ANSYS／FLOTRAN流体动力学(CFD)分析课件.ppt

1、2001年10月1日4/25/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Intro-1Guidelines2001年10月1日4/25/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Intro-2 第一章第一章FLOTRAN 计算流体动力学计算流体动力学(CFD)分析概述分析概述 一、一、FLOTRAN CFD 分析的概念分析的概念 二、二、 FLOTRAN 分析的种类分析的种类 1、层流分析层流分析 2、紊流分析、紊流分析 3、热分析、热分析 4、可压缩流分析、可压

2、缩流分析 5、非牛顿流分析、非牛顿流分析 6、多组份传输分析、多组份传输分析 Guidelines2001年10月1日4/25/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Intro-3 第二章第二章FLOTRAN分析基础分析基础 一、一、FLOTRAN单元的特点单元的特点 1、FLUID141单元单元 2、FLUID142单元单元 3、FLUID单元的其他特征单元的其他特征 二、使用二、使用FLOTRAN单元的一些限制及注意事项单元的一些限制及注意事项 三三、 FLOTRAN分析的主要步骤分析的主要步骤 四、四、 FLOTRAN

3、分析中产生的一些文件分析中产生的一些文件 五、提高收敛性和稳定性的常用的工具五、提高收敛性和稳定性的常用的工具 六、六、 FLOTRAN分析过程中应处理的问题分析过程中应处理的问题 七、对一个七、对一个FLOTRAN分析进行评价分析进行评价 八、验证结果八、验证结果 Guidelines2001年10月1日4/25/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Intro-4 第三章第三章FLOTRAN设置命令设置命令 一、一、FLOTRAN求解控制命令求解控制命令 二、二、FLOTRAN执行及输出控制命令执行及输出控制命令 稳态控

4、制参数设置稳态控制参数设置 三、三、FLOTRAN执行及输出控制命令执行及输出控制命令 瞬态控制参数设置瞬态控制参数设置 四、四、FLOTRAN输出及保存文件控制输出及保存文件控制 五、五、FLOTRAN输出收敛监测量的控制输出收敛监测量的控制 六、六、FLOTRAN流体类型及其特性的可变性控制流体类型及其特性的可变性控制 七、七、FLOTRAN流体性质参数设定流体性质参数设定 八、八、FLOTRAN分析的坐标系统的指定分析的坐标系统的指定 九、九、FLOTRAN分析参考条件的设置分析参考条件的设置 十、指定十、指定FLOTRAN分析的旋转坐标系统分析的旋转坐标系统 十一、指定十一、指定FLO

5、TRAN分析的重力加速度分析的重力加速度 十二、设置有助于十二、设置有助于FLOTRAN求解稳定的参数求解稳定的参数 Guidelines2001年10月1日4/25/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Intro-5 第三章第三章FLOTRAN设置命令（续）设置命令（续） 十十三、三、设定设定FLOTRAN自由度松弛系数自由度松弛系数 十四、设定十四、设定FLOTRAN流体性质松弛因子流体性质松弛因子 十五、设置十五、设置FLOTRAN分析的自由度限值分析的自由度限值 十六、选择十六、选择FLOTRAN各自由度相应的求解

6、器各自由度相应的求解器 十七、对十七、对FLOTRAN各求解器的控制各求解器的控制 十八、设置十八、设置FLOTRAN湍流模型的一些常数湍流模型的一些常数 十九、重新设定十九、重新设定FLOTRAN各分析参数的值各分析参数的值 二十、控制二十、控制FLOTRAN面积积分的阶次面积积分的阶次 二十一、二十一、FLOTRAN多组份疏运分析的设置及控制多组份疏运分析的设置及控制 二十二、定义二十二、定义FLOTRAN的重启动（续算）控制的重启动（续算）控制 二十三、设置并执行一个零迭代二十三、设置并执行一个零迭代FLOTRAN分析分析 Guidelines2001年10月1日4/25/2022*AN

