ANSYS CFX 中文教程

1、 2005 ANSYS CHINA, Inc.2-1CFX 10.0域，子域，源/汇，域交界面，共轭传热讲座 2 2005 ANSYS CHINA, Inc.2-2CFX 10.0CFX-Pre域 2005 ANSYS, Inc.2-3CFX 10.0l对于每一个计算，CFX要求至少有一个域被定义.- 可以是流体，固体或多孔介质域l只有三维的网格集合或包含在其中的三维部件才会被CFX的模拟读取l在“创建域”的对话框里所做的选择会影响到后续的菜单l在共轭传热模拟当中，可以实现流体域，固体域和多孔介质域的任意形式的组合域 2005 ANSYS, Inc.2-4CFX 10.0l通用选项界面: 基本

2、设定-域的位置: 只允许网格集合或其他3D部件-域的类型: 流体，固体，多孔介质-流体列表: 选择参与计算的流体种类-固体列表: 选择参与计算的固体种类-坐标系: 如果有多于一个的选项的话，选择一个合适的-粒子追踪 (拉格朗日): 选择被追踪的粒子类型l通用选项界面: 域模型-压强: 参考压强-浮力: 指定重力矢量方向-域的运动: 静止或旋转 (如旋转需指定角速度和旋转轴，以及有无其他的旋转模型) 域的创建 2005 ANSYS, Inc.2-5CFX 10.0l传热模型-无, 等温, 热能, 总能l湍流模型-不同复杂度的许多模型，包括常用的 k-Epsilon 模型l湍流壁面函数-根据所选的

3、湍流模型自动设定l化学反应和燃烧模型-只有当可变组分混合物作为流体的时候才可选l热辐射模型-如果选择了有温差的传热模型，那么有几种辐射模型备选l附加变量设定-当附加变量被定义后，此处可以设定该变量的各种参数值流体模型 2005 ANSYS, Inc.2-6CFX 10.0l热传导模型- 热能模型l热辐射模型- 不选，或蒙特卡罗模型固体模型 2005 ANSYS, Inc.2-7CFX 10.0多孔介质域l用于模拟单独网格无法描述的负责几何形状中的流体l面积孔隙率 - 流体可以通过的几何面积与整个面积之比l体积孔隙率- 域中流体的体积与整个体积之比 l孔隙损失模型- 各向同性损失模型- 各向异性

4、损失模型- 对以上两种模型，损失都是通过线性或二次函数方式的系数来定义，也可以指定渗透率和损失系数 2005 ANSYS, Inc.2-8CFX 10.0l初始化可以对整个系统做，也可以对各个域单独做l总体来说，初始化时需要设定: - Option=Automatic, 表示求解器自动设定初值 - Option=Automatic with Value, 用户输入具体的初值。牵涉到的变量包括 - 速度矢量 - 静压 - 温度 - 湍流变量 - 其他 初始化 2005 ANSYS CHINA, Inc.2-9CFX 10.0CFX-Pre子域 2005 ANSYS, Inc.2-10CFX 10

5、.0l在指定3D区域施加源项l创建子域前必须有一个域已经存在l一个域中可以包含多个子域l流体子域必须处于流体域中l固体子域必须处于固体域中l源（和汇）可以是常数或CEL表达式l设定子域一开始需要给子域命名，并选择它所在的域子域 2005 ANSYS, Inc.2-11CFX 10.0l流体子域允许添加下列源项 (取决于在创建域的时候设定的物理模型):- 能量- 质量 (连续性)- 动量- 通过设定合适的系数，可以模拟线性或二次函数式的阻力- 辐射- 只适用于单相，可以选择 Discrete Transfer 或 Monte Carlo 模型- 附加变量- 流体组分- 湍流流体子域 2005 A

6、NSYS, Inc.2-12CFX 10.0l固体子域允许添加下列源项 (取决于在创建域的时候设定的物理模型):- 能量- 辐射固体子域 2005 ANSYS CHINA, Inc.2-13CFX 10.0点源CFX-Pre 2005 ANSYS, Inc.2-14CFX 10.0l用于对单个网格单元施加源项l点源的位置由输入的三维坐标决定-源项将被添加到离制定坐标位置最近的那个网格上l在流体域中，用户可以创建下列点源： - 能量 - 质量（连续性） - 附加变量 - 流体组分 - 湍流l在固体域中，用户只能在点源上施加: - 能量点源 2005 ANSYS CHINA, Inc.2-15CF

7、X 10.0域交界面CFX-Pre 2005 ANSYS, Inc.2-16CFX 10.0l连接不同的域或网格集合l允许不匹配的网格粘接 (比如:六面体和四面体)l允许不同域之间的参考坐标系不一样 l在不同区域之间可以创建周期性界面l每个域交界面上的边界条件是自动创建的l如图所示，共有八种域交界面可供选择域交界面 2005 ANSYS, Inc.2-17CFX 10.0域交界面此处的域的可选性受前面选定的界此处的域的可选性受前面选定的界面类型控制面类型控制此处的域的可选性受前面选定的界面类型此处的域的可选性受前面选定的界面类型和和Side 1选定的域控制选定的域控制1:1 连接方式不适合多孔

