CFX培訓(xùn)教材02物理設(shè)置1

1、A Pera Global Company PERA ChinaANSYS CFX 培訓(xùn)教材第二節(jié)：物理設(shè)置（1）安世亞太科技（北京）有限公司A Pera Global Company PERA China域n域（Domains）流體流動和熱傳遞被求解的空間區(qū)域如如.對水里的銅加熱線圈的模擬，需要對水里的銅加熱線圈的模擬，需要流流體體域域和和固體固體域域如如. 解決旋轉(zhuǎn)運動問題，需要將轉(zhuǎn)子解決旋轉(zhuǎn)運動問題，需要將轉(zhuǎn)子放到旋轉(zhuǎn)域里放到旋轉(zhuǎn)域里.RotorStatorA Pera Global Company PERA China如何創(chuàng)建域定義域的屬性右擊domain且選擇Edit或右擊Flow

2、Analysis 1 插入一個新的domain各按鈕包含不同的需要設(shè)置的屬性完成所有設(shè)置一些可選的設(shè)置A Pera Global Company PERA China域的創(chuàng)建n 基本設(shè)置Location: 只指裝配網(wǎng)格和3D 基本網(wǎng)格Domain Type: Fluid, Solid, 或者 PorousCoordinate Frame: 所有導(dǎo)入的domain都需要選擇坐標系stationary 或rotatingCoord 0為默認坐標系流體和粒子定義: 選擇參與計算的物質(zhì)A Pera Global Company PERA ChinaEx. 2: Preference= 100,000

3、Pa域 參考壓力n參考壓力所有的相對壓力基于參考壓力Pabs = Preference + Prelative在邊界和初始條件中指定的壓力是相對于相對壓力的壓力一般用于避免當局部壓力差相對于絕對壓力較小的時候出現(xiàn)的圓整誤差PressurePressureEx. 1: Preference= 0 PaPrefPrel,max=100,001 PaPrel,min=99,999 PaPrel,max=1 PaPrel,min=-1 PaPrefA Pera Global Company PERA China域 浮力n浮力在重力作用下，由于密度的差異產(chǎn)生浮力當考慮buoyancy時, 基于流體密度和

4、參考密度的差異，在動量方程中將添加一個源項SM,buoy=( ref)g ref 是參考密度. 是所有密度的參考值. 密度不等于ref 的流體將被作用于一個或正或負的buoyancy力.取決于大于或小于ref( ref) 項取決于所計算的流體A Pera Global Company PERA China域 浮力n完整的浮力模型直接評估密度差常用語模擬理想氣體, 真實流體, 或多組分流需要設(shè)定參考密度用于對domain密度進行一個近似的估值nBoussinesq假設(shè)模型用于模擬密度為常數(shù)的流體浮力的驅(qū)動基于溫度的不同 ( ref) = - ref (T Tref)需要參考溫度n兩種模型的選擇區(qū)

5、別在于選擇不同的物質(zhì)如，air at 25.啟動Boussinesq假設(shè)模型如，air ideal gas .Full Buoyancy模型A Pera Global Company PERA China域 浮力n浮力參考密度浮力參考密度用于減小圓整誤差參考壓力用于“偏移”計算域的工作壓力, 而浮力參考密度用于“偏移”計算域的靜壓力 靜壓求解的相對值是rrefgh, 這里的h是相對于參考點的 高度 如果rref = 流體的密度(r), 那么求解的就僅僅是靜壓力絕對壓力Absolute Pressure 包括靜壓力和參考壓力Pabs = Preference + Prelative + rref

6、 g h對非浮力流，不存在靜壓力A Pera Global Company PERA China壓力和浮力的例子n如圖，流體通過罐子進口30 psi的絕對壓力考慮浮力, 那么就會存在靜水壓力梯度出口壓力大概為：30 psi +靜水壓力r g hn為了精確求解小的動壓改變，可以通過設(shè)置參考壓力“偏移”工作壓力. 通過浮力參考密度“偏移”靜壓力.30 psih30 psi + r r ghGravity, g罐內(nèi)僅有一個罐內(nèi)僅有一個小小 壓力改變壓力改變A Pera Global Company PERA China域n運動域可以指定可以指定域域繞軸旋轉(zhuǎn)繞軸旋轉(zhuǎn)當指定了當指定了域域的旋轉(zhuǎn)坐標后的旋

