FLUENT培訓(xùn)教材01簡(jiǎn)介ppt課件

1、ANSYS FLUENT 培訓(xùn)教材第一節(jié)：CFD簡(jiǎn)介安世亞太科技北京什么是 CFD?CFD是計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)Computational fluid dynamics的縮寫，是預(yù)測(cè)流體流動(dòng)、傳熱傳質(zhì)、化學(xué)反響及其他相關(guān)物理景象的一門學(xué)科。CFD普通要經(jīng)過(guò)數(shù)值方法求解以下的控制方程組質(zhì)量守恒方程動(dòng)量守恒方程能量守恒方程組分守恒方程體積力等等CFD 分析普通運(yùn)用在以下階段:概念設(shè)計(jì)產(chǎn)品的詳細(xì)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題改良設(shè)計(jì)CFD分析是物理實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充，但更節(jié)省費(fèi)用和人力。CFD如何任務(wù)?ANSYS CFD 求解器是基于有限體積法的計(jì)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(dòng)量、能量、組分等的通用守恒方程偏

2、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(chǎng)解Fluid region of pipe flow is discretized into a finite set of control volumes. EquationVariableContinuity1X momentumuY momentumvZ momentumwEnergyhControlVolume* FLUENT control volumes are cell-centered (i.e. they correspond directly with the mesh) while CFX control vo

3、lumes are node-centeredUnsteadyConvectionDiffusionGenerationCFD 模擬概覽問(wèn)題定義確定模擬的目的確定計(jì)算域前處置和求解過(guò)程創(chuàng)建代表計(jì)算域的幾何實(shí)體設(shè)計(jì)并劃分網(wǎng)格設(shè)置物理問(wèn)題物理模型、資料屬性、域?qū)傩?、邊境條件 定義求解器 數(shù)值格式、收斂控制 求解并監(jiān)控后處置過(guò)程查看計(jì)算結(jié)果修訂模型Problem IdentificationDefine goalsIdentify domainPre-ProcessingGeometryMeshPhysicsSolver SettingsSolveCompute solutionPost Proce

4、ssingExamine resultsUpdate Model1. 定義模擬目的他希望得到什么樣的結(jié)果例如，壓降，流量，他如何運(yùn)用這些結(jié)果？他的模擬有哪些選擇？他的分析應(yīng)該包括哪些物理模型例如，湍流，緊縮性，輻射？他需求做哪些假設(shè)和簡(jiǎn)化？他能做哪些假設(shè)和簡(jiǎn)化如對(duì)稱、周期性？他需求本人定義模型嗎？FLUENT運(yùn)用UDF，CFX運(yùn)用 User FORTRAN計(jì)算精度要求到什么級(jí)別？他希望多久能拿到結(jié)果？CFD能否是適宜的工具？Problem IdentificationDefine goalsIdentify domain2. 確定計(jì)算域如何把一個(gè)完成的物理系統(tǒng)分割出來(lái)？計(jì)算域的起始和終了位置在

5、這些位置他能獲得邊境條件嗎？這些邊境條件類型適宜嗎？他能把邊境延伸到有適宜數(shù)據(jù)的位置嗎？能簡(jiǎn)化為二維或者軸對(duì)稱問(wèn)題嗎？Problem IdentificationDefine goalsIdentify domainDomain of Interestas Part of a LargerSystem (not modeled)Domain of interestisolated and meshedfor CFD simulation.3. 創(chuàng)建幾何模型他如何得到流體域的幾何模型？運(yùn)用現(xiàn)有的CAD模型從固體域中抽取出流體域？直接創(chuàng)建流體幾何模型他能簡(jiǎn)化幾何嗎？去除能夠引起復(fù)雜網(wǎng)格的不用要特征

