FLUENT培訓(xùn)教材01簡介ppt課件

1、ANSYS FLUENT 培訓(xùn)教材第一節(jié)：CFD簡介安世亞太科技北京什么是 CFD?CFD是計算流體動力學(xué)Computational fluid dynamics的縮寫，是預(yù)測流體流動、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 分析普通運用在以下階段:概念設(shè)計產(chǎn)品的詳細(xì)設(shè)計發(fā)現(xiàn)問題改良設(shè)計CFD分析是物理實驗的補充，但更節(jié)省費用和人力。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

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 模擬概覽問題定義確定模擬的目的確定計算域前處置和求解過程創(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、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)控后處置過程查看計算結(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)和簡化？他能做哪些假設(shè)和簡化如對稱、周期性？他需求本人定義模型嗎？FLUENT運用UDF，CFX運用 User FORTRAN計算精度要求到什么級別？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？能簡化為二維或者軸對稱問題嗎？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、焊點等運用對稱或周期性？流場和邊境條件能否都是對稱或周期性的？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)計和劃分網(wǎng)格計算域的各個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。他能估計出大梯度的位置嗎？他需求運用自順應(yīng)網(wǎng)格來捕捉大梯度嗎？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

7、用非一致邊境條件嗎？他有足夠的計算機(jī)資源嗎？需求多少個單元/節(jié)點？需求運用多少個物理模型？PyramidPrism/WedgeHexahedronPre-ProcessingGeometryMeshingPhysicsSolver SettingsTriangleQuadrilateralTetrahedron四邊形/六面體還是三角形/四面體網(wǎng)格對沿著構(gòu)造方向的流動，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)值分散在創(chuàng)建網(wǎng)格階段，四邊形/六面體網(wǎng)格需求破費更多人力四邊形/六面體還是三角形/四面體網(wǎng)格Tetra

8、hedral meshWedge (prism) mesh對復(fù)雜幾何，四邊形/六面體網(wǎng)格沒有數(shù)值優(yōu)勢，他可以運用三角形/四面體網(wǎng)格或混合網(wǎng)格來節(jié)省劃分網(wǎng)格的任務(wù)量生成網(wǎng)格快速流動普通不沿著網(wǎng)格方向混合網(wǎng)格普通運用三角形/四面體網(wǎng)格，并在特定的域里運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運用三角形/四面體網(wǎng)格更有效多域或混合網(wǎng)格多域或混合網(wǎng)格在不同的域運用不同的網(wǎng)格類型，例如 在風(fēng)扇和熱源處運用六面體網(wǎng)格在其他地方運用四面體/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)點不一致時，需求運用非一致網(wǎng)格技術(shù)。Model courtesy

9、of ROI Engineering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，也運用非一致網(wǎng)格界面技術(shù)不同坐標(biāo)系之間挪動網(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)置物理問題和求解器對給定的問題，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：兩次迭代的流場結(jié)果差別小到可以忽略監(jiān)測殘差趨勢能協(xié)助了解這個差別到達(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)運用可視化的工具能回答以下問題:什么是全局的流動類型？能否有分別？激波、剪切層等在哪兒出現(xiàn)？關(guān)鍵的流動特征能否捕捉住了？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？流動是湍流的嗎？流動是非穩(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 中的物理模型流動和傳熱動量

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ANSYS Workbench在工具欄中拖動Fluid Flow (FLUENT) 到工程欄里讀入幾何右鍵點擊 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)程銜接起來生成網(wǎng)格右鍵點擊 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.