ICSC2016_Fluent_R17_基础培训专场_第2讲_物理模型设定

所有公司名 产品名 服务名是 各个公司的商标或登记商标以及服务商标 本资料包括保密信息 没有得到敝公司的同意 请不要使用 发布 复制本资料或本电子档 ANSYS Fluent基础培训讲座基础培训讲座 第第2讲 讲 设定设定物理模型物理模型 IDAJ China 技术部技术部 IDAJ艾迪捷艾迪捷 IDAJ CHINA 简介简介 报告主题 在Ribbon中Setting Up Physics标签中定义材料属性 单元域 cell zones 和边界 条件是Fluent仿真中非常重要的一部分 仿真结果的精度取决于这些属性的 设定 在本章您将学习到 如何定义材料属性 Fluent中不同的边界条件类型和如何使用它们 如何定义网格交界面 Fluent中如何定义单元域 cell zones 条件包括固体区域和多孔介质 如何定义合适的边界条件 学习目标 您将学习到在CFD分析中如何设定这些重要的步骤 Introduction Material Properties Cell Zone Conditions Boundary Conditions Mesh Interfaces Summary ANSYS Fluent 工作流程工作流程 Ribbon Guides Basic Workflow 建立计算建立计算域域 读取和检查网格文读取和检查网格文 件件 检查网格质量检查网格质量 定义网格交界面定义网格交界面 如果需要 如果需要 参照第参照第3 3章章 转换成多面体网格转换成多面体网格 可选项 如果需 可选项 如果需 要 要 改变网格 可选项 改变网格 可选项 如果需要 如果需要 缩放 平移 旋转缩放 平移 旋转 设置单位设置单位 设置物理模型设置物理模型 求解器求解器 设置基本选项设置基本选项 模型模型 设置能量 粘性设置能量 粘性 湍流 多相 湍流 多相 流流 材料材料 创建创建 编辑材料及编辑材料及 其属性其属性 区域区域 单元域和边界条件单元域和边界条件 求解求解 选择求解方法和控制选择求解方法和控制 定义收敛性检查报告定义收敛性检查报告 初始化初始化 运行计算运行计算 后处理后处理 图形和坐标图图形和坐标图 可视化求解数可视化求解数 据据 报告报告 定量求解分析定量求解分析 2 Introduction Material Properties Cell Zone Conditions Boundary Conditions Mesh Interfaces Summary 设置物理模型 设置物理模型 Other Group Boxes 求解 这里不需要改动除非仿真是 瞬态 Module 10介绍 高速可压缩流体 模型 常用模型包括 Energy 传热 Module 8介绍 Radiation Module 8介绍 Viscous 湍流 Module 7介绍 其他的模型在workshops中有演示 但是不详细介绍 在高级培训课程 中有介绍 Multiphase Species and combustion Discrete Phase Copyright C 2016 IDAJ Co LTD All Rights Reserved 3 Introduction Material Properties Cell Zone Conditions Boundary Conditions Mesh Interfaces Summary 设置物理模型 创建设置物理模型 创建 编辑材料编辑材料 FLUENT 中的材料库 提供一系列预先定义的流 体 固体和混合物 根据模型选择给出属性列 表 如需要 可以拷贝材料并 修改其属性 客户定义的材料库 在 FLUENT中的材料面板 里可以创建 使用 修改 材料属性 Copyright C 2016 IDAJ Co LTD All Rights Reserved 4 Introduction Material Properties Cell Zone Conditions Boundary Conditions Mesh Interfaces Summary 流体密度流体密度 Copyright C 2016 IDAJ Co LTD All Rights Reserved 5 对不可压缩流体 constant 密度选择常数 理想气体属性 不可压缩流体 f T 多项式或分段多项式 不可压缩理想气体状态方程 poperating RT poperating 设置为接近当前问题的 平均压力 see next slide 可压缩流体 f p T 理想气体密度 pabsolute RT 对于低马赫数流动 poperating 设置为接近当前问题中的 平均压力可以避免舍入误 差 Introduction Material Properties Cell Zone Conditions Boundary Conditions Mesh Interfaces Summary Operating Pressure 代表所有相对压力测量的绝对压力基 准 Pabsolute Poperating Prelative 边界上给定的压力和初始条件是相对 于Operating Pressure的 当流场中动力学压差相对于绝对压力 水平非常小的情况下 可以避免舍入 误差 Copyright C 2016 IDAJ Co LTD All Rights Reserved 6 Ex 2 Poperating 100 000 Pa Pressure Pressure Ex 1 Poperating 0 Pa Pref Prel max 100 001 Pa Prel min 99 999 Pa Prel max 1 Pa Prel min 1 Pa Pref Introduction Material Properties Cell Zone Conditions