ANSYSCFD之Flotran中文讲解说明.docx
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ANSYSCFD之Flotran中文讲解说明
23设置并执行一个零迭代FLOTRAN分析
命令：
FLOCHECK,Key
功能：
生成第0次代或当前迭代的结果总结，以便于检查边界条件和流体性质的设置
菜单：
MainMenu>Preprocessor>FLOTRANSetUp>Flocheck
MainMenu>Preprocessor>FLOTRANSetUp>Flocheck
其中，Key的值及其含义如下：
0：
不执行零次迭代（但会生成当前迭代的结果总结，此为缺省值）
1：
执行零次迭代（生成第0次代的结果总结）
该命令的菜单形式如下：
第四章FLOTRAN边界条件
1边界条件的类型
· 进口边界/出口边界
· 对称条件
· 固定壁面和移动壁面
· 周期边界
· 恒定温度
· 热流
· 体积热源
· 传热系数
· 辐射
2进口/出口边界条件
· 可以指定分析区域的进口和出口速度
恒值速度
用宏定义的非恒值速度
· 可以沿边界指定压力条件
流体或进或出
局部压力边界条件通常来自于显著的几何变化
· 湍流边界条件
指定所需选项
若无定义，FLOTRAN将使用缺省值
３对称边界条件
· 表示对称面或轴对称的中心轴
· 假定流场特性为对称
· 对称边界法向上的速度分量为零
· 防止通过边界的质量或热传输
· 对称边界必须以总体坐标轴来进行指定
４固定壁面
· 施加无滑移边界条件
所有速度分量都设为零
· 湍流模型的边界条件是自动施加的
壁面律、壁面Log律
· 若壁面未定义热边界条件，则以绝热对待
· 无须定义压力条件
垂直于壁面的压力梯度为零
５ 移动壁面
· 移动壁面－稳态条件
分析区域在分析过程中不能改变
· 壁面将“拖拉”流体或随流体一起移动
· 垂直于壁面的速度分量为零
· 定义与壁面相切的速度为壁面速度
· 设置标志以使FLOTRAN知道该壁面不是一个流场的进口
标志为：
将湍流动能设为-1
６ 内流
· 由壁面、对称面、进出口边界包围起来的流场为内流
· 可以没有进出口边界
· 可以有未定义边界，但可能会不稳定
７ 外流
· 流场边界必须远离流场中的固体区域
· 通常，在流场边界的后半段施加零相对压力边界条件
· 对于超音素问题，通常在流场边界的前半段定义压力和速度边界条件而在后半
段不定义任何边界条件
· 一定要确定任何激波都不能延伸到有确定值的边界上，如果发生这种情况，则
应将该边界上的边界条件值去掉
· 有时可在整个外边界上定义速度边界条件
· 流场边界与流场中固体区域之间的距离应为该固体区域尺寸的30到100倍
８ 周期边界
· 两个边界上对应节点的值虽不确定但却相等
· 两个边界上必须有相同的节点分布
· 每个周期对称节点对的所有自由度都将耦合
· 用peri.mac宏来施加该边界条件
选择边界上的节点
指定边界间的空间偏置量
９ 热边界条件
· 指定温度
FLOTRAN自动计算用于保持该温度所需的热传导
· 指定热流
FLOTRAN自动计算与热流相了解的壁面温度和流场条件
· 指定导热系数
指定环境温度，FLOTRAN迭代计算热流和表面温度
· 体积热源
可在流体单元和非流体单元中定义
· 辐射
定义表面辐射系数和环境温度
10边界条件总结
边界类型所需数据
进口定义所有的速度分量或压力
出口定义压力（通常为零）
固定壁面将所有的速度分量都设为零
移动壁面定义所有的速度分量并将湍流动能设为-1
对称边界法向速度分量为零
已知温度指定节点温度值
绝热边界自然边界条件，无须定义
热流在边界节点上定义热流
对流换热系数在边界节点上定义对流换热系数
体积热源定义单元的单位体积热生成率
周期边界指定几何数据以判定周期边界节点
11边界条件的菜单形式
· 在前处理或求解菜单里面
· 只有定义了FLOTRAN单元之后该边界条件菜单才会显示出来
· 定义速度
· 定义压力自由度
· 定义其它自由度
· 体积热源
· 热流
· 对流换热
· 辐射
第五章FLOTRAN层流和湍流分析算例
问题描述
该算例是一个二维的导流管分析，先分析一个雷诺数为400的层流情况，然后改变流场参数再重新分析，最后再扩大分析区域来计算其湍流情况。
该算例所用单位制为国际单位制。
分析区域图示如下：
分析方法及假定
用FLUID141单元来作二维分析，本算例作了如下三个分析：
·雷诺数为400的假想流的层流分析
·降低流体粘性后（即增大雷诺数）的假想流的层流分析
·雷诺数约为260000的空气流的湍流分析
分析时假定进口速度均匀，并且垂直于进口流场方向上的流体速度为零。
在所有壁面上施加无滑移边界条件（即所有速度分量都为零）；假定流体不可压缩，并且其性质为恒值，在这种情况下，压力就可只考虑相对值，因此在出口处施加的压力边界条件是相对压力为零。
第一次分析时，流场为层流，着可以通过雷诺数来判定，其公式如下：
第二次分析时，将流体粘性降低到原来的十分之一（雷诺数相应增大）后再在第一次分析的基础上重启动分析
对于内流来说，当雷诺数达到2000至3000时，流场即由层流过渡到湍流，故第三次分析（空气流，雷诺数约为260000）时，流场是湍流。
对于湍流分析，上图所示的导流管的后端应加长，以使流场能得到充分发展。
