ANSYS流體分析CFD

1、第一章FLOTRAN計算流體動力學（CFD）分析概述FLOTRAN CFD分析的概念ANSYS程序中的FLOTRAN CFD分析功能是一個用于分析二維及三維流體流動場 的先進的工具，使用ANSYS中用于FLOTRAN CFD分析的FLUID 141和FLUID 142單元，可 解決如下問題：作用于氣動翼（葉）型上的升力和阻力超音速噴管中的流場彎管中流體的復雜的三維流動同時，FLOTRAN還具有如下功能：”算發(fā)動機排氣系統(tǒng)中氣體的壓力及溫度分布研究管路系統(tǒng)中熱的層化及分離使用混合流研究來估計熱沖擊的可能性用自然對流分析來估計電子封裝芯片的熱性能對含有多種流體的（山固體隔開）熱交換器進行研究FLO

2、TRAN分析的種類FLOTRAN可執(zhí)行如下分析：A層流或紊流傳執(zhí)或絕執(zhí)可壓縮或不可壓縮牛頓流或非牛頓流多組份傳輸這些分析類型并不相互排斥，例如，一個層流分析可以是傳熱的或者是絕熱的，一個 紊流分析可以是可壓縮的或者是不可壓縮的。層流分析層流中的速度場都是平滑而有序的，高粘性流體（如石油等）的低速流動就通常 是層流。紊流分析紊流分析用于處理那些山于流速足夠高和粘性足夠低從而引起紊流波動的流體流 動情況，ANSYS中的二方程紊流模型可計及在平均流動下的紊流速度波動的影響。如 果流體的密度在流動過程中保持不變或者當流體壓縮時只消耗很少的能量，該流體 就可認為是不可壓縮的，不可壓縮流的溫度方程將忽略流

3、體動能的變化和粘性耗散。熱分析流體分析中通常還會求解流場中的溫度分布情況。如果流體性質不隨溫度而變， 就可不解溫度方程。在共覘傳熱問題中，要在同時包含流體區(qū)域和非流體區(qū)域（即固 體區(qū)域）的整個區(qū)域上求解溫度方程。在自然對流傳熱問題中，流體山于溫度分布的 不均勻性而導致流體密度分布的不均勻性，從而引起流體的流動，與強迫對流問題不 同的是，自然對流通常都沒有外部的流動源?？蓧嚎s流分析對于高速氣流，山很強的壓力梯度引起的流體密度的變化將顯著地影響流場的性 質，ANSYS對于這種流動情況會使用不同的解算方法。非牛頓流分析應力與應變率之間成線性關系的這種理論并不能足以解釋很多流體的流動，對于 這種非牛頓

4、流體，ANSYS程序提供了三中粘性模式和一個用戶自定義子程序。多組份傳輸分析這種分析通常是用于研究有毒流體物質的稀釋或大氣中污染氣體的傳播情況，同 時，它也可用于研究有多種流體同時存在（但被固體相互隔開）的熱交換分析。第二章FLOTRA N分析基礎FLOTRA N單元的特點ANSYS中的FLOTRAN單元，即FLUID141和FLUID242,用于解算單相粘性流體的二 維和三維流動、壓力和溫度分布。對于這些單元，ANSYS通過質量、動量和能量三個 守恒性質來訃算流體的速度分量、壓力、以及溫度。FLUID141單元FLUID141單元具有下列特征：維數：二維形狀：四節(jié)點四邊形或三節(jié)點三角形自由度

5、：速度、壓力、溫度、紊流動能、紊流能量耗散、多達六種流體的各自質 量所占的份額FLUID142單元FLUID142單元具有下列特征：維數：三維形狀：四節(jié)點四面體或八節(jié)點六面體 0FLUID141單元FLUID142單元FLUID單元的其他特征FLUID單元的其他特征包括：用于模擬紊流的二方程紊流模式有很多推導結果，諸如：流場分析中的馬赫數、壓力系數、總壓、剪應力、 壁面處的y-plus.以及流線函數；熱分析中的熱流、熱交換（膜）系數等。流體邊界條件，包括：速度、壓力、紊流動能以及紊流能量耗散率。用戶無 需提供流場進口處紊流項的邊界條件，因FLOTRAN對此提供的缺省值適用于 絕大多數分析。熱邊

6、界條件，包括：溫度、熱流、體積熱源、熱交換（膜）系數。 用戶可使用的坐標系有：的卡爾坐標系、柱坐標系、極坐標系和軸對稱坐標系。 如果所計算的問題是軸對稱的，激活旋轉（swirl）選項即可算出垂直于對稱平面的速 度分量。自曲度：速度、壓力、溫度、紊流動能、量所占的份額紊流能量耗散、多達六種流體的各自質使用FLOTRA N單元的一些限制及注意事項FLOTRAN單元的一些局限性：在同一次分析中不能改變求解的區(qū)域單元不支持自由流面邊界條件ANSYS程序的某些特征不能同FLOTRAN單元一起使用使用FLOTRAN單元時不能使用某些命令或菜單善使用ANSYS的圖形用戶界面時，程序將只能顯示那些在菜單和對話

7、框中的FLOTRAN SetUp部分要求了的特征和選項。FLOTRA N單元使用中的一些限制當使用FLOTRAN單元時，要避免使用ANSYS的某些特征和命令，至少，要注意到 在使用FLOTRAN單元時與別的分析稍微有些不同，當使用了無效的命令時，程序會給 出相應的警告或錯誤信息。使用FLOTRAN單元要注意如下兒點（下面所列命令相應的 菜單路徑請參見ANSYS命令手冊或聯(lián)機幫助中的Commands and Their Location in the GUI”FLOTRAN單元不能和其他單元聯(lián)合使用。節(jié)點坐標系必須與總體坐標系一致。/CLEAR命令并不破壞業(yè)已存在的FLOTRAN結果文件（），這