6、倒角、焊點(diǎn)等運(yùn)用對(duì)稱或周期性？流場(chǎng)和邊境條件能否都是對(duì)稱或周期性的？他需求切分模型以獲得邊境條件或者創(chuàng)建域嗎？Solid model of a Headlight AssemblyPre-ProcessingGeometryMeshPhysicsSolver Settings4. 設(shè)計(jì)和劃分網(wǎng)格計(jì)算域的各個(gè)部分都需求哪種程度的網(wǎng)格密度？網(wǎng)格必需能捕捉感興趣的幾何特征，以及關(guān)懷變量的梯度，如速度梯度、壓力梯度、溫度梯度等。他能估計(jì)出大梯度的位置嗎？他需求運(yùn)用自順應(yīng)網(wǎng)格來(lái)捕捉大梯度嗎？哪種類型的網(wǎng)格是最適宜的？幾何的復(fù)雜度如何？他能運(yùn)用四邊形/六面體網(wǎng)格，或者三角形/四面體網(wǎng)格能否足夠適宜？需求運(yùn)

7、用非一致邊境條件嗎？他有足夠的計(jì)算機(jī)資源嗎？需求多少個(gè)單元/節(jié)點(diǎn)？需求運(yùn)用多少個(gè)物理模型？PyramidPrism/WedgeHexahedronPre-ProcessingGeometryMeshingPhysicsSolver SettingsTriangleQuadrilateralTetrahedron四邊形/六面體還是三角形/四面體網(wǎng)格對(duì)沿著構(gòu)造方向的流動(dòng)，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(diǎn)獲得高精度的結(jié)果當(dāng)網(wǎng)格和流動(dòng)方向一致，四邊形/六面體網(wǎng)格能減少數(shù)值分散在創(chuàng)建網(wǎng)格階段，四邊形/六面體網(wǎng)格需求破費(fèi)更多人力四邊形/六面體還是三角形/四面體網(wǎng)格Tetra

8、hedral meshWedge (prism) mesh對(duì)復(fù)雜幾何，四邊形/六面體網(wǎng)格沒有數(shù)值優(yōu)勢(shì)，他可以運(yùn)用三角形/四面體網(wǎng)格或混合網(wǎng)格來(lái)節(jié)省劃分網(wǎng)格的任務(wù)量生成網(wǎng)格快速流動(dòng)普通不沿著網(wǎng)格方向混合網(wǎng)格普通運(yùn)用三角形/四面體網(wǎng)格，并在特定的域里運(yùn)用其他類型的單元例如，用棱柱型網(wǎng)格捕捉邊境層比單獨(dú)運(yùn)用三角形/四面體網(wǎng)格更有效多域或混合網(wǎng)格多域或混合網(wǎng)格在不同的域運(yùn)用不同的網(wǎng)格類型，例如 在風(fēng)扇和熱源處運(yùn)用六面體網(wǎng)格在其他地方運(yùn)用四面體/棱柱體網(wǎng)格多域網(wǎng)格是求解精度、計(jì)算效率和生成網(wǎng)格任務(wù)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(diǎn)不一致時(shí)，需求運(yùn)用非一致網(wǎng)格技術(shù)。Model courtesy

9、of ROI Engineering非一致網(wǎng)格對(duì)復(fù)雜幾何體，非一致網(wǎng)格很有用分別劃分每一個(gè)域，然后粘接在其他情況下，也運(yùn)用非一致網(wǎng)格界面技術(shù)不同坐標(biāo)系之間挪動(dòng)網(wǎng)格Non-conformalinterface3D Film CoolingCoolant 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 scrol

10、l are joined through a non conformal interface. This serves to connect the hex and tet meshes and also allows a change in reference frame設(shè)置物理問(wèn)題和求解器對(duì)給定的問(wèn)題，他需求定義資料屬性流體 固體混合物選擇適宜的物理模型湍流，熄滅，多相流等。指定操作條件指定邊境條件提供初始值設(shè)置求解器控制參數(shù)設(shè)置監(jiān)測(cè)收斂參數(shù)For complex problems solving a simplified or 2D problem will provide valuab