8、介质域何在交界面一侧有多个域的流体连接方式不适合多孔介质域何在交界面一侧有多个域的流体-流体流体域交情况域交情况. 2005 ANSYS, Inc.2-18CFX 10.0域交界面：连接方式l自动- 首先试1:1的连接方式，不行的话再用GGIl1:1- 域交界面两边的网格是一一对应的lGGI- 即使在域交界面两边的网格并不对应，GGI 连接也是以一种守恒和隐式的方法实现的- 两边的网格类型不一定需要相同- 域交界面的两边应该有相同的面积，并且处于同一个平面上。但是- 如果两边面积不一样，那么连接会自动作用在两侧重叠的部位- 如果两侧之间有“小间隙”或是“小交叉”，用GGI实现连接也是可能的 2

9、005 ANSYS, Inc.2-19CFX 10.0域交界面: GGIl交界面可能需要被分割成若干段l下面图示的例子需要四个交界面，而不是一个l设定交界面的标准是交界面的两侧有相同的Z和r值zr 12403 2005 ANSYS, Inc.2-20CFX 10.0流体-流体 域交界面l流体-流体域交界面连接两个流体域 - 可以连接两侧不同的参考坐标系l坐标系变化选项:- 没有变化: 只连接交界面两侧没有坐标系变化的情况- Frozen Rotor: 各部件之间有固定的相对位置，但坐标系发生相应的变化。适用于稳态分析- Stage: 多个叶片的圆周平均。考虑到了时间平均下的相互影响，但不是瞬态

10、问题。适用于稳态分析- Transient Rotor-Stator: 考虑界面两侧的相对运动，模拟真实的瞬态影响。适用于瞬态分析- Same Frame Frozen Rotor/Stage: 参考坐标系没有变化，但通过“Frozen Rotor style” 或 “Stage style”考虑相应的流道变化 2005 ANSYS, Inc.2-21CFX 10.0多孔介质域交界面l多孔介质域交界面类型:- 流体-多孔介质 连接流体域和多孔介质域- 固体-多孔介质 连接固体域和多孔介质域- 多孔介质-多孔介质 连接两个多孔介质域l连接多孔介质域的交界面总是用GGI方式来连接 2005 ANS

11、YS, Inc.2-22CFX 10.0多孔介质域交界面(续)l数值离散化假定总压在交界面上不变化- 静压在交界面上不连续l假定总焓在交界面上不变化 (总能). 2005 ANSYS, Inc.2-23CFX 10.0固体域交界面l固体-固体l固体-多孔介质l固体-流体 - 限制: 一个多相流体域和一个共轭传热的固体域之间的连接方式不能是GGI. 2005 ANSYS, Inc.2-24CFX 10.0周期性界面l周期性界面可以是旋转的或平移的l可以指定连接类型:- 自动- 1:1- GGIl可以指定周期性的流固交界面- 对流固交界面来说，有一些连接上的限制 2005 ANSYS CHINA,

12、 Inc.2-25CFX 10.0共轭传热模拟 2005 ANSYS, Inc.2-26CFX 10.0lCFX中的模拟默认是流体问题的模拟- 质量，动量和能量守恒在CFD计算模块中计算l当固体材料的温度分布是我们感兴趣的内容时，我们可以应用共轭传热模拟l典型案例:- 管内流动中流体的热传递记忆管壁的温度分布- 被厚墙隔开的两股流体之间的热传递情况为什么要模拟共轭传热? 2005 ANSYS, Inc.2-27CFX 10.0l在CFX-Pre中，固体部份必须被定义成固体域。l共轭传热模拟需要额外考虑如下的因素:- 网格要求- 多个域- 边界条件- 域交界面- 初始值- 求解器控制如何设定共轭

13、传热模拟？ 2005 ANSYS, Inc.2-28CFX 10.0l需要创建至少一个三维区域代表流体域，另一个三维区域代表固体域- 请注意CFX要求在创立固体子域以前先创立固体域流体域固体域完整计算域网格要求 2005 ANSYS, Inc.2-29CFX 10.0l创建一个固体域l在流体模型中，确认热传递选项已经被选中（即传热模型选用Thermal Energy或Total Energy）l在固体模型的热传递选项中选择Thermal Energyl边界条件: - 对流体边界没有什么需要特殊考虑的地方 - 对固体的外部面必须施加固体边界条件（即那些不和流体域相连的面）l求解器控制: - 固体时间长度控制必须用以下两种方式当中的一种定义: - Auto Timescale with optional Solid Timescale Factor - Physi