8、有助于防止用戶 不小心破壞那些花了很多時間和精力才求得的結果， 用戶必須在操作系統(tǒng)里 才能刪除那些無用的結果文件。CP命令通過對自山度進行耦合來形成周期邊界條件，ANSYS命令手冊對CP命令 的描述是可以只對某些自山度進行耦合，但作FLOTRAN分析時，周期邊界的 所有自由度都將被耦合。用戶不能對同一個單元中的節(jié)點進行耦合，相鄰單元間節(jié)點耦合也很困難。ADAPT命令不適用于FLOTRA N分析。不能用ANTYPE命令來引入FLOTRA N的瞬態(tài)分析。FLOTRAN分析不支持自動時間步長功能，詳見FLOTRAN瞬態(tài)分析。 如果用戶通過BFCUM、BFDELE或BFUNIF來定義節(jié)點熱源，則ANS

9、YS會在內部 用BFE命令來代替。不能使用LDREADFORC命令來電磁載荷轉換到FLOTRAN分析中，而必須使用相 應的宏來進行轉換。FLOTRAN分析不能使用CE、CECMOD、CEDELE和DEINTF命令。FLOTRAN分析不能使用CNVTO諭令來設置收斂容差。不能用DSYM命令來定義FLOTRA N的對稱和反對稱邊界條件。FLOTRAN不支持旋轉坐標系中的角加速度向量。在FLOTRAN分析中，使用FLDATA4/ME命令而不是DELTIM命令來定義一個載 荷步的時間。對于FLOTRAN分析，不能使用DESOL命令或PRESOL命令來修改節(jié)點的熱（HEAT）、流（FLOW）、或流密（F

10、LUX）結果。FLOTRAN分析不允許將積分點結果外推到節(jié)點上（ERESX命令）。FLOTRA N分析不允許通過鏡象操作來形成單元。FLOTRAN分析不能用KBC命令來施加漸變載荷，而必須用多個載荷步來逐漸改 變載荷。FLOTRAN分析不允許用LCCALC、LCDEF、LCFA、LCFI等命令來作不同載荷狀況 之間的運算操作。NCNV命令中的收斂工具不能用于FLOTRA N中相互獨立的求解器。FLOTRA N分析不允許用NEQUIT命令來定義非線性分析的平衡迭代數。FLOTRAN分析要求節(jié)點坐標系必須是總體的卡爾坐標系，故不能用N命令、NMODIF命令、和NROTAT命令的旋轉(rotatio

11、nal)域。FLOTRAN分析中，FLDATA2,/TFR命令和FLDATA4,77A4E命令用來控制一個載荷步 中的總體迭代數。FLOTRAN分析不允許用戶自定義單元。FLOTRAN分析中，FLDATA2丿花/?命令和FLDATA4/V7E命令用來對寫入數據庫中 的結果進行控制。PRNLD命令不能用于FLOTRAN分析中， 因其不能將邊界條件作為可打印的單元 節(jié)點載荷來保存。FLOTRA N分析中沒有節(jié)點反力解。部分和預定義求解選項(PSOLVE命令定義)不適用于FLOTRAN各自獨立的求 解器。TIME命令不能用在FLOTRA N分析中。FLOTRA N用F LDATAlOLU命令而不是T

12、IMINT命令來定義瞬態(tài)載荷步。FLOTRA N用FLDATA4,T/ME命令而非TRNOPT命令來定義瞬態(tài)分析選項。FLOTRA N分析的主要步驟一個典型的FLOTRAN分析有如下七個主要步驟：1確定問題的區(qū)域。2.確定流體的狀態(tài)。3.生成有限元網格。4.施加邊界條件。5.設置FLOTRAN分析參數。6.求解。7.檢查結果。第一步：確定問題的區(qū)域用戶必須確定所分析問題的明確的范11,將問題的邊界設置在條件已知的地方，如果并不知道精確的邊界條件而必須作假定時， 就不要將分析的邊界設在幕近感興趣 區(qū)域的地方，也不要將邊界設在求解變量變化梯度大的地方。有時，也許用戶并不知 道自己的問題中哪個地方梯

13、度變化最大，這就要先作一個試探性的分析，然后再根據 結果來修改分析區(qū)域。這些在后面章節(jié)中都有詳述。第二步：確定流體的狀態(tài)用戶在此需要佔計流體的特征，流體的特征是流體性質、兒何邊界以及流場的速 度幅值的函數。FLOTRAN能求解的流體包括氣流和液流，其性質可隨溫度而發(fā)生顯著 變化，FLOTRAN中的氣流只能是理想氣體。用戶須自己確定溫度對流體的密度、粘 性、和熱傳導系數的影響是否是很重要，在大多數情況下，近似認為流體性質是常 數，即不隨溫度而變化，都可以得到足夠精確的解。通常用雷諾數來判別流體是層流或紊流，靂諾數反映了慣性力和粘性力的相對強 度，詳見第四章。通常用馬赫數來判別流體是否可壓縮，詳見

