ANSYS_CFD之Flotran中文講解說明

1、23 設(shè)置并執(zhí)行一個零迭代FLOTRAN分析命令：FLOCHECK, Key功能：生成第0次代或當前迭代的結(jié)果總結(jié)，以便于檢查邊界條件和流體性質(zhì)的設(shè)置菜單：Main Menu>Preprocessor>FLOTRAN Set Up>FlocheckMain Menu>Preprocessor>FLOTRAN Set Up>Flocheck其中，Key的值及其含義如下：0：不執(zhí)行零次迭代 （但會生成當前迭代的結(jié)果總結(jié)，此為缺省值）1：執(zhí)行零次迭代（生成第0次代的結(jié)果總結(jié)）該命令的菜單形式如下： 第四章 FLOTRAN邊界條件1 邊界條件的類型·進口邊

2、界/出口邊界·對稱條件·固定壁面和移動壁面·周期邊界·恒定溫度·熱流·體積熱源·傳熱系數(shù)·輻射2 進口/出口邊界條件·可以指定分析區(qū)域的進口和出口速度恒值速度用宏定義的非恒值速度·可以沿邊界指定壓力條件流體或進或出局部壓力邊界條件通常來自于顯著的幾何變化·湍流邊界條件指定所需選項若無定義，F(xiàn)LOTRAN將使用缺省值對稱邊界條件·表示對稱面或軸對稱的中心軸·假定流場特性為對稱·對稱邊界法向上的速度分量為零·防止通過邊界的質(zhì)量或熱傳輸·對稱

3、邊界必須以總體坐標軸來進行指定固定壁面·施加無滑移邊界條件所有速度分量都設(shè)為零·湍流模型的邊界條件是自動施加的壁面律、壁面Log律·若壁面未定義熱邊界條件，則以絕熱對待·無須定義壓力條件垂直于壁面的壓力梯度為零移動壁面·移動壁面穩(wěn)態(tài)條件分析區(qū)域在分析過程中不能改變·壁面將“拖拉”流體或隨流體一起移動·垂直于壁面的速度分量為零·定義與壁面相切的速度為壁面速度·設(shè)置標志以使FLOTRAN知道該壁面不是一個流場的進口標志為：將湍流動能設(shè)為-1內(nèi)流·由壁面、對稱面、進出口邊界包圍起來的流場為內(nèi)流

4、3;可以沒有進出口邊界·可以有未定義邊界，但可能會不穩(wěn)定外流·流場邊界必須遠離流場中的固體區(qū)域·通常，在流場邊界的后半段施加零相對壓力邊界條件·對于超音素問題，通常在流場邊界的前半段定義壓力和速度邊界條件而在后半段不定義任何邊界條件·一定要確定任何激波都不能延伸到有確定值的邊界上，如果發(fā)生這種情況，則應(yīng)將該邊界上的邊界條件值去掉·有時可在整個外邊界上定義速度邊界條件·流場邊界與流場中固體區(qū)域之間的距離應(yīng)為該固體區(qū)域尺寸的30到100倍周期邊界·兩個邊界上對應(yīng)節(jié)點的值雖不確定但卻相等·兩個邊界上必須有相同的

5、節(jié)點分布·每個周期對稱節(jié)點對的所有自由度都將耦合·用peri.mac宏來施加該邊界條件選擇邊界上的節(jié)點指定邊界間的空間偏置量熱邊界條件·指定溫度FLOTRAN自動計算用于保持該溫度所需的熱傳導·指定熱流FLOTRAN自動計算與熱流相聯(lián)系的壁面溫度和流場條件·指定導熱系數(shù)指定環(huán)境溫度，F(xiàn)LOTRAN迭代計算熱流和表面溫度·體積熱源可在流體單元和非流體單元中定義·輻射定義表面輻射系數(shù)和環(huán)境溫度10 邊界條件總結(jié)邊界類型所需數(shù)據(jù)進口定義所有的速度分量或壓力出口定義壓力（通常為零）固定壁面將所有的速度分量都設(shè)為零移動壁面定義所有的速

6、度分量并將湍流動能設(shè)為-1對稱邊界法向速度分量為零已知溫度指定節(jié)點溫度值絕熱邊界自然邊界條件，無須定義熱流在邊界節(jié)點上定義熱流對流換熱系數(shù)在邊界節(jié)點上定義對流換熱系數(shù)體積熱源定義單元的單位體積熱生成率周期邊界指定幾何數(shù)據(jù)以判定周期邊界節(jié)點11 邊界條件的菜單形式·在前處理或求解菜單里面·只有定義了FLOTRAN單元之后該邊界條件菜單才會顯示出來·定義速度·定義壓力自由度·定義其它自由度·體積熱源·熱流·對流換熱·輻射第五章 FLOTRAN層流和湍流分析算例問題描述該算例是一個二維的導流管分析，先分析一個雷

