Fluent动网格【5】：部件变形
在动网格中关于部件运动除了指定刚体运动外，有时还需要指定某些边界的变形，这种情况经常会遇到，尤其是与运动部件存在相连接边界的情况下，如下图中边界1运动导致与之相连的边界2和边界3发生变形。
Fluent中预制了三种变形方式：
- faceted
- plane
- cylinder
除此以外，Fluent还允许用户通过UDF宏DEFINE_GEOM自定义边界变形。
faceted
选择此类型的变形，则意味着对边界的变形不加控制，变形边界的形状取决于刚体运动。
此方式不需要定义变形参数。
plane
定义几何变形方式为plane意味着该几何上的所有的节点，只能在此平面内运动。
平面的定义采用点和法线方式定义。如图所示。
cylinder
采用cylinder方式，则意味着该几何上的所有节点在变形过程中，只能在所定义的圆柱面上运动。
定义 圆柱面采用的参数包括：圆柱半径、轴上的一个点的坐标以及轴的方向矢量。其中轴的方向矢量（图中的cylinder axis）同时还定义了圆柱的高。
user-defined
用户自定义方式则是采用UDF宏DEFINE_GEOM进行定义。
此宏的结构很简单，定义形式为：
DEFINE_GEOM(name ,d , dt, position)
其中：
name：为UDF名称，用户自己取名字。
d：一个指向区域的指针，由Fluent传入。类型为Domain *d
dt：一个存储动网格属性的结构体指针，由Fluent传入。类型为Dynamic_Thread *dt
position：存储网格节点位置的数组指针。类型为real *position。
在此宏中，除了name是用户指定的之外，其他参数均为Fluent传入，用户通过更改position指针数据来将新的网格节点位置返回至fluent。
UDF实例
下列UDF定义了一个绕Z轴旋转的抛物面变形体。
除了利用Profile进行运动指定之外，Fluent中还可以使用UDF宏来指定部件的运动。其中用于运动指定的宏主要有三个：
- DEFINE_CG_MOTION
- DEFINE_GEOM
- DEFINE_GRID_MOTION
今天主要看第一个UDF宏DEFINE_CG_MOTION。
用途
DEFINE_CG_MOTION宏主要用于描述刚体的运动。所谓“刚体”，指的是在运动过程中部件几何形状不会发生任何改变，只是其质心位置发生改变。
在定义刚体的运动时，通常以速度方式进行显式定义。
形式
DEFINE_CG_MOTION宏的结构很简单。
DEFINE_CG_MOTION(name,dt,vel,omega,time,dtime)
其中：
name：为宏的名称，可以随意定义
dt：一个指针Dynamic_Thread *dt，存储动网格属性，通常不需要用户干预。
vel：平动速度，为一个数组，其中vel[0]为x方向速度，vel[1]为y方向速度，vel[2]为z方向速度。
omega：转动速度，omega[0]为x方向角速度，omega[1]为y方向角速度，omega[2]为z方向角速度。
time：当前时间。
dtime：时间步长。
DEFINE_CG_MOTION宏实际上是要返回数据vel或omega。__
实例
实例1：利用DEFINE_CG_MOTION宏定义速度：
可以写成：
#include "udf.h"
DEFINE_CG_MOTION(velocity,dt,vel,omega,time,dtime)
{
vel[0] = 2* sin(3*time);
}
很简单，对不对？
再来个复杂点的例子。
实例2：已知作用在部件上的力F，计算部件在力F作用下的运动。
可以采用牛顿第二定律：
则速度可写为：
可写UDF宏为：
/************************************************************
* 1-degree of freedom equation of motion (x-direction)
* compiled UDF
************************************************************/
#include "udf.h"
static real v_prev = 0.0;
static real time_prev = 0.0;
DEFINE_CG_MOTION(piston,dt,vel,omega,time,dtime)
{
Thread *t;
face_t f;
real NV_VEC(A);
real force_x, dv;
/* reset velocities */
NV_S(vel, =, 0.0);
NV_S(omega, =, 0.0);
if (!Data_Valid_P())
return;
/* get the thread pointer for which this motion is defined */
t = DT_THREAD(dt);
/* compute pressure force on body by looping through all faces */
force_x = 0.0;
begin_f_loop(f,t)
{
F_AREA(A,f,t);
force_x += F_P(f,t) * A[0];
}
end_f_loop(f,t)
/* compute change in velocity, dv = F*dt/mass */
dv = dtime * force_x / 50.0;
/* motion UDFs can be called multiple times and should not cause
false velocity updates */
if (time > (time_prev + EPSILON))
{
v_prev += dv;
time_prev = time;
}
Message("time = %f, x_vel = %f, x_force = %f\n", time, v_prev, force_x);
/* set x-component of velocity */
vel[0] = v_prev;
}
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