动网格中一个重要任务是部件运动方式的指定。在动网格中指定部件的运动，往往将部件的运动方式指定为其加速度、速度或位移与时间的相关关系，本文主要讲述如何在Fluent中利用瞬态Profile文件指定部件的运动方式。

在Fluent中指定部件运动主要有两种方式：Profile与UDF宏。当运动方程已知时，利用UDF宏指定运动非常方便，然而当需要指定的运动并无任何函数关系时（比如说通过传感器监测得到的速度-时间、加速度-时间曲线），此时利用Profile文件进行运动表述则较为方便。

Profile文件有三种表述方式：

  • 标准形式
  • 表格形式
  • CSV格式

需要注意的是：在Fluent中的Profile文件所指定的边界运动均是与时间相关的。只有在动网格中指定了in-cylinder方法时，profile文件才可以指定为角度的函数。关于in-cylinder方法，我们在后面再进行详细描述。

标准瞬态Profile文件

标准瞬态Profile文件可表述为以下格式：

((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：自定义的 profile名，必须全部为小写字母，且要求小于64个字符
  • field_name：各种场变量，但必须有一行time，且时间变量数据为升序排列
  • transient：为瞬态profile关键字，需要保留
  • n：每一个场变量拥有的数据个数
  • periodic?：表示是否使用时间周期profile，若为1则使用周期，写0或省略则表示不使用周期。

一个典型的Profile文件示例：

((sampleprofile transient 3 0)
 (time  1 2  3 )
 (u  10  20  30 )
)

标准Profile注意的问题：

  • profile中所有的物理量均需要使用国际单位制，软件并不会进行转换
  • 必须有一行为time，可以是任意一行。但如果采用in-cylinder方法，则必须有一行为angle
  • profile名必须为小写字母，且不能包含有空格或其他标点符号
  • 标准形式Profile文件可以通过菜单File →Read →Profile...读取

表格形式瞬态Profile文件

表格形式的profile文件与标准形式类似，表述为以下形式：

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

一个典型示例：

sampletabprofile 2 3 0
time u 2 3 0
1 10
2 20
3 30

表格形式profile文件需要注意的问题：

  • profile中所有的物理量均需要使用国际单位制，软件并不会进行转换
  • 第一个field_name必须为time。但如果采用in-cylinder方法，则必须为angle
  • profile名必须为小写字母，且不能包含有空格或其他标点符号
  • 标准形式Profile文件可以通过TUI命令file →read-transient-table读取

CSV格式瞬态文件

CSV文件是以逗号隔开的数据文件，可以使用excel打开。

在描述运动过程时，通常采用瞬态csv文件。

瞬态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编辑，保存后修改文件扩展名为CSV。

上例中的Name与Data是关键字，不可修改。

time和terperature为变量名，分别为时间和温度。数据列表采用逗号隔开。

注意：标准形式Profile文件可以通过菜单File →Read →Profile...读取。

profile文件中的物理量

能用profile表示的物理量很多，在动网格中常用的如：表示位置的变量x,y,z；表示速度的变量v_x,v_y,v_z；表示角速度的变量omega_x,omega_y,omega_z；表示时间的变量time。

时间步长

需要注意的是，profile中的数据采用的是线性插值，因此计算过程中采用的时间步长需要低于profile数据时间步长，否则会造成数据信息丢失，尤其是在曲线有曲率存在的位置。

如下图所示，蓝色线条为大时间步长下得到的值，可以看到在曲率位置并未严格遵守profile指定的规律。

一个案例

如果要表示运动函数：

\[v_x=2sin(3t)+5 \]

时间区间为[0,20]，时间步长为0.5s，如果要利用profile来表达，则可以采用如下步骤：

  • step 1：利用excel编辑公式计算数据（这里括号内假设计算得到的是度，将其转化为弧度）
  • step 2：如果采用标准profile文件，需要转置保存数据

之后将文件保存到文本文件中，并添加其他所需的结构信息。如图所示。

之后将文件保存为扩展名为prof即可。

  • 若采用表格形式profile文件，则直接保存到文本文件并添加其他的结构信息。
  • 若采用CSV格式，则需要在Excel文件中添加文本信息并保存为CSV格式。

保存后用文本编辑器打开csv文件。

需要去掉数据信息后的逗号，如上图中前三行行末尾的逗号。去掉完毕后保存csv文件即可。