最新flow3d官方培训教程中的实例中文说明资料.docx
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最新flow3d官方培训教程中的实例中文说明资料
Flow3D学习——3算例1AerospaceTutorial
AerospaceTutorial
新建一个项目，ModelSetupTab-Meshing&GeometryTab-SubcomponentTab-GeometryFiles-c:
\Flow3D\gui\stl_lib\tank.stl，TypeandPotential使用缺省选项，因为将引入其它形状作为固体，Subcomponent1中坐标范围（Min/Max）为：
X:
5.0～15.0,Y:
5.0～15.0,Z:
0.0～15.0
tank.stl的单位对FLOW-3D来说是未知的，可能是英寸、英尺、毫米等，现在假设模型是SI（国际单位），那么流体或固体的属性都应该是SI的。
（这里有些糊涂，FLOW-3D会使用STL文件中的单位么？
）
模拟的情况为从圆柱形底部入口向球形水箱内充水，计算域应该和此形状范围相近，略大一点但不能紧贴着形状边界。
底边界的位置和边界条件类型有关，如果入口处流速已知那么模拟多少入口长度没有关系，因为断面形状是固定的，但是如果特定位置的压力是已知的，那么要把边界放在该位置处因为压力会受入口长度的重力和粘性效应影响而变化。
建议计算域要大于最大几何尺寸的5%，底边界除外，可以小于5%，这样计算域底部和入口交叉，不会挡住水流，因此计算域定义为
X:
4.95～15.05Y:
4.95～15.05Z:
0.05～15.05
在Mesh-Cartesian的Block1中按上面参数修改计算域尺寸，然后在Block1上右键选择UpdateMesh更新显示。
Re=Reynold数=InertialForce/ViscousForce=UL/ν
Bo=Bond数=GravitationalForce/SurfaceTensionForce=gΔρL^2/σ
We=Weber数=InertialForce/SurfaceTensionForce=LU^2ρ/σ
U是特征流速，L是特征长度，g是重力加速度，ρ是密度，σ是表面张力系数。
这个问题中大约用100s充满水，冲水体积540立米，入口直径2m，入口流速为540/（100*π*1^2）=1.7m/s，Reynolds数为
Re=1.7*2/（1.0e-6）=3.4e6
由于Reynolds数远大于1，因此惯性力比粘性力更重要，即不需要很密的网格考虑粘性力，也不需要指定粘性特性。
考虑表面张力影响的系数为
Bo=gΔρL2/σ=9.8m/s^2*1000kg/m^3*（2m）^2/（0.073kg/s^2）=5.4e5
We=LU2ρ/σ=2m*（1.7m/s）^2*1000kg/m^3/（0.073kg/s^2）=7.9e4
可以看出表面张力也不需要考虑。
缺省网格在X、Z方向为10，Y方向为1。
在Block1上右键选择AutomaticMesh，通过网格大小或总网格数修改网格。
由于入口直径2m，最少应该有5个网格，因此网格大小为0.4m，选择所有方向均为0.4生成网格。
当前水箱为固体，在Geometry的Component1下面展开Subcomponent1，把SubcomponentType由Solid变为Complement（什么意思？
），网格定义变为正常情况。
选择工具栏中的Favor图标，在FAVORize下选择usingcomputationalmesh，在viewcomponentvolume中选择Open，单击Render，保存项目显示。
用cuttingplanes或meshslice可以看到网格内部。
（这里是什么作用？
为什么第二个例子里没有这步？
）
选择ModelSetup中的Boundariestab定义边界条件，选择Z-min边界，选择SpecifiedVelocity按钮然后输入W-velocity为1.7，其它边界条件不变。
Generaltab：
设置计算结束时间为100s，并在Finishcondition中选择使用Finishtime。
低速流入时不必考虑气体影响，因此在Numberoffluids中仅选择一种流体。
InterfaceTracking选择Freesurfaceorsharpinterface，如果是气体注入则用Nosharpinterface选项并用2种流体让气体扩散。
