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ANSYSFLUENT

培訓(xùn)教材第一節(jié):CFD簡介安世亞太科技(北京)有限公司ANSYSFLUENT培訓(xùn)教材安世亞太科技(北京)有限公什么是CFD?CFD是計算流體動力學(xué)(Computationalfluiddynamics)的縮寫,是預(yù)測流體流動、傳熱傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)及其他相關(guān)物理現(xiàn)象的一門學(xué)科。CFD一般要通過數(shù)值方法求解以下的控制方程組質(zhì)量守恒方程動量守恒方程能量守恒方程組分守恒方程體積力等等CFD分析一般應(yīng)用在以下階段:概念設(shè)計產(chǎn)品的詳細(xì)設(shè)計發(fā)現(xiàn)問題改進(jìn)設(shè)計CFD分析是物理試驗的補充,但更節(jié)省費用和人力。什么是CFD?CFD是計算流體動力學(xué)(ComputatioCFD如何工作?ANSYSCFD求解器是基于有限體積法的計算域離散化為一系列控制體積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偏微分方程組離散化為代數(shù)方程組用數(shù)值方法求解代數(shù)方程組以獲取流場解Fluidregionofpipeflowisdiscretizedintoafinitesetofcontrolvolumes.

Equation

Variable Continuity 1 Xmomentum u Ymomentum v Zmomentum w Energy hControlVolume**FLUENTcontrolvolumesarecell-centered(i.e.theycorrespond

directlywiththemesh)whileCFXcontrolvolumesarenode-centeredUnsteadyConvectionDiffusionGenerationCFD如何工作?ANSYSCFD求解器是基于有限體積法的CFD模擬概覽問題定義確定模擬的目的確定計算域前處理和求解過程創(chuàng)建代表計算域的幾何實體設(shè)計并劃分網(wǎng)格設(shè)置物理問題(物理模型、材料屬性、域?qū)傩?、邊界條件…)定義求解器(數(shù)值格式、收斂控制…)求解并監(jiān)控后處理過程查看計算結(jié)果修訂模型ProblemIdentificationDefinegoalsIdentifydomainPre-ProcessingGeometryMeshPhysicsSolverSettingsSolveComputesolutionPostProcessingExamineresultsUpdateModelCFD模擬概覽問題定義ProblemIdentifica1.定義模擬目的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?你的模擬有哪些選擇?你的分析應(yīng)該包括哪些物理模型(例如,湍流,壓縮性,輻射)?你需要做哪些假設(shè)和簡化?你能做哪些假設(shè)和簡化(如對稱、周期性)?你需要自己定義模型嗎?FLUENT使用UDF,CFX使用UserFORTRAN計算精度要求到什么級別?你希望多久能拿到結(jié)果?CFD是否是合適的工具?ProblemIdentificationDefinegoalsIdentifydomain1.定義模擬目的你希望得到什么樣的結(jié)果(例如,壓降,流量)2.確定計算域如何把一個完成的物理系統(tǒng)分割出來?計算域的起始和結(jié)束位置在這些位置你能獲得邊界條件嗎?這些邊界條件類型合適嗎?你能把邊界延伸到有合適數(shù)據(jù)的位置嗎?能簡化為二維或者軸對稱問題嗎?ProblemIdentificationDefinegoalsIdentifydomainDomainofInterest

