第25章 fluent图形与可视化1.docx

1、第25章 fluent图形与可视化1图形及可视化FLUENT提供的图形工具可以使你很方便的处理CFD求解结果中包含的信息并观察相应的结果。下面的章节将向您介绍如何使用这些工具来观察您的计算结果。（注意这个过程对于显示制图法的硬拷贝文件的存储是在Saving Hardcopy Files中描述的。）基本图形生成自定义图形显示控制鼠标按键函数修改视图场景的生成动画视频生成柱状图与XY散点图基本图形生成在FLUENT中生成图形来显示网格, 等高线,轮廓, 速度矢量, 和 迹线. 下面将介绍如何产生这些图形。(柱状图与XY散点图的生成将在柱状图与XY散点图这一节进行介绍)。1 如果您的模型包含了不连续

2、相，您可在轨道的图形显示这一节找到相关的粒子轨道的图形显示方法。网格的显示等高线 和轮廓的绘制速度向量的绘制轨迹的显示网格的显示在问题的一开始或检查求解结果时，您肯定希望能够观察某些特定表面上的网格划分情况。如图1所示，你可以显示求解对象的部分和全部轮廓；如图2所示，绘制网格线（边）；如图3所示，对一个三维求解对象，绘制充满了网格的实体表面；或如图4，绘制求解对象表面上的节点。图 1: 显示轮廓图2: 网格线的显示Figure 3: 网格面（网格填充）显示Figure 4: 网格节点显示生成网格或轮廓线视图的步骤网格和轮廓线视图选项生成网格或轮廓线视图的步骤您可以通过网格显示对话框来绘制求解对

3、象的部分或全部网格或轮廓线。（如图1）.Display ?Grid.图 1: 网格显示对话框生成网格或轮廓线的基本步骤如下：1 在表面列表中选取您需要显示的网格或轮廓线的表面。点击表面列表下的Outline按钮来选择所有“外”表面。如果所有的外表面都已经处于选中状态，单击该按钮将使所有外表面处于未选中的状态。点击表面列表下的Interior按钮来选择所有“内”表面。如果所有的内表面都已经处于选中状态，单击该按钮将使所有内表面处于未选中的状态。2 根据您需要显示的内容，根据下列步骤有选择的进行：？显示所选表面的轮廓线，在图1所示的对话框中进行如下设置：在Options选择Edges，在Edge

4、Type中选择Outline。如果您需要更详细的关于显示一个复杂表面的轮廓线的设置，请参考网格和轮廓线显示选项。?显示网格线 (如图2), 在Options选择Edges，在Edge Type中选择ALL。 ?绘制一个网格填充图形 (如图3), 在Options选择Faces。?显示选中面的网格节点 (如图4), 在Options选择Nodes。 3 设置网格和轮廓线显示中的其它选项。4 单击Display按钮就可以在激活的图形窗口中绘制指定的网格和轮廓线。如果您选择了网格填充图形, 并且希望图形光滑，您应该打开光源，并选择一种光线插值方法而不是在光线对话框或显示选项对话框中对Flat进行设置

5、。如果您显示网格节点, 并希望通过指定符号来代替节点, 您可以通过在显示选项对话框中设置Point Symbol 来实现。 详细资料参考修改渲染选项。 注意, 对于具备周期性边界条件的求解问题, 您在求解对象的两侧均不能看到其边界。为了在网格的显示中包含周期性“阴影”边界, 你可以使用display/grid命令。网格和轮廓显示选项这个选项在生成网格或轮廓线步骤的第三步中曾经提到过，它包含了修改网格颜色，为轮廓线显示增加轮廓线的重要特征，绘制分割边界，以及在显示中缩小面或单元。FLUENT允许您通过管理颜色对每一个区域类型或表面来显示具有不同颜色的网格。这个特性可以帮您迅速方便的理解网格绘制。