14、笫七章。流場中任意一點的馬赫數是 該點流體速度與該點音速之比值，當馬赫數大于時，就應考慮用可壓縮算法來進行 求解；當馬赫數大于時，可壓縮算法與不可壓縮算法之間就會有極其明顯的差異。第三步：生成有限元網格用戶必須事先確定流場中哪個地方流體的梯度變化較大，在這些地方，網格必須 作適當的調整。例如：如果用了紊流模型，靠近壁面的區(qū)域的網格密度必須比層流模 型密得多，如果太粗，該網格就不能在求解中捕捉到山于巨大的變化梯度對流動造成 的顯著影響，相反，那些長邊與低梯度方向一致的單元可以有很大的長寬比。為了得到精確的結果，應使用映射網格劃分，因其能在邊界上更好地保持恒定的 網格特性，映射網格劃分可山命令MS

15、HKEYJ或其相應的菜單Main MenuPreproce ssor -Meshing-Mesh-ent/ty-Mapped來實現。第四步：施加邊界條件可在劃分網格之前或之后對模型施加邊界條件，此時要將模型所有的邊界條件都 考慮進去，如果與某個相關變量的條件沒有加上去，則該變量沿邊界的法向值的梯度 將被假定為零。求解中，可在重啟動之間改變邊界條件的值，如果需改變邊界條件的 值或不小心忽略了某邊界條件，可無須作重啟動，除非該改變引起了分析的不穩(wěn)定。第五步：設置FLOTRAN分析參數為了使用諸如紊流模型或求解溫度方程等選項，用戶必須激活它們。諸如流體性 質等特定項LI的設置，是與所求解的流體問題的

16、類型相關的，該手冊的其他部分詳細 描述了各種流體類型的所建議的參數設置。第六步：求解通過在觀察求解過程中相關變量的改變率，可以監(jiān)視求解的收斂性及穩(wěn)定性。這 些變量包括速度、壓力、溫度、動能（ENKE自山度）和動能耗散率（ENDS自山度）等紊 流量以及有效粘性（EVIS）。一個分析通常需要多次重啟動。第七步：檢査結果可對輸出結果進行后處理，也可在打印輸出文件里對結果進行檢查，此時用戶應 使用自己的工程經驗來估計所用的求解手段、所定義的流體性質、以及所加的邊界條 件的可信程度。FLOTRA N分析中產生的一些文件在ANSYS中進行的大多數流體分析都是通過多次中斷和重啟動來完成的，通常，分析人員需要

17、在各個重啟動之間改變諸如松弛系數等參數或開關某些項（如求解溫度 方程的開關）。每當用戶繼續(xù)一個分析時，ANSYS程序會自動將數據附加在所有的曲FLOTRAN單元產生的文件中。下面將對FLOTRAN單元產生的所有文件進行說明：結果文件，Jobname. RFL,包含節(jié)點結果。打印文件，包含各量的收斂記錄及進/出口狀態(tài)（如流量等）。壁面文件，包含壁面剪切應力以及Y-Plus信息。殘差文件，包含節(jié)點殘差。調試文件，包含數學求解器的有關信息。結果備份文件，包含結果文件數據的一個拷貝。重啟動文件，,包含FLOTRAN的數據結構。結果文件FLOTRAN分析的結果并不自動保存在ANSYS的數據庫中，在每次求

18、解之后，程序 會將一個結果集附加在結果文件中。用戶可對結果文件的內容及程序 對結果文件的 更新頻率進行控制，ANSYS命令手冊中對FLDATA5QU命令的介紹就詳細說明了結果 文件會基于用戶的選擇而保存些什么內容。在一個穩(wěn)態(tài)FLOTRAN分析中，結果文件能保存多少個結果集是沒有限制的，在求 解的初期多保存兒個結果有很多好處：可以比較各結果集之間的變化、可以使用不同 的選項或松弛系數來從一個分析的較早狀態(tài)重新開始分析。當開始一個新分析時（在其第一次迭代之前），ANSYS程序會保存一個結果，然 后在當中斷發(fā)生時保存再保存結果，在這些事件之間，用戶還可通過設置將一些中間 結果附在結果文件里，這樣就可

19、以從較早的分析狀態(tài)開時，通過激活一些不同的選項 和特征來重新分析，例如，可以通過這種方式來提高分析的穩(wěn)定性。使用ANSYS的覆蓋頻率選項是一個明智的方法，它就可以周期性地保存和更新 一個臨時的結果集，這樣，當由于斷電或其他系統(tǒng)原因而發(fā)生求解中斷時，總可以有 一個可用的結果集用于重新開始分析。設置覆蓋頻率的方式如下：命令：FLDAJA2,ITER.OVER,value菜單：Main MenuSolutionFLOTRAN Set UpExecution Ctrl設置附加頻率的方式如下：命令：FLDAJAIJTER.APPE,value菜單：Main MenuSolutionFLOTRAN Set

20、 UpExecution Ctrl打印文件（）文件包含了所有FLOTRAN輸入參數的完整記錄， 該信息每在發(fā)出一個求解命令時 就保存一次以完整地記錄整個分析歷程。同時，所有激活了的變量的收斂過程也記錄 了下來，還有一個對結果的總結，即每個性質和自山度的最大最小值，這些記錄的頻 率都山用戶自己設定。所記錄的其他量還有：各記錄量的平均值、質量流的邊界、質 韓平衡的計算、所有熱傳導和熱源的相關信息。節(jié)點殘差文件節(jié)點殘差文件，即，顯示了當前解的收斂好壞程度。在求解過程的每一個階段，流場、性質場、溫度場都用于對每個自山度計算系數矩陣和強迫函數，如果解完全收 斂，這些矩陣和強迫函數將會生成一個與產生它們的

