Flotran計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)

Flotran計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)NoBoundariesANSYS/FLOTRAN分析指南FLOTRAN（CFD）FLOTRANCFDANSYS程序中的FLOTRANCFD分析功能是一個(gè)用于分析二維及三維流體流動(dòng)場的先進(jìn)的工具，使用ANSYS中用于FLOTRANCFD分析的FLUID141和FLUID142單元，可解決如下問題：,作用于氣動(dòng)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(fù)雜的三維流動(dòng)同時(shí)，F(xiàn)LOTRAN還具有如下功能：,計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)熱沖擊的可能性,用自然對(duì)流分析來估計(jì)電子封裝芯片的熱性能,對(duì)含有多種流體的（由固體隔開）熱交換器進(jìn)行研究FLOTRANFLOTRAN可執(zhí)行如下分析：,層流或紊流,傳熱或絕熱,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(gè)層流分析可以是傳熱的或者是絕熱的，一個(gè)紊流分析可以是可壓縮的或者是不可壓縮的。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(dòng)就通常是層流。紊流分析用于處理那些由于流速足夠高和粘性足夠低從而引起紊流波動(dòng)的流體流動(dòng)情況，ANSYS中的二方程紊流模型可計(jì)及在平均流動(dòng)下的紊流速度波動(dòng)的影響。如果流體的密度在流動(dòng)過程中保持不變或者當(dāng)流體壓縮時(shí)只消耗很少的能量，該流體就可認(rèn)為是不可壓縮的，不可壓縮流的溫度方程將忽略流體動(dòng)能的變化和粘性耗散。流體分析中通常還會(huì)求解流場中的溫度分布情況。如果流體性質(zhì)不隨溫度而變，就可不解溫度方程。在共軛傳熱問題中，要在同時(shí)包含流體區(qū)域和非流體區(qū)域（即固1NoBoundariesANSYS/FLOTRAN分析指南體區(qū)域）的整個(gè)區(qū)域上求解溫度方程。在自然對(duì)流傳熱問題中，流體由于溫度分布的不均勻性而導(dǎo)致流體密度分布的不均勻性，從而引起流體的流動(dòng)，與強(qiáng)迫對(duì)流問題不同的是，自然對(duì)流通常都沒有外部的流動(dòng)源。對(duì)于高速氣流，由很強(qiáng)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(zhì)，ANSYS對(duì)于這種流動(dòng)情況會(huì)使用不同的解算方法。應(yīng)力與應(yīng)變率之間成線性關(guān)系的這種理論并不能足以解釋很多流體的流動(dòng)，對(duì)于這種非牛頓流體，ANSYS程序提供了三中粘性模式和一個(gè)用戶自定義子程序。這種分析通常是用于研究有毒流體物質(zhì)的稀釋或大氣中污染氣體的傳播情況，同時(shí)，它也可用于研究有多種流體同時(shí)存在（但被固體相互隔開）的熱交換分析。2NoBoundariesANSYS/FLOTRAN分析指南FLOTRANFLOTRANANSYS中的FLOTRAN單元，即FLUID141和FLUID142，用于解算單相粘性流體的二維和三維流動(dòng)、壓力和溫度分布。對(duì)于這些單元，ANSYS通過質(zhì)量、動(dòng)量和能量三個(gè)守恒性質(zhì)來計(jì)算流體的速度分量、壓力、以及溫度。FLUID141FLUID141單元具有下列特征：維數(shù)：二維形狀：四節(jié)點(diǎn)四邊形或三節(jié)點(diǎn)三角形自由度：速度、壓力、溫度、紊流動(dòng)能、紊流能量耗散、多達(dá)六種流體的各自質(zhì)量所占的份額FLUID142FLUID142單元具有下列特征：維數(shù)：三維形狀：四節(jié)點(diǎn)四面體或八節(jié)點(diǎn)六面體自由度：速度、壓力、溫度、紊流動(dòng)能、紊流能量耗散、多達(dá)六種流體的各自質(zhì)量所占的份額□0FLUID141單元FLUID142單元FLUIDFLUID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(dǎo)結(jié)果，諸如：流場分析中的馬赫數(shù)、壓力系數(shù)、總壓、剪應(yīng)力、壁面處的y-plus、以及流線函數(shù)；熱分析中的熱流、熱交換（膜）系數(shù)等。