Boundary Conditions Mesh Interfaces Summary 网格由大量的有限体积或者单元 组成 这些单元被分成一个或多个 cell zones 例如在共轭传热计算中会有一个 cell zone代表流体另一个cell zone 定义固体材料 每个单元由一定数量的面组成 这些面被分成多个面域 face zones 有些面位于模型的边界上 这些面所属的区域叫做边界域 boundary zones 单元域单元域 cell zone 和边界域和边界域 boundary zone Copyright C 2016 IDAJ Co LTD All Rights Reserved 7 Introduction Material Properties Cell Zone Conditions Boundary Conditions Mesh Interfaces Summary Simple 3D mesh Cell Zone Cell zone conditions 定义在所有的cell zones上 Boundary conditions定义在所有的 boundary zones上 Boundary Face Cell 设置物理模型 单元域设置物理模型 单元域 cell zone 在Zones group box中选择Cell Zones 按类型选择 流体或固体 或全选 展开Cell Zone Conditions任务栏 双击列表中的任何区域打开cell zone conditions面板 cell zone conditions面板可以定义多孔介 质域 给定的固体域和流体域能量源 给定的旋转机械输入 固定的一个或多 个求解变量和很多其他操作 Copyright C 2016 IDAJ Co LTD All Rights Reserved 8 Introduction Material Properties Cell Zone Conditions Boundary Conditions Mesh Interfaces Summary 单元域单元域 cell zone 流体单元域 或者简单点说 流体域 是一组单元 所有 激活的方程在上面求解 Copyright C 2016 IDAJ Co LTD All Rights Reserved 9 例如 水中有加热的铜线圈的仿真需要一 个流体域 和一个固体域 使用水的属性 流动和传热方程在流体域求解 使用铜的 属性 只有传热方程在固体域求解 例如 为了描述旋转运动 叶轮放在旋 转区域内 叶轮流体域将在参考旋转坐 标系下求解方程 其他区域将在静止参 考坐标系内求解方程 Introduction Material Properties Cell Zone Conditions Boundary Conditions Mesh Interfaces Summary 设置物理模型 边界设置物理模型 边界 在Zones group box中选择 Boundaries 按类型选择 inlets outlets walls 或 全选 域和域的类型是在前处理阶段 定义好的 要改变域的边界条件类型 在Boundary Conditions任务栏选择 列表中的域 用 Type 菜单在列表中选择可选的 边界类型 Copyright C 2016 IDAJ Co LTD All Rights Reserved 10 Introduction Material Properties Cell Zone Conditions Boundary Conditions Mesh Interfaces Summary 定义边界条件定义边界条件 要定义一个问题得到唯一解 你必须给出区域边界上相关 流动 变量的信息 给定计算域内质量流量 动量 能量等 边界条件定义不好会对结果产生重要的影响 定义边界条件包括 确定类型 例如 inlets walls symmetry 确定位置 根据边界类型 位置和物理模型提供需要的数据 选择依据 几何 边界位置可用的数据 数值考虑 Copyright C 2016 IDAJ Co LTD All Rights Reserved 11 Introduction Material Properties Cell Zone Conditions Boundary Conditions Mesh Interfaces Summary 可用边界条件类型可用边界条件类型 外部边界 通用 Pressure Inlet Pressure Outlet 不可压缩流 Velocity Inlet Outflow 慎用 压缩流 Mass Flow Inlet 也可用于不可压缩流 Pressure Far Field 其他 Wall Symmetry Axis Periodic 特定 Inlet Outlet Vent Intake Exhaust Fan Copyright C 2016 IDAJ Co LTD All Rights Reserved 12 orifice outlet inlet plate plate shadow wall 内部边界 Fan Interior Porous Jump Radiator Wall Introduction Material Properties Cell Zone Conditions Boundary Conditions Mesh Interfaces Summary Demo 演示如何定义材料 单元域条件和边界条件 Copyright C 2016 IDAJ Co LTD All Rights Reserved 13 Introduction Material Properties Cell Zone Conditions Boundary Conditions Mesh Interfaces Summary