7、轉(zhuǎn)坐標后, , C CFX-SolverFX-Solver會求解相會求解相應(yīng)的科里奧利力應(yīng)的科里奧利力( (Coriolis)Coriolis)和離心力項和旋轉(zhuǎn)坐和離心力項和旋轉(zhuǎn)坐標系下的總能方程標系下的總能方程n網(wǎng)格變形用于涉及到動邊界或動子域的情況用于涉及到動邊界或動子域的情況可以強制網(wǎng)格運動可以強制網(wǎng)格運動A Pera Global Company PERA China域的類型n不同類型的域，有不同的設(shè)置內(nèi)容不同類型的域，有不同的設(shè)置內(nèi)容A Pera Global Company PERA China域的類型: 流動模型n熱傳遞指定熱傳遞模型在Heat Transfer 章詳細講解n湍流

8、模型 指定湍流模型在Turbulence章詳細講解A Pera Global Company PERA China域的類型: 流動模型化學(xué)反應(yīng)和燃燒模型 CFX可以模擬化學(xué)反應(yīng)和燃燒流 只有定義相關(guān)物質(zhì)以后才能使用 這里不做詳細講解A Pera Global Company PERA China域的類型: 流動模型輻射模型 模擬熱輻射顯著的流動A Pera Global Company PERA China域的類型: 固體域n固體域用于模擬既不包括流體或者多孔介質(zhì)流的區(qū)域 (例如, 壁式熱交換器)n熱交換器(共軛熱傳遞)在Heat Transfer章討論n輻射 在固體區(qū)域只有Monte Car

9、lo輻射模型可用如果固體不透明，固體區(qū)域無輻射!n固體運動僅僅當考慮固體域內(nèi)熱的水平對流時固體運動必須相切于固體表面的任意地方 (例如, 旋轉(zhuǎn)) Tubular heat exchangerA Pera Global Company PERA ChinaImages Courtesy of Babcock and Wilcox, USA 域的類型: 多孔介質(zhì)n用一個簡單的域代替由于幾何非常復(fù)雜，難以進行網(wǎng)格劃分和求解的情況n不用關(guān)注幾何細節(jié)，通過數(shù)值方法間接考慮他們的影響A Pera Global Company PERA China域的類型: 多孔介質(zhì)n面的多孔性默認為各向同性n體孔隙率流體

10、體積與整個物理空間體積之比 (可以指定為空間的函數(shù)y)默認, 求解速度是空塔速度. 在多空介質(zhì)區(qū), 真實的流體速度大于空塔速度 空塔速度= 體孔隙率 * 真實流速當考慮損失的時候，當考慮損失的時候，需要考慮速度的類型需要考慮速度的類型A Pera Global Company PERA China域的類型: 多孔介質(zhì)n損失模型各向同性: 各個方向損失相同定向損失: 在很多情況下，在streamwise和橫向有不同的損失. (例如: 多孔盤)損失的定大小由Darcys定律決定Permeability滲透性和Loss損失系數(shù)Linear and Quadratic線性和二次方阻抗系數(shù)ilossip

11、ermiUKUKdxdp2rilossipermiUKUKdxdp2riRiRiUCUCdxdp21A Pera Global Company PERA China材料n創(chuàng)建流體名稱n選擇物質(zhì)n下拉菜單中可用的物質(zhì)n可在物質(zhì)庫內(nèi)選擇A Pera Global Company PERA China材料n右鍵“Materials”創(chuàng)建/編輯物質(zhì)A Pera Global Company PERA China多組分/多相流nANSYS CFX可以模擬混合流(多組分流)和多相流多組分流 混合流域 混合物取決于各組分的體分數(shù) 適用于組分在分子級上的混合多相流 每個流體擁有自己的流場或所有流體分享相同的流

12、場組分在宏觀層面上的混合，可以明顯的分辨出流體間的界面創(chuàng)建多相流，需要指定流體的細節(jié)及流體相之間的作用A Pera Global Company PERA China多組分/多相流n每個組分的流體都有一套不同的物理屬性nANSYS CFX-Solver對每個組分的各物理量進行平均，將其作為多組分流的相應(yīng)量n這些平均量，取決于組分的物理性質(zhì)及其所占的比例n在多組分流中, 不同的流體組分分享相同的平均速度，壓力和溫度場A Pera Global Company PERA China可壓縮流動模型n通過選擇Ideal Gas, Real Fluid, 或一般流體(這些流體的密度是壓力的函數(shù)),這樣就

13、激活了可壓縮流動模型n可以求解亞音速, 超音速和跨音速流n超音速/跨音速流問題 設(shè)置heat transfer選項為Total Energy 比亞音速問題，更難以求解, 尤其激波顯現(xiàn)出現(xiàn)的時候Click to load a real gas libraryA Pera Global Company PERA China邊界條件A Pera Global Company PERA China定義邊界條件n必須在流體域邊界指定邊界信息指定質(zhì)量流量, 動量, 能量, 等等.n定義邊界條件包括:指定邊界的位置 (如, inlets, walls, symmetry)在邊界上指定信息n邊界上的量取決于邊