,流體邊界條件，包括：速度、壓力、紊流動(dòng)能以及紊流能量耗散率。用戶無需提供流場進(jìn)口處紊流項(xiàng)的邊界條件，因FLOTRAN對(duì)此提供的缺省值適用于絕大多數(shù)分析。,熱邊界條件，包括：溫度、熱流、體積熱源、熱交換（膜）系數(shù)。用戶可使用的坐標(biāo)系有：的卡爾坐標(biāo)系、柱坐標(biāo)系、極坐標(biāo)系和軸對(duì)稱坐標(biāo)系。如果所計(jì)算的問題是軸對(duì)稱的，激活旋轉(zhuǎn)（SWirl）選項(xiàng)即可算出垂直于對(duì)稱平面的速3NoBoundariesANSYS/FLOTRAN分析指南度分量。FLOTRANFLOTRAN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F(xiàn)LOTRAN單元一起使用,使用FLOTRAN單元時(shí)不能使用某些命令或菜單,當(dāng)使用ANSYS的圖形用戶界面時(shí)，程序?qū)⒅荒茱@示那些在菜單和對(duì)話框中的FLOTRANSetUp部分要求了的特征和選項(xiàng)。FLOTRAN當(dāng)使用FLOTRAN單元時(shí)，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(shí)與別的分析稍微有些不同，當(dāng)使用了無效的命令時(shí)，程序會(huì)給出相應(yīng)的警告或錯(cuò)誤信息。使用FLOTRAN單元要注意如下幾點(diǎn)（下面所列命令相應(yīng)的菜單路徑請(qǐng)參見ANSYS命令手冊或聯(lián)機(jī)幫助中的“CommandsandTheirLocationintheGUI”,FLOTRAN單元不能和其他單元聯(lián)合使用。,節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系必須與總體坐標(biāo)系一致。,/CLEAR命令并不破壞業(yè)已存在的FLOTRAN結(jié)果文件JObname.RFL），這有助于防止用戶不小心破壞那些花了很多時(shí)間和精力才求得的結(jié)果，用戶必須在操作系統(tǒng)里才能刪除那些無用的結(jié)果文件。,CP命令通過對(duì)自由度進(jìn)行耦合來形成周期邊界條件，ANSYS命令手冊對(duì)CP命令的描述是可以只對(duì)某些自由度進(jìn)行耦合，但作FLOTRAN分析時(shí)，周期邊界的所有自由度都將被耦合。用戶不能對(duì)同一個(gè)單元中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行耦合，相鄰單元間節(jié)點(diǎn)耦合也很困難。,ADAPT不適用于FLOTRAN分析。,不能用ANTYPE命令來引入FLOTRAN的瞬態(tài)分析。,FLOTRAN分析不支持自動(dòng)時(shí)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(diǎn)熱源，則ANSYS會(huì)在內(nèi)部用BFE命令來代替。,不能使用LDREAD,FORC命令來電磁載荷轉(zhuǎn)換到FLOTRAN分析中，而必須使用相應(yīng)的宏來進(jìn)行轉(zhuǎn)換。,FLOTRAN分析不能使用CE、CECMOD、CEDELE和DEINTF命令。,FLOTRAN分析不能使用CNVTOL命令來設(shè)置收斂容差。,不能用DSYM命令來定義FLOTRAN的對(duì)稱和反對(duì)稱邊界條件。,FLOTRAN不支持旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的角加速度向量。,在FLOTRAN分析中，使用FLDATA4,TIME命令而不是DELTIM命令來定義一個(gè)載荷步的時(shí)間。,對(duì)于FLOTRAN分析，不能使用DESOL命令或PRESOL命令來修改節(jié)點(diǎn)的熱（HEAT）、流（FLOW）、或流密（FLUX）結(jié)果。