CFD边界的一般准则边界的一般准则 如果可能 选择流入或流出边界的位置和形状 使得流体 沿边界法向流入或流出 更好的收敛 边界法线方向不应该有大的梯度 表明设置不正确 向上游或下游移动边界 使其远离梯度较大的位置 减少边界附近的网格歪斜率 由高歪斜率导致的误差会沿其余的计算域传播 Copyright C 2016 IDAJ Co LTD All Rights Reserved 14 Introduction Material Properties Cell Zone Conditions Boundary Conditions Mesh Interfaces Summary 对称面对称面 对称边界条件可以应用在对称边界面上 不需要输入 流场和几何都需要是对称的 对称面法向速度为零 对称面所有变量法向梯度为零 必须仔细确定正确的对称面位置 Copyright C 2016 IDAJ Co LTD All Rights Reserved 15 Symmetry Planes Introduction Material Properties Cell Zone Conditions Boundary Conditions Mesh Interfaces Summary 给定合适的边界条件给定合适的边界条件 考虑以下案例包含分离的空气和燃料供应管 Copyright C 2016 IDAJ Co LTD All Rights Reserved 16 Fuel Air Manifold box 1 Nozzle 1 2 3 有三种方式定位入口边界 1 进气管的上游 可以用均匀分布因为自然分布在供 应管内会发展 需要更多单元 2 喷嘴进口平面 需要空气和燃料的精确的速度分布 数据 3 喷嘴出口平面 需要精确的速度分布数据和精确的 空气和燃料混合比例的分布数据 Introduction Material Properties Cell Zone Conditions Boundary Conditions Mesh Interfaces Summary 给定合适的边界条件给定合适的边界条件 回流区域附近的边界 理想位置 在回流区域下游定义出口允许流动发展 更容易定义准 确的边界条件 不好的位置 如果压力出口定义在这个位置 很难定义正确的回流 条件 例如湍流 温度 组分等 Copyright C 2016 IDAJ 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两个单元域的交界面上 节点可以重合也可以不重合 如果节点完全匹配 则称为 Conformal mesh 如果使用SpaceClaim 设置Share Topology property共享部件属性 如果使用DesignModeler 把所有体合并为单个部件可以得到conformal mesh 如果节点不匹配 则称为 Non Conformal mesh Fluent可以通过交界面插值 但是需要在GUI中设定 如果不设定 Fluent会把交界面当做壁面处理 流体不能通过 Copyright C 2016 IDAJ Co LTD All Rights Reserved 20 Introduction Material Properties Cell Zone Conditions Boundary Conditions Mesh Interfaces Summary Conformal Non Conformal 网格交界面的使用网格交界面的使用 Non conformal交界面可以用于 连接不匹配的网格 例如六面体网格和四面体网格的连接 单个网格文件可能包含不匹配的网格区域 需要non conformal的交界面 单元域之间的参考坐标系改变 即使网格是匹配的 连接不同类型的单元域 例如流体和固体 在一个域内创建周期区域 Copyright C 2016 IDAJ Co LTD All Rights Reserved 21 Introduction Material Properties Cell Zone Conditions Boundary Conditions Mesh Interfaces Summary 定义网格交界面定义网格交界面 创建non conformal交界面 第一步 设定物理模型 边界 把non conformal 边界域类型改 为interface 如果在Meshing已经定义为 interface这步就不是必须要做的 如果第二步 Setting Up Domain Interfaces Mesh 在Mesh Interface文本框输入交界 面名称 在Interface Zone 1和2下选择1个 或2个边界指定交界面域 一个interface zone比另一个小很 多 指定小的域为Interface Zone 1 可以提升相交处的计算精度 如果需要勾选相应interface options Copyright C 2016 IDAJ Co LTD All Rights Reserved 22 Introduction Material Properties Cell Zone Conditions Boundary Conditions Mesh Interfaces Summary 周期边界条件周期边界条件 创建周期边界条件 在Mesh interfaces面板下勾选Periodic Boundary 选项 选择周期边界条件的类型 Translational 平移 或 Rotational 旋转 如果你想要ANSYS Fluent自动计算偏移 保留默认设定Auto Compute Offset 网格可以是conformal 或 non conformal Copyright C 2016 IDAJ Co LTD All Rights Reserved 23 平移周期边界 仿真含有平