Fluent-卡门涡街算例流程解析课件.ppt

1、卡门涡街算例流程卡门涡街算例流程Workshop Supplement动机动机 自然界几乎所有流动都是瞬态的自然界几乎所有流动都是瞬态的 下列情况可以近似为稳态下列情况可以近似为稳态:忽略瞬态的脉动忽略瞬态的脉动 引入整体的时间平均来消除瞬态影响引入整体的时间平均来消除瞬态影响 CFD中使用稳态方法的好处是中使用稳态方法的好处是 更少的计算资源更少的计算资源 更容易后处理和分析更容易后处理和分析 许多应用要求使用瞬态求解许多应用要求使用瞬态求解:气动（飞机、机车等）气动（飞机、机车等）涡脱落涡脱落 旋转机械旋转机械 动静干涉，失速，喘振动静干涉，失速，喘振,多相流多相流 自由液面，气泡动力学自

2、由液面，气泡动力学 变形域变形域 内燃机燃烧，投放内燃机燃烧，投放 瞬态换热瞬态换热 瞬态加热或冷却瞬态加热或冷却Workshop Supplement 瞬态流动的根源瞬态流动的根源 自然发生的瞬态流动自然发生的瞬态流动 由于流体中不稳定性的增长或者非平衡的初场引发的瞬态流动由于流体中不稳定性的增长或者非平衡的初场引发的瞬态流动 例如：自然对流，湍流涡，流动波（重力波、激波）例如：自然对流，湍流涡，流动波（重力波、激波）强迫瞬态流动强迫瞬态流动 时间平均的边界条件，源项引起的瞬态流动时间平均的边界条件，源项引起的瞬态流动 例子：喷嘴的脉冲，旋转机械的动静干涉例子：喷嘴的脉冲，旋转机械的动静干涉

3、Kelvin-Helmholtz Cloud InstabilityBuoyant Box Falling Into a Pool of WaterWorkshop Supplement 瞬态瞬态CFD分析分析 模拟指定时间内的瞬态流场模拟指定时间内的瞬态流场 可以通过以下方法求解可以通过以下方法求解:稳态解稳态解 流场不再随时间变化流场不再随时间变化 时间周期解时间周期解 流场形态随时间脉动重复出现流场形态随时间脉动重复出现 目标可以简化为分析预定时间间隔的流动目标可以简化为分析预定时间间隔的流动 自由表面流自由表面流 移动的激波移动的激波 抽取关心的变量抽取关心的变量 特征频率特征频率（如

4、：斯德鲁哈尔数）（如：斯德鲁哈尔数）时间平均或时间平均或/RMS值值 时间相关的参数（如，热固体的冷却时间，污染物的停留时间）时间相关的参数（如，热固体的冷却时间，污染物的停留时间）特殊数据（快速傅立叶变换）特殊数据（快速傅立叶变换）Workshop Supplement瞬态流动模拟流程瞬态流动模拟流程 激活瞬态求解器激活瞬态求解器 设置物理模型和边界条件设置物理模型和边界条件 允许设置瞬态边界条件允许设置瞬态边界条件UDF 或分布文件或分布文件 指定初场指定初场 最好用有物理意义的初场，如稳态流场最好用有物理意义的初场，如稳态流场 求解器设置，监测设置求解器设置，监测设置 设置动画和数据输出

5、选择设置动画和数据输出选择 选择时间步和最大迭代次数选择时间步和最大迭代次数 设定时间步数设定时间步数 计算计算Workshop Supplement激活瞬态求解器激活瞬态求解器 在在 General 菜单下选择菜单下选择Transient 按钮按钮:开始执行迭代前，需要设置附加的控制开始执行迭代前，需要设置附加的控制 求解器设置求解器设置 动画动画 数据输出数据输出/自动保存选项自动保存选项Workshop Supplement选择瞬态时间步长选择瞬态时间步长 在在Run Calculation菜单中设置时间步长，菜单中设置时间步长，t t 必须小到能解析和时间相关的特征。确定每个时间步的最

6、大迭代步必须小到能解析和时间相关的特征。确定每个时间步的最大迭代步内能收敛内能收敛 时间步大致可按照下面公式估计时间步大致可按照下面公式估计:也可以选择能解析流动特征的时间步（在指定脉动周期的情况下）也可以选择能解析流动特征的时间步（在指定脉动周期的情况下）指定零时间步时迭代，求解器会仅仅在当前时间步下收敛指定零时间步时迭代，求解器会仅仅在当前时间步下收敛 对许多瞬态流动，对许多瞬态流动，PISO格式有助于加速收敛格式有助于加速收敛Workshop Supplement瞬态模型选择瞬态模型选择 自适应时间步长自适应时间步长 基于局部截断误差自动调整时间步长基于局部截断误差自动调整时间步长 可以

7、通过可以通过 UDF指定指定 时间平均的统计时间平均的统计 在使用在使用 LES 时需要使用时需要使用 在使用密度基求解器时，在使用密度基求解器时，Courant 数定义了数定义了:密度基显式求解器的全局时间步长密度基显式求解器的全局时间步长 密度基隐式求解器的伪时间步长密度基隐式求解器的伪时间步长 真实时间步长仍然必须在迭代面板中定义真实时间步长仍然必须在迭代面板中定义Workshop Supplement瞬态流动模型瞬态流动模型 动画动画 必须在计算前设置动画必须在计算前设置动画 动画帧在计算中写出并存储动画帧在计算中写出并存储Workshop Supplement创建动画的其他方法创建动