asPartofaLarger

System(notmodeled)Domainofinterest

isolatedandmeshed

forCFDsimulation.2.確定計算域如何把一個完成的物理系統(tǒng)分割出來?Probl3.創(chuàng)建幾何模型你如何得到流體域的幾何模型?使用現(xiàn)有的CAD模型從固體域中抽取出流體域?直接創(chuàng)建流體幾何模型你能簡化幾何嗎?去除可能引起復(fù)雜網(wǎng)格的不必要特征(倒角、焊點等)使用對稱或周期性?流場和邊界條件是否都是對稱或周期性的?你需要切分模型以獲得邊界條件或者創(chuàng)建域嗎?SolidmodelofaHeadlightAssemblyPre-ProcessingGeometryMeshPhysicsSolverSettings3.創(chuàng)建幾何模型你如何得到流體域的幾何模型?Solidm4.設(shè)計和劃分網(wǎng)格計算域的各個部分都需要哪種程度的網(wǎng)格密度?網(wǎng)格必須能捕捉感興趣的幾何特征,以及關(guān)心變量的梯度,如速度梯度、壓力梯度、溫度梯度等。你能估計出大梯度的位置嗎?你需要使用自適應(yīng)網(wǎng)格來捕捉大梯度嗎?哪種類型的網(wǎng)格是最合適的?幾何的復(fù)雜度如何?你能使用四邊形/六面體網(wǎng)格,或者三角形/四面體網(wǎng)格是否足夠合適?需要使用非一致邊界條件嗎?你有足夠的計算機資源嗎?需要多少個單元/節(jié)點?需要使用多少個物理模型?PyramidPrism/WedgeHexahedronPre-ProcessingGeometryMeshingPhysicsSolverSettingsTriangleQuadrilateralTetrahedron4.設(shè)計和劃分網(wǎng)格計算域的各個部分都需要哪種程度的網(wǎng)格密度四邊形/六面體還是三角形/四面體網(wǎng)格對沿著結(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)果當(dāng)網(wǎng)格和流動方向一致,四邊形/六面體網(wǎng)格能減少數(shù)值擴散在創(chuàng)建網(wǎng)格階段,四邊形/六面體網(wǎng)格需要花費更多人力四邊形/六面體還是三角形/四面體網(wǎng)格對沿著結(jié)構(gòu)方向的流動,四四邊形/六面體還是三角形/四面體網(wǎng)格TetrahedralmeshWedge(prism)mesh對復(fù)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)格的工作量生成網(wǎng)格快速流動一般不沿著網(wǎng)格方向混合網(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例如,用棱柱型網(wǎng)格捕捉邊界層比單獨使用三角形/四面體網(wǎng)格更有效四邊形/六面體還是三角形/四面體網(wǎng)格Tetrahedral多域(或混合)網(wǎng)格多域或混合網(wǎng)格在不同的域使用不同的網(wǎng)格類型,例如在風(fēng)扇和熱源處使用六面體網(wǎng)格在其他地方使用四面體/棱柱體網(wǎng)格多域網(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當(dāng)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(shù)。ModelcourtesyofROIEngineering多域(或混合)網(wǎng)格多域或混合網(wǎng)格在不同的域使用不同的網(wǎng)格類型非一致網(wǎng)格對復(fù)雜幾何體,非一致網(wǎng)格很有用分別劃分每一個域,然后粘接在其他情況下,也使用非一致網(wǎng)格界面技術(shù)不同坐標(biāo)系之間移動網(wǎng)格Non-conformalinterface3DFilmCoolingCoolantisinjectedintoaductfromaplenum.TheplenumismeshedwithtetrahedralcellswhiletheductismeshedwithhexahedralcellsCompressorandScrollThecompressorandscrollarejoinedthroughanonconformalinterface.Thisservestoconnectthehexandtetmeshesandalsoallowsachangeinreferenceframe非一致網(wǎng)格對復(fù)雜幾何體,非一致網(wǎng)格很有用Non-confor設(shè)置物理問題和求解器對給定的問題,你需要定義材料屬性流體固體混合物選擇合適的物理模型湍流,燃燒,多相流等。