第15章：使用重叠和动态网格

本教程的目的是提供关于设置和解决动态重叠网格的情况。Overset 网格允许你用以下方式来构建你的机壳多个重叠的网格通过插值单元数据自动连接，重叠的区域。超重叠网格技术与六度网格技术结合使用，自由（6DOF）求解器，允许物体因流体和/或外部因素而运动力量。

在这个教程中，你将学习：

读取并附加网格文件到Fluent求解器中，建立流程领域采用重叠网格的重叠方法。
当两面墙相近时，关于超额网格设置的最佳实践中间有非常紧密的间隙。
编译UDF以指定舱体的属性。
设置移动区并接入UDF。
运行稳态计算并继续不稳态计算问题。
监控和诊断超额病例及后处理的最佳实践结果。

15.1. 先决条件

本教程专注于过载网格，假设你熟悉 Ansys Fluent界面，并且你对基本设置和解决方案有很好的理解流程。设置和解法流程中的一些基本步骤将不予展示明确地。在这个教程中，你将使用动态网格模型和六度自由模型。如果你以前没用过这些模型，请参考动态部分 Ansys Fluent用户指南中的网格。你将使用UDF来指定的属性舱内。如果你以前没用过UDF，请参考Fluent Customization Manual。

15.2. 问题描述

一架以0.8马赫速度飞行的飞机投放了一个救援舱。当舱体坠落时，受到压力、粘性阻力和重力的影响。这些力还会产生在舱体上产生力矩，使其绕重心旋转。舱体在t=0时从飞机上释放。

点击这里下载文件。overset_dynamic_mesh.zip
解压到你的工作目录。overset_dynamic_mesh.zip

Overset-background-mesh.msh、Overset-component-mesh.msh 和 property.c 文件可在该文件夹中找到。

使用Fluent启动器启动Ansys Fluent。
在左上角的选择列表中选择**"解** "以开始流畅在解决方案模式下。
在维度下选择2D。
在选项中启用双精度。
将求解器进程 设置为并行（本地机器）。 4

15.4. 网格

1.读入网格文件。Overset-background-mesh.msh

文件 →读入 → 网格......

*当Ansys Fluent读取网格文件时，它会报告控制台。该网格有三个不同的区域，**允许更高级别的在舱体下落的地方进行细化，远场则减少细化。*分割多区域的背景网格允许在其他区域不会出现在Overset界面中。

注： Fluent 使用了分量网格 和背景网格 的术语。网格包含移动物体 的称为分量网格，静止网格 称为背景网格。组件网格的外部边界 称为组件界限 。

1）从类型：文件 列表中选择。然后选择All Mesh Files (*.msh* *.MSH*)``Overset-background-mesh.msh

2.第二步，创建固定设备多个区域之间的网格接口网状。该网格有三个单元区------上游区、下游区和流体背景区。

域 →接口 → 网格......

在Boundary Zones（边界区域） 中选择 interface-background-downstream 和interface-downstream-background
在交界面前缀中输入：downstream-background

点击创建。

在Boundary Zones（边界区域） 中选择interface-background-upstream 和interface-upstream-background 。

在交界面前缀中输入：upstream-background

点击创建，然后关闭网格交界面的弹窗。

3.添加组件网格文件

区域 →区域 → 附加 → 附加案件文件......

a.选择 OVERSET-COMPONENT-MESH.MSH，点击确定。

b.在警告对话框中点击确定出现提示框，提示某些区域ID发生了变化。

c.如果你有读取后显示网格 的选项在流畅启动器中启用，然后你必须通过以下方式刷新图形窗口。在图形窗口中右键点击并选择刷新展示。

注： Fluent 会附加组件网格，两个网格会重叠。如果背景网格和组件网格存在于同一个网格文件中，那么你可以直接从网格文件开始，不要附加。

4.显示网格

域 →网格 → 显示

a.选择所有表面并点击显示。

b.关闭网格显示对话框。

5.检查一下网状物。

域 →网格 → 检查 →执行网格检查

网格检查失败，并给出了警告。警告指出存在一些不属于任何"重叠界面"的区域。如果某个区域已经被定义为"重叠类型"区域，那么就需要为该区域指定相应的"重叠界面"。如果网格中没有任何预定义的"重叠类型"区域，那么就不会出现这个警告了。

注意：Fluent会对网格进行各种检查，并在控制台窗口中显示处理进度。请注意查看所显示的最小体积数值，确保其为一个正数。

15.5. 重叠界面创建

1.在这一步中，你将确保组件边界被正确定义为"重叠边界"类型。

设置 →边界条件 →重叠 → "重叠边界"类型 → 重叠

**注：**Ansys 网格分析根据边界名称自动分配边界类型。网格在其他网格工具中创建的，可能需要你手动定义所有边界类型。

2.定义Overset接口。

域 →接口 → Overset......

