Fluent理论手册3-滑移网格及动网格理论

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1、3滑移网格及动网格3.1简介在滑移网格中，静止和转动部分间的相对运动引发瞬态交互效应。这些交互作用如图3.1.1所示，通常分成以下几类：潜在作用：由于上游及下游压力波的传播导致流动不稳定尾迹作用：由于上游叶片组的尾流传递至下游引起流动不稳定冲击作用：在跨音速或超音速流动中，由于激波冲击下游叶片组导致不稳定。图3.1.1非稳态作用示意图在多参考系模型（MRF）及混合平面模型（MR）中，都只适用于稳态问题，忽略了瞬态作用，而滑移网格模型则不忽略瞬态作用。动网格模型使用FLUENT求解器移动边界或目标，或者藉此调整网格。动网格模型用于边界刚性运动（直

2、线运动或转动）。例如：活塞关于气缸运动机翼的振动29动网格模型同样可以用于边界变形或偏转，如：气球的膨胀人造壁面对心脏压力脉冲的响应3.1.1守恒方程对于边界运动的动网格，任意控制体ܸ上通用标量߶的积分形式守恒方程可以写成以下形式：௧׬௏ߩ߶dܸ+ධߩ߶(ݑడ௏ሬԦ−ݑሬԦ௚)⋅dܣ=׬డ௏߁ߘ߶⋅݀ܣ+ධݏ௏థdܸ（3.1.1）式中：ߩ为流体密度，ݑሬԦ为流动速度向量，ݑሬԦ௚为运动网格的网格速度，߁为扩散系数，ݏ∅为源项。߲ܸ用于描述控制体边界。方程（3.1.1）的时间导数项可利用一阶向后差分项写成：(ఘథ௏)೙శభି(ఘథ௏)೙׬ߩ߶d

3、ܸ=（3.1.2）௧௏௱௧式中݊及݊+1表示当前时间及下一层时间。第݊+1时间层上体积ܸ௡ାଵ通过式（3.1.3）计算。௡ାଵ௡௏ܸ=ܸ+߂ݐ（3.1.3）௧௏式中位控制体的体积时间导数。为满足网格守恒率，控制体的体积时间导௧数通过下式进行计算：௡೑ௗ௏=඲ݑሬԦ௚⋅݀ܣԦ=෍ݑሬԦ௚,୨∙ܣԦ௝(3.1.4)ௗ௧௝డ௏式中݊௙为控制上的面数量，ܣԦ௝为݆面的表面积向量，每个控制容积面上点积ݑሬԦ௚,୨∙ܣԦ௝通过下式计算：ఋ௏ೕݑሬԦ௚,୨∙ܣԦ௝=（3.1.5）௱௧式中ߜܸ௝为整个时间步߂ݐ上控制容积面݆膨胀引起的体积改变。在滑移网格问题中，动区

4、域运动是相对于静止参考系进行跟踪的。因此，没有运动参考系附加在计算域上，简化了穿过分界面的通量传递。在滑移网格中，ௗ௏௡ାଵ௡控制体依旧保持恒定，因此方程3.1.3中，=0及ܸ=ܸ，方程3.1.2可以ௗ௧30改写成：(ఘథ)೙శభି(ఘథ)೙൧୚׬ߩ߶dܸ=(3.1.6)௧௏௱௧3.2滑移网格理论当期望获得转子-定子作用时间精确解（而不是时间平均解）时，必须采用滑移网格进行瞬态流场计算。滑移网格是最精确的用于求解多运动参考系问题的模型，然而对计算也是最苛刻的。很多时候，在滑移网格模拟中寻求的瞬态解是时间周期的。也就是说，周期解随着运动域的速度改变呈现

5、周期性浮动。然而，可以模拟其他瞬态类型，包括瞬态滑移网格区域（例如两车在隧道中的交会，如图3.2.1）。图3.2.1隧道中两车交会注意当静态部分与运动部分间没有相互作用时（例如仅有转子），使用旋转参考系更有效率。但是当需要计算转子-定子间的瞬态作用时（如图3.2.2及3.2.3所示），则必须采用滑移网格。如果只对相互作用的稳态近似感兴趣，则可以使用多参考下模型或混合面模型。如2.3.1及2.3.2节所述。31图3.2.2转子-定子相互作用图3.2.3风机3.2.1滑移网格技术滑移网格技术使用两个或多个计算区域（如果使用独立区域生成网格，则需要在计算开

6、始前将网格文件进行合并，如用户手册6.3.15节：读入多网格文件）。每一个计算区域与其相邻的区域间间至少存在一个分界面。相邻计算区域的分界面形成“网格分界”的形式，相隔计算区域将会关于网格分界面进行运动。在计算中，一个计算区域相对于另一个计算域沿着网格分界滑动（旋转或平移），图3.2.4及3.2.5为两个计算区域在初始位置以及在便后一段时间后的先对位置。分界面上网格并不需要进行对齐，由于流动的非稳态特性，因此在计算中需要使用瞬态分析。图3.2.4初始位置3.2.5一段时间后的位置3.2.2网格分界面形状网格交界面及相关的交界面区区域可以拥有任意形状。

7、如图3.2.6的交界面为直线，3.2.7的交界面为圆形。（两幅图中的交界面均为虚线所表示）。32图3.2.6线性交界面图3.2.7圆形交交界面若图3.2.6中的几何拉伸至3D，则滑移边界则为平面矩形；如果3.2.7拉伸至三维情况，则分界面则为圆柱面。图3.2.8描述了一个圆锥网格交界面。（倾斜的，虚线为网格交界面）。图3.2..83D圆锥网格交界面对于轴向转子/定子结构，转动及静止部分对齐于轴线，分界面可能为平面扇形。此面为垂直于沿着静子至转子的旋转轴向的横截面。33图3.2.93D平面扇形网格界面3.2.3滑移网格概念如3.2节：滑移网格理论中所讨

8、论，滑移网格模型允许相邻网格相对于其他网格滑动。在这种情况下，网格面不需要在网格分界面上对齐。这种条件需要对