7、SYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Intro-6 第四章第四章FLOTRAN边界条件边界条件 一、边界条件的类型一、边界条件的类型 二、进口二、进口/出口边界条件出口边界条件 三、三、对称边界条件对称边界条件 四、固定壁面四、固定壁面 五、移动壁面五、移动壁面 六、内流六、内流 七、外流七、外流 八、周期边界八、周期边界 九、热边界条件九、热边界条件 十、边界条件总结十、边界条件总结 十一、边界条件的菜单形式十一、边界条件的菜单形式 Guidelines2001年10月1日4/25/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU

8、 MSSV By: Haich Gao (011001)Intro-7 第五章第五章FLOTRAN层流和湍流分析算例层流和湍流分析算例 一、问题描述一、问题描述 二、分析方法及假定二、分析方法及假定 三、三、几何尺寸及流体性质几何尺寸及流体性质 四、分析过程四、分析过程 第第1步：进入步：进入ANSYS 第第2步：设置分析选择步：设置分析选择 第第3步：定义单元类型步：定义单元类型 第第4步：生成分析区域的几何面步：生成分析区域的几何面 第第5步：定义单元形状步：定义单元形状 第第6步：划分有限元网格步：划分有限元网格 第第7步：生成并应用新的工具栏按钮步：生成并应用新的工具栏按钮 第第8步：

9、施加边界条件步：施加边界条件 第第9步：求解层流步：求解层流 Guidelines2001年10月1日4/25/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Intro-8 第五章第五章FLOTRAN层流和湍流分析算例（续）层流和湍流分析算例（续） 四、分析过程四、分析过程 第第10步：观察层流分析的结果步：观察层流分析的结果 第第11步：确定流体粘性如何影响流场特性步：确定流体粘性如何影响流场特性 第第12步：进行湍流分析步：进行湍流分析 第第13步：对新的出口区划分网格步：对新的出口区划分网格 第第14步：施加湍流分析的载荷步：

10、施加湍流分析的载荷 第第15步：改变步：改变FLOTRAN分析选项和流体性分析选项和流体性 第第16步：进行求解步：进行求解 第第17步：将流体速度结果以向量图和路径图的方式进行显示步：将流体速度结果以向量图和路径图的方式进行显示 第第18步：绘制压力等值线图步：绘制压力等值线图 Guidelines2001年10月1日4/25/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Intro-92001年10月1日4/25/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Intr

11、o-10在完成本章学习后，我们应该对流体动力学分析的基本概念在完成本章学习后，我们应该对流体动力学分析的基本概念有所了解，并知道它的基本分类。有所了解，并知道它的基本分类。ModuleObjective第第一一讲讲、FLOTRAN CFD 分析的概念分析的概念 第第二二讲讲、 FLOTRAN 分析的种类分析的种类 第第三三讲讲、层流分析层流分析第第四四讲讲、紊流分析、紊流分析 第第五五讲讲、热分析、热分析 第第六六讲讲、可压缩流分析、可压缩流分析 第第七七讲讲、非牛顿流分析、非牛顿流分析 第第八八讲讲、多组份传输分析、多组份传输分析 LessonObjectives 2001年10月1日4/2

12、5/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Intro-11 T-1. FLOTRAN CFD 分析的概念分析的概念 ANSYS程序中的程序中的FLOTRAN CFD分析功能是一个用于分析二维及三分析功能是一个用于分析二维及三维流体流动维流体流动 场的先进的工具，使用场的先进的工具，使用ANSYS中用于中用于FLOTRAN CFD分析的分析的FLUID 141和和FLUID 142 单元，可解决如下问题：单元，可解决如下问题： 作用于气动翼作用于气动翼(叶叶)型上的升力和阻力型上的升力和阻力 超音速喷管中的流场超音速喷管中的流

13、场 弯管中流体的复杂的三维流动弯管中流体的复杂的三维流动同时，同时，FLOTRAN还具有如下功能：还具有如下功能： 计算发动机排气系统中气体的压力及温度分布计算发动机排气系统中气体的压力及温度分布 研究管路系统中热的层化及分离研究管路系统中热的层化及分离 使用混合流研究来估计热冲击的可能性使用混合流研究来估计热冲击的可能性 用自然对流分析来估计电子封装芯片的热性能用自然对流分析来估计电子封装芯片的热性能 对含有多种流体的对含有多种流体的(由固体隔开由固体隔开)热交换器进行研究热交换器进行研究Objective2001年10月1日4/25/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU M