这会打开**"创建/编辑重叠接口**"对话框盒子。

输入姓名。overset-interface

从背景组框中选择 fluid-background ，从组件组框中选择 component。

点击创建以创建覆盖界面。

关闭创建/编辑重叠接口对话框盒子。

3.重叠网格检查以确认成功。

域 →网格 → 检查 →执行网格检查

4.定义重叠设置以创建高效的界面。

为创建高效的界面，需要设定相关的参数设置。

将"donor-priority-method"设置为该选项。此选项只能通过TUI命令来设置：boundary-distance-based

复制代码

/define/overset-interfaces/options/donor-priority-method

在创建重叠界面时，Fluent会进行优化处理，以确定界面的最佳位置，同时减少参与计算的重叠区域内的单元数量。

用户可以设定各个单元区域的优先级，优先级较高的区域会被赋予更高的权重。

当多个单元区域的优先级相同时，有两种方法可用于最小化重叠部分（详见《Fluent用户指南》中的"重叠最小化"章节）：

一种方法是基于单元体积的排序方式（即单元体积的倒数与其优先级成正比）；

另一种方法是基于到最近边界的距离的排序方式（即距离越近，其优先级越高）。

如果组件网格在靠近墙壁处的分辨率较高，而远离墙壁处分辨率逐渐降低，且最终与背景网格的分辨率相当或更高，那么基于单元体积的排序方式更为合适。

而当重叠区域的网格分辨率均匀且相近时，基于边界距离的排序方式则更为有效，这种方式特别适用于两堵墙之间的距离较小的情况。

在本例中，商店的墙壁与另一面墙的距离很近，因此使用基于边界距离的排序方式，可以让Fluent在两墙之间的中间位置创建出合适的重叠界面。

需要注意的是，两墙之间的重叠区域内必须有足够的单元相互重叠（至少有4个单元来自两面墙），因此最好在墙上设置一些特殊的结构来满足这一要求。

5.在这一步中，你将创建重叠交叉点，也称为孔切割。当机箱初始化时，Ansys Fluent 会自动创建重叠交叉口。专家可以研究交叉口是如何形成的在TUI中支持专家选项：

复制代码

/define/overset-interfaces/options/expert? yes

启用专家选项后，你可以用以下方式创建交叉点指挥：

复制代码

/define/overset-interfaces/intersect-all

当提示保持边界单元时，按回车键接受默认选项。no

复制代码

Keep bounding cells? [no]

你可以提高overset verbosit，让Fluent打印更多信息到用于任何重叠进程的控制台。冗长设置范围为0到3，具体取决于需要提供信息。要增加冗长度，请输入：

复制代码

/define/overset-interfaces/options/verbosity 2

要列出所有重叠接口相关信息，请输入：

复制代码

/define/overset-interfaces/list

15.6. 稳态算例设置

在本节中，你将设置稳态流动。

15.6.1. 通用设置

保留稳态压力求解器的设置。

物理 → 求解器

15.6.2. 模型

启用能量方程。

物理 →模型 →能量

指定k-omega粘性模型。
1. 保留默认的k-omega SST粘性模特。
2. 启用粘性加热 和生产限制选项。
3. 点击确定关闭并确认模型设置。
物理 →模型 →粘性......

15.6.3. 材料

指定空气的性质。

打开**"创建/编辑材料**"对话框。

物理物理→材质 →创建/编辑
1. 从密度下拉菜单中选择理想气体。
2. 点击更改/创建并关闭对话框。

15.6.4. 操作条件

设定操作条件。

物理 →求解器 →工作条件......

设置工作压力Pa为0
点击确定确认以确认操作条件。

15.6.5. 边界条件

设置来流的边界条件。

设置→边界条件→ 来流→压力来流 编辑......

a.输入 pa 以表示规范总量压力 。154419.3

b.输入PA表示超音速/初始轨距压力 。101325

c.在湍流组框中保留Intensity and Viscosity Ratio 作为规范方法。

d.保持湍流强度 比的默认值5**%** 和湍流粘度比 值10。

e.点击应用并关闭压力入口对话框。

设定出口的边界条件。

设置→边界条件→ 出口流→压力出口流 编辑......
1. 输入 pa 表示 Gauge 压力 。101325
2. 在湍流组框中保留Intensity and Viscosity Ratio 作为规范方法。
3. 保持5% 和10 的默认值用于回流湍流强度 与回流湍流粘度比例。
4. 点击应用并关闭对话框。

3.保留所有其他边界条件的默认设置。

15.6.6. 参考值

物理 →求解器 → 参考值......

从计算中选择压力入口 从下拉列表中。
从参考中选择流体背景 区域下拉列表。
保留上述默认参考值。

15.6.7. 解决方案

在本节中，你将指定适用于的解决方案方法和控制这个超额网格的情况。

设置解法。

解决方案 →解决方案 → 方法......