FlowMode选择不可压流体。
Initialtab：
这个模拟中不需要设置初始条件。
Physicstab：
设置使用的模块，因为是高Reynolds数，不需要考虑粘性，所以仅使用Gravity，Z-direction中输入-9.8。
Viscosity和Surfacetension模块不必考虑。
Fluidstab：
仅需要考虑流体密度，在左侧Density中的Fluid1的Density中输入1000（或者找到Waterat20C－si用LoadFluid1载入）
Outputtab：
Flow-3D始终输出速度、温度、流体fraction等，缺省输出间隔为1/10结束时间，暂时取缺省值。
Simulatetab：
RunSimulation。
然后可以观看结果。
下面进行热启动计算，关闭入口边界，定义x方向的加速度使流体摇晃，在计算域中嵌套一个块体并计算流体摇晃时流体对块体的作用力。
转到Navigator下，File>AddRestartSimulation，创建热启动模拟，模拟名称取缺省值，选择OK。
在Generaltab中选择Restart按钮，数据源（flsgrf.*）应该正确，热启动开始时间为100s，选择resettimetozero保证非惯性输入从0开始，其它取缺省选项。
修改结束时间为12s。
热启动既可以从输入文件中读入新的数据也可以从上次计算结果中读取数据，这些都在刚才的对话框（RestartOptions）中设置。
热启动时间输出在hd3msg中，可以在RestartOptions的Times下拉列表中选择，还可以在Diagnostics>SolverMessages中查看。
在Boundariestab中设置Z-min边界为symmetry边界条件。
在PhysicsTab中选择Non-InertialReferenceFrame按钮，激活非惯性作用，并使用TabularInput，输入数据
050.09.80.00.00.00.00.00.00.00.0
3-50.09.80.00.00.00.00.00.00.00.0
650.09.80.00.00.00.00.00.00.00.0
9-50.09.80.00.00.00.00.00.00.00.0
1000.09.80.00.00.00.00.00.00.00.0
1200.09.80.00.00.00.00.00.00.00.0
在MeshingandGeometry中增加Component2，选择Subcomponent-Cylinder并选择NewComponent2，圆柱半径设置为0.25，Z-low为7，Z-high为12，单击transform按钮在X和Y方向均平移10。
设置完后Geometry列表中多出Component2项。
（每个Component表示具有不同性质的材料，同一Component下的每个Subcomponent都是相同材料的）
要计算障碍物上的作用力，创建嵌套的加密网格包含障碍物，这样计算结果更准确，嵌套计算网格范围为：
X:
9.0to11.0Y:
9.0to11.0Z:
6.5to12.5
在Mesh-Cartesian上右键选择AddMeshBlock，输入上面的计算范围。
嵌套网格要保持比例在2:
1以内，因此在Block2上右键选择Automesh，设置所有方向网格大小为0.2。
为保证插值准确，在Block1中增加Block2的边界点，在MeshCartesian的Block1的XDirection上右键Add，增加9和11两个点，在Y方向相同，Z方向增加6.5和12.5。
（这是只增加点，不必重新划分网格？
）
在Numericstab下选择Pressuresolveroptions下的Convergencecontrols，缺省inter-blockboundarytypecoefficient为0.25，修改为0。
（如果不为0是什么含义？
）
为计算障碍物上的作用力，包括压力和粘性剪切应力（不是没有考虑粘性？
），需要手动编辑输入文件，File-Editsimulation在$graficnamelist下增加障碍物上的力（这是什么意思？
可能需要参考Input变量的说明）
nwinf=1,
xf1
（1）=9.4,xf2
（1）=10.6,yf1
（1）=9.4,yf2
（1）=10.6,zf1
（1）=6.9,zf2
（1）=12.1,
