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有限元网格及动网格模型介绍

【摘要】:图6.3上止点前360°偏心轴转角计算网格初始网格建完后,转子转一圈,偏心轴转三圈,动态网格随着时间的变化发生变形及运动,为了保证计算能够正常进行,需要不断对网格进行更新。通过宏命令DEFINE_GRID_MOTION和DEFINE_CG_MOTION定义网格的运动规律,网格更新方式采用弹簧光顺和网格重构相结合的方式。

网格划分是CFD 计算中非常重要的一个环节,网格质量的好坏直接决定了计算的准确度。基于动态网格的设置需求,将燃烧室划分为三维非结构网格,进排气结构划分为六面体网格。进排气道是固定不变的区域,气缸和转子之间的缸内区域随时间运动。由于转子发动机特殊的运动形式,必须通过二次开发UDF来定义燃烧室的运动。上止点前360°偏心轴转角的计算网格如图6.3所示。

图6.3 上止点前360°偏心轴转角计算网格

初始网格建完后,转子转一圈,偏心轴转三圈,动态网格随着时间的变化发生变形及运动,为了保证计算能够正常进行,需要不断对网格进行更新。目前采用的软件中网格更新方式有三种:弹簧光顺、动态铺层、网格重构[1,2]

弹簧光顺:将任意相邻单元的网格节点之间的连线抽象为弹簧连接,通过弹簧的压缩或拉伸来实现网格的变化及更新。但是这种方式只适用于小变形的计算区域网格,用于大网格的更新会使得网格的质量非常差。

动态铺层:通过定义运动边界相邻网格的高度,当边界网格运动时,就相应增加或减少网格层数来实现计算网格的变化。但是这种方式只适用于结构化网格,同样不适合大尺寸网格的更新。

网格重构:在整个动态网格区域内设置一个最小和最大网格变形尺寸及网格扭曲范围,当边界网格运动时,动态网格根据设定值进行变形及运动,在运动时内部网格根据法则进行合并和拆分,从而实现网格的重构。从理论上讲,网格重构适合所有大尺寸的网格运动。

通过宏命令DEFINE_GRID_MOTION和DEFINE_CG_MOTION定义网格的运动规律,网格更新方式采用弹簧光顺和网格重构相结合的方式。