此时，应在该次求解之前改变ANSYS的工作名以防止程序在上一次分析结果的基础上作重启动分析。
几何尺寸及流体性质
进口段长度4m
进口段高度1m
过渡段长度2m
出口段高度2.5m
层流分析时出口段长度6m
湍流分析时出口段长度12m
假设流体密度1Kg/m3
假设流体粘性第一次分析0.01Kg/m-s；第二次分析0.001Kg/m-s
空气密度1.205Kg/m3
空气粘性1.8135*10-5Kg/m-s
进口速度2.0m/s
出口压力0nt/m2
分析过程如下：
第1步：
进入ANSYS
参见ANSYSOperationGuide
第2步：
设置分析选择
1进入MainMenu>Preference
2点取FLOTRANCFD项
3点取OK
第3步：
定义单元类型
1进入MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete
2点取Add
3在弹出菜单的左框中点取FLOTRANCFD，右框中点取2DFLOTRAN141
4点取OK
5点取Close
第4步：
生成分析区域的几何面
该步定义三个面：
分别表示进口和出口的两个矩形面，以及一个表示过渡段的面。
1生成进口段，进入MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Areas-
Rectangle>ByDimensions
2在弹出菜单中的相应区域输入以下值：
X1处输入0
X2处输入2
Y1处输入0
Y2处输入1
3点取Apply
4生成出口段，再在上面弹出菜单中输入以下值：
X1处输入6
X2处输入12
Y1处输入0
Y2处输入2.5
5点取OK
6在工具栏（Toolbar）窗口中点取SAVE_DB
7进入MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Create>Lines>Tanto2Lines
8点取左侧矩形的上面一条线作为第一条切线，再在点取菜单中点取OK
9点取该线的右端点作为第一切点，再在点取菜单中点取OK
10点取右侧矩形的上面一条线作为第二条切线，再在点取菜单中点取OK
11点取该线的左端点作为第二切点，再在点取菜单中点取OK
12在点取菜单中点取Cancel。
所生成的结果线是一条界于两个矩形之间的光滑曲线
13进入MainMenu>Preprocessor>-Modeling-Create>-Areas-Arbitrary>ThroughKPs
14分别点取界于两个矩形之间的光滑曲线上的两个端点，再点取左侧矩形的右下角
和右侧矩形的左下角
15点取OK
16在工具栏窗口中点取SAVE_DB
第5步：
定义单元形状
1进入MainMenu>Preprocessor>-Meshing->MesherOpts
2将Midsidenodeplacement域改为NoMidsidenodes，点取OK
3在弹出菜单中点取QuadOnly
4点取OK
5进入UtilityMenu>Plot>Lines
6进入MainMenu>Preprocessor>-Meshing->SizeCntrls>-Lines->PickedLines
7点取进口区（左侧矩形面）的上下两条直线
8在点取菜单中点取Apply
9在弹出菜单的No.ofelementdivisions域中输入12
10在弹出菜单的Spacingratio域中输入-2
11点取Apply
12点取过渡区（中间面）的上下两条线，并点取Apply
13在弹出菜单的No.ofelementdivisions域中输入9
14在弹出菜单的Spacingratio域中输入1
15点取Apply
16点取出口区（右侧矩形面）的上面一条直线，并点取Apply
17在弹出菜单的No.ofelementdivisions域中输入13并在Spacingratio域中输入0.4
18点取Apply
19点取出口区（右侧矩形面）的下面一条直线，并点取Apply
20在弹出菜单的Spacingratio域中输入2.5
21点取Apply
22点取剩下的四条垂线，并点取OK
23在弹出菜单的No.ofelementdivisions域中输入10并在Spacingratio域中输入-2
24点取OK
25在工具栏窗口中点取SAVE_DB
第6步：
划分有限元网格
1进入MainMenu>Preprocessor>-Meshing->Mesh>Areas>Free
2在点取菜单中点取PickAll
第7步：
生成并应用新的工具栏按钮
在做类似于该例的分析时，定义一些诸如能“自动选择出与某条线相关的所有节点”、“关闭座标系符号的显示”等的工具栏按钮是非常有助于方便地建立模型的。
这一步的目的就是建立两个分别实现上述功能的工具栏按钮
1进入UtilityMenu>MenuCtrls>EditToolbar
2在弹出菜单中的*ABBR后输入ns1,nsll,,1
3点取Accept
4在弹出菜单中的*ABBR后输入tri,/triad,off
5点取Accept，然后点取Close
6在工具栏中点取刚生成好的TRI按钮，之后进入UtilityMenu>Plot>Replot，此
时，在图形窗口中，原来的座标系符号就会消失了。
第8步：
施加边界条件
在模型的进口处加X方向速度为2、其它方向速度为零的进口速度条件；在所有壁面处加两个方向速度都为零的速度条件，在出口处加零压力边界条件
