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《ANSYS FLUENT 16.0超級學習手冊》——2.5 FLUENT 16.0的基本操作

本節書摘來自異步社群《ansys fluent 16.0超級學習手冊》一書中的第2章,第2.5節,作者: 唐家鵬 更多章節内容可以通路雲栖社群“異步社群”公衆号檢視。

本節将介紹fluent 16.0的使用者界面和一些基本操作。在本書中,若不作特殊說明,fluent均指fluent 16.0版本。

2.5.1 啟動fluent主程式

在“開始”程式菜單中選擇單獨運作fluent主程式或者在ansys workbench中運作fluent項目,彈出fluent launcher對話框,如圖2-12所示。在對話框中可以做如下選擇。

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二維或三維版本,在dimension選項區中選擇2d或3d。

單精度或雙精度版本,預設為單精度,當選中double precision時選擇雙精度版本。

并行運算選項,可選擇單核運算或并行運算版本。選擇serial時運作單核運算版本,選擇parallel時可利用多核處理器進行并行計算,并可設定使用處理器的數量。

界面顯示設定(display options),一般保持預設設定。

當單擊show more options前面的圖檔 10圖示時,會得到展開的fluent launcher對話框,如圖2-13所示,可在其中設定工作目錄、啟動路徑、并行運算類型、udf編譯環境等。

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2.5.2 fluent主界面

設定完畢後,單擊fluent launcher對話框中的ok按鈕,打開如圖2-14所示的fluent主界面。fluent主界面由标題欄、菜單欄、工具欄、項目樹、控制台、圖形視窗和文本視窗組成。

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(1)标題欄中顯示運作的fluent版本和實體模型的簡要資訊,以及檔案名。例如,fluent [2d, pbns,lam]是指運作的fluent版本為2d單精度版本,運算基于壓力求解,而且采用層流模型。

(2)菜單欄中包括file、mesh、define、solve、adapt、surface、display、report、parallel、view和help菜單。

(3)工具欄中包含檔案讀取、儲存、視圖控制等常用指令的快捷圖示。

(4)在項目樹中可以打開參數設定、求解器設定、後處理的面闆。

(5)控制台中顯示從項目樹中選中的面闆,在其中進行設定和操作。

(6)圖形視窗用來顯示網格、殘差曲線、動畫及各種後處理顯示的圖像。

(7)文本視窗中顯示各種資訊提示,包括版本資訊、網格資訊、錯誤提示等資訊。

2.5.3 fluent讀入網格

通過執行file→read→mesh指令,讀入準備好的網格檔案,如圖2-15所示。

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在fluent中,case和data檔案(預設讀入可識别的fluent網格格式)的擴充名分别為.cas和.dat。一般說來,一個case檔案包括網格、邊界條件和解的控制參數。

如果網格檔案是其他格式,相應地執行file→import指令。

另外,fluent中常見的幾種主要的檔案形式如下。

.jou檔案:日志文檔,可以編輯運作。

.dbs檔案:gambit工作檔案。

.msh檔案:從gambit輸出的網格檔案。

.cas檔案:經fluent定義的檔案。

.dat檔案:經fluent計算的資料結果檔案。

2.5.4 檢查網格

讀入網格之後要檢查網格,相應的操作方法為在general面闆中單擊check按鈕,或者執行mesh→check指令,如圖2-16所示。

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在檢查網格的過程中,使用者可以在控制台視窗中看到區域範圍、體積統計以及連通性資訊。網格檢查最容易出現的問題是網格體積為負數。如果最小體積是負數,就需要修複網格以減少解域的非實體離散。

2.5.5 選擇基本實體模型

單擊項目樹中的models項,打開models面闆,可以選擇采用的基本實體模型,如圖2-17所示,包括多相流模型、能量方程、湍流模型、輻射模型、換熱器模型、組分傳輸模型、離散相模型、融化和凝固模型、噪聲模型等。

