CFD软件：ANSYS Fluent二次开发_（12）.项目案例实践.docx

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项目案例实践

在上一节中，我们已经介绍了如何使用ANSYSFluent进行基本的CFD模拟和后处理。接下来，我们将通过具体的项目案例来实践ANSYSFluent的二次开发技术。这些项目案例将涵盖从简单的自定义模型到复杂的多物理场耦合模拟，帮助您深入了解如何通过UDFs（用户定义函数）和Python脚本等手段扩展ANSYSFluent的功能。

1.简单的动网格案例

1.1动网格概述

动网格技术是ANSYSFluent中用于处理随时间变化的几何形状的一种方法。在航空航天领域，动网格常用于模拟飞行器的运动、涡轮叶片的旋转等动态过程。动网格的实现主要通过UDFs来控制网格的变形和移动。

1.2动网格的基本原理

动网格的基本原理是通过在每个时间步长内重新划分网格或变形网格，以适应几何形状的变化。ANSYSFluent提供了多种动网格方法，包括动态层网格、弹簧类网格、滑动网格等。这些方法各有优缺点，适用于不同的动态过程模拟。

1.3动网格UDF示例

1.3.1旋转涡轮叶片

假设我们需要模拟一个涡轮叶片的旋转过程。叶片在旋转过程中，其几何形状会随时间变化，因此需要使用动网格技术来处理。我们将通过一个UDF来实现叶片的旋转。

首先，我们需要定义一个UDF来控制叶片的旋转。以下是一个简单的UDF示例：

#includeudf.h

#defineOMEGA100.0//旋转速度（单位：rad/s）

DEFINE_GRID_MOTION(rotate_blade,domain,thread,parent,n_time,time,dt,motion,m_thread)

{

face_tf;

Thread*t=m_thread;

realomega=OMEGA;

realt0=time[0];

realt1=time[1];

realdt=time[2];

realaxis[3]={0.0,0.0,1.0};//旋转轴

realorigin[3]={0.0,0.0,0.0};//旋转中心

//计算旋转角度

realangle=omega*(t1-t0);

//遍历所有面，应用旋转

begin_f_loop(f,t)

{

realx[ND_ND];//面中心坐标

realy[ND_ND];//旋转后的面中心坐标

F_CENTROID(x,f,t);

//旋转坐标

y[0]=x[0]*cos(angle)-x[1]*sin(angle);

y[1]=x[0]*sin(angle)+x[1]*cos(angle);

y[2]=x[2];

//设置新的面中心坐标

F_CENTROID(x,f,t)=y;

}

end_f_loop(f,t)

}

1.3.2动网格设置

在ANSYSFluent中，设置动网格的步骤如下：

定义动网格区域：

在网格设置中，选择需要移动或变形的区域（例如涡轮叶片）。

将该区域设置为动网格区域。

加载UDF：

在UDF管理器中，加载并编译上述UDF。

将UDF关联到动网格区域。

设置动网格类型：

选择动网格类型（例如旋转）。

设置旋转轴和旋转中心。

初始化和求解：

初始化流场。

进行时间步长求解，观察叶片的旋转过程。

1.4动网格案例分析

通过上述UDF和设置，我们可以模拟涡轮叶片的旋转过程。在实际应用中，叶片的旋转速度、旋转中心和旋转轴可能会根据具体的飞行器设计参数进行调整。动网格技术不仅适用于涡轮叶片，还可以扩展到其他动态过程，如机翼的颤振、导弹的机动等。

2.自定义湍流模型

2.1湍流模型概述

湍流模型是CFD模拟中的一个重要组成部分，用于描述流体中的湍流现象。ANSYSFluent内置了多种经典的湍流模型，如k-ε模型、k-ω模型等。然而，在某些复杂的航空航天应用中，这些模型可能无法准确描述流体行为。因此，自定义湍流模型成为了一种必要的手段。

2.2自定义湍流模型的基本原理

自定义湍流模型主要通过UDFs来实现。用户可以在UDF中定义自己的湍流变量输运方程和闭合关系。通过这些自定义模型，可以更精确地模拟特定的流体行为。

2.3自定义湍