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利用
CFD
软件解决动网格问题，通常可分为以
下两类：
（
1
）主动型动网格
主动型动网格问题通常指的是边界运动规律
及运动状态已知，
通常可由软件使用者通过函数
或程序进行描述
。
在程序计算过程中，
求解器调用边界运动轨迹描述程序实现边
界运动。
这
类动网格例子很多，如各类泵、风扇等。
（
2
）被动型动网格<
/p>
还有一类动网格问题，
其边界运动规律
往往是未知的，
常常需要通过计算边界上的力或力矩，
以此来求
取边界的运动。
在这类动网格计算设置中，
网格变化规律难以预
料，
导致网格参数
经常需要进行多次调整才能达到目的。
这类例子在现实中其实也很多，
比如风力发电机的叶
< br>轮、水轮机等。
解决主动型动网格问题比较容易，
利用
CFD
软件提供的动网格模拟能力很容
易解决。
需要关
注的地方是边界运动后，网格节点如何重新布置
和生成。如在
FLUENT
软件中，其动网格主
要包括三种网格功能：
弹簧光顺、
动态层及网格重构。
利用网格重构功能几乎可以解决所有
主动型动网格问题。
那被动型动网格问题怎么处理呢？一般来说，
这类边界的运动都是由于内部流体对其压力所
造成的，
那么就
涉及到力和力矩计算的问题。
对于这类问题，
在
FLUENT
软件中可以采用
6DOF
模型进行计算。
需要注意的是，
以上所有类型动网格计算均建立在边界为刚性的情况下。
即不会计算由于流
动产生的力的作用导致的边界变形。
若要计算边界变形，
则需要采用流固耦合方法，
利用固
体求解器计算。被动
型动网格中的力和力矩均是压力对面的积分计算而来。
1
、
6DOF
UDF
宏
在
FLUENT
中利用
6DOF
是需要定
义
UDF
宏的。该宏的定义形式如下：
DEFINE_SDOF_PROPERTIES(name,
properties, dt ,time ,dtime)
函数中：
Name
：宏名称
Real *properties
：存储
6DOF
属性的数组
Dynamic_Thread
*dt
：存储制定的动网格属性
Real time
：当前时间
Real dtime
：时间步长
<
/p>
该
UDF
宏没有返回值。用户需要定义的
变变量为
name
、
properti
es
、
dt
、
dtime
。
在利用该
UDF
宏的过程中
,
需要注
意的是
properties
数组，其包含多种属性：
SDOF_MASS //
质量，定义方式如
properties[SDOF_MASS]=7.0
定义质
量
7kg
SDOF_IXX
，
SDOF_IYY
，
SOF_IZZ
，
//X
、
Y
、
Z
方向惯性矩
SDOF_IXY
，
SDOF_IXZ
，
SDOF_IYZ
，
//
惯性积
SDOF_LOAD
_LOCAL
，
//
布尔值，
FALSE
为全局坐标系，
TRUE
为体坐标系（局部坐标系）
，默认
为
FALSE
SDOF_LOAD_F_X
，
SDOF_LOAD_F_Y
，
SDOF_L
OAD_F_Z
，
//X
，
Y
，
Z
方向外力
SDOF_LOAD_M_X
，
SDOF_LOAD_M_Y
，
SDOF_LOAD
_M_Z
，
//
分别为
X
，
Y
，
Z
方向外力矩
SDOF_ZER
O_TRANS_X
，
SDOF_ZERO_TRANS_Y<
/p>
，
SDOF_ZERO_TRANS_Z
，
//
布尔值，
TRUE
表示该方
向位移为
0
，默认
为
FALSE
SDOF_ZERO_ROT_X
，
SDOF_ZERO_ROT_Y
，
SDOF_ZERO_ROT_Z
，
//
布尔值，
TRUE
表示该方向旋转
自由度为
0
，默认值为
FAL
SE
SDOF_SYMMETRY_X
，
SDOF_SYMMETRY_Y
，