6、如果需要修改颜色，点击网格显示对话框上的Color按钮来打开网格颜色对话框（图1）图 1: 网格颜色对话框（您可以通过场景描述对话框开为每一个需要显示网格的平面单独设置颜色）如果要改变一个指定区域类型的网格的显示颜色, 从类型列表中选定区域类型并在颜色列表中选择新的颜色。 当你再次显示网格时，你会看到颜色改变后的效果。 注意Types列表中的表面类型适用于全部的表面网格（例如，使用Surface menu打开面板创造的表面的网格是画好的）除了表面区域。对于封闭的3D物体如柱体， 标准轮廓线显示通常不能精确的显示其细节。 这是因为对于每一个边界， 只有这些在几何体外侧的边(例如一些在边界上只被一

7、个表面使用的边) 才被显示。图2显示了一个复杂的管道的轮廓线， 只有入口和出口是可见的。图 2: 复杂管道标准轮廓线图 3:复杂管道特征轮廓线你可以通过网格显示对话框中的特征选项得到额外的轮廓线特征（如图3）。在Edge Type中选择Feature选项，然后设置特征角度。默认特征角度为20度， 如果两个邻接表面法向方向的夹角大于20度，那么在这两个面中的边将被绘制。 减小特征角度使得更多的边（细节）能够在轮廓线的绘制中显示出来。角度的大小取决与你的几何体的曲率和复杂度。你可以逐渐修改特征角度直到你得到一个满意的轮廓线显示为止。 如果你为了并行处理分隔了网格，你可以通过在网格显示对话框中选择P

8、artitions选项将分隔的边界增加到网格显示中。 如果你需要在网格显示中区别个别的面或单元， 又或者你想扩大两个邻接面或单元间的距离，你可以通过在网格显示对话框中增大Shrink系数实现。 采用默认值0会使得在显示中邻接的面或单元的边发生重叠。 而当值为1时，会出现极端相反的情况：: 每一个面或单元都被一个点代替，而其之间存在相当大的距离。 一个很小的值如0.01就可以将邻接的面或单元区分开来。 采用不同值的收缩系数显示效果如图4，图5所示。在改变收缩系数后你必须点击Display按钮才能观察到其效果。图 4: 收缩系数为0的网格显示图5: 收缩系数为0.01的网格显示绘制等高线和轮廓FL

9、UENT可以使你在求解对象上绘制等高线或外形的叠加。等高线是由某个选定变量（如等温线，等压线）为固定值的线所组成。而轮廓则是将等高线沿一个参考向量并按照一定比例投影到某个面上形成的。图1图2显示了等高线和轮廓的例子。图 1: 静态压力等高线图2:Y向速度轮廓生成等高线和轮廓的步骤等高线和轮廓选项生成等高线和轮廓的步骤你可以通过图1所示的等高线对话框来生成等高线和轮廓。 Display ?Contours.图 1： 等高线对话框生成等高线或轮廓的基本步骤如下： 1 在Contours Of下拉列表框中选择一个变量或函数作为绘制的对象。首先在上面的列表中选择相关分类；然后在下面的列表中选择相关量。

10、（对列表中变量的解释可参考领域函数定义）2在Surfaces列表中选择待绘制等高线或轮廓的平面。对于2D情况，如果没有选取任何面，则会在整个求解对象上绘制等高线或轮廓。对于3D情况，你至少需要选择一个表面。3在Levels编辑框中指定轮廓或等高线的数目。最大数为100。4如果你要生成一个轮廓视图，请在Option中选中Draw Profiles选项。在轮廓选项对话框中（如图2），你可以如下定义轮廓：图 2: 轮廓选项对话框1 在Reference Value中为轮廓设置“0高度”参考值，并在Scale Factor中设置投影的长度比例因子。在定义面上，任何值等于Reference Value中