修改ModelSetup-Output中的RestartData-timeinterval为0.24，这样每计算0.24s输出一次结果，12s会有50次输出。
Simulate-Runsimulation开始模拟
在Analyzetab下选择flsgrf.aerospace_restart打开结果文件，作用力输出在ProbeTab下，在Datasource中选择GeneralHistory，可以检查障碍物上各方向的作用力，注意这些作用力包括压力和粘性剪应力，在列表中选择x-forcewindow1，Render查看。
Flow3D学习——4算例2CastingTutorial
十字绣□编制类□银饰制品类□串珠首饰类□
创建新的workspace，名称为CastingExample，创建新的simulation名称为casting。
导入几个stl文件，每个文件都是Component1的Subcomponent，即材料特性将应用于里面的每个固体。
注入口（sprue）先作为固体导入以便观看，然后修改为complement，这样网格区域内除几何形状存在的区域都变为固体，即对那部分进行取反操作。
另外cad生成的stl文件是毫米单位，这里用CGS单位，需要缩放1/10。
导入c:
\Flow3D\gui\stl_lib\sprue2.stl和part.stl，都作为Component1的Subcomponent，把part.stl的类型改为Hole。
把每个Subcomponent的GlobalMagnifications变为0.1。
Subcomponent2需要平移，X方向Translations为3，Z方向0.5。
每次输入后按Enter键可以更新显示。
增加一个Box作为Hole，参数为X4.5-8.5,Y-0.4-0.4,Z-0.4-0.6
使用3块网格计算，修改计算网格参数
#CellsLowHigh
X:
6 -1.51.5
Y:
1 -0.10.1
Z:
30 -3.411.6
X:
21 1.512.0
Y:
1 -0.10.1
Z:
6 -2.40.4
X:
16 2.510.5
Y:
1 -0.10.1
Z:
20 0.410.4
此时可以把Subcomponent1从Solid变为complement，这样会填充包围它的网格。
记住，几何形状和网格块无关，几何形状会自动占据网格块内的空间。
为检查网格，进行前处理Simulate>PreprocessSimulation，然后在Analyzetab下选择prpgrf.casting，在2-DTab中的右下角MeshBlock按钮弹出的对话框中选择所有块，Render后显示可以用于检查的图形。
（这里给出了检查的方式）
Block1顶部注入口边界流速是变化的，不易指定，可以使用定常的stagnationpressure表示上面注入溶液高度固定（大溶液池）或者stagnationpressure随时间变化，即上面液面高度逐渐降低，最简单的是线性变化。
先假设压力为常数，在边界中使用压力18375.0并勾选Stagnationpressure。
注入温度需要指定，在PhysicsTab中选择HeatTransfer，1stOrder，OK，然后重新在刚才边界条件对话框中单击ThermalInformation按钮，输入900.0，OK。
Flow-3D会自动设置网格块连接的边界条件为MeshBlock，也可以自己设置。
（哪里设置？
）
在GeneralTab中设置结束时间为0.5s，Flow-3D始终在结束时间到达后停止计算，也可以在Finishcondition中指定填充比例作为结束条件，如果不设置Fillfraction而在入口处使用流速边界条件时在注满溶液后求解器可能因为要继续注入溶液而出错退出，这里设置为1.0即全部填充并把Units改为CGS单位。
因为空间内开始时没有液体，因此这个例子中也就不存在初始条件。
PhysicsTab中需要使用的模块包括：
模块名称 理由
Viscosity 湍流引起的墙面剪应力Wallshearforceandturbulentmixing，选择牛顿粘性的RenormalizedGroup（RNG）模型，此模型健壮性、易用性和精度均较好。
（紊流模型都推荐这个吗？
）其它取缺省值
Energyequation（流体中热传导） 计算金属中的温度Tocomputethetemperatureinthemetal