7、諾數(shù)為400的層流情況，然后改變流場參數(shù)再重新分析，最后再擴大分析區(qū)域來計算其湍流情況。該算例所用單位制為國際單位制。分析區(qū)域圖示如下： 分析方法及假定 用FLUID141單元來作二維分析，本算例作了如下三個分析：· 雷諾數(shù)為400的假想流的層流分析· 降低流體粘性后（即增大雷諾數(shù)）的假想流的層流分析· 雷諾數(shù)約為260000的空氣流的湍流分析分析時假定進口速度均勻，并且垂直于進口流場方向上的流體速度為零。在所有壁面上施加無滑移邊界條件（即所有速度分量都為零）；假定流體不可壓縮，并且其性質(zhì)為恒值，在這種情況下，壓力就可只考慮相對值，因此在出口處施加的壓力邊界條件是

8、相對壓力為零。第一次分析時，流場為層流，著可以通過雷諾數(shù)來判定，其公式如下： 第二次分析時，將流體粘性降低到原來的十分之一（雷諾數(shù)相應(yīng)增大）后再在第 一次分析的基礎(chǔ)上重啟動分析對于內(nèi)流來說，當雷諾數(shù)達到2000至3000時，流場即由層流過渡到湍流，故第三次分析（空氣流，雷諾數(shù)約為260000）時，流場是湍流。對于湍流分析，上圖所示的導流管的后端應(yīng)加長，以使流場能得到充分發(fā)展。此時，應(yīng)在該次求解之前改變ANSYS的工作名以防止程序在上一次分析結(jié)果的基礎(chǔ)上作重啟動分析。幾何尺寸及流體性質(zhì)進口段長度4 m進口段高度1 m過渡段長度2 m出口段高度2.5 m層流分析時出口段長度6 m湍流分析時出口段長

9、度12 m假設(shè)流體密度1 Kg/m3假設(shè)流體粘性第一次分析0.01Kg/m-s；第二次分析0.001 Kg/m-s空氣密度1.205 Kg/m3空氣粘性1.8135*10-5 Kg/m-s進口速度2.0 m/s出口壓力0 nt/m2分析過程如下：第1步：進入ANSYS參見ANSYS Operation Guide第2步：設(shè)置分析選擇1進入Main Menu>Preference2點取FLOTRAN CFD項3點取OK第3步：定義單元類型1進入Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete2點取Add3在彈出菜單的左

10、框中點取FLOTRAN CFD，右框中點取2D FLOTRAN 1414點取OK5點取Close第4步：生成分析區(qū)域的幾何面該步定義三個面：分別表示進口和出口的兩個矩形面，以及一個表示過渡段的面。1生成進口段，進入Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Areas-Rectangle>By Dimensions2在彈出菜單中的相應(yīng)區(qū)域輸入以下值：X1處輸入0X2處輸入2Y1處輸入0Y2處輸入13點取Apply4生成出口段，再在上面彈出菜單中輸入以下值：X1處輸入6X2處輸入12Y1處輸入0Y2處輸入2.55點取OK6在工具欄（T

11、oolbar）窗口中點取SAVE_DB7進入Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Create>Lines>Tan to 2 Lines8點取左側(cè)矩形的上面一條線作為第一條切線，再在點取菜單中點取OK9點取該線的右端點作為第一切點，再在點取菜單中點取OK10點取右側(cè)矩形的上面一條線作為第二條切線，再在點取菜單中點取OK11點取該線的左端點作為第二切點，再在點取菜單中點取OK12在點取菜單中點取Cancel。所生成的結(jié)果線是一條界于兩個矩形之間的光滑曲線13進入Main Menu>Preprocessor>-Modeling-Cre

12、ate>-Areas-Arbitrary>Through KPs14分別點取界于兩個矩形之間的光滑曲線上的兩個端點，再點取左側(cè)矩形的右下角和右側(cè)矩形的左下角15 點取OK16在工具欄窗口中點取SAVE_DB第5步：定義單元形狀1進入Main Menu>Preprocessor>-Meshing->Mesher Opts2將Midside node placement域改為No Midside nodes，點取OK3在彈出菜單中點取QuadOnly4點取OK5進入Utility Menu>Plot>Lines6進入Main Menu>Preproc

13、essor>-Meshing->Size Cntrls>-Lines->Picked Lines7點取進口區(qū)（左側(cè)矩形面）的上下兩條直線8在點取菜單中點取Apply9在彈出菜單的No. of element divisions域中輸入1210在彈出菜單的Spacing ratio域中輸入-211點取Apply12點取過渡區(qū)（中間面）的上下兩條線，并點取Apply13在彈出菜單的No. of element divisions域中輸入914在彈出菜單的Spacing ratio域中輸入115點取Apply16 點取出口區(qū)（右側(cè)矩形面）的上面一條直線，并點取Apply17在