11、的数值的点都将被绘制在轮廓上。大于Reference Value中的数值的点将被投影到定义面的前面。（按照Projection Dir中定义的方向）并且根据Scale Factor中的值进行缩放；小于Reference Value中的数值的点将被投影到定义面的后面并进行缩放。当你需要显示一个变量的变化，而这个变化量和这个变量的值相比较小，上述参数可以用来产生较全面的轮廓。例如，我们需要显示温度变化范围为300K到310K的温度轮廓。如果我们采用默认的比例系数（以绝对温度310K为基数）绘制温度轮廓，那么10K的变化在图中很难检测到。为了产生一个较完善的轮廓，可以将Reference Value

12、 设置为 300 并将设置Scaling Factor 为5 (只是举个例子) 来放大10K范围在轮廓上的显示效果。在随后的轮廓显示中，当温度为300K时其位置将处于基准线上，而其它数据在显示时，首先将减去300，并将其差值绘制在轮廓上。因而，轮廓上的图像只显示了相对于300K的温度变化。2 设置轮廓的投影方向(Projection Dir.)。如果是2D图形，例如，在求解对象上的压力等高线可以按z方向进行投影来形成一个地毯图（carpet plot），或者对y方向速度等高线沿y方向的切片进行投影形成一系列的速度轮廓图（例如图2的等高线和轮廓图）3 点击Apply按钮关闭轮廓选项对话框。5 设

13、置等高线和轮廓选项对话框中的其它选项。6 点击Display按钮在激活的图形窗口中来绘制指定的等高线和轮廓。显示的结果将包含选定变量的指定的等高线和轮廓的指定数目，同时并将其值量级的变化范围在最小和最大区域按照增加的方式进行显示。 等高线和轮廓绘制选项在产生等高线和轮廓的第五步曾经提到过该选项，包含了绘制用颜色填充的等高线/轮廓线（替代默认的等高线/轮廓），指定待绘制等高线轮廓变量的范围，也包括在等高线轮廓中网格的部分显示，选择节点或单元的值进行显示，以及存贮等高线轮廓相关设置。色彩填充等高线或轮廓图是用连续色彩显示的等高线或轮廓图形显示（如图1），而不是仅仅使用线条来代表指定的值。（注意一个

14、色彩填充的轮廓显示通常被当作“地毯图”）。可以在生成等高线和轮廓的第五步选中等高线对话框中的Filled选项来绘制一个色彩填充的等高线或轮廓图。图1：色彩填充的静态压力等高线图为了使显示效果光滑，你可以通过打开光源并选择一个适合的光线插值方法来完成，而不是在显示选项对话框或光线对话框中进行相关设置。 请注意如果Clip to Range选项一旦被选中，你所得到的图形将不会光滑（参考等高线轮廓绘制选项）。 默认情况下，等高线或轮廓的变化范围通常被设置在求解对象结果的变化范围内。这意味着在求解对象内色彩变化将以最小值（显示在Min区域）开始，以最大值（显示在Max区域）结束。如果你绘制的等高线或轮

15、廓只是求解对象的一个子集（例如一个表面），你的绘制结果可能只覆盖色彩变化的一部分。例如，假设用蓝色代表0，用红色代表10，而你绘制的表面变化只是从4到6，由于绿色是由蓝到红的中间色彩，因而你绘制的图像上很可能是绿色的等高线或轮廓。如果你关心的值在一个小范围内变化，如让蓝色代表4而红色代表6，你可以自己设置显示的范围。另外一个自己设定显示范围的原因是你只关系特定的值。例如，如果你想了解哪个区域的压力超过了特定的值，你可以增加显示的最小值，压力低于该值后不再被显示。如果希望自己设置等高线/轮廓的显示范围，首先使等高线对话框中的Auto Range选项处于实效状态。Min和Max编辑框则处于可编辑状

