3D打印越来越多的应用到运动流体领域,拿换热器举例,3D打印可以实现较小尺寸的流体通道,具有较薄的壁,以及错综复杂的形状,这些热交换器使用先前传统的制造方法无法制造出来。
拿液压歧管举例,3D打印3D打印技术已成为多家液压系统制造商制造复杂液压零部件的选择,通过金属3D打印技术来制造液压阀块,在进行产品设计时无需考虑交叉钻孔的设计约束,并且可以将锋利的角换成圆形弯曲的设计从而减少湍流现象。
ANSYS Fluent软件的动网格功能,着眼于非定常运动边界的相关问题,但凡跟流体,热传递及化学反应等有关的工业均可使用。具有丰富的物理模型、先进的数值方法以及强大的前后处理功能。Fluent软件尤其擅长解决各类极具挑战性的变形与运动流体仿真问题,目前已经广泛的应用在航空、航天、汽车、兵器、能源、生物等行业。
Fluent动网格(Dynamic Mesh)功能概述
动网格模型可以用来模拟流场形状由于边界运动而随时间改变的问题。边界的运动形式可以是预先定义的运动,即可以在计算前指定其速度或角速度;也可以是预先未做定义的运动,即边界的运动要由前一步的计算结果决定。网格的更新过程由Fluent 根据每个迭代步中边界的变化情况自动完成。
在使用动网格模型时,必须首先定义初始网格、边界运动的方式并指定参予运动的区域。可以用分布文件(Profile)或者UDF定义边界的运动方式。Fluent 要求将运动的描述定义在网格面或网格区域上。如果流场中包含运动与不运动两种区域,则需要将它们组合在初始网格中以对它们进行识别。那些由于周围区域运动而发生变形的区域必须被组合到各自的初始网格区域中。
不同区域之间的网格不必是共节点的(Comformal)的,可以在模型设置中用Fluent软件提供的非共节点交界面(Non-Comformal Interfaces)功能将各区域连接起来。
Fluent 的动网格功能在各个行业的应用案例
航空航天
机翼的颤振是气动弹性力学中最重要的问题之一,如果处理不当,可能会发生灾难性的结构变化,导致巨大的事故。
Fluent中的动网格功能可以帮助我们计算机翼的颤振情况,为我们的设计提供数据支撑;同时,仿真的整个过程经济、高效,不会增加额外的人员风险和安全性问题,是飞行器设计方法中值得信赖的好帮手。
机载导弹弹射分离也是一个需要着重研究的技术问题,在设计的过程中,投弹的时机、弹射力、飞行器姿态等因素都会对整个过程产生影响。Fluent 的动网格技术结合6DOF模型可以很好的研究这一过程的整体情况,并且在长期的CFD仿真实践中,该模型的计算精度得到了广泛的认可和数据支撑。
风力发电
风力发电机在工作的工程中,由于风载荷较大,叶片又相对细长,因此容易产生较大的形变,从而对风机的工作效率和安全性造成影响。
使用动网格与流固耦合(FSI)技术,可以准确计算旋转运动过程中,叶片的载荷变化,从而计算得到结构的应力、应变和位移;随后,该位移可以通过动网格方法反作用给流场,从而计算结构变形对流场的影响。
汽车内燃机
传统汽车行业的CFD研究已经广泛的应用在各个部件和整车之中。其中,与网格运动相关的问题,最典型的分析莫过于内燃机的仿真计算了。
Fluent的动网格技术可以描述活塞缸的整个工作过程,并与燃烧、多组分、传热分析等模型耦合计算。同时,Fluent中具备的Event技术可以自动排列活塞缸运动的工作时序,实现动网格方式和边界变化自动布局,从而提供最为高效、准确的仿真方法。
旋转机械
Fluent中的多重参考系和滑移网格功能,给旋转机械的仿真问题提供了经济、高效的计算方法。
但是对于部分复杂的问题,或需要更精确计算的情况,多重参考系和滑移网格恐怕难以匹配实际的需求。此时,就必须要使用 Fluent中的动网格功能。比如:泵的空化问题、多相流问题、缝隙渗漏问题等情况,对于这一类需要明确描述边界运动的情况,动网格功能就可以派上用场,并且大显身手。
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