21、速度場一樣的速度場，同時，矩 陣方程的殘差也會變得很小。要得到一個殘差文件，必須至少執(zhí)行一次迭代。當求解過程發(fā)生振蕩時，殘差的幅值將顯示分析的錯誤所在。（矩陣的主對角元 素對殘差作歸一化處理）這種歸一化使用戶可對自山度的值及其殘差作比較。對每一個激活了的自由度計算殘差并將其存入殘差文件的方式如下：命令：FLDATA5QUTPRESI,TRUE菜單：Main MenuSolutionFLOTRAN Set UpAdditional OutResidual File要讀取殘差文件，可通過菜單Main MenuGeneral PostproOFLOTRAN或命令FLREAD來實現。重啟動文件通常，F

22、LOTRAN在一個重啟動的起始處計算數據結構，對于一個大模型，這種訃 算將消耗大量的時間，為了避免這種重新計算，可要求FLOTRAN將數據結構保存在重 啟動文件中，FLOTRAN從ANSYS的數據庫中產生該文件。對文件的讀和寫的方式如下：命令：FLDATA3乙/?$7；/?戶/力菜單：Main MenuPreprocessorFLOTRAN Set UpRestart OptionsCFD Restart File可將RFIL狀態(tài)設置為開(ON)或關(OFF),若設為開，貝JFLOTRAN始執(zhí)行分析時將 讀入重啟動文件，若此時重啟動文件不存在，則將產生一個重啟動文件。如果在改變了邊界條件之后再

23、進行重啟動分析，則必須覆蓋掉業(yè)已存在的CFD文件以使得ANSYS能用新的邊界條件進行重新分析，覆蓋.CFD文件的方式如下：命令：FLDATA32/ES7；WFIL,T菜單：Main MenuPreprocessorFLOTRAN Set UpRestart OptionsCFD Restart File這就使FLOTRAN在下一載荷步產生一個新的重啟動文件，并自動將RFIL狀態(tài)設置為關 閉。當新的重啟動文件產生之后，用FLDAJA32,REST,RFIL,T命令使隨后的重啟動能使 用新的重啟動文件。FLOTRAN重啟動分析(續(xù)算)用戶可在結果文件 中任意一個解集的基礎上開始一個重啟動分析，重啟

24、動位置 的設置可基于解集號(NSET)、 迭代數(ITER)、 載荷步/子步號(LSTP)或瞬態(tài)分析的時間(TIME),方式如下：命令：FLD4TA32,REST, labCvalue其中,lable為上面的NSETx ITER、LSTP、TIME等菜單：Main MenuPreprocessorFLOTRAN Set UpRestart Options Restart/lteratio(cRestart/Load step, Restart/Set,等)當重啟動一個分析時，ANSYS將原始的結果文件拷貝到中并將重啟動點、所有在 重啟動點之前的結果集、所有的后續(xù)結果集放在新的結果文件中。如果在

25、FLDATA32,/?ES7命令中的value值是一個負值，則將不產生文件，而 重啟動的點將曲value的絕對值來指定。提高收斂性和穩(wěn)定性的常用的工具ANSYS程序提供兒個有助于收斂和求解穩(wěn)定的工具，理論手冊對其機理有詳述。松弛系數松弛系數是一個其值介于0和1之間的小數，它表示舊結果與附加在舊結果上以形 成新結果的最近一次計算量之間的變化量。設置松弛系數的方式如下：命令：FLDAJA25,RELXjablealue菜單：Main MenuPreprocessorFLOTRAN SetUpRelax/Stab/CapDOF RelaxationMain MenuPreprocessorFLOTR

26、AN SetUpRelax/Stab/CapProp RelaxationMain MenuSolutionFLOTRAN SetUpRelax/Stab/CapDOF Relaxation MainMenuSolutionFLOTRAN SetUpRelax/Stab/CapProp Relaxation注：命令手冊中對該命令的自山度和性質量有詳述。慣性松弛對某個自山度的方程組的慣性松弛就是使其矩陣的主對角占優(yōu)以保持求解的穩(wěn)定 性。如果當一個解在收斂過程中沒有發(fā)生舍入誤差，則慣性釋放的值不會影響到求解 的最終結果。但是通常的求解過程都會發(fā)生舍入誤差，故慣性松弛可能對結果產生影 響。用戶可對動

27、量方程（MOME）、紊流方程（TURB）。壓力方程（PRES）和溫度方 程（TEMP）施加慣性松弛，其方式如下：命令：FLDATA26,STABable，value菜單：Main MenuPreprocessorFLOTRAN SetUpRelax/Stab/CapStability ParmsMain MenuSolutionFLOTRAN SetUpRelax/Stab/CapStability Parms慣性松弛系數是以所加項的分母的形式出現的，故其值越小，所起作用越大，其典型 值介于（作用中等）到xlO-7（作用很大）之間。人工粘性人工粘性用于在梯度較大的區(qū)域平抑速度解。它有助于可壓縮

28、問題的收斂，也有 助于對有分布阻力的不可壓縮問題的速度解進行平抑。對于不可壓縮問題，應使人工 粘性的幅值與有效粘性的幅值處于相同的數量級。施加人工粘性的方式如下：命令：FLDATAZSMB,VISQvalue菜單：Main MenuPreprocessorFLOTRAN SetUpRelax/Stab/CapStability Parms MainMenuSolutionFLOTRAN SetUpRelax/Stab/CapStability Parms速度限值速度限值使所求解量不能超出用戶所定義的值，可對速度、壓力和溫度自山度進 行限制（vx、VY、VZ、PRES、TEMP）,方式如下：命令