指定操作條件指定邊界條件提供初始值設(shè)置求解器控制參數(shù)設(shè)置監(jiān)測收斂參數(shù)Forcomplexproblemssolvingasimplifiedor2Dproblemwillprovidevaluableexperiencewiththemodelsandsolversettingsforyourprobleminashortamountoftime.Pre-ProcessingGeometryMeshPhysicsSolverSettings設(shè)置物理問題和求解器對給定的問題,你需要Forcomple求解通過迭代求解這些離散的守恒方程直至收斂以下情況達(dá)到收斂:兩次迭代的流場結(jié)果差異小到可以忽略監(jiān)測殘差趨勢能幫助理解這個差異達(dá)到全局守恒全局量的平衡感興趣的量(如阻力、壓降)達(dá)到穩(wěn)定值監(jiān)測感興趣量的變化.收斂解的精度和以下因素有關(guān):合適的物理模型,模型的精度網(wǎng)格密度,網(wǎng)格無關(guān)性數(shù)值誤差A(yù)convergedandmesh-independentsolutiononawell-posedproblemwillprovideusefulengineeringresults!SolveComputesolution求解通過迭代求解這些離散的守恒方程直至收斂Aconverg查看結(jié)果查看結(jié)果,抽取有用的數(shù)據(jù)使用可視化的工具能回答以下問題:什么是全局的流動類型?是否有分離?激波、剪切層等在哪兒出現(xiàn)?關(guān)鍵的流動特征是否捕捉住了?數(shù)值報告工具能給出以下量化結(jié)果:力、動量平均換熱系數(shù)面積分、體積分量通量平衡Examineresultstoensurepropertyconservationandcorrectphysicalbehavior.Highresidualsmaybecausedbyjustafewpoorqualitycells.PostProcessingExamineresultsUpdateModel查看結(jié)果查看結(jié)果,抽取有用的數(shù)據(jù)Examineresult修訂模型這些物理模型是否合適?流動是湍流的嗎?流動是非穩(wěn)態(tài)的嗎?是否有壓縮性效應(yīng)?是否有三維效應(yīng)?這些邊界條件是否合適?計算域是否足夠大?邊界條件是否合適?邊界值是否是合理的?網(wǎng)格是否是足夠的?加密網(wǎng)格能否提高精度?網(wǎng)格是否有無關(guān)性?是否需要提高網(wǎng)格捕捉幾何的細(xì)節(jié)PostProcessingExamineresultsUpdateModel修訂模型這些物理模型是否合適?PostProcessingFLUENT中的物理模型流動和傳熱動量、質(zhì)量、能量方程輻射湍流雷諾平均模型(Spalart-Allmaras,k–ε,k–ω,雷諾應(yīng)力模型)大渦模擬(LES)和分離渦模擬(DES)組分輸運體積反應(yīng)Arrhenius有限速率化學(xué)反應(yīng)湍流快速化學(xué)反應(yīng)渦耗散,非預(yù)混,預(yù)混,局部預(yù)混湍流有限速率反應(yīng)EDC,laminarflamelet,compositionPDFtransport表面化學(xué)反應(yīng)PressureContoursinNear-GroundFlightTemperatureContoursforKilnBurnerRetrofitFLUENT中的物理模型流動和傳熱PressureConFLUENT中的物理模型多相流模型離散相模型(DPM)VOFMixturesEulerian-EulerianandEulerian-granularLiquid/Solidandcavitationphasechange動網(wǎng)格MovingzonesSingleandmultiplereferenceframes(MRF)MixingplanemodelSlidingmeshmodelMovinganddeforming(dynamic)mesh(MDM)用戶定義標(biāo)量輸運方程PressureContoursinaSquirrelCageBlower(CourtesyFordMotorCo.)GasoutletOiloutletThree-

