動網格中一個重要任務是部件運動方式的指定。在動網格中指定部件的運動,往往將部件的運動方式指定為其加速度、速度或位移與時間的相關關系,本文主要講述如何在Fluent中利用瞬態Profile文件指定部件的運動方式。
在Fluent中指定部件運動主要有兩種方式:Profile與UDF宏。當運動方程已知時,利用UDF宏指定運動非常方便,然而當需要指定的運動並無任何函數關系時(比如說通過傳感器監測得到的速度-時間、加速度-時間曲線),此時利用Profile文件進行運動表述則較為方便。
Profile文件有三種表述方式:
標准形式
表格形式
CSV格式
需要注意的是:在Fluent中的Profile文件所指定的邊界運動均是與時間相關的。只有在動網格中指定了in-cylinder方法時,profile文件才可以指定為角度的函數。關於in-cylinder方法,我們在后面再進行詳細描述。
標准瞬態Profile文件
標准瞬態Profile文件可表述為以下格式:
((profile-name transient n periodic?)
(field_name_1 a1 a2 a3 ... an)
(field_name_2 b1 b2 b3 ... bn)
.
.
.
(field_name_r r1 r2 r3 ... rn)
)
文件中:
- profile-name:自定義的 profile名,必須全部為小寫字母,且要求小於64個字符
- field_name:各種場變量,但必須有一行time,且時間變量數據為升序排列
- transient:為瞬態profile關鍵字,需要保留
- n:每一個場變量擁有的數據個數
- periodic?:表示是否使用時間周期profile,若為1則使用周期,寫0或省略則表示不使用周期。
一個典型的Profile文件示例:
((sampleprofile transient 3 0)
(time 1 2 3 )
(u 10 20 30 )
)
標准Profile注意的問題:
- profile中所有的物理量均需要使用國際單位制,軟件並不會進行轉換
- 必須有一行為time,可以是任意一行。但如果采用in-cylinder方法,則必須有一行為angle
- profile名必須為小寫字母,且不能包含有空格或其他標點符號
- 標准形式Profile文件可以通過菜單File →Read →Profile...讀取
表格形式瞬態Profile文件
表格形式的profile文件與標准形式類似,表述為以下形式:
profile-name n_field n_data periodic?
field-name-1 field-name-2 field-name-3 .... field-name-n_field
v-1-1 v-2-1... ... ... ... v-n_field-1
v-1-2 v-2-2... ... ... ... v-n_field-2
.
.
.
.
.
v-1-n_data v-2-n_data ... ... ... ... v-n_field-n_data
一個典型示例:
sampletabprofile 2 3 0
time u 2 3 0
1 10
2 20
3 30
表格形式profile文件需要注意的問題:
- profile中所有的物理量均需要使用國際單位制,軟件並不會進行轉換
- 第一個field_name必須為time。但如果采用in-cylinder方法,則必須為angle
- profile名必須為小寫字母,且不能包含有空格或其他標點符號
- 標准形式Profile文件可以通過TUI命令file →read-transient-table讀取
CSV格式瞬態文件
CSV文件是以逗號隔開的數據文件,可以使用excel打開。
在描述運動過程時,通常采用瞬態csv文件。
瞬態CSV文件形式如下:
[Name]
transient-temperature
[Data]
time,temperature
1.1,300
1.2,350
1.3,400
文件可以采用文本文件編輯,保存后修改文件擴展名為CSV。
上例中的Name與Data是關鍵字,不可修改。
time和terperature為變量名,分別為時間和溫度。數據列表采用逗號隔開。
注意:標准形式Profile文件可以通過菜單File →Read →Profile...讀取。
profile文件中的物理量
能用profile表示的物理量很多,在動網格中常用的如:表示位置的變量x,y,z;表示速度的變量v_x,v_y,v_z;表示角速度的變量omega_x,omega_y,omega_z;表示時間的變量time。
時間步長
需要注意的是,profile中的數據采用的是線性插值,因此計算過程中采用的時間步長需要低於profile數據時間步長,否則會造成數據信息丟失,尤其是在曲線有曲率存在的位置。
如下圖所示,藍色線條為大時間步長下得到的值,可以看到在曲率位置並未嚴格遵守profile指定的規律。
一個案例
如果要表示運動函數:
時間區間為[0,20],時間步長為0.5s,如果要利用profile來表達,則可以采用如下步驟:
- step 1:利用excel編輯公式計算數據(這里括號內假設計算得到的是度,將其轉化為弧度)
- step 2:如果采用標准profile文件,需要轉置保存數據
之后將文件保存到文本文件中,並添加其他所需的結構信息。如圖所示。
之后將文件保存為擴展名為prof即可。
- 若采用表格形式profile文件,則直接保存到文本文件並添加其他的結構信息。
- 若采用CSV格式,則需要在Excel文件中添加文本信息並保存為CSV格式。
保存后用文本編輯器打開csv文件。
需要去掉數據信息后的逗號,如上圖中前三行行末尾的逗號。去掉完畢后保存csv文件即可。