29、：FLDATA3JCAPP菜單：Main MenuPreprocessorFLOTRAN SetUp Relax/Stab/CapResults CappingMain MenuSolutionFLOTRAN SetUpRelax/Stab/CapResults Capping速度限值可消除速度尖峰的不利影響，這種速度尖峰通常發(fā)生在收斂過程中的較早階 段。它還特別適合用于可壓縮流分析， 因這類分析中速度尖峰通常使動能項大到產生 負的靜溫。當對壓力進行限值時，所限的值是山壓力方程解算出來的壓力而不是松弛后的壓 力，故當限值后作重啟動時，壓力值仍有可能超出限值。注意：當有速度限值時，質量有可能不守

30、恒。面積積分階次（Quadrature Order）缺省的用于計算單元面積積分的階次是單點積分，用戶可對其進行控制。對于軸 對稱問題，求解時，該值自動設為2,因為當面積積分階次為2時，可使含有異常形狀 單元的問題收斂到更精確的解。用下面的方式改變動量、壓力、熱或紊流項的面積積 分階次：命令：FLDAJA30,QUADable“alue其中,table為要改變的單元積分，m/ue為積分點的數口。菜單：Main MenuPreprocessorFLOTRAN SetUp Mod Res/Quad Ord CFD Quad OrdersMain MenuSolutionFLOTRAN SetUpMo

31、d Res/Quad OrdCFDQuad OrdersFLOTRAN分析過程中應處理的問題確定總體迭代的數目FLOTRAN分析是一個非線性的序列求解過程，故每次分析首先得確定要讓程序執(zhí) 行多少次迭代。一次總體迭代就是對所有相關的控制方程按序列進行求解，并且在求 解過程中流體性質會隨時更新。在瞬態(tài)分析中，時間步循包含了總體迭代循環(huán)。在一 個總體迭代中，程序首先獲得動量方程的近似解，再在質量守恒的基礎上將動量方程 的解作為強迫函數來求解壓力方程，然后用壓力解來更新速度，以使速度場保持質量 守恒。如果要求了程序求解溫度，則程序會同時求解溫度方程并更新與溫度相關的流 體性質。最后，如果激活了紊流模型

32、，則程序將求解紊流方程并用紊流動能及其耗散 率來計算有效粘性和熱傳導系數，有效粘性和熱傳導系數將分別代替層流粘性和熱傳 導系數以在平均流上模擬紊流的影響。用下面的方式定義總體迭代的數目：命令：FLDATA2JTER,EXEC,value （value即為迭代數）菜單：Main MenuPreprocessorFLOTRAN SetUp Execution CtrlMain MenuSolutionFLOTRAN SetUpExecution Ctrl收斂監(jiān)測在FLOTRAN求解過程中，程序在每一個總體迭代里對每一個自由度計算出一個收 斂監(jiān)測量,這些自由度包括:速度（VX、VY、VZ）、壓力（P

33、RES）、溫度（TEMP）、紊流 動能（ENKE）.動能耗散率（ENDS）、以及激活了的多組份傳輸方程（SPO1SP06）。收斂監(jiān)測量就是兩次迭代之間結果改變量的歸一化值，若以 表示任一自由 度，則該自山度的收斂監(jiān)測量可山下式表示：收魁測量=J-收斂監(jiān)測量表示變量在當前迭代（曲）的結果和前一次迭代（kJ）的結果之間差 值的總和除以當前值的總和，這種求和是在所有節(jié)點上進行的，并且使用的是差值的 絕對值。在批處理或交互式運行過程中，當求解進行時程序的圖形求解跟蹤（GST） 功能將實時顯示出所計算的收斂監(jiān)測量，GST的缺省值在交互運行時是開（ON）,而 在批處理運行時是關（OFF）。用戶可用下面的方

34、式定義其開關：命令：/GST菜單：Main MenuSolutionOutput CtrlsGrph Solu Track圖2 2是兩個典型的GST圖形。圖2 l（b）是一個FLOTRAN的瞬態(tài)分析過程，圖中的每一個尖峰表示了一個新時間步的開始。在初始階段可能岀現的一些振蕩之后，收斂監(jiān)測量的大小將隨著分析過程的收斂 而逐漸減小，但其減小的程度將依賴于兒個因素，諸如：兒何邊界的復雜程度高梯度區(qū)域有限元網格的精度紊流的嚴重程度（山雷諾數確定）出口邊界處流場的發(fā)展是否充分當使用圖形求解跟蹤（GST）功能時，還應注意：不單是FLOTRAN分析有GST功能，非線性的結構分析、非線性的熱分析和非線 性的電

35、磁場分析都有GST功能。詳見各自的分析指導手冊。GST可同時顯示多達20條的跟蹤曲線， 如果用戶的模型有多于10個的自山度，則GST將只顯示前10個自由度的收斂跟蹤曲線。當GST開始顯示時，程序會彈出一個帶STOP按鈕的對話框，用戶可在任意時刻 通過點取該STOP按鈕來中斷求解過程，而后要進行重啟動分析時，可通過執(zhí) 行命令SOLVE或其相應的菜單Main MenuSolutionRun Flotran來實現。(a)c.-OEtaiVK vy PRES圖2 1由GST顯示的收斂監(jiān)測量(a)穩(wěn)態(tài)求解(b)瞬態(tài)求解中斷一個FLOTRA N分析用戶可以定義一個基于壓力和溫度收斂監(jiān)測量的口標值來中斷一個