,FLOTRAN分析不允許將積分點(diǎn)結(jié)果外推到節(jié)點(diǎn)上（ERESX命令）。4NoBoundariesANSYS/FLOTRAN分析指南,FLOTRAN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(gè)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(yùn)算操作。,NCNV命令中的收斂工具不能用于FLOTRAN中相互獨(dú)立的求解器。,FLOTRAN分析不允許用NEQUIT命令來定義非線性分析的平衡迭代數(shù)。,FLOTRAN分析要求節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系必須是總體的卡爾坐標(biāo)系，故不能用N命令、NMODIF命令、和NROTAT命令的旋轉(zhuǎn)（rotational）域。,FLOTRAN分析中，F(xiàn)LDATA2,ITER命令和FLDATA4,TIME命令用來控制一個(gè)載荷步中的總體迭代數(shù)。,FLOTRAN分析不允許用戶自定義單元。,FLOTRAN分析中，F(xiàn)LDATA2,ITER命令和FLDATA4,TIME命令用來對(duì)寫入數(shù)據(jù)庫中的結(jié)果進(jìn)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(diǎn)載荷來保存。,FLOTRAN分析中沒有節(jié)點(diǎn)反力解。,部分和預(yù)定義求解選項(xiàng)（PSOLVE命令定義）不適用于FLOTRAN各自獨(dú)立的求解器。,TIME命令不能用在FLOTRAN分析中。,FLOTRAN用FLDATA1,SOLU命令而不是TIMINT命令來定義瞬態(tài)載荷步。,FLOTRAN用FLDATA4,TIME命令而非TRNOPT命令來定義瞬態(tài)分析選項(xiàng)。FLOTRAN一個(gè)典型的FLOTRAN分析有如下七個(gè)主要步驟:確定問題的區(qū)域。確定流體的狀態(tài)。生成有限元網(wǎng)格。施加邊界條件。設(shè)置FLOTRAN分析參數(shù)。求解。檢查結(jié)果。用戶必須確定所分析問題的明確的范圍，將問題的邊界設(shè)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(shí)，就不要將分析的邊界設(shè)在靠近感興趣區(qū)域的地方，也不要將邊界設(shè)在求解變量變化梯度大的地方。有時(shí)，也許用戶并不知道自己的問題中哪個(gè)地方梯度變化最大，這就要先作一個(gè)試探性的分析，然后再根據(jù)結(jié)果來修改分析區(qū)域。這些在后面章節(jié)中都有詳述。用戶在此需要估計(jì)流體的特征，流體的特征是流體性質(zhì)、幾何邊界以及流場的速5NoBoundariesANSYS/FLOTRAN分析指南度幅值的函數(shù)。FLOTRAN能求解的流體包括氣流和液流，其性質(zhì)可隨溫度而發(fā)生顯著變化，F(xiàn)LOTRAN中的氣流只能是理想氣體。用戶須自己確定溫度對(duì)流體的密度、粘性、和熱傳導(dǎo)系數(shù)的影響是否是很重要，在大多數(shù)情況下，近似認(rèn)為流體性質(zhì)是常數(shù)，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(shù)來判別流體是層流或紊流，雷諾數(shù)反映了慣性力和粘性力的相對(duì)強(qiáng)度，詳見第四章。通常用馬赫數(shù)來判別流體是否可壓縮，詳見第七章。流場中任意一點(diǎn)的馬赫數(shù)是該點(diǎn)流體速度與該點(diǎn)音速之比值，當(dāng)馬赫數(shù)大于0.3時(shí)，就應(yīng)考慮用可壓縮算法來進(jìn)行求解；當(dāng)馬赫數(shù)大于0.7時(shí)，可壓縮算法與不可壓縮算法之間就會(huì)有極其明顯的差異。用戶必須事先確定流場中哪個(gè)地方流體的梯度變化較大，在這些地方，網(wǎng)格必須作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。