14、SSV By: Haich Gao (011001)Intro-12 T-2. FLOTRAN 分析的种类分析的种类 FLOTRAN可执行如下分析：可执行如下分析： 层流或紊流层流或紊流 传热或绝热传热或绝热 可压缩或不可压缩可压缩或不可压缩 牛顿流或非牛顿流牛顿流或非牛顿流 多组份传输多组份传输这些分析类型并不相互排斥，例如，一个层流分析可以是传热的或这些分析类型并不相互排斥，例如，一个层流分析可以是传热的或者是绝热的，一个紊流分析可以是可压缩的或者是不可压缩的。者是绝热的，一个紊流分析可以是可压缩的或者是不可压缩的。Objective2001年10月1日4/25/2022*ANSYS培训教

15、程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Intro-13 T-2. FLOTRAN 分析的种类分析的种类 层流中的速度场都是平滑而有序的，高粘性流体（如石油等）的低层流中的速度场都是平滑而有序的，高粘性流体（如石油等）的低速流动就通常是层流。速流动就通常是层流。Objective2001年10月1日4/25/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Intro-14 T-2. FLOTRAN 分析的种类分析的种类 紊流分析紊流分析用于处理那些由于流速足够高和粘性足够低从而引起紊流用于处理

16、那些由于流速足够高和粘性足够低从而引起紊流波动的流体流动情况，波动的流体流动情况，ANSYS中的二方程紊流模型可计及在平均中的二方程紊流模型可计及在平均流动下的紊流速度波动的影响。流动下的紊流速度波动的影响。 如果流体的密度在流动过程中保如果流体的密度在流动过程中保持不变或者当流体压缩时只消耗很少的能量，该流体持不变或者当流体压缩时只消耗很少的能量，该流体 就可认为是就可认为是不可压缩的，不可压缩流的温度方程将忽略流体动能的变化和粘不可压缩的，不可压缩流的温度方程将忽略流体动能的变化和粘性耗散。性耗散。Objective2001年10月1日4/25/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5

17、XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Intro-15 T-2. FLOTRAN 分析的种类分析的种类 流体分析中通常还会求解流体分析中通常还会求解流场中的温度分布流场中的温度分布情况。如果流体性质不情况。如果流体性质不随温度而变，就可不解温度方程。在共轭传热问题中，要在同时随温度而变，就可不解温度方程。在共轭传热问题中，要在同时包含流体区域和非流体区域（即固体区域）的整个区域上求解温包含流体区域和非流体区域（即固体区域）的整个区域上求解温度方程。在自然对流传热问题中，流体由于温度分布的不均匀性度方程。在自然对流传热问题中，流体由于温度分布的不均匀性而导致流体密度分布

18、的不均匀性，从而引起流体的流动，与强迫而导致流体密度分布的不均匀性，从而引起流体的流动，与强迫对流问题不同的是，自然对流通常都没有外部的流动源。对流问题不同的是，自然对流通常都没有外部的流动源。Objective2001年10月1日4/25/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Intro-16 T-2. FLOTRAN 分析的种类分析的种类 对于高速气流，由很强的压力梯度引起的流体密度的变化将显著地对于高速气流，由很强的压力梯度引起的流体密度的变化将显著地影响流场的性质，影响流场的性质，ANSYS对于这种流动情况会使用不同

19、的解算方对于这种流动情况会使用不同的解算方法。法。Objective2001年10月1日4/25/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Intro-17 T-2. FLOTRAN 分析的种类分析的种类 应力与应变率之间成线性关系的这种理论并不能足以解释很多流体应力与应变率之间成线性关系的这种理论并不能足以解释很多流体的流动，对于这种的流动，对于这种非牛顿流体非牛顿流体，ANSYS程序提供程序提供了三中粘性模式了三中粘性模式和一个用户自定义子程序。和一个用户自定义子程序。Objective2001年10月1日4/25/2022