11、le experience with the models and solver settings for your problem in a short amount of time.Pre-ProcessingGeometryMeshPhysicsSolver Settings求解經(jīng)過(guò)迭代求解這些離散的守恒方程直至收斂以下情況到達(dá)收斂：兩次迭代的流場(chǎng)結(jié)果差別小到可以忽略監(jiān)測(cè)殘差趨勢(shì)能協(xié)助了解這個(gè)差別到達(dá)全局守恒全局量的平衡感興趣的量如阻力、壓降到達(dá)穩(wěn)定值監(jiān)測(cè)感興趣量的變化.收斂解的精度和以下要素有關(guān)：適宜的物理模型，模型的精度網(wǎng)格密度，網(wǎng)格無(wú)關(guān)性數(shù)值誤差A(yù) converged and me

12、sh-independent solution on a well-posed problem will provide useful engineering results!SolveCompute solution查看結(jié)果查看結(jié)果，抽取有用的數(shù)據(jù)運(yùn)用可視化的工具能回答以下問(wèn)題:什么是全局的流動(dòng)類型？能否有分別？激波、剪切層等在哪兒出現(xiàn)？關(guān)鍵的流動(dòng)特征能否捕捉住了？數(shù)值報(bào)告工具能給出以下量化結(jié)果：力、動(dòng)量平均換熱系數(shù)面積分、體積分量通量平衡Examine results to ensure property conservation and correct physical behavior

13、. High residuals may be caused by just a few poor quality cells.Post ProcessingExamine resultsUpdate Model修訂模型這些物理模型能否適宜？流動(dòng)是湍流的嗎？流動(dòng)是非穩(wěn)態(tài)的嗎？能否有緊縮性效應(yīng)？能否有三維效應(yīng)？這些邊境條件能否適宜？計(jì)算域能否足夠大？邊境條件能否適宜？邊境值能否是合理的？網(wǎng)格能否是足夠的？加密網(wǎng)格能否提高精度？網(wǎng)格能否有無(wú)關(guān)性？能否需求提高網(wǎng)格捕捉幾何的細(xì)節(jié)Post ProcessingExamine resultsUpdate ModelFLUENT 中的物理模型流動(dòng)和傳熱動(dòng)量

14、、質(zhì)量、能量方程輻射湍流雷諾平均模型 (Spalart-Allmaras, k, k, 雷諾應(yīng)力模型)大渦模擬 (LES) 和分別渦模擬 (DES)組分輸運(yùn)體積反響Arrhenius 有限速率化學(xué)反響湍流快速化學(xué)反響渦耗散, 非預(yù)混, 預(yù)混，部分預(yù)混湍流有限速率反響EDC, laminar flamelet, composition PDF transport外表化學(xué)反響Pressure Contours in Near-Ground FlightTemperature Contours for Kiln Burner RetrofitFLUENT 中的物理模型多相流模型離散相模型 (DPM)

15、VOFMixturesEulerian-Eulerian and Eulerian-granularLiquid/Solid and cavitation phase change動(dòng)網(wǎng)格Moving zonesSingle and multiple reference frames (MRF)Mixing plane modelSliding mesh modelMoving and deforming (dynamic) mesh (MDM)用戶定義標(biāo)量輸運(yùn)方程Pressure Contours in a Squirrel Cage Blower (Courtesy Ford Motor C

16、o.)GasoutletOiloutletThree-PhaseInletWateroutletContours of Oil Volume Fractionin a Three-Phase SeparatorWorkbench 2 中的FLUENT CFD啟動(dòng)ANSYS Workbench在工具欄中拖動(dòng)Fluid Flow (FLUENT) 到工程欄里讀入幾何右鍵點(diǎn)擊 Geometry cell A2 然后選擇 Import Geometry讀入幾何文件 (CAD 模型或者 DesignModeler .agdb 文件)他也可以把 FLUENT 和曾經(jīng)存在的 DesignModeler 進(jìn)程銜接起來(lái)生成網(wǎng)格右鍵點(diǎn)擊 Mesh cell 然后選擇 Edit.Meshing 工具翻開，并讀入幾何選擇Mesh留意由于網(wǎng)格是從FLUENT中翻開的，所以默許優(yōu)先選擇的是 FLUENT定義邊境和域運(yùn)用 Named selections定義邊境名字選擇他想指定名字的面右鍵選擇 Create Named Selection.