例如：如果用了紊流模型，靠近壁面的區(qū)域的網(wǎng)格密度必須比層流模型密得多，如果太粗，該網(wǎng)格就不能在求解中捕捉到由于巨大的變化梯度對(duì)流動(dòng)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(jié)果，應(yīng)使用映射網(wǎng)格劃分，因其能在邊界上更好地保持恒定的網(wǎng)格特性，映射網(wǎng)格劃分可由命令MSHKEY,1或其相應(yīng)的菜單MainMenu>Preprocessor>-Meshing-Mesh>-entity-Mapped來實(shí)現(xiàn)。可在劃分網(wǎng)格之前或之后對(duì)模型施加邊界條件，此時(shí)要將模型所有的邊界條件都考慮進(jìn)去，如果與某個(gè)相關(guān)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(dòng)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(dòng)，除非該改變引起了分析的不穩(wěn)定。FLOTRAN為了使用諸如紊流模型或求解溫度方程等選項(xiàng)，用戶必須激活它們。諸如流體性質(zhì)等特定項(xiàng)目的設(shè)置，是與所求解的流體問題的類型相關(guān)的，該手冊的其他部分詳細(xì)描述了各種流體類型的所建議的參數(shù)設(shè)置。通過在觀察求解過程中相關(guān)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(dòng)能（ENKE自由度）和動(dòng)能耗散率（ENDS自由度）等紊流量以及有效粘性（EVIS）。一個(gè)分析通常需要多次重啟動(dòng)?？蓪?duì)輸出結(jié)果進(jìn)行后處理，也可在打印輸出文件里對(duì)結(jié)果進(jìn)行檢查，此時(shí)用戶應(yīng)使用自己的工程經(jīng)驗(yàn)來估計(jì)所用的求解手段、所定義的流體性質(zhì)、以及所加的邊界條件的可信程度。FLOTRAN6NoBoundariesANSYS/FLOTRAN分析指南在ANSYS中進(jìn)行的大多數(shù)流體分析都是通過多次中斷和重啟動(dòng)來完成的，通常,分析人員需要在各個(gè)重啟動(dòng)之間改變諸如松弛系數(shù)等參數(shù)或開關(guān)某些項(xiàng)（如求解溫度方程的開關(guān)）。每當(dāng)用戶繼續(xù)一個(gè)分析時(shí)，ANSYS程序會(huì)自動(dòng)將數(shù)據(jù)附加在所有的由FLOTRAN單元產(chǎn)生的文件中。下面將對(duì)FLOTRAN單元產(chǎn)生的所有文件進(jìn)行說明:,結(jié)果文件，Jobname.RFL，包含節(jié)點(diǎn)結(jié)果。,打印文件，JObname.PFL，包含各量的收斂記錄及進(jìn)/出口狀態(tài)（如流量等）。,壁面文件，JObname.RSW，包含壁面剪切應(yīng)力以及Y-PlUs信息。,殘差文件，Jobname.RDF，包含節(jié)點(diǎn)殘差。,調(diào)試文件，JObname.DBG，包含數(shù)學(xué)求解器的有關(guān)信息。,結(jié)果備份文件，Jobname.RFO，包含結(jié)果文件數(shù)據(jù)的一個(gè)拷貝。,重啟動(dòng)文件，JObname.CFD,包含F(xiàn)LOTRAN的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。FLOTRAN分析的結(jié)果并不自動(dòng)保存在ANSYS的數(shù)據(jù)庫中，在每次求解之后，程序會(huì)將一個(gè)結(jié)果集附加在結(jié)果文件JObname.RLF中。用戶可對(duì)結(jié)果文件的內(nèi)容及程序?qū)Y(jié)果文件的更新頻率進(jìn)行控制，ANSYS命令手冊中對(duì)FLDATA5,OUTP命令的介紹就詳細(xì)說明了結(jié)果文件會(huì)基于用戶的選擇而保存些什么內(nèi)容。在一個(gè)穩(wěn)態(tài)FLOTRAN分析中，結(jié)果文件能保存多少個(gè)結(jié)果集是沒有限制的，在求解的初期多保存幾個(gè)結(jié)果有很多好處：可以比較各結(jié)果集之間的變化、可以使用不同的選項(xiàng)或松弛系數(shù)來從一個(gè)分析的較早狀態(tài)重新開始分析。