最小化减少重叠是为了：减少求解单元数量重叠交界面远离边界Afterholecutting(nooverlapminimization)Solveandreceptorcellsdisplayed重叠最小化基于donor优先的网格体积单元网格过渡位置的网格分辨率是一致的简化网格设计如果非结构网格尺寸分布不均匀或者网格尺寸增长变化不是单调变化的，那么创建的重叠网格交界面形状是不规则的14重叠最小化基于donor优先的边界距离网格过渡尽可能的远离边界；最好在两边界中间因为网格的过渡不考虑网格的分辨率，所以需要更加仔细的进行网格设计15重叠最小化网格优先顺序按照设定的优先级顺序生成重叠网格对背景网格和组件网格是有利的包含局部供体单元的网格优先级高网格过渡不考虑网格的分辨率0160110010重叠拓扑组件网格可任意重叠−重叠网格边界是允许的允许边界重叠，但不允许边界交叉挖洞过程中自动进行匹配检测/相同边界条件类型的重叠几何(wall,symmetry,…)交叉壁面边界需要额外衣领网格衣领网格连接交叉几何生成边界重叠网格，并去除交叉生成了孤点（没用衣领网格）WallintersectionsnotpermissibleWalloverlapKeepy+similar17重叠拓扑用衣领网格处理交叉壁面边界−消除交叉，并用重叠壁面取代Collargrids18重叠拓扑没用衣领网格处理的交叉壁面边界孤立网格单元19并行重叠网格2.7Mcells201.8McellsIntersectiontime[s]vs.Numberofprocessors瞬态重叠性能,R18.0Rotormodel,8.8McellsHub,4blades,4collargrids21Movingball3.3McellsInitialIntersectionR18.0FirsttimestepR18.0InitialIntersection,R17.0parallel,-t36,Metisn0[s]n0[s]n1[s]intersection116.959.432.5fillingextendedzones46.833.78.1parallel,-t6,Metisn0[s]n0[s]n1[s]intersection34.626.217.0fillingextendedzones16.113.53.9重叠网格当使用动网格时，开始用一个时间步长来移动最小网格单元（在重叠交界面处），每个时间步长移动一个网格单元长度– 如果时间步长太大，deadcells会直接转变成solvecells，而不是receptor，这个信息会在TUI里面显示出来（atverbosity>0）：– 为了增加计算的精度，建议dead-solvecells出现的数量最少网格运动期间追踪orphancells的创建是非常重要的瞬态动网格仿真计算不会因为orphan的出现而停止精确定位Orphanstreatment来减少求解可能出现的问题检查合理的求解结果2223支持的特征&限制2017-02-03重叠网格–限制@R18.024重叠交界面不能包含固体网格单元区域组件网格不能连接到non-conformal交界面上如果背景网格是重叠交界面的一部分，那么背景网格交界面处不能有non-conformal交界面组件区域不能有周期性边界条件背景区域不能有重叠边界组件网格边界不能与耦合壁面重叠重叠网格与动网格中的网格重构或层铺不兼容重叠网格不能使用FMG初始化重叠网格支持的选项&模型@R18.025压力基耦合求解器(Planar2D&3D)密度基求解器(Planar2D&3D)Laminar,standardk-epsilon&standardk-omegaCompressibleflows,heattransferVolumeofFluid(VOF)Dynamicandslidingmesheswiththefirst-ordertransientformulation与Fluent支持的所有网格单元和类型都兼容包括：polyhedra,hexcoreandcutcellmeshes与网格自适应兼容26AFTExamples2017-02-0327运动机器臂清洁空气模拟重叠网格应用28123455个运动组件网格1个背景网格1个衣领网格(连接交叉壁面)OverlappingwallsOKIntersectingwallsnotOKCollarGridtoconnectintersectingwalls网格*NotethatthewallBC’swontbeconsistentfortheoverlappingwallregions网格运动及重叠网格更新29Streamlinesattime0.4sIsosurfaceofincreased •temperature •Representing“up-draft” •ofdirtyairfromthefloor •DefaultsolversettingsIncompressiblek-epsscalableWF2millioncells,400timesteps4hourssimulationtimeon80cpu结果30重叠网格跨音速投放数值模拟＆密度基求解器t=0.00sect=0.20sect=0.35sect=0.45sect=0.50secInitialoversetinterface32结果DensityBasedSolver结果33DensityBasedSolver34圆柱升降运动仿真分析（重叠网格）加密背景网格来捕捉自由液面变化上表面为压力出口，x方向的两侧面定义为壁面，其它表面定义为对称边界条件圆柱的中心初始位置为水面1inch处网格&设置35Reference:-“StudyofthetransientheaveoscillationofafloatingcylinderbySoichiIto,1977”理论值和实验值对比36结果直升机旋翼运动分析（重叠网格）网格&设置Component2Component1Component3Component4直升机旋翼叶片转动模拟叶片转速：RPM:360TurbulenceModel:SSTKWTimestepsize:1e-4s用4个衣领网格将4个叶片网格连接到hub网格上– 总共9个组件网格OversetMesh8Mcells38MeshforremeshingMesh7.7Mcells结果RemeshingOversetx-force,Blade1RemeshingOversety-force,Blade1OversetMesh39RemeshingVelocitymagnitudex=0涡轮叶片冷却(C3X涡轮机）41网格&设置PressurebasedcoupledsolverIdealgasSteelsolidbladeSSTk-omegaBoundaryconditionsaccordingtoreferences[1][2]ConformalperiodicsCellvolumebasedDonorPriorityOversetMesh2.4McellsRegularMesh1.4McellsNASAC3XTurbineVanecascadegeometry:Hylton,L.D.etal.(1983),“AnalyticalandExperimentalEvaluationoftheHeatTransferDistributionOvertheSurfacesofTurbineVanes”NASACR168015,May1983.E.R.Turner,M.D.Wilson,L.D.Hylton,andR.M.Kaufman,“TurbineVaneExternalHeatTransfer”,VolI,NASACR-174827,July1985结果OversetMesh42RegularMeshBladewallquantitiesMachNumberTemperature432D弹丸出膛分析6DOF网格&设置与层铺动网格（non-conformalinterface）计算结比较果PressurebasedcoupledsolverSSTk-omegaNoble-Abelrealgas弹丸后的初始条件为:p=3000atm,andT=2700KIntersectingwallscreatesorphans44结果ProjectilepositionhistoryProjectilevelocityhistoryOrphans，deadcells和弹丸后壁面影响弹丸的驱动力由于在muzzlebreaks处存在orphans和deadcell导致的后处理问题4546船体6DOF分析结果472D高升力翼型气动分析Backgroundmesh网格&设置Conditions:MAC=1maoa=20.18oM∞=0.197T∞=300KReMAC=3.52x10PBNS,SSTk-omegaslatmainflapHighLiftconfiguration49MachContours50TurbulenceIntensity结果结构网格与重叠网格计算的结果几乎一样(网格量也相似，约为300K)这个仿真分析应该用转SST目前R18重叠网格与转捩SST模型还不兼容AIAA2nd气弹预测Workshop- 超临界机翼气弹测试案例网格&设置重叠网格网格4.78M，重叠网格Solvecells4.76M网格单元ANSYSFluent16.0已对该案例进行了验证，粗网格为3.6M网格单元，中等网格大约为11.5M网格单元15mComponentmeshBackgroundmeshFlowdirection52重叠网格的网格尺寸为中等网格量的结构网格尺寸的一半结构网格与重叠网格计算结果非常一致结果FrequencyresponsefunctionmagnitudeonUpperSurfaceUnforcedsteady-state,CpvsChord53542D弹头运动分析DensityBasedSolver网格&设置PressureoutletPressureoutletPressureoutletChallenges:0-gapcaseT-junctiondischargeUn-avoidableOrphansBackgroundmeshPBNS&DBNSSSTk-omegaNoble-Abelrealgas55结果,马赫数PBCSDBNS56结果,马赫数DBNS57感谢聆听!