全版Fluent視頻教材文本01之簡介ppt課件

1、A Pera Global Company PERA ChinaANSYS FLUENT 培訓教材第一節(jié)：CFD簡介安世亞太科技北京A Pera Global Company PERA China什么是 CFD?nCFD是計算流體動力學Computational fluid dynamics的縮寫，是預測流體流動、傳熱傳質(zhì)、化學反應及其他相關物理現(xiàn)象的一門學科。CFD一般要通過數(shù)值方法求解以下的控制方程組n質(zhì)量守恒方程n動量守恒方程n能量守恒方程n組分守恒方程n體積力n等等nCFD 分析一般應用在以下階段:n概念設計n產(chǎn)品的詳細設計n發(fā)現(xiàn)問題n改進設計nCFD分析是物理試驗的補充，但更節(jié)省費用

2、和人力。A Pera Global Company PERA ChinaCFD如何工作?nANSYS CFD 求解器是基于有限體積法的n計算域離散化為一系列控制體積n在這些控制體上求解質(zhì)量、動量、能量、組分等的通用守恒方程n偏微分方程組離散化為代數(shù)方程組n用數(shù)值方法求解代數(shù)方程組以獲取流場解Fluid region of pipe flow is discretized into a finite set of control volumes. EquationVariableContinuity1X momentumuY momentumvZ momentumwEnergyhControlV

3、olume* FLUENT control volumes are cell-centered (i.e. they correspond directly with the mesh) while CFX control volumes are node-centeredUnsteadyConvectionDiffusionGenerationA Pera Global Company PERA ChinaCFD 模擬概覽n問題定義n確定模擬的目的n確定計算域n前處理和求解過程n創(chuàng)建代表計算域的幾何實體n設計并劃分網(wǎng)格n設置物理問題物理模型、材料屬性、域?qū)傩?、邊界條件 ）n定義求解器 （數(shù)值

4、格式、收斂控制 ）n求解并監(jiān)控n后處理過程n查看計算結(jié)果n修訂模型Problem IdentificationDefine goalsIdentify domainPre-ProcessingGeometryMeshPhysicsSolver SettingsSolveCompute solutionPost ProcessingExamine resultsUpdate ModelA Pera Global Company PERA China1. 定義模擬目的n你希望得到什么樣的結(jié)果例如，壓降，流量），你如何使用這些結(jié)果？n你的模擬有哪些選擇？n你的分析應該包括哪些物理模型例如，湍流，壓縮

5、性，輻射）？n你需要做哪些假設和簡化？n你能做哪些假設和簡化如對稱、周期性）？n你需要自己定義模型嗎？nFLUENT使用UDF，CFX使用 User FORTRANn計算精度要求到什么級別？n你希望多久能拿到結(jié)果？nCFD是否是合適的工具？Problem IdentificationDefine goalsIdentify domainA Pera Global Company PERA China2. 確定計算域n如何把一個完成的物理系統(tǒng)分割出來？n計算域的起始和結(jié)束位置n在這些位置你能獲得邊界條件嗎？n這些邊界條件類型合適嗎？n你能把邊界延伸到有合適數(shù)據(jù)的位置嗎？n能簡化為二維或者軸對稱問

6、題嗎？Problem IdentificationDefine goalsIdentify domainDomain of Interestas Part of a LargerSystem (not modeled)Domain of interestisolated and meshedfor CFD simulation.A Pera Global Company PERA China3. 創(chuàng)建幾何模型n你如何得到流體域的幾何模型？n使用現(xiàn)有的CAD模型n從固體域中抽取出流體域？n直接創(chuàng)建流體幾何模型n你能簡化幾何嗎？n去除可能引起復雜網(wǎng)格的不必要特征倒角、焊點等）n使用對稱或周期性？n

7、流場和邊界條件是否都是對稱或周期性的？n你需要切分模型以獲得邊界條件或者創(chuàng)建域嗎？Solid model of a Headlight AssemblyPre-ProcessingGeometryMeshPhysicsSolver SettingsA Pera Global Company PERA China4. 設計和劃分網(wǎng)格n計算域的各個部分都需要哪種程度的網(wǎng)格密度？n網(wǎng)格必須能捕捉感興趣的幾何特征，以及關心變量的梯度，如速度梯度、壓力梯度、溫度梯度等。n你能估計出大梯度的位置嗎？n你需要使用自適應網(wǎng)格來捕捉大梯度嗎？n哪種類型的網(wǎng)格是最合適的？n幾何的復雜度如何？n你能使用四邊形/六面

8、體網(wǎng)格，或者三角形/四面體網(wǎng)格是否足夠合適？n需要使用非一致邊界條件嗎？n你有足夠的計算機資源嗎？n需要多少個單元/節(jié)點？n需要使用多少個物理模型？PyramidPrism/WedgeHexahedronPre-ProcessingGeometryMeshingPhysicsSolver SettingsTriangleQuadrilateralTetrahedronA Pera Global Company PERA China四邊形/六面體還是三角形/四面體網(wǎng)格n對沿著結(jié)構(gòu)方向的流動，四邊形/六面體網(wǎng)格和三角形/四面體網(wǎng)格相比，能用更少的單元/節(jié)點獲得高精度的結(jié)果n當網(wǎng)格和流動方向一致，四