16、态，然后你可以输入显示的范围。在显示默认范围时，点击Compute按钮将更新Min和Max的值在你绘制色彩填充等高线/轮廓（如前在等高线轮廓选项中描述），你可以控制值超过显示范围的值是否显示。Clip to Range选项的默认状态为选中，这使得超出显示范围的值不被显示（例如不绘制其等高线/轮廓）。但是如果您使其处于实效状态，低于Min的值将会以代表最低值的色彩进行显示，而高于Max的值将以代表最高值的色彩进行显示。图2和图3则分别显示了选中/未选中Clip to Range选项时的绘制结果。图 2: 选中Clip to Range 选项时的绘制结果图 3: 未选中Clip to Range

17、选项时的绘制结果对于一些问题，尤其是3D几何体，你很可能希望在等高线/轮廓中包含部分网格作为空间参考点。例如你希望在等高线中显示入口和出口的位置。这可以通过选中等高线对话框中的Draw Grid 选项完成。当你选中Draw Grid选项后，显示对话框将会出现，在这个对话框中你可以设置网格显示参数。当你点击等高线对话框中的Display按钮，在等高线/轮廓中将会显示出按照在网格显示对话框中定义的网格。在Fluent中，可以选择显示计算得到的单元节点中心的值或者按照插值计算的节点的值。默认情况下，Node Values 选项被选中，插值计算的节点值被显示。对于等高线或轮廓，总是采用节点的值。如果你

18、要显示色彩填充的等高线或轮廓，最好采用单元节点中心值，使用该值只需将Node Value选项关闭。采用节点值绘制色彩填充等高线/轮廓将按颜色的层次进行光滑显示，而使用单元节点中心值绘制的色彩填充的等高线/轮廓则会显示出一个单元到其邻接单元颜色的显著变化。如果你需要绘制一个多孔或扇叶的显示图像，来描述一个脉冲或其它不连续或跳跃的变量，应该采用单元节点中心值，如果你在该情况下使用节点值，不连续效果将会由于节点的平均而不会在图像中清晰的显示。对于频繁使用的等高线变量和选项，你可以在等高线对话框中指定一个Setup number，并设定所需信息以此来生成等高线图形。当你单击Display按钮， 所设定

19、的Contours Of, Min, Max以及表面参数将被存储。你可以将Setup number设置成一个未被使用的值（如，一个没有存储任何信息的ID号）然后生成一个不同的等高线图形。要按存储的信息显示图形，只需将Setup number重新设置成你保存信息的变化，然后单击Display即可。你可以保存10个不同的编号。 ！注意等高线层的数目，在网格显示对话框（当Draw Grid选项被激活）中选定要显示的表面，以及在轮廓选项对话框（当Draw Profiles 选项被激活）中对轮廓的设定均不会在Setup中存储，同时Setups也不会被存储到工作文件中。绘制速度向量你可以在求解对象或选中的

20、表面上绘制速度向量。默认情况下， 速度向量被绘制在每个单元的中心（或在每个选中表面的中心），用长度和箭头的颜色代表其梯度（图1）。通过几个向量绘制设置参数，可以修改箭头的间隔，尺寸和颜色。注意在绘制速度向量时总是采用单元节点中心值；不能采用节点平均值进行绘制。.图 1: 速度向量图生成速度向量图的步骤速度向量图选项生成速度向量图的步骤可以通过速度向量对话框来生成速度向量图 (如图1).Display ?Velocity Vectors.图1: 速度向量对话框生成向量的基本步骤如下： 1 在Surfaces列表中，选择你希望绘制其速度向量图的表面。如果希望显示的对象为整个求解对象，不要选择列表中

21、的任一项。2 设置速度向量对话框中的其它选项。3. 单击Display按钮在激活的窗口中绘制速度向量图。速度向量绘制选项在生成步骤中的第2步提到的其它选项包括向量箭头比例因子，忽略一些向量的显示，使用相当速度梯度（为了移动参考面和移动网格），在数据表面显示速度向量，显示固定长度或固定颜色的向量，显示速度向量各方向的组成，指定显示的变化范围，对一个纯量场的速度向量进行色彩渲染，显示部分网格的速度向量，改变箭头的类型和比例。大部分普通选项都是通过速度向量对话框的选项进行设置，而一少部分则是在向量选项对话框中设置的（如图1），可单击速度向量对话框中的Vector Options打开该对话框图1 向量