14、彈出菜單的No. of element divisions域中輸入13并在Spacing ratio域中輸入0.418點取Apply19點取出口區(qū)（右側(cè)矩形面）的下面一條直線，并點取Apply20在彈出菜單的Spacing ratio域中輸入2.521點取Apply22點取剩下的四條垂線，并點取OK23在彈出菜單的No. of element divisions域中輸入10并在Spacing ratio域中輸入-224點取OK25在工具欄窗口中點取SAVE_DB第6步：劃分有限元網(wǎng)格1進入Main Menu>Preprocessor>-Meshing->Mesh>Are

15、as>Free2在點取菜單中點取Pick All第7步：生成并應(yīng)用新的工具欄按鈕在做類似于該例的分析時，定義一些諸如能“自動選擇出與某條線相關(guān)的所有節(jié)點”、“關(guān)閉座標系符號的顯示”等的工具欄按鈕是非常有助于方便地建立模型的。這一步的目的就是建立兩個分別實現(xiàn)上述功能的工具欄按鈕1進入Utility Menu>Menu Ctrls>Edit Toolbar2在彈出菜單中的*ABBR后輸入ns1,nsll,13點取Accept4在彈出菜單中的*ABBR后輸入tri,/triad,off5點取Accept，然后點取Close6在工具欄中點取剛生成好的TRI按鈕，之后進入Utility

16、 Menu>Plot>Replot，此時，在圖形窗口中，原來的座標系符號就會消失了。第8步：施加邊界條件在模型的進口處加X方向速度為2、其它方向速度為零的進口速度條件；在所有壁面處加兩個方向速度都為零的速度條件，在出口處加零壓力邊界條件1進入Utility Menu>Plot>Nodes2進入Utility Menu>Select>Entities3在彈出菜單中選擇“Nodes”和“By Num/Pick”，并點取OK4在彈出的選擇菜單中選擇“Box”5按住鼠標左鍵，在模型左側(cè)進口邊的所有節(jié)點周圍拉出一個方框6點取OK7進入Main Menu>Prep

17、rocessor>-Loads->-Loads->Apply>-Fluid/CFD->Velocity>On Nodes8點取Pick All9在彈出菜單的VX域輸入2，VY域輸入010點取OK11進入Utility Menu>Plot>Lines12進入Utility Menu>Select>Entities13在彈出菜單中選擇“Lines”和“By Num/Pick”，之后點取OK14在圖形窗口中點取表示上下六個壁面的六條線，之后點取選擇菜單中的OK15在工具欄菜單中點取NSL按鈕，以選取上面六條線上的全部節(jié)點16進入Utilit

18、y Menu>Plot>Nodes17進入Main Menu>Preprocessor>-Loads->-Loads->Apply>-Fluid/CFD->Velocity>On Nodes18點取Pick All19在彈出菜單的VX域和VY域都輸入020點取OK21進入Utility Menu>Select>Everything，然后再進入Utility Menu>Plot>Nodes22進入Main Menu>Preprocessor>-Loads->-Loads->Apply>-F

19、luid/CFD->Pressure DOF>On Nodes23在彈出的選擇菜單中選擇“Box”，按住鼠標左鍵，在模型右側(cè)出口邊的所有節(jié)點周圍拉出一個方框24在彈出菜單中將壓力值設(shè)為零25點取OK26進入Utility Menu>Select>Everything27在工具欄中點取SAVE-DB第9步：求解層流該步首先建立流體性質(zhì)，然后設(shè)置執(zhí)行控制，并開始求解1進入Main Menu>Solution>FLOTRAN SetUp>Fluid Properties2將彈出菜單的“Density”域設(shè)為“Constant”，點取OK3將恒值密度設(shè)為1.0

20、，恒值粘性設(shè)為0.014點取OK5進入Main Menu>Solution>FLOTRAN SetUp>Execution Control6在彈出菜單的“Global iterations”域輸入207點取OK8進入Main Menu>Solution>Run FLOTRAN，開始進行求解第10步：觀察層流分析的結(jié)果1進入Main Menu>General Postproc>-Read Results->Last Set2進入Main Menu>General Postproc>Plot Results>Vector Plot&

21、gt;Predifined3在彈出菜單中選擇“DOF solution”和“Velocity V”4點取OK5進入Utility Menu>PlotCtrls>Device Options6將向量模式(vector mode (wire frame)設(shè)為“ON”，之后點取OK7進入Utility Menu>PlotCtrls>Style>Edge Options8在彈出菜單的“Edge tolerance angle”域輸入19將“Element Outline for non-contour/contour plots”域設(shè)為“Edge Only/All”10將

