1.概念介紹

對(duì)于動(dòng)網(wǎng)格，存在一類問題，邊界的運(yùn)動(dòng)并不是人為主動(dòng)驅(qū)動(dòng)的，而是通過外力如重力、水流被動(dòng)推動(dòng)的。這類問題需要使用6DOF方法來求解。6DOF是指物體存在六個(gè)自由度，即三個(gè)方向的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。???

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2.模型描述

模型如圖所示，石子用方形邊界wall_in表示，紅色區(qū)域?yàn)榭諝猓{(lán)色區(qū)域?yàn)樗?。石子尺?.04m*0.04m，距水面1m，在重力的作用下，以9.8m/s的加速度下落，后進(jìn)入水中。石子在自由落體和水中運(yùn)動(dòng)時(shí)受到重力和浮力的作用，因此使用6DO模型進(jìn)行求解。

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3.基本設(shè)置

1)?導(dǎo)入網(wǎng)格：

使用Fluent軟件打開Chapter27.msh.gz網(wǎng)格文件，文件在本文末尾鏈接資源內(nèi)。

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2)?檢查網(wǎng)格尺寸

General?→ Scale mesh?確認(rèn)網(wǎng)格單位為m

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3)?求解器設(shè)置

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由于動(dòng)網(wǎng)格，必須瞬態(tài)；石子自由落體，因此勾選重力，加速度方向?yàn)閥軸負(fù)向，因此為-9.81m/s2

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4.設(shè)置計(jì)算模型

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涉及到空氣和水，因此使用多相流模型，選擇VOF模型用于捕捉自由液面。其余設(shè)置保持默認(rèn)即可。

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湍流模型使用標(biāo)準(zhǔn)的k-e模型

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5.材料設(shè)置

添加液態(tài)水材料

在Materials下，單擊Create/Edit...，彈出如下面板。

Materials → Create/Edit...

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單擊Fluent Database，選擇water（liquid），單擊copy，然后單擊close，water材料添加成功

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6.邊界條件

單擊信息樹Boundary Conditions，

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所有邊界均設(shè)置為wall邊界

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7.設(shè)置動(dòng)網(wǎng)格

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單擊信息樹Dynamic Mesh，勾選Dynamic Mesh，

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1) Smoothing和Remeshing設(shè)置：

在Mesh Methods欄下勾選Smoothing和Remeshing，單擊Settings，勾選Diffusion（關(guān)于擴(kuò)散光順的使用，詳見chapter），具體參數(shù)保持默認(rèn)。

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在上述界面選擇Remeshing，勾選Local Cell，Parameters下點(diǎn)擊Default，并將Maximum Length Scale欄的0.079311改為0.059311，(該參數(shù)意義詳見chapter二十三、動(dòng)網(wǎng)格Smoothing Diffusion方法及實(shí)例)，單擊ok

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2) 6DOF設(shè)置：

在Dynamic Mesh界面的Options欄勾選Six DOF，點(diǎn)擊單擊Settings，彈出如下界面。

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y方向設(shè)置-9.81m/s2重力加速度。

單擊Create/Edit，彈出6DOF屬性設(shè)置界面

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Name輸入stone，勾選One DOF Translation，只進(jìn)行平動(dòng)，One DOF-Direction在y欄輸入1，表示只在y方向平動(dòng)。單擊Creat。此例自由落體的6DOF不需要使用UDF設(shè)置，一般復(fù)雜的6DOF需要使用UDF設(shè)置，UDF能夠使用更加復(fù)雜的功能。

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3) Dynamic Mesh Zone設(shè)置：

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在Dynamic Mesh Zone欄下，單擊Create/Edit，彈出運(yùn)動(dòng)邊界設(shè)置。

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Zone Names選擇wall_in，Type選擇Rigid Body，其它保持默認(rèn)設(shè)置。單擊Create，生成運(yùn)動(dòng)區(qū)域。

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8.求解方法

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監(jiān)視器設(shè)置

Solution?→ Reports?→ Definitions?→ New?→ Surface Report?→ Mass Flow Rate

創(chuàng)建一個(gè)監(jiān)視器，用于監(jiān)控出口流量

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Name名稱任意，勾選Report File、Report Plot和Print to Console。Report File表示生成一個(gè)用于存儲(chǔ)出口流量數(shù)據(jù)的文件，Report Plot表示窗口顯示流量曲線圖，Print to Console表示流量數(shù)據(jù)會(huì)在控制面板打印出來。

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Solution Controls設(shè)置保持默認(rèn)

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9.初始化

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1)?標(biāo)準(zhǔn)初始化

選擇標(biāo)準(zhǔn)初始化，為了進(jìn)行patch water區(qū)域，在water Volume Fraction輸入0，其他的默認(rèn)，單擊Initialize，完成初始化。

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2)?標(biāo)記patch Region

下面需要進(jìn)行patch操作，在patch之前需要標(biāo)記要patch的區(qū)域

Domain-Adapt-Refine/coarsen-cell registers-New-Region

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至此，與17.0版本界面相同。

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按上圖輸入數(shù)值，x min和y min輸入-1，x max輸入1，y max輸入0，單擊save/Display可顯示標(biāo)記的計(jì)算域下半部分區(qū)域。

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3)?Patch water區(qū)域

在初始化界面下單擊patch，只有初始化之后，patch按鈕才可用

按上圖設(shè)置，Phase選擇water，Variable選擇Volume Fraction，Value輸入1，Registers to Patch選擇剛才標(biāo)記的區(qū)域region-0。注意，不要選擇surface。單擊patch。此時(shí)計(jì)算域下半部分為液相區(qū)。

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通過Results-Graphics-Contour可查看patch之后的相分布，若patch操作正確，則相分布應(yīng)如下圖。

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10.動(dòng)畫設(shè)置

Solution-Calculation Activities-Solution Animations

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雙擊Solution Animations，彈出動(dòng)畫定義界面

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更改Name為phase-animation，單擊New object-Contours建立相云圖，彈出如下界面

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將Contours of設(shè)置為phases，選擇Volume fraction，phase選擇air。表示顯示空氣相體積分?jǐn)?shù)云圖。單擊Save/Display，保存此云圖。

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回到上一界面，選擇剛才建立的云圖，單擊OK，則計(jì)算過程中每1個(gè)時(shí)間步，就會(huì)保存一個(gè)HSF文件用于生成動(dòng)畫。

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11.計(jì)算設(shè)置

設(shè)置計(jì)算步長(zhǎng)150步，時(shí)間步長(zhǎng)為0.008s。單擊Calculate進(jìn)行計(jì)算。

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12.相云圖動(dòng)畫

Results-Animations-playback

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