HeatTransferandConductioninobstacles 砂模和其中流体的热交换Heatexchangebetweenthesandmoldandthefluidandwithinmold能量对流有2个选项，二阶计算更精确但是更费时，通常在浇铸中使用一阶即可。
流体和固体热传导中的无热传导选项用于隔热模拟，后面的2个选项表示温度从流体传递给温度恒定的固体，因为浇铸时间很长，砂模温度变化很大，因此这里需要使用FullEnergyEquation选项求解完全的能量方程。
Gravity 重力加速度AccelerationduetogravityCGS单位中Z向加速度是-980。
Solidification 模拟注入过程中的金属凝固Simulatemetalfreezingduringthefilling可能没有充满就凝固了，这里激活此部分并取默认值（模拟没有shrinkage的情况）。
DefectTracking 记录氧化物相对浓度和缺陷的可能位置Recordstherelativeconcentrationoxidesandthustheprobablelocationofoxiderelateddefects此模块计算液态金属暴露在空气中的时间，能表示溶液前锋氧化物含量水平，在氧化物缺陷位置预测时有用。
由于氧化物生成速度没有试验确定，因此这里用1表示氧化物相对浓度。
在Fluidstab中载入alloyAL356inSI属性并在对话框中选择转化为CGS单位。
推荐在设置模块后立刻设置材料属性，因为有些模块如Solidification和特定的流体特性有关，这样可以保证需要的特性从数据库中载入了。
（材料特性是否必须立刻载入，能否设置完所有模块后再载入？
）
下面在Meshing&GeometryTab中的Tools菜单中选择SolidsDatabase，从列表中选择GenericSilicaSandat1000K，载入，此时thermalconductivity和density*specificHeat等都应该有数值了，然后在左侧Component1的InitialConditions中修改温度为293。
运行，然后载入flsgrf.casting看结果。
先在AnalyzeTab右下角的MeshBlock中选择所有网格块，否则只会显示一块。
Contour变量用Temperature，Render后可以看到结果。
由于速度很快，温度高于熔点，因此溶液没有凝固现象。
如果结果中有空洞可能由两个原因，一是FillFractionFinishTime条件只检查空网格，而不是部分空网格引起，因此可能在没有空网格但是有部分空网格时计算结束；二是温度图把流体体积比小于0.5（液体比例小于50%）的网格屏蔽了，这个比例可以在AnalyzeTab左下角的Advanced对话框中设置。
把等值线变量修改为SurfaceDefectConcentration，Render后可以看出氧化物在金属表面累积情况，可以看出顶部较高，可以设置一个冒口把这部分溶液排出。
把计算网格Y方向尺度变为-2.0～2.0，网格大小为0.5，把模型变为三维情况。
计算时间修改为1.0s，边界条件变为随时间变化的情况，线性变化到0.7s时2450，此后压力值保持不变。
运行后观看，Iso-Surface变量设置为fractionoffluid，表示溶液表面，ColorVariable用选择的变量覆盖流体的iso-surface，选择Temperature，Render。
（对这些设置糊涂，哪里有说明？
）
创建热启动模拟凝固，在Generaltab中选择从0.81s开始，并选中restarttimetozero保证初始的非惯性力从0开始（上个例子也是这样，这是什么意思？
），其它用缺省选项，结束时间为120s。
凝固模拟时假设上部没有流体注入，在BoundariesTab中Block1的Z-max边界设置FluidFraction为0（应该是FFraction）。
在Generaltab中修改FinishCondition为SolidifiedFluidFraction允许FLOW-3D在模拟结束时间前停止。
模拟120s要很长时间，凝固与热传导有很大关系，在NumericsTab中缺省是Explicit方式求解，需要很小的时间步，用Implicit方式可以避免这个问题（Explicit/implicitsolveroptions中的Heattransfer选项）。
