CFX动网格技术：模拟球阀开启与关闭的关键步骤

在本文中，我们将深入探讨如何利用ANSYS CFX的高级动网格技术，特别是Multi-Configuration和Remeshing功能，来模拟球阀的开启与关闭过程。CFL（Computational Fluid Dynamics，计算流体力学）软件如CFX 12版本提供了针对动态几何体运动的强大支持，这对于包含机械部件如阀门在内，涉及流体-结构相互作用（Flow-Structure Interaction, FSI）的复杂工程场景至关重要。 动网格策略是解决此类问题的关键，它能够处理固体在流体中的大变形和大位移，确保在模拟诸如转子压缩机、齿轮泵、血液泵等设备时，网格能够适应其运动。CFX与ICEM CFD集成，提供了外部网格重构功能，能够生成高质量的网格，即使面对复杂形变也能保持网格的完整性，避免产生不良单元。 对于像螺杆泵和齿轮泵这样的设备，CFX采用了immersed solids方法，这种方法无需网格变形或重构，而是通过在流体中施加动量源来模拟固体的任意运动。这种创新的方法极大地简化了动态网格的设置，使得用户能够轻松处理各种复杂动态场景。 文章的重点在于描述了多构型（Multi-Configuration）功能，该功能特别适用于处理带有弹簧的活塞的一维运动，当压力超过弹簧力时，活塞会向上移动，开始时处于封闭状态。传统的网格技术在这类情况下遇到挑战，但CFX 12通过结合多构型和网格重划分技术，成功解决了活塞从完全封闭到开启的过渡过程，这个过程在传统的CFD中通常无法直接模拟，因为它依赖于面网格扩展到体网格的过程。 为了模拟这个过程，文章提到需要准备两个不同的网格，分别对应关闭和开启两种状态，并且需要两个ICEM的rpl文件，用于结果网格和非结果网格的remeshing。具体的模拟设置包括使用SST湍流模型、airside-gas模型以及设定入口和出口的开放条件。 在模拟开始阶段，需要特别注意的是网格的设置，如inlet和outlet不处于同一区域可能导致求解过程中的孤立区域，这时需要在求解选项中启用允许孤立区域以继续计算。通过这些高级功能的应用，用户能够获得准确的阀门开闭动态过程的数值模拟结果，从而为实际工程设计提供有价值的依据。