1进入UtilityMenu>Plot>Nodes
2进入UtilityMenu>Select>Entities
3在弹出菜单中选择“Nodes”和“ByNum/Pick”，并点取OK
4在弹出的选择菜单中选择“Box”
5按住鼠标左键，在模型左侧进口边的所有节点周围拉出一个方框
6点取OK
7进入MainMenu>Preprocessor>-Loads->-Loads->Apply>-Fluid/CFD->Velocity>
OnNodes
8点取PickAll
9在弹出菜单的VX域输入2，VY域输入0
10点取OK
11进入UtilityMenu>Plot>Lines
12进入UtilityMenu>Select>Entities
13在弹出菜单中选择“Lines”和“ByNum/Pick”，之后点取OK
14在图形窗口中点取表示上下六个壁面的六条线，之后点取选择菜单中的OK
15在工具栏菜单中点取NSL按钮，以选取上面六条线上的全部节点
16进入UtilityMenu>Plot>Nodes
17进入MainMenu>Preprocessor>-Loads->-Loads->Apply>-Fluid/CFD->Velocity>
OnNodes
18点取PickAll
19在弹出菜单的VX域和VY域都输入0
20点取OK
21进入UtilityMenu>Select>Everything，然后再进入UtilityMenu>Plot>Nodes
22进入MainMenu>Preprocessor>-Loads->-Loads->Apply>-Fluid/CFD->
PressureDOF>OnNodes
23在弹出的选择菜单中选择“Box”，按住鼠标左键，在模型右侧出口边的所有节
点周围拉出一个方框
24在弹出菜单中将压力值设为零
25点取OK
26进入UtilityMenu>Select>Everything
27在工具栏中点取SAVE-DB
第9步：
求解层流
该步首先建立流体性质，然后设置执行控制，并开始求解
1进入MainMenu>Solution>FLOTRANSetUp>FluidProperties
2将弹出菜单的“Density”域设为“Constant”，点取OK
3将恒值密度设为1.0，恒值粘性设为0.01
4点取OK
5进入MainMenu>Solution>FLOTRANSetUp>ExecutionControl
6在弹出菜单的“Globaliterations”域输入20
7点取OK
8进入MainMenu>Solution>RunFLOTRAN，开始进行求解
第10步：
观察层流分析的结果
1进入MainMenu>GeneralPostproc>-ReadResults->LastSet
2进入MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>VectorPlot>Predifined
3在弹出菜单中选择“DOFsolution”和“VelocityV”
4点取OK
5进入UtilityMenu>PlotCtrls>DeviceOptions
6将向量模式（vectormode（wireframe））设为“ON”，之后点取OK
7进入UtilityMenu>PlotCtrls>Style>EdgeOptions
8在弹出菜单的“Edgetoleranceangle”域输入1
9将“ElementOutlinefornon-contour/contourplots”域设为“EdgeOnly/All”
10将“ReplotuponOK/Apply”域设为“Replot”
11点取OK
第11步：
确定流体粘性如何影响流场特性
诸如空气和水等常见流体的粘性都低于上例中的假想流体粘性。
将该粘性缩小10倍将响应增大雷诺数。
在本步中，返回FLOTRAN的输入步，改变粘性值，重新求解。
分析将从上面结束处重新开始，并执行附加的20次总体迭代。
1进入MainMenu>Solution>FLOTRANSetUp>FluidProperties
2点取OK
3将粘性值改为0.001
4点取OK
5进入MainMenu>Solution>RunFLOTRAN，开始进行求解
6可进行与上面第10步类似的结果观察
第12步：
进行湍流分析
从低粘性分析的结果可以看出，回流区已延伸到出口边界之后，若希望流体在出口之前得到充分发展，则必须给其更多的空间，对于空气则尤其更应如此，因其粘性比上面的0.001还低。
下面所进行的本算例的第二部分，就是紧接着上面的层流分析来作一个空气的湍流分析，此时要延长问题的求解区域并对延长部分重新划分网格、重新施加边界条件、并激活湍流模型。
在求解之前，还必须改变工作名（Jobname）。
1删除压力边界条件，进入：
MainMenu>Preprocessor>-Loads->-Loads->Delete>
Fluid/CFD>PressureDOF>OnNodes，并在弹出菜单中选择“PickAll”
2进入MainMenu>Preprocessor>-Modeling->Create>-Areas->Rectangle>By
Dimensions
3输入下面的座标值：
X1处输入12
X2处输入24
Y1处输入0
Y2处输入2.5
4点取OK