20、*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Intro-18 T-2. FLOTRAN 分析的种类分析的种类 这种分析通常是用于研究有毒流体物质的稀释或大气中污染气体的这种分析通常是用于研究有毒流体物质的稀释或大气中污染气体的传播情况，同时，它也可用于研究有多种流体同时存在（但被固传播情况，同时，它也可用于研究有多种流体同时存在（但被固体相互隔开）的热交换分析。体相互隔开）的热交换分析。 Objective2001年10月1日4/25/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (01100

21、1)Intro-192001年10月1日4/25/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Intro-20本章学习，我们简单介绍本章学习，我们简单介绍FLOTRAN分析的基础知识，以助分析的基础知识，以助于大家对以后的于大家对以后的FLOTRAN分析有个大体的概念。分析有个大体的概念。ModuleObjective第第一一讲讲、FLOTRAN单元的特点单元的特点 第第二二讲讲、FLUID141单元单元 第第三三讲讲、FLUID142单元单元 第第四四讲讲、FLUID单元的其他特征单元的其他特征 第第五五讲讲、使用、使用FLOT

22、RAN单元的一些限制及注意事项单元的一些限制及注意事项 第第六六讲讲、FLOTRAN单元使用中的一些限制单元使用中的一些限制 第第七七讲讲、FLOTRAN分析的主要步骤分析的主要步骤 第第八八讲讲、FLOTRAN分析中产生的一些文件分析中产生的一些文件 第第九九讲讲、提高收敛性和稳定性的常用的工具、提高收敛性和稳定性的常用的工具第第十十讲讲、 FLOTRAN分析过程中应处理的问题分析过程中应处理的问题 LessonObjectives 2001年10月1日4/25/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Intro-21 T2

23、-1. FLOTRAN单元的特点单元的特点 ANSYS中的中的FLOTRAN单元，即单元，即FLUID141和和FLUID142，用于解算，用于解算单相粘性流体的二维和三维流动、压力和温度分布。对于这些单单相粘性流体的二维和三维流动、压力和温度分布。对于这些单元，元，ANSYS通过通过质量质量、动量动量和和能量能量三个守恒性质来计算流体的速三个守恒性质来计算流体的速度分量、压力、以及温度。度分量、压力、以及温度。Objective2001年10月1日4/25/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Intro-22 T2-1.

24、 FLOTRAN单元的特点单元的特点 FLUID141单元具有下列特征：单元具有下列特征：维数：二维维数：二维 形状：四节点四边形或三节点三角形形状：四节点四边形或三节点三角形 自由度：速度、压力、温度、紊流动能、紊流能量耗散、多达六自由度：速度、压力、温度、紊流动能、紊流能量耗散、多达六种流体的各自质量所占的份额种流体的各自质量所占的份额ObjectiveFLUID141单元单元 2001年10月1日4/25/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Intro-23 T2-1. FLOTRAN单元的特点单元的特点 FLUID

25、142单元具有下列特征：单元具有下列特征：维数：三维维数：三维形状：形状：四节点四面体或八节点六面体四节点四面体或八节点六面体自由度：速度、压力、温度、紊流动能、紊流能量耗散、多达六自由度：速度、压力、温度、紊流动能、紊流能量耗散、多达六种流体的各自质量所占的份额种流体的各自质量所占的份额ObjectiveFLUID142单元单元 2001年10月1日4/25/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Intro-24 T2-1. FLOTRAN单元的特点单元的特点 FLUID单元的其他特征包括：单元的其他特征包括： 用于模拟紊

26、流的二方程紊流模式用于模拟紊流的二方程紊流模式 有很多推导结果，诸如：流场分析中的马赫数、压力系数、总压、有很多推导结果，诸如：流场分析中的马赫数、压力系数、总压、剪应力、剪应力、 壁面处的壁面处的y-plus、以及流线函数；热分析中的热流、热、以及流线函数；热分析中的热流、热交换（膜）系数等。交换（膜）系数等。 流体边界条件，包括：速度、压力、紊流动能以及紊流能量耗散率。流体边界条件，包括：速度、压力、紊流动能以及紊流能量耗散率。用户无用户无 需提供流场进口处紊流项的边界条件，因需提供流场进口处紊流项的边界条件，因FLOTRAN对此对此提供的缺省值适用提供的缺省值适用 于绝大多数分析。于绝大

