1 概述

固体运动是某些CFD问题中必须要考虑的因素，如风扇的旋转。相关问题可分类如下：

问题类型	是否为刚体	运动规律是否已知
无特定称呼	Y	Y
六自由度运动问题	Y	N
流固耦合问题	N	N

在 Fluent 中，有多种方法表征固体运动，包括：

• MRF（multiple reference frame，多重坐标系）
• 滑移网格（sliding mesh）
• 动网格（dynamic mesh）
• 重叠网格（overset mesh）

本文作为第一部分，仅讲述 MRF 和滑移网格的设置。动网格和重叠网格部分另外讲述。

2 应用场景

MRF和滑移网格方法通常应用于绕轴旋转、平动等运动规律简单的问题，工程中以绕轴旋转应用较多。

MRF方法可支持稳态仿真和瞬态仿真，滑移网格方法仅支持瞬态仿真。

3 网格划分

计算域通常计算域包括静止域和运动域两个部分。运动域指运动固体附近区域被单独分割出来的区域，静止域为计算域剩余部分。

离心机等整体运动的场景，可将整个计算域作为运动域，无需对静止域建模。

如图所示搅拌器模型，黄色部分为搅拌器叶片附近的区域被单独切割出来作为旋转域，灰色部分为静止域。

4 计算设置

4.1 MRF设置

在Fluent中，需要在运动域设置面板勾选“frame motion”选项，并设置运动规律。

旋转的定义需要同时定义旋转轴和转速。

旋转轴是三维空间的直线，其定义需要方向向量和经过的点两类信息。方向向量在“rotation-axis direction”部分设置，其可以为任意长度的向量，如（0，0，1）和（0，0，2）对于定义旋转轴方向是等效的。经过的点在“rotation-axis origin”部分设置，可以为旋转轴上的任意点。

旋转方向采用右手螺旋法则确定，旋转轴的方向向量符号对旋转方向有影响。例如，（0，0，1）和（0，0，-1）所表示的旋转方向是相反的。

由于MRF方法不涉及网格变化，无需额外设置旋转域和静止域区域之间的网格交界面，可直接使用共节点网格。

4.2 滑移网格设置

在 Fluent 中，需要在运动域设置面板勾选“mesh motion”选项，并设置运动规律。

面板上运动规律的设置内容和MRF相同。

由于运动域网格随时间变化，需要创建网格交界面（mesh interface）以进行数据插值，且不可使用共节点网格。

对已有的MRF设置，Fluent命令“mesh/modify-zones/mrf-to-sliding-mesh”可自动转换为滑移网格设置。

4.3 边界条件设置

Fluent中默认的壁面边界条件为无滑移边界条件，且相对于从属的区域静止，不是绝对静止。默认设置中，壁面的边界速度由区域的运动规律设置决定。

由于几何特征限制等原因，很难保证各个壁面和所属区域的运动规律相同。对于部分壁面需要单独设置运动速度，使其和物理实际一致。

在设置界面，建议壁面的运动规律基于绝对坐标系定义，避免出错。

5 后处理

后处理中，Fluent速度可分为绝对速度和相对速度两类。速度的参考系为绝对坐标系，相对速度的参考系为运动坐标系。两者对比如图所示。

6 MRF和滑移网格的区别

低转速下，MRF和滑移网格计算结果较接近，转速越高两者偏差越大。

若需要获得精确结果和流动特征的周期性波动规律，可先用MRF运行稳态仿真获得初步结果，再用滑移网格运行瞬态仿真，且MRF的稳态结果作为瞬态仿真初始条件。