當(dāng)開始一個(gè)新分析時(shí)（在其第一次迭代之前），ANSYS程序會(huì)保存一個(gè)結(jié)果，然后在當(dāng)中斷發(fā)生時(shí)保存再保存結(jié)果，在這些事件之間，用戶還可通過設(shè)置將一些中間結(jié)果附在結(jié)果文件里，這樣就可以從較早的分析狀態(tài)開時(shí)，通過激活一些不同的選項(xiàng)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(xiàng)是一個(gè)明智的方法，它就可以周期性地保存和更新一個(gè)臨時(shí)的結(jié)果集，這樣，當(dāng)由于斷電或其他系統(tǒng)原因而發(fā)生求解中斷時(shí)，總可以有一個(gè)可用的結(jié)果集用于重新開始分析。設(shè)置覆蓋頻率的方式如下：命令：FLDATA2,ITER,OVER,value菜單：MainMenu>SOlutiOn>FLOTRANSetUp>ExecutiOnCtrl設(shè)置附加頻率的方式如下：命令：FLDATA2,ITER,APPE,value菜單：MainMenu>Solution>FLOTRANSetUp>ExecutionCtrlJobname.PFLJobname.PFL文件包含了所有FLOTRAN輸入?yún)?shù)的完整記錄，該信息每在發(fā)出一個(gè)求解命令時(shí)就保存一次以完整地記錄整個(gè)分析歷程。同時(shí)，所有激活了的變量的收斂過程也記錄了下來，還有一個(gè)對(duì)結(jié)果的總結(jié)，即每個(gè)性質(zhì)和自由度的最大最小值，這些記錄的頻率都由用戶自己設(shè)定。所記錄的其他量還有：各記錄量的平均值、質(zhì)量流的邊界、質(zhì)量平衡的計(jì)算、所有熱傳導(dǎo)和熱源的相關(guān)信息。節(jié)點(diǎn)殘差文件，即Jobname.RDF，顯示了當(dāng)前解的收斂好壞程度。在求解過程的每一個(gè)階段，流場、性質(zhì)場、溫度場都用于對(duì)每個(gè)自由度計(jì)算系數(shù)矩陣和強(qiáng)迫函數(shù)，如果解完全收斂，這些矩陣和強(qiáng)迫函數(shù)將會(huì)生成一個(gè)與產(chǎn)生它們的速度場一樣的速度7NoBoundariesANSYS/FLOTRAN分析指南場，同時(shí)，矩陣方程的殘差也會(huì)變得很小。要得到一個(gè)殘差文件，必須至少執(zhí)行一次迭代。當(dāng)求解過程發(fā)生振蕩時(shí)，殘差的幅值將顯示分析的錯(cuò)誤所在。（矩陣的主對(duì)角元素對(duì)殘差作歸一化處理)這種歸一化使用戶可對(duì)自由度的值及其殘差作比較。對(duì)每一個(gè)激活了的自由度計(jì)算殘差并將其存入殘差文件的方式如下：命令：FLDATA5,OUTP,RESI,TRUE菜單：MainMenu>Solution>FLOTRANSetUp>AdditionalOut>ResidualFile要讀取殘差文件，可通過菜單MainMenu>GeneralPostproc>FLOTRAN2.1A或命令FLREAD來實(shí)現(xiàn)。通常，F(xiàn)LOTRAN在一個(gè)重啟動(dòng)的起始處計(jì)算數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對(duì)于一個(gè)大模型，這種計(jì)算將消耗大量的時(shí)間，為了避免這種重新計(jì)算，可要求FLOTRAN將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)保存在重啟動(dòng)文件Jobname.CFD中，F(xiàn)LOTRAN從ANSYS的數(shù)據(jù)庫中產(chǎn)生該文件。對(duì)Jobname.CFD文件的讀和寫的方式如下：命令：FLDATA32,REST,RFIL,T菜單：MainMenu>Preprocessor>FLOTRANSetUp>RestartOptions>CFDRestartFile可將RFIL狀態(tài)設(shè)置為開(ON)或關(guān)(OFF)，若設(shè)為開，則FLOTRAN開始執(zhí)行分析時(shí)將讀入重啟動(dòng)文件，若此時(shí)重啟動(dòng)文件不存在，則將產(chǎn)生一個(gè)重啟動(dòng)文件。