二十三、动网格Smoothing Diffusion方法及实例
1 概念介绍
文章二十一、文章二十二分别介绍了动网格的Layering方法和弹簧(Spring)光顺方法,这篇文章我们来介绍一下扩散(Diffusion)光顺。
2 基本原理
原理:扩散光顺方法与弹簧光顺原理上不同,它使用扩散方程进行网格的拉伸或压缩。如下图,其中γ为扩散系数,会对网格运动产生影响。
对于边界距离
对于网格体积
当不勾选remeshing选项时,不会发生网格重构,因此节点个数及连接关系并不会改变,只是改变了节点的相对位置。
使用条件:可适用于任意的网格类型;光顺方法一般会和remeshing方法共同使用。扩散光顺的方法相较于弹簧光顺适用于大变形。
3 模型描述
本例的模型与文章二十二相同,如图所示。模型有四个面,分别为底面(bottom)、上面(top)、左侧面(left side)和右侧面(right side)。其中top面保持不动,bottom面以-0.01m/s的速度沿z轴的负方向运动,内部网格随着底部边界运动而被压缩,但网格节点并没有合并或分离。
4 导入网格
使用Workbench打开工程文件,文件在本文末尾链接资源内。
5 Scale网格尺寸
Scale修改网格尺寸。如图所示。
确保计算域尺寸是我们所需要的。
6 设置求解器
由于网格运动是随时间进行的,因此动网格技术必须为瞬态模拟。将计算工况设置为瞬态。其他求解器设置可根据具体工况进行选择。
7 设置动网格模型
在模型树下双击Dynamic mesh,此时Task Page下页面如图
勾选Dynamic mesh,勾选Smoothing后,点击Settings,出现Smoothing方法的设置页面
点击Advanced,出现Mesh Smoothing Parameters参数设置选项。
Diffusion Function:
用于定于扩散函数,有两个选项Boundary distance和Cell volume,当选择某一选项时,在Diffusion Parameter输入参数,从而来定义扩散函数。其中Boundary distance和Cell volume表示的是边界距离和网格体积,其扩散函数如下。
对于边界距离
对于网格体积
两者区别主要是边界运动扩散到内部网格的方式不同。无特殊要求,可任选一种进行扩散。
Diffusion Parameter:
用于指定扩散参数,所指定的参数就是上述两个公式中的α,通过改变α的值可改变扩散系数γ,从而影响扩散。
当α取为0时,γ=1,表示均匀扩散。边界的运动能够均匀扩散到其他网格上。当α增大时,γ增大,使得扩散更远。一般α取值在0-3之间。
一般只需设置Diffusion Function和Diffusion Parameter,其他设置保持默认。
AMG Stabilization:
指定光顺网格的具体算法,保持默认即可
Maximum Number of Iterations:
最大迭代步数,默认值为50。保持默认即可
Relative Convergence Tolerance:
收敛相对残差,默认为10-10
Verbosity:
用于指定是否在控制台输出光顺方法的残差,1表示输出,0表示不输出。
Generalized Boundary Distance Method:
只在扩散函数选择边界距离时才可用,上述公式中的d为标准距离,当勾选此选项时,d发生改变,被称为“generalized” boundary distance。保持默认即可。
Smoothing From Reference Position:
从参考位置进行网格光顺,对于周期性网格效果较好
Dynamic Mesh Zones:
单击Dynamic Mesh Zones下的Create/Edit,弹出如下窗口
bottom边界:刚体边界;Zone Names选择bottom;Type选择Rigid Body;Motion Attributes下只需要定义Motion UDF,导入文章二十二的UDF,选中此UDF,其他均保持默认,单击Create,则在Dynamic Mesh Zones栏下出现bottom。
Right side:变形边界,Zone Names选择Right side;Type选择Deforming;Geometry Definition下Definition选择Faceted,定义变形边界;
Left side:与Right side保持相同的设置。
8 查看动网格
在Task Page页面单击Preview Mesh Motion,设置时间步数为100,时间步长为0.1s,显示频率为1。
Diffusion Parameter=0
Diffusion Parameter=3
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