22、选项对话框默认情况下，速度向量是自动缩放的以便在没有任何向量被忽略时重叠的向量箭头最少。（参看速度向量绘制选项，以使向量绘制更加清晰）。通过Auto Scale 选项，可以修改比例系数（默认情况为1） 增加或减少 默认 auto scale的值。采用自动比例的优点时当比例系数为1时，不管求解对象的尺寸，向量显示将会很合适，给你了一个调节比例系数以便更好显示向量图的起点。 如果你关闭Auto Scale选项，速度向量将会被按照实际的尺寸和比例系数（默认为1）进行绘制。一个向量的“实际”尺寸时该点的速度梯度。一个速度梯度为100m/s的点其向量将被绘制成100米长，不过求解对象是0.1m还是100

23、0m。你可以在速度向量对话框中通过修改向量比例系数的值使该向量尺寸（实际尺寸和比例系数的乘积）达到你的要求。如果你的向量显示图上包含了太多的箭头导致你不能理解该图，你可以通过设置速度向量对话框中的Skip值为该向量图“减肥”。默认情况下，Skip的值为0，这意味着每个求解对象或平面上的向量都被显示（假设有n个向量）。如果将Skip增大到1，将会有n/2各个向量。如果增大到2，将会产生n/3个向量，等等。对表面的选择（或求解对象单元）将会决定哪一个向量被忽略或被绘制；因此当Skip的值不为0时，调整选择顺序将会改变速度向量图。 如果在你求解问题时使用了一个或多个移动参考面或者移动网格，那么你可以

24、选择显示绝对速度向量或者相当速度向量。选中速度选项对话框中的Relative选项时，会按照设定的参考值以参考面为基础绘制向量。参看设置参考区来获得更详细的细节（如果你建立了一个旋转参考面，你不需要指定参考区域，会以旋转参考面为基础绘制速度向量）。如果你为选中Relative选项，在绘制向量图时会以绝对、固定的参考面为基础进行绘制。对于一些问题，你可能对垂直于流场部分的可视化感兴趣。这些“二次流”部分通常比沿着流动方向的部分要小，因此当流动方向部分也显示的时候就很难观察它。为了方便的观察垂直流场部分，可以在向量选项中选中In Plane 选项。当该选项被选中时，FLUENT只显示选中面内的速度向

25、量图。如果选中的表面时一个交叉的流对象，将会显示垂直于该流场的速度向量图。图2显示了选中In Plane时生成的速度向量图（注意这些向量被转化到求解对象的外部，正如在一个场景中改变求解对象的外形中所述，所以可以很方便的被观察）图 2: 使用In Plane选项生成速度向量图。默认情况下，一个向量的长度和它的速度梯度成正比。如果你希望所有的向量以相同的长度进行显示，则可以通过在向量选项对话框中选中Fixed Length选项实现。要修改向量长度，请在速度向量对话框中调整比例系数的值。 默认情况下，速度向量的各个笛卡儿坐标的份量都将显示，所以箭头指向为沿着物理空间的矢量方向，有时一个方向上的份量非

26、常大，例如x方向。在这种情况下，你可能希望缩小x方向的分量以便观察y、z方向的份量。要压缩一个或多个速度向量分量，请在向量选项对话框中关闭相关选项（X, Y 或Z分量）。默认情况下，在速度向量显示中包含的速度变化范围通常时按照求解对象的速度梯度变化范围进行设定的。如果你想观察一个小范围内值的变化，你可以重新限定显示的范围。用来代表速度向量显示的色彩将会随之显示范围值的变化而变化。（你也可以按照速度梯度颜色的渲染将一个纯量场改变为其它纯量场）。手工设置速度梯度的变化范围（或者通过颜色下拉列表框改变纯量场的范围），可在速度向量对话框中关闭Auto Range选项。Min和Max编辑框处于可编辑状态