PhaseInletWateroutletContoursofOilVolumeFractioninaThree-PhaseSeparatorFLUENT中的物理模型多相流模型PressureConWorkbench2中的FLUENTCFD啟動ANSYSWorkbench在工具欄中拖動FluidFlow(FLUENT)到項目欄里

Workbench2中的FLUENTCFD啟動ANSY讀入幾何右鍵點擊GeometrycellA2然后選擇ImportGeometry讀入幾何文件(CAD模型或者DesignModeler.agdb文件)你也可以把FLUENT和已經(jīng)存在的DesignModeler進(jìn)程連接起來讀入幾何右鍵點擊GeometrycellA2然后選擇生成網(wǎng)格右鍵點擊Meshcell然后選擇Edit.Meshing工具打開,并讀入幾何選擇Mesh注意因為網(wǎng)格是從FLUENT中打開的,所以默認(rèn)優(yōu)先選擇的是FLUENT生成網(wǎng)格右鍵點擊Meshcell然后選擇Edit.定義邊界和域使用Namedselections定義邊界名字選擇你想指定名字的面右鍵選擇

CreateNamedSelection.鍵入名字然后點擊OK.有時你需要指定流體域和固體域固體用來計算共軛傳熱velocityinlet定義邊界和域使用Namedselections定義邊界名設(shè)置并運行FLUENT編輯Setupcell來設(shè)置物理問題邊界條件求解器設(shè)置求解后處理求解結(jié)束后,結(jié)果可以在FLUENT中的post里查看,或者輸出到CFD-Post中查看等值線、矢量圖分布圖計算力和力矩非穩(wěn)態(tài)結(jié)果的動畫設(shè)置并運行FLUENT編輯Setupcell來設(shè)置物FLUENT

軟件演示啟動FLUENT

(假設(shè)網(wǎng)格已經(jīng)生成好了)設(shè)置一個簡單的問題求解流體流動后處理結(jié)果FLUENT軟件演示啟動FLUENT(假設(shè)網(wǎng)格已經(jīng)生成謝謝APeraGlobalCompany?PERAChina謝謝APeraGlobalCompany?PERA演講完畢,謝謝觀看!演講完畢,謝謝觀看!ANSYSFLUENT

培訓(xùn)教材第一節(jié):CFD簡介安世亞太科技(北京)有限公司ANSYSFLUENT培訓(xùn)教材安世亞太科技(北京)有限公什么是CFD?CFD是計算流體動力學(xué)(Computationalfluiddynamics)的縮寫,是預(yù)測流體流動、傳熱傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)及其他相關(guān)物理現(xiàn)象的一門學(xué)科。CFD一般要通過數(shù)值方法求解以下的控制方程組質(zhì)量守恒方程動量守恒方程能量守恒方程組分守恒方程體積力等等CFD分析一般應(yīng)用在以下階段:概念設(shè)計產(chǎn)品的詳細(xì)設(shè)計發(fā)現(xiàn)問題改進(jìn)設(shè)計CFD分析是物理試驗的補充,但更節(jié)省費用和人力。什么是CFD?CFD是計算流體動力學(xué)(ComputatioCFD如何工作?ANSYSCFD求解器是基于有限體積法的計算域離散化為一系列控制體積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偏微分方程組離散化為代數(shù)方程組用數(shù)值方法求解代數(shù)方程組以獲取流場解Fluidregionofpipeflowisdiscretizedintoafinitesetofcontrolvolumes.

Equation

Variable Continuity 1 Xmomentum u Ymomentum v Zmomentum w Energy hControlVolume**FLUENTcontrolvolumesarecell-centered(i.e.theycorrespond

directlywiththemesh)whileCFXcontrolvolumesarenode-centeredUnsteadyConvectionDiffusionGenerationCFD如何工作?ANSYSCFD求解器是基于有限體積法的CFD模擬概覽問題定義確定模擬的目的確定計算域前處理和求解過程創(chuàng)建代表計算域的幾何實體設(shè)計并劃分網(wǎng)格設(shè)置物理問題(物理模型、材料屬性、域?qū)傩浴⑦吔鐥l件…)定義求解器(數(shù)值格式、收斂控制…)求解并監(jiān)控后處理過程查看計算結(jié)果修訂模型ProblemIdentificationDefinegoalsIdentifydomainPre-ProcessingGeometryMeshPhysicsSolverSettingsSolveComputesolutionPostProcessingExamineresultsUpdateModelCFD模擬概覽問題定義ProblemIdentifica1.定義模擬目的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?你的模擬有哪些選擇?你的分析應(yīng)該包括哪些物理模型(例如,湍流,壓縮性,輻射)?你需要做哪些假設(shè)和簡化?你能做哪些假設(shè)和簡化(如對稱、周期性)?你需要自己定義模型嗎?FLUENT使用UDF,CFX使用UserFORTRAN計算精度要求到什么級別?你希望多久能拿到結(jié)果?CFD是否是合適的工具?ProblemIdentificationDefinegoalsIdentifydomain1.定義模擬目的你希望得到什么樣的結(jié)果(例如,壓降,流量)2.確定計算域如何把一個完成的物理系統(tǒng)分割出來?計算域的起始和結(jié)束位置在這些位置你能獲得邊界條件嗎?這些邊界條件類型合適嗎?你能把邊界延伸到有合適數(shù)據(jù)的位置嗎?能簡化為二維或者軸對稱問題嗎?ProblemIdentificationDefinegoalsIdentifydomainDomainofInterest

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isolatedandmeshed

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