27、多数分析。 热边界条件，包括：温度、热流、体积热源、热交换（膜）系数。热边界条件，包括：温度、热流、体积热源、热交换（膜）系数。用户可使用的坐标系有：的卡尔坐标系、柱坐标系、极坐标系和用户可使用的坐标系有：的卡尔坐标系、柱坐标系、极坐标系和轴对称坐标系。如果所计算的问题是轴对称的，激活旋转（轴对称坐标系。如果所计算的问题是轴对称的，激活旋转（swirl）选项即可算出垂直于对称平面的速度分量。选项即可算出垂直于对称平面的速度分量。Objective2001年10月1日4/25/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Intro-

28、25 T2-2. FLOTRAN单元的特点单元的特点 FLOTRAN单元的一些局限性：单元的一些局限性： 在同一次分析中不能改变求解的区域在同一次分析中不能改变求解的区域 单元不支持自由流面边界条件单元不支持自由流面边界条件 ANSYS程序的某些特征不能同程序的某些特征不能同FLOTRAN单元一起使用单元一起使用 使用使用FLOTRAN单元时不能使用某些命令或菜单单元时不能使用某些命令或菜单 当使用当使用ANSYS的图形用户界面时，程序将只能显示那些在菜单的图形用户界面时，程序将只能显示那些在菜单和对话框中的和对话框中的 FLOTRAN SetUp部分要求了的特征和选项。部分要求了的特征和选项

29、。Objective2001年10月1日4/25/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Intro-26 T2-2. FLOTRAN单元的特点单元的特点 当使用当使用FLOTRAN单元时，要避免使用单元时，要避免使用ANSYS的某些特征和命令，的某些特征和命令，至少，要注意到在使用至少，要注意到在使用FLOTRAN单元时与别的分析稍微有些不单元时与别的分析稍微有些不同，当使用了无效的命令时，程序会给出相应的警告或错误信息。同，当使用了无效的命令时，程序会给出相应的警告或错误信息。使用使用FLOTRAN单元要注意如下几点（下面

30、所列命令相应的菜单单元要注意如下几点（下面所列命令相应的菜单路径请参见路径请参见ANSYS命令手册或联机帮助中的命令手册或联机帮助中的“Commands and Their Location in the GUI” FLOTRAN单元不能和其他单元联合使用。单元不能和其他单元联合使用。 节点坐标系必须与总体坐标系一致。节点坐标系必须与总体坐标系一致。 /CLEAR命令并不破坏业已存在的命令并不破坏业已存在的FLOTRAN结果文件结果文件（Jobname.RFL），这），这 有助于防止用户不小心破坏那些花了很多有助于防止用户不小心破坏那些花了很多时间和精力才求得的结果，用户必时间和精力才求得的结

31、果，用户必 须在操作系统里才能删除那些须在操作系统里才能删除那些无用的结果文件。无用的结果文件。Objective2001年10月1日4/25/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Intro-27 T2-2. FLOTRAN单元的特点单元的特点 CP命令通过对自由度进行耦合来形成周期边界条件，命令通过对自由度进行耦合来形成周期边界条件，ANSYS命命令手册对令手册对CP 命令的描述是可以只对某些自由度进行耦合，但作命令的描述是可以只对某些自由度进行耦合，但作FLOTRAN分析时，周期分析时，周期 边界的所有自由度都将被耦合

32、。边界的所有自由度都将被耦合。用户不能对同一个单元中的节点进行耦合，相邻单元间节点耦合也用户不能对同一个单元中的节点进行耦合，相邻单元间节点耦合也很困难。很困难。 ADAPT命令不适用于命令不适用于FLOTRAN分析。分析。 不能用不能用ANTYPE命令来引入命令来引入FLOTRAN的瞬态分析。的瞬态分析。 FLOTRAN分析分析不支持自动时间步长不支持自动时间步长功能，详见功能，详见“FLOTRAN瞬态分析瞬态分析”。 如果用户通过如果用户通过BFCUM、BFDELE或或BFUNIF来定义节点热源，来定义节点热源，则则ANSYS会会 在内部用在内部用BFE命令来代替。命令来代替。 不能使用不

