全版Fluent视频教材文本01之简介ppt课件

1、A Pera Global Company PERA ChinaANSYS FLUENT 培训教材第一节：CFD简介安世亚太科技北京A Pera Global Company PERA China什么是 CFD?nCFD是计算流体动力学Computational fluid dynamics的缩写，是预测流体流动、传热传质、化学反应及其他相关物理现象的一门学科。CFD一般要通过数值方法求解以下的控制方程组n质量守恒方程n动量守恒方程n能量守恒方程n组分守恒方程n体积力n等等nCFD 分析一般应用在以下阶段:n概念设计n产品的详细设计n发现问题n改进设计nCFD分析是物理试验的补充，但更节省费用

2、和人力。A Pera Global Company PERA ChinaCFD如何工作?nANSYS CFD 求解器是基于有限体积法的n计算域离散化为一系列控制体积n在这些控制体上求解质量、动量、能量、组分等的通用守恒方程n偏微分方程组离散化为代数方程组n用数值方法求解代数方程组以获取流场解Fluid region of pipe flow is discretized into a finite set of control volumes. EquationVariableContinuity1X momentumuY momentumvZ momentumwEnergyhControlV

3、olume* FLUENT control volumes are cell-centered (i.e. they correspond directly with the mesh) while CFX control volumes are node-centeredUnsteadyConvectionDiffusionGenerationA Pera Global Company PERA ChinaCFD 模拟概览n问题定义n确定模拟的目的n确定计算域n前处理和求解过程n创建代表计算域的几何实体n设计并划分网格n设置物理问题物理模型、材料属性、域属性、边界条件 ）n定义求解器 （数值

4、格式、收敛控制 ）n求解并监控n后处理过程n查看计算结果n修订模型Problem IdentificationDefine goalsIdentify domainPre-ProcessingGeometryMeshPhysicsSolver SettingsSolveCompute solutionPost ProcessingExamine resultsUpdate ModelA Pera Global Company PERA China1. 定义模拟目的n你希望得到什么样的结果例如，压降，流量），你如何使用这些结果？n你的模拟有哪些选择？n你的分析应该包括哪些物理模型例如，湍流，压缩

5、性，辐射）？n你需要做哪些假设和简化？n你能做哪些假设和简化如对称、周期性）？n你需要自己定义模型吗？nFLUENT使用UDF，CFX使用 User FORTRANn计算精度要求到什么级别？n你希望多久能拿到结果？nCFD是否是合适的工具？Problem IdentificationDefine goalsIdentify domainA Pera Global Company PERA China2. 确定计算域n如何把一个完成的物理系统分割出来？n计算域的起始和结束位置n在这些位置你能获得边界条件吗？n这些边界条件类型合适吗？n你能把边界延伸到有合适数据的位置吗？n能简化为二维或者轴对称问

6、题吗？Problem IdentificationDefine goalsIdentify domainDomain of Interestas Part of a LargerSystem (not modeled)Domain of interestisolated and meshedfor CFD simulation.A Pera Global Company PERA China3. 创建几何模型n你如何得到流体域的几何模型？n使用现有的CAD模型n从固体域中抽取出流体域？n直接创建流体几何模型n你能简化几何吗？n去除可能引起复杂网格的不必要特征倒角、焊点等）n使用对称或周期性？n

7、流场和边界条件是否都是对称或周期性的？n你需要切分模型以获得边界条件或者创建域吗？Solid model of a Headlight AssemblyPre-ProcessingGeometryMeshPhysicsSolver SettingsA Pera Global Company PERA China4. 设计和划分网格n计算域的各个部分都需要哪种程度的网格密度？n网格必须能捕捉感兴趣的几何特征，以及关心变量的梯度，如速度梯度、压力梯度、温度梯度等。n你能估计出大梯度的位置吗？n你需要使用自适应网格来捕捉大梯度吗？n哪种类型的网格是最合适的？n几何的复杂度如何？n你能使用四边形/六面

8、体网格，或者三角形/四面体网格是否足够合适？n需要使用非一致边界条件吗？n你有足够的计算机资源吗？n需要多少个单元/节点？n需要使用多少个物理模型？PyramidPrism/WedgeHexahedronPre-ProcessingGeometryMeshingPhysicsSolver SettingsTriangleQuadrilateralTetrahedronA Pera Global Company PERA China四边形/六面体还是三角形/四面体网格n对沿着结构方向的流动，四边形/六面体网格和三角形/四面体网格相比，能用更少的单元/节点获得高精度的结果n当网格和流动方向一致，四

9、边形/六面体网格能减少数值扩散n在创建网格阶段，四边形/六面体网格需要花费更多人力A Pera Global Company PERA China四边形/六面体还是三角形/四面体网格Tetrahedral meshWedge (prism) meshn对复杂几何，四边形/六面体网格没有数值优势，你可以使用三角形/四面体网格或混合网格来节省划分网格的工作量n生成网格快速n流动一般不沿着网格方向n混合网格一般使用三角形/四面体网格，并在特定的域里使用其他类型的单元n例如，用棱柱型网格捕捉边界层n比单独使用三角形/四面体网格更有效A Pera Global Company PERA China多域或

