ANSYSCFD之Flotran中文讲解说明Word格式文档下载.docx

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　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

４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

　无须定义压力条件

垂直于壁面的压力梯度为零

５　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

６　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

７　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

８　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

９　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

可在流体单元和非流体单元中定义

定义表面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

　对流换热

第五章FLOTRAN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4m

进口段高度1m

过渡段长度2m

出口段高度2.5m

层流分析时出口段长度6m

湍流分析时出口段长度12m

假设流体密度1Kg/m3

假设流体粘性第一次分析0.01Kg/m-s；

第二次分析0.001Kg/m-s

空气密度1.205Kg/m3

空气粘性1.8135*10-5Kg/m-s

进口速度2.0m/s

出口压力0nt/m2

分析过程如下：

第1步：

进入ANSYS

参见ANSYSOperationGuide

第2步：

设置分析选择

1进入MainMenu>

Preference

2点取FLOTRANCFD项

3点取OK

第3步：

定义单元类型

ElementType>

Add/Edit/Delete

2点取Add

3在弹出菜单的左框中点取FLOTRANCFD，右框中点取2DFLOTRAN141

4点取OK

5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MainMenu>

-Modeling-Create>

-Areas-

Rectangle>

ByDimensions

2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1

3点取Apply

4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

Y2处输入2.5

5点取OK

6在工具栏（Toolbar）窗口中点取SAVE_DB

7进入MainMenu>

Lines>

Tanto2Lines

8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OK

9点取该线的右端点作为第一切点，再在点取菜单中点取OK

10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OK

11点取该线的左端点作为第二切点，再在点取菜单中点取OK

12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MainMenu>

-Areas-Arbitrary>

ThroughKPs

14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OK

16在工具栏窗口中点取SAVE_DB

第5步：

定义单元形状

-Meshing->

MesherOpts

2将Midsidenodeplacement域改为NoMidsidenodes，点取OK

3在弹出菜单中点取QuadOnly

5进入UtilityMenu>

Plot>

Lines

6进入MainMenu>

SizeCntrls>

-Lines->

PickedLines

7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Apply

9在弹出菜单的No.ofelementdivisions域中输入12

10在弹出菜单的Spacingratio域中输入-2

11点取Apply

12点取过渡区（中间面）的上下两条线，并点取Apply

13在弹出菜单的No.ofelementdivisions域中输入9

14在弹出菜单的Spacingratio域中输入1

15点取Apply

16点取出口区（右侧矩形面）的上面一条直线，并点取Apply

17在弹出菜单的No.ofelementdivisions域中输入13并在Spacingratio域中输入0.4

18点取Apply

19点取出口区（右侧矩形面）的下面一条直线，并点取Apply

20在弹出菜单的Spacingratio域中输入2.5

21点取Apply

22点取剩下的四条垂线，并点取OK

23在弹出菜单的No.ofelementdivisions域中输入10并在Spacingratio域中输入-2

24点取OK

25在工具栏窗口中点取SAVE_DB

第6步：

划分有限元网格

Mesh>

Areas>

Free

2在点取菜单中点取PickAll

第7步：

生成并应用新的工具栏按钮

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UtilityMenu>

MenuCtrls>

EditToolbar

2在弹出菜单中的*ABBR后输入ns1,nsll,,1

3点取Accept

4在弹出菜单中的*ABBR后输入tri,/triad,off

5点取Accept，然后点取Close

6在工具栏中点取刚生成好的TRI按钮，之后进入UtilityMenu>

Replot，此

时，在图形窗口中，原来的座标系符号就会消失了。

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

Nodes

2进入UtilityMenu>

Select>

Entities

3在弹出菜单中选择“Nodes”和“ByNum/Pick”，并点取OK