33、能使用LDREAD,FORC命令来电磁载荷转换到命令来电磁载荷转换到FLOTRAN分分析中，而必须析中，而必须 使用相应的宏来进行转换。使用相应的宏来进行转换。Objective2001年10月1日4/25/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Intro-28 T2-2. FLOTRAN单元的特点单元的特点 FLOTRAN分析不能使用分析不能使用CE、CECMOD、CEDELE和和DEINTF命令。命令。FLOTRAN分析不能使用分析不能使用CNVTOL命令来设置收敛容差。命令来设置收敛容差。不能用不能用DSYM命令来定义

34、命令来定义FLOTRAN的对称和反对称边界条件。的对称和反对称边界条件。 FLOTRAN不支持旋转坐标系中的角加速度向量。不支持旋转坐标系中的角加速度向量。在在FLOTRAN分析中，使用分析中，使用FLDATA4,TIME命令而不是命令而不是DELTIM命令来定义命令来定义 一个载荷步的时间。一个载荷步的时间。对于对于FLOTRAN分析，不能使用分析，不能使用DESOL命令或命令或PRESOL命令来修命令来修改节点的热改节点的热 （HEAT）、流（）、流（FLOW）、或流密（）、或流密（FLUX）结果。）结果。FLOTRAN分析不允许将积分点结果外推到节点上（分析不允许将积分点结果外推到节点上

35、（ERESX命命令）。令）。FLOTRAN分析不允许通过镜象操作来形成单元。分析不允许通过镜象操作来形成单元。FLOTRAN分析不能用分析不能用KBC命令来施加渐变载荷，而必须用多个命令来施加渐变载荷，而必须用多个载荷步来逐载荷步来逐 渐改变载荷。渐改变载荷。Objective2001年10月1日4/25/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Intro-29 T2-2. FLOTRAN单元的特点单元的特点 FLOTRAN分析不允许用分析不允许用LCCALC、LCDEF、LCFA、LCFI等命等命令来作不同载荷状况之间的运算

36、操作。令来作不同载荷状况之间的运算操作。 NCNV命令中的收敛工具不能用于命令中的收敛工具不能用于FLOTRAN中相互独立的求解器。中相互独立的求解器。 FLOTRAN分析不允许用分析不允许用NEQUIT命令来定义非线性分析的平衡命令来定义非线性分析的平衡迭代数。迭代数。 FLOTRAN分析分析要求节点坐标系必须是总体的卡尔坐标系要求节点坐标系必须是总体的卡尔坐标系，故不，故不能用能用N命令、命令、NMODIF命令、和命令、和NROTAT命令的旋转（命令的旋转（rotational）域。域。 FLOTRAN分析中，分析中，FLDATA2,ITER命令和命令和FLDATA4,TIME命令命令用来

37、控制一用来控制一 个载荷步中的总体迭代数。个载荷步中的总体迭代数。 FLOTRAN分析不允许用户自定义单元。分析不允许用户自定义单元。 FLOTRAN分析中，分析中，FLDATA2,ITER命令和命令和FLDATA4,TIME命令命令用来对写入用来对写入 数据库中的结果进行控制。数据库中的结果进行控制。Objective2001年10月1日4/25/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Intro-30 T2-2. FLOTRAN单元的特点单元的特点 PRNLD命令不能用于命令不能用于FLOTRAN分析中，因其不能将边界条件

38、作分析中，因其不能将边界条件作为可打印的为可打印的 单元节点载荷来保存。单元节点载荷来保存。 FLOTRAN分析中没有节点反力解。分析中没有节点反力解。 部分和预定义求解选项（部分和预定义求解选项（PSOLVE命令定义）不适用于命令定义）不适用于FLOTRAN各自独立各自独立 的求解器。的求解器。 TIME命令不能用在命令不能用在FLOTRAN分析中。分析中。 FLOTRAN用用FLDATA1,SOLU命令而不是命令而不是TIMINT命令来定义瞬命令来定义瞬态载荷态载荷 步。步。 FLOTRAN用用FLDATA4,TIME命令而非命令而非TRNOPT命令来定义瞬态命令来定义瞬态分析选项。分析选