如果在改變了邊界條件之后再進(jìn)行重啟動(dòng)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(jìn)行重新分析，覆蓋.CFD文件的方式如下：命令：FLDATA32,REST,WFIL,T菜單：MainMenu>Preprocessor>FLOTRANSetUp>RestartOptions>CFDRestartFile這就使FLOTRAN在下一載荷步產(chǎn)生一個(gè)新的重啟動(dòng)文件，并自動(dòng)將RFIL狀態(tài)設(shè)置為關(guān)閉。當(dāng)新的重啟動(dòng)文件產(chǎn)生之后，用FLDATA32,REST,RFIL,T命令使隨后的重啟動(dòng)能使用新的重啟動(dòng)文件。FLOTRAN用戶可在結(jié)果文件JObname.RFL中任意一個(gè)解集的基礎(chǔ)上開始一個(gè)重啟動(dòng)分析，重啟動(dòng)位置的設(shè)置可基于解集號(hào)(NSET)、迭代數(shù)(ITER)、載荷步/子步號(hào)(LSTP)或瞬態(tài)分析的時(shí)間(TIME)，方式如下：命令：FLDATA32,REST,lable,value其中，lable為上面的NSET、ITER、LSTP、TIME等菜單：MainMenu>Preprocessor>FLOTRANSetUp>RestartOptions〉Restart/Iteratio(或Restart/Loadstep,Restart/Set,等)當(dāng)重啟動(dòng)一個(gè)分析時(shí)，ANSYS將原始的結(jié)果文件拷貝到JObname.RSO中并將重啟動(dòng)點(diǎn)、所有在重啟動(dòng)點(diǎn)之前的結(jié)果集、所有的后續(xù)結(jié)果集放在新的結(jié)果文件中。如果在FLDATA32,REST命令中的Value值是一個(gè)負(fù)值，則將不產(chǎn)生JObname.RSO文件，而重啟動(dòng)的點(diǎn)將由Value的絕對(duì)值來指定。8NoBoundariesANSYS/FLOTRAN分析指南ANSYS程序提供幾個(gè)有助于收斂和求解穩(wěn)定的工具，理論手冊對(duì)其機(jī)理有詳述。松弛系數(shù)是一個(gè)其值介于0和1之間的小數(shù)，它表示舊結(jié)果與附加在舊結(jié)果上以形成新結(jié)果的最近一次計(jì)算量之間的變化量。設(shè)置松弛系數(shù)的方式如下：命令：FLDATA25,RELX,lable,value菜單：MainMenu>Preprocessor>FLOTRANSetUp>Relax/Stab/Cap>DOFRelaxationMainMenu>Preprocessor>FLOTRANSetUp>Relax/Stab/Cap>PropRelaxationMainMenu>Solution>FLOTRANSetUp>Relax/Stab/Cap>DOFRelaxationMainMenu>Solution>FLOTRANSetUp>Relax/Stab/Cap>PropRelaxation注：命令手冊中對(duì)該命令的自由度和性質(zhì)量有詳述。對(duì)某個(gè)自由度的方程組的慣性松弛就是使其矩陣的主對(duì)角占優(yōu)以保持求解的穩(wěn)定性。如果當(dāng)一個(gè)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(huì)影響到求解的最終結(jié)果。但是通常的求解過程都會(huì)發(fā)生舍入誤差，故慣性松弛可能對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響。用戶可對(duì)動(dòng)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,STAB,lable,value菜單：MainMenu>Preprocessor>FLOTRANSetUp>Relax/Stab/Cap>StabilityParmsMainMenu>Solution>FLOTRANSetUp>Relax/Stab/Cap>StabilityParms慣性松弛系數(shù)是以所加項(xiàng)的分母的形式出現(xiàn)的，故其值越小，所起作用越大，其典型－7值介于1.0（作用中等）到1.0×10（作用很大）之間。人工粘性用于在梯度較大的區(qū)域平抑速度解。它有助于可壓縮問題的收斂，也有助于對(duì)有分布阻力的不可壓縮問題的速度解進(jìn)行平抑。