36、FLOTRAN分 析， 定義方式如下：命令：FLDATA3,TERM,PRES,valueFLDATA3,TERM,TEMP,value菜單：Main MenuPreprocessorFLOTRAN SetUp Execution CtrlMain MenuSolutionFLOTRAN SetUpExecution Ctrl壓力和溫度的收斂缺省值都是Xi。如果沒有激活溫度方程的求解，則程序只檢測 壓力的收斂值是否滿足要求，而若同時激活了流體方程和溫度方程的求解，則二者的 收斂標準都必須同時滿足。在滿足了壓力和溫度的收斂條件或總體平衡迭代數達到了 所要求的值后，FLOTRAN求解過程就自動中斷

37、。要中斷一個正在以批處理方式或后臺方式執(zhí)行的FLOTRAN分析， 則需在當前工作 目錄下生成一個文件，該文件的第一行應含有terminate字樣，且該字樣的起始位置 應是第一行的第一列。在每一次總體迭代之前，FLOTRAN都會在當前錄下搜尋文 件，如果程序找到該文件并發(fā)現其含有terminate字樣，則立即完成該次總體迭代并正 常中斷程序的執(zhí)行，而且將結果寫入結果文件中。對一個FLOTRA N分析進行評價分析員必須回答的兩個問題是:C .-CE-OcS.c-ce-&2C.-CE D4)0TOCu mu L a t i vG-It Pat a n(b)Nu mb r3c.-OEtai1所

38、作的分析是何時結束的2.所作的分析是否是正確的這兩個問題是相互關聯(lián)的，因為，如果沒有正確地設置和正確地分析一個流體問 題，它一般都是不會收斂的。如果所輸入的初始參數和所有的邊界條件都是正確的，則當所有變量的收斂監(jiān)測 量都停止增長，以及所有求解量的平均、最大、最小值都不再升降時，求解過程就算 是完成了。然而，這并不能保證所求解的結果是唯一正確的，因為自然界本身并不保 證存在唯一解。振蕩問題（例如：柱體繞流的旋渦脫落問題）用穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)求解技術 都不能得到一個穩(wěn)定的解。要驗證一個分析是穩(wěn)定的或是振蕩的，可以通過對它執(zhí)行 大量的迭代求解來實現。ANSYS將求解變量的平均、 最小、 最大值保存在文件中，

39、 該文件同時還保存了FLOTRAN的輸入數據和訃算出的收斂監(jiān)測量、所有自山度的結果總結、層流特性和有 效特性?？捎孟旅娴姆绞絹硪?guī)定ANSYS進行結果總結的頻率：命令：FLDAJA5,OUTPUMF,value菜單：Main MenuPreprocessorFLOTRAN SetUpAdditional OutRFL Out Derived MainMenuSolutionFLOTRAN SetUpAdditional OutRFL Out Derived驗證結果驗證求解結果的可翥性是所有分析人員的責任， 如果一個FLOTRAN分析得到了非 預期的結果，則應進行下列所示的一些操作，這些操作的大部

40、分都可以在開始一個分 析前完成。即使只進行了零次迭代，ANSYS也會生成一個文件并檢查所有的輸入數 據。1.2.檢查作為結果總結的一部分而打印出來的質量平衡情況。內部檢查將確定是否有任何的可能會通過模型的質量流，允許質量流的邊界條件是：確定的速度邊界條件確定的壓力邊界條件未確定的邊界（這有可能是由于用戶忘了施加邊界條件而致）ANSYS會將進口和出口邊界編號列表，而這些應與所希望的條件相對應。2在ANSYS里檢查邊界條件，以保證其正確性。3.檢查所定義的流體性質及其隨溫度的可變動性正確與否，這可在RFL文件中方便地檢查。4檢查用以建立模型的單位制與用以定義流體性質的單位制是否一致。5有時，還需確

41、認與所選選項相聯(lián)系的方程的求解是否正確（例如：可壓縮流 中的壓力方程）。6如果求解發(fā)散，可能的原因還有：有限元網格不夠精細、或者鄰近出口處流 場梯度太大，要解決這些問題，可以使用一些諸如慣性松弛等有助于收斂的 手段，本手冊的后面將詳述各種松弛技術。7宀8.如果僅僅只有某個特定的量產生發(fā)散，則可將該量重新初始化到一個單值， 并作重啟動分析，方式如下：命令：FLDATA29,MODV菜單：Main MenuPreprocessorFLOTRAN SetUp Mod Res/Quad OrdModifyResultsMain MenuSolutionFLOTRAN SetUp Mod Res/Qua

42、d OrdModify Results第三章FLOTRAN設置命令本章有如下設置FLOTRAN求解控制命令_15FLOTRAN執(zhí)行及輸出控制命令FLOTRAN執(zhí)行及輸出控制命令穩(wěn)態(tài)控制參數設置_16瞬態(tài)控制參數設置17FLOTRAN輸出及保存文件控制_21FLOTRAN輸出收斂監(jiān)測量的控制_24FLOTRAN流體類型及其特性的可變性控制_25FLOTRAN流體性質參數設定_27FLOTRAN分析的坐標系統(tǒng)的指定_29FLOTRAN分析參考條件的設置_30指定FLOTRAN分析的旋轉坐標系統(tǒng)_31指定FLOTRAN分析的重力加速度_32設置有助于FLOTRAN求解穩(wěn)定的參數_33設定FLOTRA