14、界條件的類型和所采用的物理模型n怎樣定義邊界條件不合理的邊界條件的定義對求解有顯著的影響A Pera Global Company PERA China可用的邊界條件類型nInletVelocity Components-Static Temperature (Heat Transfer)Normal Speed-Total Temperature (Heat Transfer)Mass Flow Rate-Total Enthalpy (Heat Transfer)Total Pressure (stable)-Relative Static Pressure (Supersonic)Sta

15、tic Pressure-Inlet Turbulent conditionsnOutletAverage Static Pressure-Normal SpeedVelocity Components-Mass Flow RateStatic PressurenOpeningOpening Pressure and Dirn-Opening Temperature (Heat Transfer)Entrainment-Opening Static Temperature (Heat Transfer)Static Pressure and Direction -Inflow Turbulen

16、t conditionsVelocity ComponentsnWallNo Slip / Free Slip-Adiabatic (Heat Transfer)Roughness Parameters-Fixed Temperature (Heat Transfer)Heat Flux (Heat Transfer)-Heat Transfer Coefficient (Heat Transfer)Wall Velocity (for tangential motion only)nSymmetryNo details (only specify region which correspon

17、ds to the symmetry planeInletOpeningOutletWallSymmetryA Pera Global Company PERA Chinan 右鍵插入怎樣創(chuàng)建邊界條件After completing the boundary condition, it appears in the Outline tree below its domainA Pera Global Company PERA ChinaInlets和OutletsnInlets主要用于流體流入的地方；但是, inlets也可以是流體流出的地方(以速度的方式定義inlet)n指定inlets為速

18、度入口，一般用于不可壓流體 對可壓流體采用速度入口，可能導(dǎo)致非物理計算結(jié)果n壓力和質(zhì)量流進口對可壓流與不可壓流都適用n這些結(jié)論同樣適用于outletVelocity Specified ConditionPressure or Mass Flow ConditionInletInletInflow allowedInflowallowedOutflowallowedA Pera Global Company PERA ChinaOpeningsn在opening邊界條件，沒有人為的wall阻擋流入和流出的流體n需要在局部出現(xiàn)回流的情況下更改或指定一些信息 n不要輕易適用opening邊界條件P

19、ressure Specified OpeningInletInflow allowedOutflowallowedA Pera Global Company PERA ChinaSymmetryn用于減少計算量.n只需指定類型.n流場和幾何都必須對稱: 對稱面上發(fā)向速度為零 對稱面上任意變量的發(fā)向量為零 務(wù)必正確定義對稱邊界位置symmetry planesA Pera Global Company PERA ChinaFuelAir多支管盒1Nozzle123如何確定邊界條件1 多個上游進口 網(wǎng)格增多2 噴管進口平面 需要提供空氣和燃油的精確的速度分布3 噴管出口面 需要精確的速度分布情況

20、和空氣與燃油在平面上不同地方的混合情況(混合分數(shù)) 如，對空氣和燃油混合燃燒的裝置如，對空氣和燃油混合燃燒的裝置 有三種可能的進口邊界條件的位置有三種可能的進口邊界條件的位置A Pera Global Company PERA China如何確定邊界條件n一般來說，需要確保進出口邊界上滿足：流體只進或者只出 不是必須的，但是可以顯著的改善收斂性能n在垂直于邊界條件的方向上不要有大的梯度 否則不正確修正上游壓力邊界，確保流體流入流體區(qū)域Outlet邊界位置不合適A Pera Global Company PERA Chinan 回流區(qū)域的邊界位置較差的情況:只能用opening邊界條件，允許流體

21、回流較好的情況: 采用outlet邊界條件，但是需要outlet處精確的速度/壓力分布情況 (難以實現(xiàn)) 理想情況: 采用outlet邊界條件，較為容易的指定精確的流動條件如何確定邊界條件OpeningOutletOutletA Pera Global Company PERA Chinan 進口湍流Turbulence at the Inlet 通常的流動湍流強度范圍：1% 5%，也可以用戶指定. 默認的湍流強度值是0.037 (即 3.7%)，在沒有試驗數(shù)據(jù)的情況下，對圓斷面進口處的湍流強度值的估算是足夠的. 對由于壁面摩擦引起湍流的情況，可以考慮將域向上游延伸，以便于流動充分發(fā)展如何確定邊界條件A Pera Global Company PERA Chinan 外流場 如進行風(fēng)電場的外流場的計算，若風(fēng)力機的高寬分別為H和W, 那么計算域需要至少高5H, 寬10W, 進口至少要位于距風(fēng)力機2H的上游，出口至少要位于風(fēng)力機下游10 H的地方. 同時還