對(duì)于不可壓縮問題，應(yīng)使人工粘性的幅值與有效粘性的幅值處于相同的數(shù)量級(jí)。施加人工粘性的方式如下：命令：FLDATA26,STAB,VISC,value菜單：MainMenu>Preprocessor>FLOTRANSetUp>Relax∕Stab∕Cap>StabilityParmsMainMenu>Solution>FLOTRANSetUp>Relax∕Stab∕Cap>StabilityParms速度限值使所求解量不能超出用戶所定義的值，可對(duì)速度、壓力和溫度自由度進(jìn)行限制（VX、VY、VZ、PRES、TEMP），方式如下：命令：FLDATA31,CAPP菜單：MainMenu>Preprocessor>FLOTRANSetUp>RelaX/Stab/Cap>ResultsCappingMainMenu>Solution>FLOTRANSetUp>Relax/Stab/Cap>ResultsCapping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(dòng)能項(xiàng)大到產(chǎn)生負(fù)的靜溫。當(dāng)對(duì)壓力進(jìn)行限值時(shí)，所限的值是由壓力方程解算出來的壓力而不是松弛后的壓力，故當(dāng)限值后作重啟動(dòng)時(shí)，壓力值仍有可能超出限值。9NoBoundariesANSYS/FLOTRAN分析指南：當(dāng)有速度限值時(shí)，質(zhì)量有可能不守恒。QuadratureOrder缺省的用于計(jì)算單元面積積分的階次是單點(diǎn)積分，用戶可對(duì)其進(jìn)行控制。對(duì)于軸對(duì)稱問題，求解時(shí)，該值自動(dòng)設(shè)為2，因?yàn)楫?dāng)面積積分階次為2時(shí)，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(dòng)量、壓力、熱或紊流項(xiàng)的面積積分階次：命令：FLDATA30,QUAD,lable,value其中，Iable為要改變的單元積分，Value為積分點(diǎn)的數(shù)目。菜單：MainMenu>Preprocessor>FLOTRANSetUp>ModRes/QuadOrd>CFDQuadOrdersMainMenu>Solution>FLOTRANSetUp>ModRes/QuadOrd>CFDQuadOrdersFLOTRANFLOTRAN分析是一個(gè)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(duì)所有相關(guān)的控制方程按序列進(jìn)行求解，并且在求解過程中流體性質(zhì)會(huì)隨時(shí)更新。在瞬態(tài)分析中，時(shí)間步循包含了總體迭代循環(huán)。在一個(gè)總體迭代中，程序首先獲得動(dòng)量方程的近似解，再在質(zhì)量守恒的基礎(chǔ)上將動(dòng)量方程的解作為強(qiáng)迫函數(shù)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(zhì)量守恒。如果要求了程序求解溫度，則程序會(huì)同時(shí)求解溫度方程并更新與溫度相關(guān)的流體性質(zhì)。最后，如果激活了紊流模型，則程序?qū)⑶蠼馕闪鞣匠滩⒂梦闪鲃?dòng)能及其耗散率來計(jì)算有效粘性和熱傳導(dǎo)系數(shù)，有效粘性和熱傳導(dǎo)系數(shù)將分別代替層流粘性和熱傳導(dǎo)系數(shù)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(shù)目：命令：FLDATA2,ITER,EXEC,value(VaIUe即為迭代數(shù))菜單：MainMenu>Preprocessor>FLOTRANSetUp>ExecutionCtrlMainMenu>Solution>FLOTRANSetUp>ExecutionCtrl在FLOTRAN求解過程中，程序在每一個(gè)總體迭代里對(duì)每一個(gè)自由度計(jì)算出一個(gè)收斂監(jiān)測量，這些自由度包括：速度(VX、VY、VZ)、壓力(PRES)、溫度(TEMP)?紊流動(dòng)能(ENKE)?動(dòng)能耗散率(ENDS)?