5融合关键点，进入MainMenu>Preprocessor>NumberingCtrls>MergeItems
6将弹出菜单的“Typeofitemtomerge”域设为“All”，然后点取OK，忽略随
后弹出的警告信息
7进入UtilityMenu>Plot>Lines
第13步：
对新的出口区划分网格
1进入MainMenu>Preprocessor>-Meshing->SizeCntrls>-Lines->PickedLines
2点取新的出口区的最右侧的一条垂线，并点取OK
3在弹出菜单的No.ofelementdivisions域中输入10
4在弹出菜单的Spacingratio域中输入-2
5点取Apply
6点取新出口区的上下两条线
7点取OK
8在弹出菜单的No.ofelementdivisions域中输入20并在Spacingratio域中输入1
9点取OK，并在工具栏中点取SAVE-DB
10进入MainMenu>Preprocessor>-Meshing->Mesh>Areas>Free
11点取新的出口区，并点取OK
12进入UtilityMenu>Plot>Nodes，图形显示节点
第14步：
施加湍流分析的载荷
1进入MainMenu>Preprocessor>-Loads->-Loads->Apply>-Fluid/CFD->Velocity>
OnNodes
2在弹出的选择菜单中选择“Box”
3按住鼠标左键，在还未施加边界条件的上壁面节点周围拉出一个矩形框，然后在
还未施加边界条件的下壁面节点周围拉出一个矩形框
4点取OK
5在弹出菜单的VX域和VY域都输入0
6点取OK
7进入MainMenu>Preprocessor>-Loads->-Loads->Apply>-Fluid/CFD->
PressureDOF>OnNodes
8在弹出的选择菜单中选择“Box”
9在新的模型右侧出口边的所有节点周围拉出一个方框
10点取OK
11在弹出菜单中将压力值设为零
12点取OK
第15步：
改变FLOTRAN分析选项和流体性质
1进入MainMenu>Solution>FLOTRANSetUp>SolutionOptions
2将弹出菜单的“Laminarorturbulent”域设为“Turbulent”
3点取OK
4进入MainMenu>Solution>FLOTRANSetUp>ExecutionControl
5在弹出菜单的“Globaliterations”域输入60
6点取OK
7进入MainMenu>Solution>FLOTRANSetUp>FluidProperties
8将弹出菜单的“Density”域设为“AIR”
9点取OK
10确认所用的流体性质是AIR，并点取OK
第16步：
进行求解
1进入UtilityMenu>File>ChangJobname
2在弹出的警告信息菜单中点取Close
3在弹出的修改工作名的菜单中输入“turb”作为新的工作名
4点取OK
5进入MainMenu>Solution>RunFLOTRAN，开始进行求解
第17步：
将流体速度结果以向量图和路径图的方式进行显示
1进入MainMenu>GeneralPostproc>-ReadResults->LastSet
2进入MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>VectorPlot>Predifined
3在弹出菜单中选择“DOFsolution”和“VelocityV”
4点取OK
5进入UtilityMenu>Plot>Nodes，图形显示节点
6进入MainMenu>GeneralPostproc>PathOperations>DefinePath>ByNodes
7在图形窗口中，分别点取出口边的下面和上面两个节点
8点取OK，在弹出菜单的“DefinePathName”域中输入“path1”作为该路径
的名字，点取OK，并关闭随后弹出的信息菜单
9进入MainMenu>GeneralPostproc>PathOperations>MapOntoPath
10在弹出菜单的“Lable”域输入“Velocity”
11在“Itemtobemapped”域选择“DOFsolution”和“VelocityVX”
12点取OK
13进入MainMenu>GeneralPostproc>PathOperations>-PlotPathItem->
OnGraph
14选择“Velocity”标号
15点取OK，该路径图显示出流场还是没有得到充分发展
18绘制压力等值线图
1进入UtilityMenu>PlotCtrls>Style>Contours>UniformContours
2将“Numberofcontours”域设为25
3点取OK
4进入MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>-ContourPlot->NodalSolu
5在弹出菜单中，选择“DOFsolution”和“PressurePRES”
6点取OK，ANSYS将显示出压力等值线图
19退出ANSYS
1点取工具栏中的“QUIT”按钮，在弹出菜单中随意点取一项
2点取OK
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