27、，然后你可以在其中输入新的范围值。例如，你需要显示速度梯度大于150m/s而且小于300m/s的区域，你可以将Min设置为150而Max为300。同样，如果你对静态压力向量进行渲染，你可以只显示压力为某一个特定值的曲艺。在显示默认范围的时候，单击Compute按钮将更新最小及最大值。当你限制了速度向量显示的范围后，你也可以控制超出这个范围的值是否显示。当选中Clip to Range选项时（默认选项），不显示超出设定范围的值。而当该选项未被选中时，高于最大值的值将以代表最大值的颜色进行显示。这一点和显示色彩填充等高线相似。（参看等高线轮廓绘制选项中的图2、图3）如果你希望以其它量场而非速度量场

28、对向量进行渲染，可以通过在Color By下拉列表框中选择一个不同的变量或函数来实现。按照上面的列表选择你所希望的分类，然后从下面的列表框中选择相关量。如果你选择了静态压力，例如，速度向量将仍和速度梯度有关，但是速度向量的颜色将和每一点的压力有关。如果你希望所有的向量都以相同的颜色进行显示，则可在速度选项对话框中的Color下拉列表框中指定所使用的颜色。如果没有选择任何颜色（例如，下拉列表框中最上面的选项也是默认选项空格），向量的颜色将由速度向量对话框中的值为field的Color By的选项决定。单色向量显示通常在等高线和速度向量叠加图中很有用。 对于一些问题，尤其是复杂的3D几何体，你很可

29、能希望在你的向量图中包含部分网格作为空间参考点。例如，你想在速度向量图中显示入口和出口的位置。上述任务可以通过在速度向量对话框中打开Draw Grid选项来完成。当你选中Draw Grid选项时，网格显示对话框将自动打开，可以通过该对话框设置网格显示参数。当你单击速度向量对话框上的Display按钮后，按照你在网格显示对话框中的设置，在速度向量图中将会显示部分网格。Fluent总共有5中不同类型的箭头提供给你使用。可在Style下拉列表框中选择cone，filled-arrow, arrow, harpoon 和headless类型。默认箭头为harpoon类型。如果你选则的箭头类型中包含了头

30、部，你可以通过向量对话框中的Scale Head来修改箭头的大小尺寸。显示轨迹轨迹被用来显示求解对象的质量微粒流。粒子由你在Surface菜单中定义的一个或多个表面中释放出来（参看为显示图形和数据产生表面）。现形或楔行面经常被使用（参考线形和楔形面）。图1显示了一个轨迹图。图 1: 轨迹图注意显示固态相微粒轨道在轨道的图形显示章节进行讨论。产生轨迹的步骤绘制轨迹的选项产生轨迹的步骤可以通过轨迹线对话框来完成轨迹的生成 (如图1). Display ?Path Lines.图1: 轨迹线对话框l产生轨迹线的基本步骤如下：1 在Release From Surfaces列表中选择相关平面。2 设置

31、Step size和 Steps的最大数目。Step Size设置长度间隔用来计算下个各微粒的位置。（注意当一个微粒进入/离开一个表面是其位置通常由计算得到；即便你指定了一个很大的Step Size，微粒在每个单元入口/出口的位置仍然被计算并被显示）。Steps设置了一个微粒能够前进的最大步数。当一个微粒离开求解对象并且其飞行的步数超过该值时将停止。如果你希望微粒能够前进的距离超过一个长度大于L的求解对象，一个最简单的定义上述两个参数的方法是是Step Size和Steps的乘积应该近似等于L。3 设置轨迹线对话框中的其它选项。4 单击Display按钮绘制轨迹线，或者单击Pulse按钮来显示微粒位置的动画。在动画显示中Pulse按钮将变成Stop按钮，你可以通过单击该按钮来停止动画的运行。