假设在凝固过程中z向流速很小，在Fluidflowsolveroptions中选择UseZeroVelocityField可以大大减少计算时间。
并在输出选项中选择Solidfraction。
开始模拟。
计算完成后在AnalyzeTab中载入flsgrf.dat，选择2-DTab，选择3个网格块和XZ平面，在DataSource中选择Selected，并用SolidFraction做等值线变量，可以看出凝固过程是从右侧开始的，然后向上凝固。
还有其它变量可以检查浇铸过程，在DataSource中选择Solidification，可用的等值线变量包括
SolidificationTime网格中温度降低到凝固温度下
SolidusVelocity（VEL）表示solidusfront运动的速度，-1表示没有数据，如果两个solidusfront碰撞时FLOW-3D无法确定速度或者开始凝固时发生。
CoolingRate（SCR）在凝固温度时单位时间内能量的变化
LocalSolidificationTime（LST）网格在液态和固态之间变化使用的时间
还有一些其它变量，因不会用到，略过。
据介绍，经常光顾“碧芝”的都是些希望得到世界上“独一无二”饰品的年轻人，他们在琳琅满目的货架上挑选，然后亲手串连，他们就是偏爱这种ＤＩＹ的方式，完全自助。
调研提纲：
Flow3D学习——5算例3HydraulicsTutorial
（二）创业弱势分析
二、大学生DIY手工艺制品消费分析HydraulicsTutorial
然而影响我们大学生消费的最主要的因素是我们的生活费还是有限，故也限制了我们一定的购买能力。
因此在价格方面要做适当考虑：
我们所推出的手工艺制品的价位绝大部分都是在50元以下。
一定会适合我们的学生朋友。
中式饰品风格的饰品绝对不拒绝采用金属，而且珠子的种类也更加多样。
五光十色的水晶珠、仿古雅致的嵌丝珐琅珠、充满贵族气息的景泰蓝珠、粗糙前卫的金属字母珠片的材质也多种多样。
这个问题中流体从18cm高的坝上流下，根据自由落体运动，水流流速为
Velocity=sqrt（2*980*18）=187.8cm/s
Reynold数为Re=30cmx187.8cm/s^2/10-2cm^2/s=5.6x10^5
因此粘性应力可以忽略，不需要用很密的网格描述墙面粘性剪切应力，但是由于存在紊流，流体内会存在粘性剪切应力，因此需要在模拟中使用粘性模型。
Bond数和Weber数为
Bo=980cm/s^2*1gm/cc*（30cm）^2/（73gm/s^2）=1.2x10^4
We=30cm*（187.8cm/s）^2*1gm/cc/（73gm/s^2）=1.45x10^4
即不需要考虑表面张力。
根据问题的性质，采用对称方式模拟。
创建workspace和simulation，在General中设置结束时间为1.0s，单位CGS，在下面Notes中的第一行是标题，将出现在所有的输出文件和图形中，这里写为“FlowoveraWeir”。
在Meshing&Geometrytab中导入c:
\flow3d\gui\stl_lib\weir1.stl，按缺省设置。
下面增加上游水库的底面，单击工具栏Box图标，为定义不同的属性（如糙率参数），选择NewComponent2，X-10～1，Y-20～20，Z0.0～8。
选取计算域时上游不能太小，否则会因为突然出现的加速度引起计算不稳定，下游如果计算范围小会使边界条件影响流体流态，但是计算范围太大会使计算时间增加。
这个例子先用一块网格计算，然后嵌套加密的网格，网格定义可以用手工或图形方式。
设置计算网格范围X-10～20，Y0～10，Z0～18，各方向网格分别为30、10、18，为在对称处加密，在Y方向的Pt
（1）选项中设置网格大小为0.5。
BoundariesTab：
这个问题中X两端边界被设置为hydrostaticpressure边界条件，如果边界的“fluidheight”比计算域内高则会向计算域内流入，否则会流出。
在XMin边界上选择SpecifiedPressure边界条件同时选择StagnationPressure，并设置FluidHeight为15.5；在XMax中同样使用SpecifiedPressure和择StagnationPressure，并设置FluidHeight为1.7，设置Ffrac
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