MRF｜滑移网格｜重叠网格

本文摘要（由AI生成）：

本文主要探讨了MRF、SMM以及重叠网格在计算旋转运动时的差异。文章首先介绍了MRF、SMM以及重叠网格的概念，然后详细说明了它们的计算方法，最后通过一个具体的例子比较了它们在计算旋转运动时的差异。

上一篇文章（SRF、壁面运动及动网格）中探讨了SRF与动网格的区别。本文在前一篇文章的基础上进一步对比并探讨MRF、SMM以及重叠网格的差异。

还是上篇文章中的几何，如下图所示。密闭容器中包含一个以角速度200 RPM的十字桨叶。本次比较采用MRF、滑移网格以及重叠网格时计算结果的差异。

注意，重叠网格采用的方案与MRF及滑移网格不同，其需要准备两套计算网格。

1 计算网格

MRF及滑移网格计算采用的网格如下图所示。

需要注意的是，滑移网格必须使用交界面，否则会提示出现负体积。MRF模型可以使用内部面也可以使用交界面（推荐使用内部面）。为了便于比较，全部使用interface。交界面的位置取距离桨叶最远端附近（其实很容易理解，交界面取得更远等同于使用SRF）。

注：不过交界面会造成较大误差，也不宜放置在桨叶前端附近，这里只是测试分界面距离运动边界过近会有什么后果。通常情况下将分界面放置在桨叶前端与壁面的中间位置，尽量避免分界面对桨叶前端及壁面造成扰动，但是也要尽可能减少将静止区域人为指定为动区域。

”

为确保产生interface，在SCDM中不要对几何进行共享拓扑。将内部区域命名为inner，外部区域命名为outer。为了与前文动网格结果进行比较，这里也采用三角形网格划分，并采用相同的网格尺寸。生成的计算网格如下图所示。

2 MRF计算

• 稳态数据
• 采用RNG K-Epsilon湍流模型
• 采用MRF模型，指定内部区域角速度为300 RPM

• 创建分界面

• 设置桨叶壁面速度为相对区域速度为0

• 计算得到的速度分布（残差收敛到1e-7）

3 滑移网格

滑移网格需要计算瞬态，这里可以在MRF基础上进行修改计算。

• 选择Transient进行瞬态计算
• 指定inner区域运动为Mesh Motion，并指定其旋转速度为300 RPM

• 速度动画如下图所示

4 重叠网格

重叠网格的几何与前面MRF及滑移网格不同，其需要两个重叠在一起的独立几何，并分别划分计算网格。

为了便于比较，这里采用了三角形网格，网格尺寸与前面保持一致。生成计算网格如下图所示。

• 激活Transient采用瞬态计算
• 指定前景网格区域inner旋转角速度为300 rpm

• 定义重叠网格区域

• 计算结果如下图所示

注：重叠网格开启了并行计算就出错，用1个CPU就没问题。现在不清楚是软件安装有问题还是版本有问题。

”

5 总结

下面是相同的工况条件下分别使用SRF、MRF、SMM、动网格以及滑移网格得到的结果。放在一起便于比较。

• SRF计算结果

• MRF计算结果

• 滑移网格计算结果

• 动网格计算结果

• 重叠网格计算结果

注：上面的动图中桨叶旋转快慢不同是由于截图采用的帧率不同所造成。

”

以动网格结果作为目标（毕竟与真实工况最吻合），从上面的计算结果来看：

• 对于文中所示的旋转运动，上面所有的方法其实都是可以使用的
• 稳态计算时MRF要好于SRF，原因在于SRF将更多原本为静止的区域处理成了运动区域，而MRF可以缩小这些区域的范围
• 瞬态计算时优先选用滑移网格，能最大程度保证网格质量。不过滑移网格需要使用interface，在计算时依然存在插值
• 重叠网格计算精度并不高，因为重叠域内需要不断插值，不过好在重叠网格不需要担心网格运动带来的负体积问题
• 动网格是与实际工况最为符合的，不过动网格方法在运动时网格质量会变得很差

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