43、N自由度松弛系數_34設定FLOTRAN流體性質松弛因子_35設置FLOTRAN分析的自由度限值_36選擇FLOTRA N各自由度相應的求解器_38對FLOTRAN各求解器的控制_39設置FLOTRAN湍流模型的一些常數_42重新設定FLOTRAN各分析參數的值_45控制FLOTRAN面積積分的階次_48FLOTRAN多組份疏運分析的設置及控制_49定義FLOTRAN的重啟動（續(xù)算）控制_55設置并執(zhí)行一個零迭代FLOTRAN分析_5812345678910111213141516171819202122231 FLOTRA N求解控制命令:FLDATA1,SO LU, Lable, Valu

44、e:設定求解控制:Main MenuPreprocessorFLOTRAN Set UpSolution Options MainMenuSolutionFLOTRAN Set UpSolution Option其中，Lable的選項及其各自含義如下：TRAN：求解穩(wěn)態(tài)或非穩(wěn)態(tài)選項，缺省為穩(wěn)態(tài)FLOW：是否求解流動方程選項，缺省為求解流動方程TEMP：是否求解溫度方程選項，缺省為絕熱（不求解溫度方程）TURB：層流或湍流選項，缺省為層流COMP：不可壓縮或可壓縮選項，缺省為不可壓縮流SWRL：求解軸對稱旋流選項，缺省為否SPEC：求解多組份疏運選項，缺省為否Value的值為是或“否二者之一。該

45、命令的菜單形式如下:FL3)fiTftl,SOLUTRAN Steady stateOPtransient?FLOW Solue low equat ions?TEMP Adiabatic or thermal?TURB Laminap on* turbulent?COMP I ncompr-ess 01* comptess?FLO T RAN SolutionOptions令能單命功菜|Stea.dv State No Yesllncomppess ible NoSWRL AxisSFfimetrie with sv/irl?SPEC Mlulti衛(wèi)species transportAppl

46、yCancel2 FLOTRAN執(zhí)行及輸出控制命令穩(wěn)態(tài)控制參數設置:FLDATA2,ITER, Lable, Value:設置穩(wěn)態(tài)流的迭代及輸出控制,Lable的選項及其各自含義如下:EXEC：總體迭代次數，缺省為10次OVER：結果文件覆蓋頻率（每隔Value次迭代），缺省為0APPE：結果文件附加頻率（每隔Value次迭代），缺省為0Value的值以上Lable各自的迭代次數:FLDATA3,TERM, Lable, Value:設置壓力和溫度的收斂準則,Lable的選項及其各自含義如下：PRES：設置壓力收斂準則，缺省為七TERM：設置溫度收斂準則，缺省為KT* Value為以上兩項各自

47、的收斂值命令：FLDATA5,OUTP, Lable, Value功能：設置輸出控制其中，Lable的選項及其各自含義如下：ASUMF：輸出總結的頻率（每隔Value次迭代），缺省為10 Value為上面SUMF的迭代數以上三條命令的菜單路徑如下：菜單：Main MenuPreprocessorFLOTRAN Set UpExecution Ctrl MainMenuSolutionFLOTRAN Set UpExecution Ctrl令能中命功其令能中命功其以上三條命令的菜單形式如下：:Steady State Control Settings3 FLOTRAN執(zhí)行及輸出控制命令瞬態(tài)控制參

48、數設置命令：FLDATA4,TIME, Lable, Value功能：基于瞬態(tài)時間來設置瞬態(tài)分析的求解及輸出控制命令：FLDATA4A,STEP, Lable, Value功能：基于時間步來設置瞬態(tài)分析的輸出控制菜單：Main MenuPreprocessorFLOTRAN Set Up Execution Ctrl Main MenuSolutionFLOTRANSet UpExecution Ctrl在點取上面的菜單路徑時，首先會彈出一個下圖所示的對話框，該對話框的第二項即 是激活上面的第二條命令，即用戶需要選擇到底是基于瞬態(tài)分析的時間值、或是時間 步、或是二者兼顧來對求解及輸出進行控制。

49、同時，該對話框的第一項是用以定義到 底是山程序還是山用戶自己來對瞬態(tài)分析的時間步長進行控制，也就是下面將要講到 的STEP項。這兩個選項的值直接影響了隨后的彈出菜單的內容，本手冊在此是合起 來講的，謹請注意。第一條命令的Lable選項及其各自含義如下：STEP：定義時間步長，當在上面的對話框中設置為用戶自定義時，該選項的Value值應為一正值，表示真正的時間步長，命令輸入就在Value處輸一真正時間即可；當在上面的對話框中設置為Advection時，即為由程序 定義時間步長，命令輸入時可在Value處輸 2、 3或4四值之一，其 含義分別如下：-1：時間步長會小到在單一的任何一個時間步長內，流

50、場中任意一點的 運動距離都不會大于一個單元的長度-2：只用于可壓縮流分析，它使時間步長會小到在單一的任何一個時間 步長內，流場中壓力信號的傳輸距離都不會大于一個單元的長度-3：只用于可壓縮流分析，它使時間步長取上面-1和-2項中的最小值-4：只用于純傳熱分析（不計算流場方程），它使時間步長會小到在單 一的任何一個時間步長內，任何一個“熱點的傳導或對流距離 都不會大于一個單元的長度ISTEP：指定初始時間步長，僅在時間步長山程序定義時有效，缺省為0NUMB：指定時間步的數Lh缺省為20TEND：指定瞬態(tài)分析的終止時間，缺省為lxlO6GLOB：指定每一時間步的總體迭代數，缺省為20PRES：指定