4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OK

-Loads->

Apply>

-Fluid/CFD->

Velocity>

OnNodes

8点取PickAll

9在弹出菜单的VX域输入2，VY域输入0

10点取OK

11进入UtilityMenu>

12进入UtilityMenu>

13在弹出菜单中选择“Lines”和“ByNum/Pick”，之后点取OK

14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OK

15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UtilityMenu>

17进入MainMenu>

18点取PickAll

19在弹出菜单的VX域和VY域都输入0

20点取OK

21进入UtilityMenu>

Everything，然后再进入UtilityMenu>

22进入MainMenu>

PressureDOF>

OnNodes

23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OK

26进入UtilityMenu>

Everything

27在工具栏中点取SAVE-DB

第9步：

求解层流

该步首先建立流体性质，然后设置执行控制，并开始求解

Solution>

FLOTRANSetUp>

FluidProperties

2将弹出菜单的“Density”域设为“Constant”，点取OK

3将恒值密度设为1.0，恒值粘性设为0.01

5进入MainMenu>

ExecutionControl

6在弹出菜单的“Globaliterations”域输入20

7点取OK

8进入MainMenu>

RunFLOTRAN，开始进行求解

第10步：

观察层流分析的结果

GeneralPostproc>

-ReadResults->

LastSet

2进入MainMenu>

PlotResults>

VectorPlot>

Predifined

3在弹出菜单中选择“DOFsolution”和“VelocityV”

PlotCtrls>

DeviceOptions

6将向量模式（vectormode（wireframe））设为“ON”，之后点取OK

7进入UtilityMenu>

Style>

EdgeOptions

8在弹出菜单的“Edgetoleranceangle”域输入1

9将“ElementOutlinefornon-contour/contourplots”域设为“EdgeOnly/All”

10将“ReplotuponOK/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。

2点取OK

3将粘性值改为0.001

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：

Delete>

Fluid/CFD>

PressureDOF>

OnNodes，并在弹出菜单中选择“PickAll”

-Modeling->

Create>

-Areas->

By

Dimensions

3输入下面的座标值：

X1处输入12

X2处输入24

5融合关键点，进入MainMenu>

NumberingCtrls>

MergeItems

6将弹出菜单的“Typeofitemtomerge”域设为“All”，然后点取OK，忽略随

后弹出的警告信息

第13步：

对新的出口区划分网格

2点取新的出口区的最右侧的一条垂线，并点取OK

3在弹出菜单的No.ofelementdivisions域中输入10

4在弹出菜单的Spacingratio域中输入-2

5点取Apply

6点取新出口区的上下两条线

8在弹出菜单的No.ofelementdivisions域中输入20并在Spacingratio域中输入1

9点取OK，并在工具栏中点取SAVE-DB

10进入MainMenu>

11点取新的出口区，并点取OK

Nodes，图形显示节点

第14步：

施加湍流分析的载荷

2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

5在弹出菜单的VX域和VY域都输入0

8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

11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

SolutionOptions

2将弹出菜单的“Laminarorturbulent”域设为“Turbulent”

4进入MainMenu>

5在弹出菜单的“Globaliterations”域输入60

6点取OK

8将弹出菜单的“Density”域设为“AIR”

9点取OK

10确认所用的流体性质是AIR，并点取OK

第16步：

进行求解

File>

ChangJobname

2在弹出的警告信息菜单中点取Close

3在弹出的修改工作名的菜单中输入“turb”作为新的工作名

第17步：

将流体速度结果以向量图和路径图的方式进行显示

PathOperations>

DefinePath>

ByNodes

7在图形窗口中，分别点取出口边的下面和上面两个节点

8点取OK，在弹出菜单的“DefinePathName”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MainMenu>

MapOntoPath

10在弹出菜单的“Lable”域输入“Velocity”

11在“Itemtobemapped”域选择“DOFsolution”和“VelocityVX”

-PlotPathItem->

OnGraph

14选择“Velocity”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

Contours>

UniformContours

2将“Numberofcontours”域设为25

-ContourPlot->

NodalSolu

5在弹出菜单中，选择“DOFsolution”和“PressurePRES”

6点取OK，ANSYS将显示出压力等值线图

19退出ANSYS

1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