8、画的其他方法 另外一个创建动画的方法是利用另外一个创建动画的方法是利用Execute Commands 可以通过文本命令或宏定义在预定的迭代可以通过文本命令或宏定义在预定的迭代步或时间间隔，执行哪些操作步或时间间隔，执行哪些操作 这种方法在创建高质量的动画结果时有用这种方法在创建高质量的动画结果时有用 定义生成动画帧（云图、矢量图等）并存储定义生成动画帧（云图、矢量图等）并存储文件的命令文件的命令.利用第三方软件把这些文件链接成动画文件利用第三方软件把这些文件链接成动画文件（AVI,MPG,GIF,等）等）Workshop Supplement执行迭代执行迭代 最通常的时间推进格式是迭代格式最

9、通常的时间推进格式是迭代格式 求解器在当前时间步收敛然后推进到下一求解器在当前时间步收敛然后推进到下一个时间步个时间步 当当Max Iterations/Time Step 达到时，或达到时，或者收敛标准满足时，时间推进到下一步者收敛标准满足时，时间推进到下一步 各时间步依次收敛直至达到总时间步各时间步依次收敛直至达到总时间步 必须定义初始化必须定义初始化 设置流体域的初始质量和流场的初始状态设置流体域的初始质量和流场的初始状态 非迭代时间推进法非迭代时间推进法(NITA)可以用于更可以用于更快速的计算时间快速的计算时间Workshop Supplement收敛行为收敛行为 瞬态计算的残差图不

10、一定能说明收敛瞬态计算的残差图不一定能说明收敛 下图显示了简单问题的瞬态计算残差图下图显示了简单问题的瞬态计算残差图 时间步长的选择应该使得在一个时间步内残差下降三个量级时间步长的选择应该使得在一个时间步内残差下降三个量级 这将确保瞬态行为被解析这将确保瞬态行为被解析Workshop Supplement瞬态模拟的技巧瞬态模拟的技巧 压力压力-速度耦合采用速度耦合采用 PISO 格式，比标准格式，比标准SIMPLE 格式更易收敛格式更易收敛 选择合适的时间步长以至每个时间步长内能收敛三个量级选择合适的时间步长以至每个时间步长内能收敛三个量级 每个时间步的迭代次数大约每个时间步的迭代次数大约20

11、次，减少时间步长比增加每步的迭代次数要次，减少时间步长比增加每步的迭代次数要好好 记住对瞬态问题，精确的初场和边界条件一样重要，初场一定要符合真实记住对瞬态问题，精确的初场和边界条件一样重要，初场一定要符合真实物理条件物理条件 在计算前定义希望得到的动画在计算前定义希望得到的动画Workshop SupplementWorkshop Supplement卡门涡街算例总流程卡门涡街算例总流程网格生成网格生成读入网格读入网格检查网格检查网格指定求解器类型指定求解器类型设置湍流模型设置湍流模型从材料库中调出材料从材料库中调出材料设置计算域的介质属性设置计算域的介质属性指定边界条件指定边界条件求解设置

12、，设置离散格式求解设置，设置离散格式初始化初始化求解求解后处理后处理Workshop Supplement网格生成网格生成创建项目文件创建项目文件创建几何体创建几何体初始化块（初始化块（2D or 3D）创建创建parts、创建物质点、创建物质点Workshop Supplement 网格生成网格生成创建创建O-grid创建创建 O-grid选择 Split Block Ogrid Block选择所有块选择所有块选择如图所示的Faces所有面位于几何体的平坦部分(SYMM,INLET OUTLET 面)选择面自动选择临近的块屏幕混乱?使用 F9切换到动态模式,重新摆正模型以便观察,在使用F9

13、切换回选择模式单击鼠标中键并ApplyWorkshop Supplement网格生成网格生成建立关联建立关联u关联线O-grid 部分线关联其余边界线关联注意：边线未关联无法导出，关联时最好是单独关联关联线时投影点Workshop Supplement网格生成网格生成确定网格尺寸确定网格尺寸划分线网尺寸划分线网尺寸调整其他线尺寸调整其他线尺寸根据几何体尺寸根据几何体尺寸来确定网格尺寸来确定网格尺寸Workshop Supplement网格生成网格生成查看网格质量查看网格质量Workshop Supplement网格生成网格生成导出网格导出网格1.转换为非结构化求解器的网格转换为非结构化求解器的

14、网格2.导出网格导出网格根据模型维数根据模型维数选择选择2D或或3DWorkshop Supplement读入网格读入网格Workshop Supplement检查网格检查网格Workshop Supplement查看网格尺寸、指定求解器类型查看网格尺寸、指定求解器类型指定求解器类型指定求解器类型尺寸调整尺寸调整Workshop Supplement从材料库中调出材料从材料库中调出材料Workshop Supplement设置计算域的介质属性设置计算域的介质属性Workshop Supplement指定边界条件指定边界条件设置入口速度设置入口速度Workshop Supplement求解设置求

15、解设置初始化初始化Workshop Supplement设置动画（可选）设置动画（可选）Workshop Supplement求解求解Workshop Supplement后处理后处理云图显示云图显示Workshop Supplement后处理后处理散点图显示散点图显示Workshop Supplement后处理后处理散点图显示散点图显示出出口口速度散点图显示速度散点图显示Workshop Supplement后处理后处理散点图数据保存散点图数据保存Workshop Supplement后处理后处理散点图数据对比散点图数据对比Workshop Supplement后处理后处理矢量图显示矢量图显示Workshop Supplement流线图流线图