在解决方案方法 任务页面，保留默认设置空间离散化选段。

设置解决方案控制。

解决方案 →控制 → 控制......

请复习并保留默认设置。
点击**"限制"......** 打开解决方案限制对话框。
输入Maximum Turb. Viscosity Ratio（最大湍流粘度比） .。1e+07

4.点击确定以接受设置。

3.定义POD阻力系数报告

解决方案 →报告 →定义 →新的 → 报告 →阻力......

启用报告文件 和报告在**"创建**"组框中绘制。
从墙上选出的壁挂舱 区域列表。
点击确定以创建报告。

有关撰写报告文件的更多信息，请参阅"创建" "报告文件"，收录于《流畅用户指南》。

4.指定解方程的残差监视准则。

解决方案→ 报告 → 残差......

输入为所有方程的绝对准则 ，然后关闭残差监视器 对话框。1e-06

确保在解决方案色带标签中选择混合作为初始化方法。

点击初始化。

输入的编号迭代 。1000

注意： 如果你是串行运行的，那么你必须在开始计算，使用文本命令。这个对于并行进程，重排序是自动进行的> 1.mesh/reorder/reorder-domain
点击计算。

7.检查进出口的质量不平衡，确认没有大容量差异。

从边界列表中选择压力入口 和压力出口。
点击计算并关闭通量报告对话框。

保存稳态案例overset-pod-steady-state.cas.h5和数据文件overset-pod-steady-state.dat.h5

文件 →写入 →案例与数据......

在信息对话框中点击确定出现的盒子。

15.7. 非稳态设置

在本节中，你将定义瞬态设置。

15.7.1. 通用设置

在通用任务页面选择瞬态（解算器组框，时间下）

设置 → 通用 →瞬态

设定操作条件。

物理 →求解器 →操作条件......

启用重力。
输入Y 。-9.81
点击确定确认以确认操作条件。

会显示警告消息，对于可压缩（理想和）真实的）具有浮力的气体模型，建议使用指定的操作方式密度值为零。

15.7.2. 编译UDF

用户自定义 →用户自定义 →函数 →编译......

点击添加...... 以打开**"选择文件**"对话框。
选择并点击确定。property.c
选择使用内置编译器。
点击构建来构建库。
点击确定关闭问题对话框出现的盒子。

**注：**该UDF包含舱体质量及其惯性矩。

Ansys Fluent 负责建立目录结构并编译代码。你可以请查看控制台窗口中的合集。
点击加载以加载库。

15.7.3. 动态网格设置

在本节中，你将指定六个自由度（六自由度）和动态网格设定。

区域 →网格模型 → 动网格......

启用动网格。
关闭平滑功能。
启用6自由度。
点击设置...... 打开选项对话框。
1. 启用**"写入运动历史**"。
2. 输入文件名字 。pod-motion
3. 点击确定确认设置。

设置移动区域。
1. 为组件创建动态区域
  1. 点击动态中创建/编辑 网格任务页面以打开动态网格区域对话框。
  2. 从区域名称中选择component。
  3. 保留刚体（ Rigid Body ）作为类型选择。
  4. 保留6自由度（DOF）是 开启状态。
  5. 在组框中启用随动。
  6. 在重心位置 组框中输入X 和Y 。7.6``18.5
  7. 点击创建以创建动态区域组件。

注： UDF在六个自由度中自动被选中 UDF/属性下拉列表。如果加载了额外的UDF，然后你得选对了。

2.为舱体创建动态区域。

从区内选择壁挂舱 名字下拉菜单。
保留刚体作为类型选择。
在六景深 组中保留开启选项并禁用被动盒子。
保留重心的数值地点。
点击创建以创建动态区域舱。
关闭动态网格区域对话框。

15.7.4. 不稳态小写的报告生成

创建一个名为 unsteady_pod 的新拖拽报告定义，用于wall-pod 上的阻力系数。

解决方案 →报告 →定义 →新的 → 报告 →拖拽......

输入报告名 unsteady-pod-drag
在创建组框中启用报告文件 和报告图。
从区域列表中选择wall-pod。
点击确定以创建报告。

请注意，之前创建的阻力报告定义，对于稳态同步的report-def-0 应被删除。如果控制台中不会出现警告信息，通知你数据已以下报告文件可写入其文件。

你可以在警告信息中点击**"是**"来创建新报告档案。

15.7.5. 运行不稳态情况的计算

运行计算→ 解 →运行计算......

输入时间步长（s） 。0.001
输入时间台阶 。1000
输入最大迭代次数/时间迈步 。8
开始录制文字记录。

文件 → 写 → 开始转录......