22、“Replot upon OK/Apply”域設(shè)為“Replot”11點取OK第11步：確定流體粘性如何影響流場特性諸如空氣和水等常見流體的粘性都低于上例中的假想流體粘性。將該粘性縮小10倍將響應(yīng)增大雷諾數(shù)。在本步中，返回FLOTRAN的輸入步，改變粘性值，重新求解。分析將從上面結(jié)束處重新開始，并執(zhí)行附加的20次總體迭代。1進入Main Menu>Solution>FLOTRAN SetUp>Fluid Properties2點取OK3將粘性值改為0.0014點取OK5進入Main Menu>Solution>Run FLOTRAN，開始進行求解6可進行與上面第1

23、0步類似的結(jié)果觀察第12步：進行湍流分析從低粘性分析的結(jié)果可以看出，回流區(qū)已延伸到出口邊界之后，若希望流體在出口之前得到充分發(fā)展，則必須給其更多的空間，對于空氣則尤其更應(yīng)如此，因其粘性比上面的0.001還低。下面所進行的本算例的第二部分，就是緊接著上面的層流分析來作一個空氣的湍流分析，此時要延長問題的求解區(qū)域并對延長部分重新劃分網(wǎng)格、重新施加邊界條件、并激活湍流模型。在求解之前，還必須改變工作名（Jobname）。1刪除壓力邊界條件，進入：Main Menu>Preprocessor>-Loads->-Loads->Delete>Fluid/CFD>Pres

24、sure DOF>On Nodes，并在彈出菜單中選擇“Pick All”2進入Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Create>-Areas->Rectangle>ByDimensions3輸入下面的座標值：X1處輸入12X2處輸入24Y1處輸入0Y2處輸入2.54點取OK5融合關(guān)鍵點，進入Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Merge Items6將彈出菜單的“Type of item to merge”域設(shè)為“All”，然后點取OK，忽略隨后彈出的警告信息

25、7進入Utility Menu>Plot>Lines第13步：對新的出口區(qū)劃分網(wǎng)格1進入Main Menu>Preprocessor>-Meshing->Size Cntrls>-Lines->Picked Lines2點取新的出口區(qū)的最右側(cè)的一條垂線，并點取OK3在彈出菜單的No. of element divisions域中輸入104在彈出菜單的Spacing ratio域中輸入-25點取Apply6點取新出口區(qū)的上下兩條線7點取OK8在彈出菜單的No. of element divisions域中輸入20并在Spacing ratio域中輸入19

26、點取OK，并在工具欄中點取SAVE-DB10進入Main Menu>Preprocessor>-Meshing->Mesh>Areas>Free11點取新的出口區(qū)，并點取OK12進入Utility Menu>Plot>Nodes，圖形顯示節(jié)點第14步：施加湍流分析的載荷1進入Main Menu>Preprocessor>-Loads->-Loads->Apply>-Fluid/CFD->Velocity>On Nodes2在彈出的選擇菜單中選擇“Box”3按住鼠標左鍵，在還未施加邊界條件的上壁面節(jié)點周圍拉出一個

27、矩形框，然后在還未施加邊界條件的下壁面節(jié)點周圍拉出一個矩形框4點取OK5在彈出菜單的VX域和VY域都輸入06點取OK7進入Main Menu>Preprocessor>-Loads->-Loads->Apply>-Fluid/CFD->Pressure DOF>On Nodes8在彈出的選擇菜單中選擇“Box”9在新的模型右側(cè)出口邊的所有節(jié)點周圍拉出一個方框10點取OK11在彈出菜單中將壓力值設(shè)為零12點取OK第15步：改變FLOTRAN分析選項和流體性質(zhì)1進入Main Menu>Solution>FLOTRAN SetUp>Solu

28、tion Options2將彈出菜單的“Laminar or turbulent”域設(shè)為“Turbulent”3點取OK4進入Main Menu>Solution>FLOTRAN SetUp>Execution Control5在彈出菜單的“Global iterations”域輸入606 點取OK7進入Main Menu>Solution>FLOTRAN SetUp>Fluid Properties8將彈出菜單的“Density”域設(shè)為“AIR”9點取OK10確認所用的流體性質(zhì)是AIR，并點取OK第16步：進行求解1進入Utility Menu>File>Chang Jobname2在彈出的警告信息菜單中點取Close3在彈出的修改工作名的菜單中輸入“turb”作為新的工作名4點取OK5進入Main Menu>Solution>Run FLOTRAN，開始進行求解第17步：將流體速度結(jié)果以向量圖和路徑圖的方式進行顯示1進入Main Menu>