SDOF_SYMME
TRY_Z
，
//
指定半模型的对称轴
法向向量。
在半模型运动时使用。
上
面的变换变量可以应付绝大多数问题，然而在
FLUENT
中，
用户还可以自定义变换变量，
这也是通过
6DOF
属性变量实现，这些变量包括：
SDOF_CUS
TOM_TRANS
，
//
布尔值，<
/p>
TRUE
表示使用自定义变换变量，
FA
LUSE
表示不使用
SDOF_CT
RANS_11
，
SDOF_CTRANS_12
，
SDOF_CTRANS_13
，
SDOF_CTRANS_21
，
SDOF_CTRA
NS_22
，
SDOF_CTRANS_23
< br>，
SDOF_CTRANS_31
，
SDOF_CTRANS_32
，
SDOF_CTRANS
_33
，
//
坐标旋转变量
SDOF_DTRANS_11
，
SDOF_DTRANS_12
，
SDOF_DTR
ANS_13
，
SDOF_DTRANS_21
，
SDOF_DTRANS_22
，
< br>SDOF_DTRANS_23
，
SDOF_DTRAN
S_31
，
SDOF_DTRANS_32
，
SDOF_DTRANS_33
，
//
衍生旋转矩阵
这些旋转矩阵在实际使用中应用较少。
下面是一个简单的
SDOF
实例：
#include “udf.h”
DEFINE_SDOF_PROPERTIES(stage,prop,time,dtime)
{
prop[SDOF_MASS] = 800.0;
prop[SDOF_IXX] = 200;
Prop[SDOF_IYY] = 100;
Prop[SDOF_IZZ] = 100;
}
上面的
UDF
定义了一个名为
< br>stage
的
SDOF
宏，且质
量
800kg
，
X
方向转动惯量为
200
，
Y
方
向转动惯量
100
，
Z
方向转动惯量
100
2
、刚体参数的获取
应用
6DOF
无可避免的会碰到刚体属性值的获取问题
。对于简单的几何体，应用力学公式可
以很方便的计算出诸如质量、
转动惯量等。
但是对于复杂的几何模型，
要想通过数学公式
计
算出这些物理量几乎是不可能的。
其实，
几乎所有的
CAD
建模软件中均
具有这些物理量的计算能力，
不过要注意区分计算的是
全局坐标
系还是局部坐标系。
6DOF
实例<
/p>
1:
设置过程
对于被动型动网格计算问题，可以采用
6DOF
动网格模型解
决。利用该模型时，需要确定计
算模型中运动部件的质量、
三方
向转动惯量及惯性矩、
重心坐标。
因此在几何模型创建过程
中，
尽量使这些值容易获取
（比如将重心位
置放置在坐标原点）
，
当然这不是必须的，
在
CAD
建模软件中都包含了这些物理量的查询。
如图
1
所示的几何体
，
在受到图中流动方向的流体作用下，
若轴向旋转自由度未被约
束，
则
会产生旋转位移。本次实例几何如图
1
所示。
在建立流体计算域之前
，需要利用
CAD
软件获取几何的特征物理量，我们这里使用<
/p>
Solidworks
实现此功能。
1
、获取几何属性
< br>利用
solidworks
载入几何体，进入【评估】<
/p>
>
【质量属性】
，选择几何体进行计算，
如图
2
所示。
图
2
质量属性
在计算几何质量属性对话框
中，可以点击【选项】按钮，设置材料参数，如图
3
所示。
图
3
几何参数
从图
2
可以看出，该几何体的重心（
0,0,25.19
）
，
Z
方向惯性矩
IZZ=324047.793g*mm^2
，
由
于我们的几何体约束了
X,Y,Z
三方向移动自由度，
X
，
Y
方向的旋转自由度，因此只需要
Z
方向的惯性矩
。需要注意的是，这里的单位是
mm
，而
UDF
中必须全部为国际单位制，需要
做单位转换。
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