10、混合网格n多域或混合网格在不同的域使用不同的网格类型，例如 n在风扇和热源处使用六面体网格n在其他地方使用四面体/棱柱体网格n多域网格是求解精度、计算效率和生成网格工作量之间的很好的平衡手段n当不同域直接的网格节点不一致时，需要使用非一致网格技术。Model courtesy of ROI EngineeringA Pera Global Company PERA China非一致网格n对复杂几何体，非一致网格很有用n分别划分每一个域，然后粘接n在其他情况下，也使用非一致网格界面技术n不同坐标系之间n移动网格Non-conformalinterface3D Film CoolingCoolan

11、t is injected into a duct from a plenum. The plenum is meshed with tetrahedral cells while the duct is meshed with hexahedral cellsCompressor and ScrollThe compressor and scroll are joined through a non conformal interface. This serves to connect the hex and tet meshes and also allows a change in re

12、ference frameA Pera Global Company PERA China设置物理问题和求解器n对给定的问题，你需要n定义材料属性n流体 n固体n混合物n选择合适的物理模型n湍流，熄灭，多相流等。n指定操作条件n指定边界条件n提供初始值n设置求解器控制参数n设置监测收敛参数For complex problems solving a simplified or 2D problem will provide valuable experience with the models and solver settings for your problem in a short am

13、ount of time.Pre-ProcessingGeometryMeshPhysicsSolver SettingsA Pera Global Company PERA China求解n通过迭代求解这些离散的守恒方程直至收敛n以下情况达到收敛：n两次迭代的流场结果差异小到可以忽略n监测残差趋势能帮助理解这个差异n达到全局守恒n全局量的平衡n感兴趣的量如阻力、压降达到稳定值n监测感兴趣量的变化.n收敛解的精度和以下因素有关：n合适的物理模型，模型的精度n网格密度，网格无关性n数值误差A converged and mesh-independent solution on a well-po

14、sed problem will provide useful engineering results!SolveCompute solutionA Pera Global Company PERA China查看结果n查看结果，抽取有用的数据n使用可视化的工具能回答以下问题:n什么是全局的流动类型？n是否有分离？n激波、剪切层等在哪儿出现？n关键的流动特征是否捕捉住了？n数值报告工具能给出以下量化结果：n力、动量n平均换热系数n面积分、体积分量n通量平衡Examine results to ensure property conservation and correct physical b

15、ehavior. High residuals may be caused by just a few poor quality cells.Post ProcessingExamine resultsUpdate ModelA Pera Global Company PERA China修订模型n这些物理模型是否合适？n流动是湍流的吗？n流动是非稳态的吗？n是否有压缩性效应？n是否有三维效应？n这些边界条件是否合适？n计算域是否足够大？n边界条件是否合适？n边界值是否是合理的？n网格是否是足够的？n加密网格能否提高精度？n网格是否有无关性？n是否需要提高网格捕捉几何的细节Post Proce

16、ssingExamine resultsUpdate ModelA Pera Global Company PERA ChinaFLUENT 中的物理模型n流动和传热n动量、质量、能量方程n辐射n湍流n雷诺平均模型 (Spalart-Allmaras, k, k, 雷诺应力模型)n大涡模拟 (LES) 和分离涡模拟 (DES)n组分输运n体积反应nArrhenius 有限速率化学反应n湍流快速化学反应n涡耗散, 非预混, 预混，局部预混n湍流有限速率反应nEDC, laminar flamelet, composition PDF transportn表面化学反应Pressure Contou

17、rs in Near-Ground FlightTemperature Contours for Kiln Burner RetrofitA Pera Global Company PERA ChinaFLUENT 中的物理模型n多相流模型n离散相模型 (DPM)nVOFnMixturesnEulerian-Eulerian and Eulerian-granularnLiquid/Solid and cavitation phase changen动网格nMoving zonesnSingle and multiple reference frames (MRF)nMixing plane

18、modelnSliding mesh modelnMoving and deforming (dynamic) mesh (MDM)n用户定义标量输运方程Pressure Contours in a Squirrel Cage Blower (Courtesy Ford Motor Co.)GasoutletOiloutletThree-PhaseInletWateroutletContours of Oil Volume Fractionin a Three-Phase SeparatorA Pera Global Company PERA ChinaWorkbench 2 中的FLUENT CFDn启动ANSYS Workbenchn在工具栏中拖动Fluid Flow (FLUENT) 到项目栏里A Pera Global Company PERA China读入几何n右键点击 Geometry cell A2 然后选择 Import Geometryn读入几何文件 (CAD 模型或者 DesignModeler .agdb