51、每一時間步的圧力收斂準則，缺省為lxlO*6TEMP：指定每一時間步的溫度收斂準則，缺省為lxlO*6OVER：指定結果文件的覆蓋頻率（每隔Value時間覆蓋一次），缺省為0,即不覆蓋APPE：指定結果的輸出頻率（每隔Value時間輸出一次結果到結果文件中），缺省為lxlO6SUMF：指定結果總結的輸出頻率（每隔Value時間輸出一次結果總結），缺省為lxlO6BC：指定瞬態(tài)邊界條件的變化形式，缺省為階躍變化其Value的含義如上面各項所述第二條命令的Lable選項及其各自含義如下：OVER：指定結果文件的覆蓋頻率（每隔Value個時間步覆蓋一次），缺省為0,即不覆蓋APPE：指定結果的輸出頻

52、率（每隔Value個時間步輸出一次結果到結果文件 中），缺省為10SUMF：指定結果總結的輸出頻率（每隔Value個時間步輸出一次結果總結），缺 省為10下頁所示為該二命令的菜單形式，第一幅圖為用戶自定義時間步長，第二幅圖為程序 定義時間步長（上述對話框的第一項設定）,同時，該二圖所顯示的都是設定山時間 值和時間步同時控制求解及輸出選項時（上述對話框的第二項設為both）的菜單情 況：22 Trans：ient ControlsCFLDATft4,TIMESTEP User-defined time stepLength o Transient Execut ionNUMBTENDTineGL

53、OBPRESTEMPFLDATA4A,STEP一Transient control by step FLDATA43,TI ME一Transient contro1 by timeOuerwrite frequenicy to results f ileSTEPOUER Numhep of time stepsTIME.OUER Tine intervalAppend requency to resu.1七s fileSTEPfiPPE Numhep of tine stepsTIME.APPE Time intervalSummariF frequencyi to output fileST

54、EPSUMF Nunher of tine stepsTIME.SUrtF Time intervalCFLDATfilJ-Transient Boundary Condition ApplicationTIMEBC Ap)ply Uapyin B.C asStep ChangeCLinear- RampCancelHelp I4 FLOTRAN輸出及保存文件控制命令：FLDATA5,OUTP, Cable, Value功能：設置輸出及保存文件控制（菜單：Main MenuPreprocessorFLOTRAN Set Up Additional OutPrint Controls MainM

55、enuPreprocessorFLOTRAN Set UpAdditional OutRFLOut Derived MainMenuPreprocessorFLOTRAN Set UpAdditional OutRFLProp Based MainMenuPreprocessorFLOTRAN Set UpAdditional OutResidual File MainMenuPreprocessorFLOTRAN Set UpExecution CtrlMain Menu Solution FLOTRAN Set UpAdditional OutPrint Controls Main Men

56、uSolution FLOTRAN Set UpAdditional OutRFL Out Derived Main Menu Solution FLOTRANSet UpAdditional OutRFL Prop Based Main Menu Solution FLOTRAN Set UpAdditionalOutResidual File Main Menu Solution FLOTRAN Set UpExecution Ctrl$其中，Lable的選項及其各自含義如下：（上面Print Controls菜單路徑下：）DEBG：控制輸出到調試文件中的信息，其Value有如下值供選：0

57、：不輸出調試信息1:每一總體迭代步的初始和最終信息2：每一總體迭代步的完整信息3：輸出總體系數矩陣（不建議用該值，因其硬盤占用量很大）4：輸出總體系數矩陣和每一總體迭代的其它附加量（不建議使用該值，因其硬盤占用量極大）該Lable的菜單形式如下:J FLOTRAN Print ControlsFLDATft51.0UTP.DEBG|Staindat*dFLBATAI6Convergence monitor optionsOUTP Convergence monitor nodeITER Conv monitor print iter（上面RFLOut Derived菜單路徑下：）Debug l

58、evel|Block nov?Cance 1PTOT：輸出總壓，缺省為真TTOT：輸出總溫，缺省為真HFLU：輸出熱通量，缺省為真HFLM：輸出對流換熱系數，缺省為真STRM：輸出流線函數，缺省為真PCOE：輸出壓力系數，缺省為否MACH：輸出馬赫數，缺省為真YPLU：輸出y+,缺省為否TAUW：輸出壁面剪切應力，缺省為否該Lable的菜單形式如下：J RFL Output DerivedFLDATft5 3,OUTP Output options for FLOTRAN results filefor calculated output quantitiesPTOTOutpu七to七日.pr

59、-essure?esTTOTOutputtotal tenperature?VesHFLUOutputheat flux?FV esHFLMOutputfilm coefficients?FVesSTRMOutputstream function?FVesPCOEOutputppessure coef?nNoMACHOutputHitch nunber?VesYPLUOutputy plus?NoTAUWOutputwall shear stress?NoOKCancelHelp（上面RFL Prop Based菜單路徑下：） DENS：輸出層流密度，缺省為否SPHT：輸出比熱，缺省為否VIS

60、C：輸出層流粘性系數，缺省為否COND：輸出層流導熱系數，缺省為否EVIS：輸出有效粘性系數，缺省為真ECON：輸岀有效導熱系數，缺省為真該Lable的菜單形式如下:! RFL Property BaedFLDATI15XOUTP Output ojrtions oi* FLOTRAN results Filefor property based output quaLntitles：DENSOutputlaminap density?nHoSPHTOutputspecif ic hea七？NoUISCOutputlaminar- uiscosity?rNoCONDOutputlaminap cond