输入文字记录文件的名称。

点击计算。

根据计算情况，模拟可能需要数小时容量正在被利用。
停止录制了。

文件 → 写入 → 停止录制 ......
保存案件和数据文件（和）。overset-pod-transient.cas.h5``overset-pod-transient.dat.h5

文件 →写入 →案例与数据......

15.7.6. 重叠解检查

打开转录文件，查看是否有如下警告信息： "有1个死单元直接转为空单元"。

理想情况下，不应有单元从死单元直接转变为空单元。

如果大量单元都直接从死单元变为空单元，那么可能会影响解决方案的准确性，甚至导致计算结果出现偏差。

如果发现有很多单元都直接从死单元变成了空单元，可以尝试减小时间步长，从而降低这种现象发生的概率。

如果在本次计算中存在这样的单元，系统会显示如下警告：警告：在界面区域中有1个死单元直接转为空单元。

请注意：在动态变化的网格中，各物体的位置会随时间发生变化，因此死单元必须先转化为空单元才能继续进行计算。死单元没有完整的数值信息，因此需要先将其转化为合适的单元类型，才能获取所需的计算结果。如果死单元直接转化为空单元，那么就会缺少必要的信息，从而导致计算结果出错。如需更多详细信息，请参阅《Fluent用户指南》中的"诊断界面相关问题"部分。

15.7.7. 后期处理

创造静压轮廓。

结果 →图形 →轮廓 →全新......
1. 进入轮廓名字 。contour-pressure
2. 从着色下拉菜单中选择**"带状"**。
3. 确保压力 ......和静压是从下拉列表中的轮廓中选择的。
4. 取消选择曲面列表中的所有曲面。
5. 点击保存/显示。

关闭轮廓对话框。

**注：**要捕捉中间图像，你可以先创建一个动画定义开始计算。这样你就能查看单独的图片文件以及舱体下落时的动画。更多信息关于创建动画定义，请参见《在流式算法中动画化解》用户指南。

保存案件文件（）。overset-pod-transient.cas.h5

文件 →写入 →案例与数据......
绘制舱体重心运动。
1. 将文件读入Microsoft Excel，绘制流时间 与CG方向的舱。 pod-motion

图流时间 与重心角方向的关系舱。

15.7.8. 诊断超载病例

一旦创建了重叠接口，检查和诊断就非常重要。在这方面部分你将学习诊断界面过载以及不同单元的知识参与解决方案。

在overset meshing中，所有网格被分为五种单元类型：

Solve ------（图15.3中黄色：组件上的单元标记 & 图15.4：流体背景上的单元标记）参与解决方案。
Donor ------（图中红色标注，图15.3：组分上的细胞标记 & 图15.4：液体背景上的细胞标记）提供相应信息牢房区域。
受体------（图中蓝色标注，图15.3：组分上的细胞标记和图15.4：液体背景上的细胞标记）接收供体细胞的信息在相应的单元区。
死细胞------（图15.5：组分中的死细胞）位于背景和组件网格，即多个单元格存在于同一完全相同的位置。只有允许区域内一组细胞参与解。此外，流域外的细胞被标记为死亡。
孤儿细胞------无法找到对应供体细胞的受体细胞。虽然流畅者有智能处理孤儿细胞，但它们的存在应该是避免解不准确和发散的风险。

您可以使用TUI命令标记孤儿单元：

define/overset-interfaces/mark-cells orphan no

这会显示所有在案件中存在的孤儿细胞，除非你指定特定区域。标记孤儿单元格会创建一个寄存器，可以通过文本命令显示。标记的单元格位于overset-orphan-cells-r0寄存器中。 define/overset-interfaces/display-cells

在这种情况下，没有孤儿单元，所以图形中没有显示任何内容窗户。如果你标记"求解单元"或其他单元类型并显示这些寄存器，那么会出现在图形窗口中。

如果某一案例产生大量孤儿细胞，建议进行修改网格相应地调整。

也可以显示不同类型的单元格，形成单元轮廓给定的信息和显示Overset Cell Type（覆盖单元类型）表面。

启用以下TUI命令，将受体细胞纳入轮廓显示：

/define/overset-interfaces/options/render-receptor-cells? yes

本教程的Overset界面设计得很规范，但可能会出现问题在创建具有复杂拓扑的几何体的重叠界面时。Ansys Fluent 提供有诊断问题并修复的选项。你可以用"调试孔切"功能了解种子细胞充盈或重叠漏漏的选项界限。有关超重载网格诊断的详细信息，请参见"诊断重叠"一文 "界面问题"，载于流畅用户指南。

开始一个新的流利会话，阅读和。overset-pod-steady-state.cas.h5``overset-pod-steady-state.dat.h5

文件 → 阅读 → 案件与数据......
为组件和流体背景创建区域表面。

结果 →表面 → 创造 → 区域......
1. 在区域列表中选择组件。
2. 新曲面的保留组件命名 并点击创建。
3. 同样，创建一个流体背景的区域表面。