以及激活了的多組份傳輸方程(SPOl?SP06)o收斂監(jiān)測量就是兩次迭代之間結(jié)果改變量的歸一化值，若以,表示任一自由度，則該自由度的收斂監(jiān)測量可由下式表示：Σ?-≡收斂監(jiān)測量=上5 Σ心i=110NoBoundariesANSYS/FLOTRAN分析指南thth收斂監(jiān)測量表示變量在當(dāng)前迭代(k)的結(jié)果和前一次迭代((k-1))的結(jié)果之間差值的總和除以當(dāng)前值的總和，這種求和是在所有節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行的，并且使用的是差值的絕對(duì)值。在批處理或交互式運(yùn)行過程中，當(dāng)求解進(jìn)行時(shí),程序的“圖形求解跟蹤（GST）”功能將實(shí)時(shí)顯示出所計(jì)算的收斂監(jiān)測量，GST的缺省值在交互運(yùn)行時(shí)是開（ON）,而在批處理運(yùn)行時(shí)是關(guān)（OFF）。用戶可用下面的方式定義其開關(guān)：命令：/GST菜單：MainMenu>Solution>OutputCtrls>GrphSoluTrack圖2—1是兩個(gè)典型的GST圖形。圖2—1（b）是一個(gè)FLOTRAN的瞬態(tài)分析過程，圖中的每一個(gè)尖峰表示了一個(gè)新時(shí)間步的開始。在初始階段可能出現(xiàn)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幾個(gè)因素，諸如：,幾何邊界的復(fù)雜程度,高梯度區(qū)域有限元網(wǎng)格的精度,紊流的嚴(yán)重程度（由雷諾數(shù)確定）,出口邊界處流場的發(fā)展是否充分當(dāng)使用圖形求解跟蹤（GST）功能時(shí)，還應(yīng)注意：,不單是FLOTRAN分析有GST功能，非線性的結(jié)構(gòu)分析、非線性的熱分析和非線性的電磁場分析都有GST功能。詳見各自的分析指導(dǎo)手冊。,GST可同時(shí)顯示多達(dá)10條的跟蹤曲線，如果用戶的模型有多于10個(gè)的自由度，則GST將只顯示前10個(gè)自由度的收斂跟蹤曲線。,當(dāng)GST開始顯示時(shí)，程序會(huì)彈出一個(gè)帶STOP按鈕的對(duì)話框，用戶可在任意時(shí)刻通過點(diǎn)取該STOP按鈕來中斷求解過程，而后要進(jìn)行重啟動(dòng)分析時(shí)，可通過執(zhí)行命令SOLVE或其相應(yīng)的菜單MainMenu>Solution>RunFlotran來實(shí)現(xiàn)。WHi」JRcS金口TF01Hτπu.JIONNoBoundariesANSYS∕FLOTRAN分析指南何圖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FLOTRAN用戶可以定義一個(gè)基于壓力和溫度收斂監(jiān)測量的目標(biāo)值來中斷一個(gè)FLOTRAN分析，定義方式如下：命令：FLDATA3,TERM,PRES,valueFLDATA3,TERM,TEMP,value菜單：MainMenu>Preprocessor>FLOTRANSetUp>ExecutionCtrlMainMenu>Solution>FLOTRANSetUp>ExecutionCtrl-8壓力和溫度的收斂缺省值都是1.0×10，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(shí)激活了流體方程和溫度方程的求解，則二者的收斂標(biāo)準(zhǔn)都必須同時(shí)滿足。在滿足了壓力和溫度的收斂條件或總體平衡迭代數(shù)達(dá)到了所要求的值后，F(xiàn)LOTRAN求解過程就自動(dòng)中斷。要中斷一個(gè)正在以批處理方式或后臺(tái)方式執(zhí)行的FLOTRAN分析，則需在當(dāng)前工作目錄下生成一個(gè)Jobname.ABT文件，該文件的第一行應(yīng)含有terminate字樣，且該字樣的起始位置應(yīng)是第一行的第一列。在每一次總體迭代之前，F(xiàn)LOTRAN都會(huì)在當(dāng)前目錄下搜尋JObname.ABT文件，如果程序找到該文件并發(fā)現(xiàn)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(jié)果寫入結(jié)果文件中。FLOTRAN分析員必須回答的兩個(gè)問