ANSYSCFD之Flotran中文讲解说明.docx

1、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：Main MenuPreprocessorFLOTRAN Set UpFlocheck Main MenuPreprocessorFLOTRAN Set UpFlocheck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

2、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 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 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

3、压力条件 垂直于壁面的压力梯度为零移动壁面 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

4、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

5、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 F

6、LOTRAN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

7、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 4 m进口段高度 1 m过渡段长度 2 m出口段高度 2.5

8、 m层流分析时出口段长度 6 m湍流分析时出口段长度 12 m假设流体密度 1 Kg/m3假设流体粘性 第一次分析0.01Kg/m-s；第二次分析0.001 Kg/m-s空气密度 1.205 Kg/m3空气粘性 1.8135*10-5 Kg/m-s进口速度 2.0 m/s出口压力 0 nt/m2分析过程如下：第1步：进入ANSYS参见ANSYS Operation Guide第2步：设置分析选择1 进入Main MenuPreference2 点取FLOTRAN CFD项3 点取OK第3步：定义单元类型1 进入Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/

9、Delete2 点取Add3 在弹出菜单的左框中点取FLOTRAN CFD，右框中点取2D FLOTRAN 1414 点取OK5 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Main MenuPreprocessor-Modeling-Create-Areas-RectangleBy Dimensions2 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13 点取Apply4 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

10、Y2处输入2.55 点取OK6 在工具栏（Toolbar）窗口中点取SAVE_DB7 进入Main MenuPreprocessor-Modeling-CreateLinesTan to 2 Lines8 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OK9 点取该线的右端点作为第一切点，再在点取菜单中点取OK10 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OK11 点取该线的左端点作为第二切点，再在点取菜单中点取OK12 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Main MenuPreprocessor-Modelin

11、g-Create-Areas-ArbitraryThrough KPs14 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OK16 在工具栏窗口中点取SAVE_DB第5步：定义单元形状1 进入Main MenuPreprocessor-Meshing-Mesher Opts2 将Midside node placement域改为No Midside nodes，点取OK3 在弹出菜单中点取QuadOnly4 点取OK5 进入Utility MenuPlotLines6 进入Main MenuPreprocessor-Meshing-Size

12、Cntrls-Lines-Picked Lines7 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Apply9 在弹出菜单的No. of element divisions域中输入1210 在弹出菜单的Spacing ratio域中输入-211 点取Apply12 点取过渡区（中间面）的上下两条线，并点取Apply13 在弹出菜单的No. of element divisions域中输入914 在弹出菜单的Spacing ratio域中输入115 点取Apply16 点取出口区（右侧矩形面）的上面一条直线，并点取Apply17 在弹出菜单的No. of element divis

13、ions域中输入13并在Spacing ratio域中输入0.418 点取Apply19 点取出口区（右侧矩形面）的下面一条直线，并点取Apply20 在弹出菜单的Spacing ratio域中输入2.521 点取Apply22 点取剩下的四条垂线，并点取OK23 在弹出菜单的No. of element divisions域中输入10并在Spacing ratio域中输入-224 点取OK25 在工具栏窗口中点取SAVE_DB第6步：划分有限元网格1 进入Main MenuPreprocessor-Meshing-MeshAreasFree2 在点取菜单中点取Pick All第7步：生成并应

14、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Utility MenuMenu CtrlsEdit Toolbar2 在弹出菜单中的*ABBR后输入ns1,nsll,13 点取Accept4 在弹出菜单中的*ABBR后输入tri,/triad,off5 点取Accept，然后点取Close6 在工具栏中点取刚生成好的TRI按钮，之后进入Utility MenuPlotReplot，此时，在图形窗口中，原来的座标系符号就会消

15、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Utility MenuPlotNodes2 进入Utility MenuSelectEntities3 在弹出菜单中选择“Nodes”和“By Num/Pick”，并点取OK4 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OK7 进入Main MenuPreprocessor-Loads-Loads-Apply-Fluid/CFD-Velocity On Nodes8 点取

16、Pick All9 在弹出菜单的VX域输入2，VY域输入010 点取OK11 进入Utility MenuPlotLines12 进入Utility MenuSelectEntities13 在弹出菜单中选择“Lines”和“By Num/Pick”，之后点取OK14 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OK15 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Utility MenuPlotNodes17 进入Main MenuPreprocessor-Loads-Loads-Apply-Fluid/CFD-Velocity On Nodes18

17、 点取Pick All19 在弹出菜单的VX域和VY域都输入020 点取OK21 进入Utility MenuSelectEverything，然后再进入Utility MenuPlotNodes22 进入Main MenuPreprocessor-Loads-Loads-Apply-Fluid/CFD- Pressure DOFOn Nodes23 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OK26 进入Utility MenuSelectEverything27 在工具栏中点取SAVE-DB第9步：求