39、项。Objective2001年10月1日4/25/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Intro-31 T2-3. FLOTRAN分析的主要步骤分析的主要步骤 一个典型的一个典型的FLOTRAN分析有如下七个主要步骤：分析有如下七个主要步骤：1. 确定问题的区域。确定问题的区域。2. 确定流体的状态。确定流体的状态。3. 生成有限元网格。生成有限元网格。4. 施加边界条件。施加边界条件。5. 设置设置FLOTRAN分析参数。分析参数。6. 求解。求解。7. 检查结果。检查结果。Objective2001年10月1日4/2

40、5/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Intro-32 T2-3. FLOTRAN分析的主要步骤分析的主要步骤 用户必须用户必须确定所分析问题的明确的范围确定所分析问题的明确的范围，将问题的边界设置在条件，将问题的边界设置在条件已知的地方，如果并不知道精确的边界条件而必须作假定时，就已知的地方，如果并不知道精确的边界条件而必须作假定时，就不要将分析的边界设在靠近感兴趣区域的地方，也不要将边界设不要将分析的边界设在靠近感兴趣区域的地方，也不要将边界设在求解变量变化梯度大的地方。有时，也许用户并不知道自己的在求解变量变化梯度

41、大的地方。有时，也许用户并不知道自己的问题中哪个地方梯度变化最大，这就要先作一个试探性的分析，问题中哪个地方梯度变化最大，这就要先作一个试探性的分析，然后再根据结果来修改分析区域。这些在后面章节中都有详述。然后再根据结果来修改分析区域。这些在后面章节中都有详述。Objective2001年10月1日4/25/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Intro-33 T2-3. FLOTRAN分析的主要步骤分析的主要步骤 用户在此需要估计流体的特征，流体的特征是流体性质、几何边界用户在此需要估计流体的特征，流体的特征是流体性质、

42、几何边界以及流场的速度幅值的函数。以及流场的速度幅值的函数。FLOTRAN能求解的流体包括气流能求解的流体包括气流和液流，其性质可随温度而发生显著变化，和液流，其性质可随温度而发生显著变化，FLOTRAN中的气流中的气流只能是只能是理想气体理想气体。用户须自己确定温度对流体的密度、粘性、和。用户须自己确定温度对流体的密度、粘性、和热传导系数的影响是否是很重要，在大多数情况下，近似认为流热传导系数的影响是否是很重要，在大多数情况下，近似认为流体性质是常数，即不随温度而变化，都可以得到足够精确的解。体性质是常数，即不随温度而变化，都可以得到足够精确的解。通常用通常用雷诺数雷诺数来判别流体是层流或紊

43、流，雷诺数反映了惯性力和粘来判别流体是层流或紊流，雷诺数反映了惯性力和粘性力的相对强度。性力的相对强度。通常用通常用马赫数马赫数来判别流体是否可压缩。流场中任意一点的马赫数是来判别流体是否可压缩。流场中任意一点的马赫数是该点流体速度与该点音速之比值，当马赫数大于该点流体速度与该点音速之比值，当马赫数大于0.3时，就应考虑时，就应考虑用可压缩算法来进行求解；当马赫数大于用可压缩算法来进行求解；当马赫数大于0.7时，可压缩算法与不时，可压缩算法与不可压缩算法之间就会有极其明显的差可压缩算法之间就会有极其明显的差 异。异。Objective2001年10月1日4/25/2022*ANSYS培训教程

44、版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Intro-34 T2-3. FLOTRAN分析的主要步骤分析的主要步骤 用户必须事先确定流场中哪个地方流体的梯度变化较大，在这些地用户必须事先确定流场中哪个地方流体的梯度变化较大，在这些地方，网格必须作适当的调整。例如：如果用了紊流模型，靠近壁方，网格必须作适当的调整。例如：如果用了紊流模型，靠近壁面的区域的网格密度必须比层流模型密得多，如果太粗，该网格面的区域的网格密度必须比层流模型密得多，如果太粗，该网格就不能在求解中捕捉到由于巨大的变化梯度对流动造成的显著影就不能在求解中捕捉到由于巨大的变化梯度对流动造成的显