9、邊形/六面體網(wǎng)格能減少數(shù)值擴散n在創(chuàng)建網(wǎng)格階段，四邊形/六面體網(wǎng)格需要花費更多人力A Pera Global Company PERA China四邊形/六面體還是三角形/四面體網(wǎng)格Tetrahedral meshWedge (prism) meshn對復雜幾何，四邊形/六面體網(wǎng)格沒有數(shù)值優(yōu)勢，你可以使用三角形/四面體網(wǎng)格或混合網(wǎng)格來節(jié)省劃分網(wǎng)格的工作量n生成網(wǎng)格快速n流動一般不沿著網(wǎng)格方向n混合網(wǎng)格一般使用三角形/四面體網(wǎng)格，并在特定的域里使用其他類型的單元n例如，用棱柱型網(wǎng)格捕捉邊界層n比單獨使用三角形/四面體網(wǎng)格更有效A Pera Global Company PERA China多域或

10、混合網(wǎng)格n多域或混合網(wǎng)格在不同的域使用不同的網(wǎng)格類型，例如 n在風扇和熱源處使用六面體網(wǎng)格n在其他地方使用四面體/棱柱體網(wǎng)格n多域網(wǎng)格是求解精度、計算效率和生成網(wǎng)格工作量之間的很好的平衡手段n當不同域直接的網(wǎng)格節(jié)點不一致時，需要使用非一致網(wǎng)格技術。Model courtesy of ROI EngineeringA Pera Global Company PERA China非一致網(wǎng)格n對復雜幾何體，非一致網(wǎng)格很有用n分別劃分每一個域，然后粘接n在其他情況下，也使用非一致網(wǎng)格界面技術n不同坐標系之間n移動網(wǎng)格Non-conformalinterface3D Film CoolingCoolan

11、t is injected into a duct from a plenum. The plenum is meshed with tetrahedral cells while the duct is meshed with hexahedral cellsCompressor and ScrollThe compressor and scroll are joined through a non conformal interface. This serves to connect the hex and tet meshes and also allows a change in re

12、ference frameA Pera Global Company PERA China設置物理問題和求解器n對給定的問題，你需要n定義材料屬性n流體 n固體n混合物n選擇合適的物理模型n湍流，熄滅，多相流等。n指定操作條件n指定邊界條件n提供初始值n設置求解器控制參數(shù)n設置監(jiān)測收斂參數(shù)For complex problems solving a simplified or 2D problem will provide valuable experience with the models and solver settings for your problem in a short am

13、ount of time.Pre-ProcessingGeometryMeshPhysicsSolver SettingsA Pera Global Company PERA China求解n通過迭代求解這些離散的守恒方程直至收斂n以下情況達到收斂：n兩次迭代的流場結(jié)果差異小到可以忽略n監(jiān)測殘差趨勢能幫助理解這個差異n達到全局守恒n全局量的平衡n感興趣的量如阻力、壓降達到穩(wěn)定值n監(jiān)測感興趣量的變化.n收斂解的精度和以下因素有關：n合適的物理模型，模型的精度n網(wǎng)格密度，網(wǎng)格無關性n數(shù)值誤差A converged and mesh-independent solution on a well-po

14、sed problem will provide useful engineering results!SolveCompute solutionA Pera Global Company PERA China查看結(jié)果n查看結(jié)果，抽取有用的數(shù)據(jù)n使用可視化的工具能回答以下問題:n什么是全局的流動類型？n是否有分離？n激波、剪切層等在哪兒出現(xiàn)？n關鍵的流動特征是否捕捉住了？n數(shù)值報告工具能給出以下量化結(jié)果：n力、動量n平均換熱系數(shù)n面積分、體積分量n通量平衡Examine results to ensure property conservation and correct physical b

15、ehavior. High residuals may be caused by just a few poor quality cells.Post ProcessingExamine resultsUpdate ModelA Pera Global Company PERA China修訂模型n這些物理模型是否合適？n流動是湍流的嗎？n流動是非穩(wěn)態(tài)的嗎？n是否有壓縮性效應？n是否有三維效應？n這些邊界條件是否合適？n計算域是否足夠大？n邊界條件是否合適？n邊界值是否是合理的？n網(wǎng)格是否是足夠的？n加密網(wǎng)格能否提高精度？n網(wǎng)格是否有無關性？n是否需要提高網(wǎng)格捕捉幾何的細節(jié)Post Proce

16、ssingExamine resultsUpdate ModelA Pera Global Company PERA ChinaFLUENT 中的物理模型n流動和傳熱n動量、質(zhì)量、能量方程n輻射n湍流n雷諾平均模型 (Spalart-Allmaras, k, k, 雷諾應力模型)n大渦模擬 (LES) 和分離渦模擬 (DES)n組分輸運n體積反應nArrhenius 有限速率化學反應n湍流快速化學反應n渦耗散, 非預混, 預混，局部預混n湍流有限速率反應nEDC, laminar flamelet, composition PDF transportn表面化學反應Pressure Contou

17、rs in Near-Ground FlightTemperature Contours for Kiln Burner RetrofitA Pera Global Company PERA ChinaFLUENT 中的物理模型n多相流模型n離散相模型 (DPM)nVOFnMixturesnEulerian-Eulerian and Eulerian-granularnLiquid/Solid and cavitation phase changen動網(wǎng)格nMoving zonesnSingle and multiple reference frames (MRF)nMixing plane

18、modelnSliding mesh modelnMoving and deforming (dynamic) mesh (MDM)n用戶定義標量輸運方程Pressure Contours in a Squirrel Cage Blower (Courtesy Ford Motor Co.)GasoutletOiloutletThree-PhaseInletWateroutletContours of Oil Volume Fractionin a Three-Phase SeparatorA Pera Global Company PERA ChinaWorkbench 2 中的FLUENT CFDn啟動ANSYS Workbenchn在工具欄中拖動Fluid Flow (FLUENT) 到項目欄里A Pera Global Company PERA China讀入幾何n右鍵點擊 Geometry cell A2 然后選擇 Import Geometryn讀入幾何文件 (CAD 模型或者 DesignModeler .agdb