18、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Main MenuSolutionFLOTRAN SetUpFluid Properties2 将弹出菜单的“Density”域设为“Constant”，点取OK3 将恒值密度设为1.0，恒值粘性设为0.014 点取OK5 进入Main MenuSolutionFLOTRAN SetUpExecution Control6 在弹出菜单的“Global iterations”域输入207 点取OK8 进入Main MenuSolutionRun FLOTRAN，开始进行求解第10步：观察层流分析的结果1 进入Main MenuGen

19、eral Postproc-Read Results-Last Set2 进入Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsVector PlotPredifined3 在弹出菜单中选择“DOF solution”和“Velocity V”4 点取OK5 进入Utility MenuPlotCtrlsDevice Options6 将向量模式(vector mode (wire frame)设为“ON”，之后点取OK7 进入Utility MenuPlotCtrlsStyleEdge Options8 在弹出菜单的“Edge tolerance angle”域输入1

20、9 将“Element Outline for non-contour/contour plots”域设为“Edge Only/All”10 将“Replot upon OK/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Main MenuSolutionFLOTRAN SetUpFluid Properties2 点取OK3 将粘性值改为0

21、.0014 点取OK5 进入Main MenuSolutionRun FLOTRAN，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：Main MenuPreproces

22、sor-Loads-Loads-Delete Fluid/CFDPressure DOFOn Nodes，并在弹出菜单中选择“Pick All”2 进入Main MenuPreprocessor-Modeling-Create-Areas-RectangleBy Dimensions3 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2.54 点取OK5 融合关键点，进入Main MenuPreprocessorNumbering CtrlsMerge Items6 将弹出菜单的“Type of item to merge”域设为“All”，然后点取OK，忽略随后弹

23、出的警告信息7 进入Utility MenuPlotLines第13步：对新的出口区划分网格1 进入Main MenuPreprocessor-Meshing-Size Cntrls-Lines-Picked Lines2 点取新的出口区的最右侧的一条垂线，并点取OK3 在弹出菜单的No. of element divisions域中输入104 在弹出菜单的Spacing ratio域中输入-25 点取Apply6 点取新出口区的上下两条线7 点取OK8 在弹出菜单的No. of element divisions域中输入20并在Spacing ratio域中输入19 点取OK，并在工具栏中点

24、取SAVE-DB10 进入Main MenuPreprocessor-Meshing-MeshAreasFree11 点取新的出口区，并点取OK12 进入Utility MenuPlotNodes，图形显示节点第14步：施加湍流分析的载荷1 进入Main MenuPreprocessor-Loads-Loads-Apply-Fluid/CFD-Velocity On Nodes2 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OK5 在弹出菜单的VX域和VY域都输入06 点取OK7

25、 进入Main MenuPreprocessor-Loads-Loads-Apply-Fluid/CFD- Pressure DOFOn Nodes8 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OK11 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Main MenuSolutionFLOTRAN SetUpSolution Options2 将弹出菜单的“Laminar or turbulent”域设为“Turbulent”3 点取OK4 进入Main MenuSolutionFLOTRAN S

26、etUpExecution Control5 在弹出菜单的“Global iterations”域输入606 点取OK7 进入Main MenuSolutionFLOTRAN SetUpFluid Properties8 将弹出菜单的“Density”域设为“AIR”9 点取OK10 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Utility MenuFileChang Jobname2 在弹出的警告信息菜单中点取Close3 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OK5 进入Main MenuSolutionRun FLOTRAN，开始进行求解第

27、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Main MenuGeneral Postproc-Read Results-Last Set2 进入Main MenuGeneral PostprocPlot ResultsVector PlotPredifined3 在弹出菜单中选择“DOF solution”和“Velocity V”4 点取OK5 进入Utility MenuPlotNodes，图形显示节点6 进入Main MenuGeneral PostprocPath OperationsDefine PathBy Nodes7 在图形窗口中，分别点取出口边的下面和上面两

28、个节点8 点取OK，在弹出菜单的“Define Path Name”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Main MenuGeneral PostprocPath OperationsMap Onto Path10 在弹出菜单的“Lable”域输入“Velocity”11 在“Item to be mapped”域选择“DOF solution”和“Velocity VX”12 点取OK13 进入Main MenuGeneral PostprocPath Operations-Plot Path Item- On Graph14 选择“Veloci

29、ty”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Utility MenuPlotCtrlsStyleContoursUniform Contours2 将“Number of contours”域设为253 点取OK4 进入Main MenuGeneral PostprocPlot Results-Contour Plot-Nodal Solu5 在弹出菜单中，选择“DOF solution”和“Pressure PRES”6 点取OK，ANSYS将显示出压力等值线图19 退出ANSYS1 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