45、著影响，相反，那些长边与低梯度方向一致的单元可以有很大的长宽响，相反，那些长边与低梯度方向一致的单元可以有很大的长宽比。比。为了得到精确的结果，应使用为了得到精确的结果，应使用映射网格划分映射网格划分，因其能在边界上更好，因其能在边界上更好地保持恒定的网格特性，映射网格划分可由命令地保持恒定的网格特性，映射网格划分可由命令MSHKEY,1或其或其相应的菜单相应的菜单Main MenuPreprocessor -Meshing-Mesh-entity-Mapped来实现。来实现。Objective2001年10月1日4/25/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:

46、 Haich Gao (011001)Intro-35 T2-3. FLOTRAN分析的主要步骤分析的主要步骤 可在划分网格之前或之后对模型施加边界条件，此时要将模型所有可在划分网格之前或之后对模型施加边界条件，此时要将模型所有的边界条件都考虑进去，如果与某个相关变量的条件没有加上去，的边界条件都考虑进去，如果与某个相关变量的条件没有加上去，则该变量沿边界的法向值的梯度将被假定为零。求解中，可在重则该变量沿边界的法向值的梯度将被假定为零。求解中，可在重启动之间改变边界条件的值，如果需改变边界条件的值或不小心启动之间改变边界条件的值，如果需改变边界条件的值或不小心忽略了某边界条件，可无须作重启动

47、，除非该改变引起了分析的忽略了某边界条件，可无须作重启动，除非该改变引起了分析的不稳定。不稳定。 Objective2001年10月1日4/25/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Intro-36 T2-3. FLOTRAN分析的主要步骤分析的主要步骤 为了使用诸如紊流模型或求解温度方程等选项，用户必须激活它们。为了使用诸如紊流模型或求解温度方程等选项，用户必须激活它们。诸如流体性质等特定项目的设置，是与所求解的流体问题的类型诸如流体性质等特定项目的设置，是与所求解的流体问题的类型相关的，该手册的其他部分详细描述了各种流

48、体类型的所建议的相关的，该手册的其他部分详细描述了各种流体类型的所建议的参数设置。参数设置。Objective2001年10月1日4/25/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Intro-37 T2-3. FLOTRAN分析的主要步骤分析的主要步骤 通过在观察求解过程中相关变量的改变率，可以监视求解的收敛性通过在观察求解过程中相关变量的改变率，可以监视求解的收敛性及稳定性。这些变量包括速度、压力、温度、动能及稳定性。这些变量包括速度、压力、温度、动能 (ENKE自由自由度度) 和动能耗散率和动能耗散率 (ENDS自由度自由

49、度) 等等 紊流量以及有效粘性紊流量以及有效粘性（EVIS）。一个分析通常需要多次重启动。）。一个分析通常需要多次重启动。Objective2001年10月1日4/25/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Intro-38 T2-3. FLOTRAN分析的主要步骤分析的主要步骤 可对输出结果进行后处理，也可在打印输出文件里对结果进行检查，可对输出结果进行后处理，也可在打印输出文件里对结果进行检查，此时用户应使用自己的工程经验来估计所用的求解手段、所定义此时用户应使用自己的工程经验来估计所用的求解手段、所定义的流体性质、以及

50、所加的边界条件的可信程度。的流体性质、以及所加的边界条件的可信程度。Objective2001年10月1日4/25/2022*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)Intro-39 T2-4. FLOTRAN分析中产生的文件分析中产生的文件 在在ANSYS中进行的大多数流体分析都是通过多次中断和重启动来完中进行的大多数流体分析都是通过多次中断和重启动来完成的，通常成的，通常,分析人员需要在各个重启动之间改变诸如松弛系数等分析人员需要在各个重启动之间改变诸如松弛系数等参数或开关某些项（如求解温度方程的开关）。每当用户继续一参数或开关某些