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在fluent 16.0中,也可以在項目樹中進行參數項的選取和設定,采用何種方式取決于使用者的習慣,以下為示範功能,均采用項目樹中選取項目,控制台中設定參數的順序,其他方式不再贅述。

單擊相應的實體模型後,會彈出相應的對話框對模型參數進行設定。

2.5.6 設定材料屬性

單擊項目樹中的materials項,打開materials面闆,可以看到材料清單,如圖2-18所示。

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單擊materials面闆中的creat/edit按鈕,可以打開材料編輯對話框,如圖2-19所示。

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在材料編輯對話框中單擊fluent database按鈕,可以打開fluent的材料庫選擇材料,如圖2-20所示。也可以單擊user-defined datebase按鈕,自定義材料屬性。

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2.5.7 相的定義

在進行多相流計算時,選擇完多相流計算模型後,項目樹中的modles→multiphase下面會出現phases和phase interactions的分支,可以輕按兩下項目樹中的phases項,打開phases面闆,單擊edit按鈕,可以進行相和相界面的定義。圖2-21所示定義的是空氣相和水相。

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2.5.8 設定計算區域條件

單擊項目樹中的cell zone conditions項,可以打開cell zone conditions面闆設定區域類型,如圖2-22所示。

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單擊cell zone conditions面闆中的edit按鈕,可以打開流體或固體區域的參數設定對話框,對區域的運動、源項、反應、多孔媒體等參數進行設定,如圖2-23所示。

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2.5.9 設定邊界條件

單擊項目樹中的boundary conditions項,打開boundary conditions面闆,可以選擇邊界類型,如圖2-24所示。

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單擊boundary conditions面闆中的edit按鈕,可以打開邊界條件參數設定對話框。圖2-25所示為壁面邊界條件的設定對話框。

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邊界條件的相關内容,将在第5章中詳細介紹。

2.5.10 設定動網格

單擊項目樹中的dynamic mesh項,打開dynamic mesh面闆,可以設定動網格的相關參數,如圖2-26所示。在面闆中可以設定局部網格更新方法:smoothing(網格光滑更新)、layering(網格層變)和remeshing(局部網格重新劃分)。

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當選擇smoothing時,需要網格光滑更新的參數,包括彈性常數因子(sping constant factor)、邊界節點松弛(boundary node relaxation)、收斂公差(convergence tolerance)和疊代數(number of iterations)。

當選擇layering網格更新方法時,選項包括常數高度(constant height)和常數變化率(constant ratio)。設定參數包括分裂因子(split factor)和合并因子(collapse factor)。

當選擇remeshing時,需要設定的參數有尺寸函數(sizing function)、必須改善扭曲(must improve skewness)和面重劃分(face remeshing)。

在dynamic mesh面闆中的options選項組中有in-cylinder(活塞内腔)、six dof(六自由度)和implicit update(隐式更新)等選項。對于活塞内腔的往複運動,需要選中in-cylinder選項。對于自由度的運動,需要選中six dof選項。

2.5.11 設定參考值

單擊項目樹中的reference values項,打開reference values面闆,可以設定參考參數,如圖2-27所示。這些參考參數用來計算如升力系數、阻力系數等與參考參數相關的值。具體操作方法請參考幫助文檔。

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2.5.12 設定算法及離散格式

單擊項目樹中的solution methods項,打開solution methods面闆,如圖2-28所示。可以設定求解算法simple、simplec、piso等,同時還可以設定各實體量或方程的離散格式。各種算法及離散格式的實體意義可參考第1章的相關内容,具體操作方法請參考幫助文檔。

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2.5.13 設定求解參數

單擊項目樹中的solution controls項,打開solution controls面闆,可以設定求解松弛因子,以控制收斂性和收斂速度,如圖2-29所示。具體操作方法請參考幫助文檔。

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2.5.14 設定監視視窗

單擊項目樹中的monitors項,打開monitors面闆,如圖2-30所示。可以設定監視點、線、面、體上的壓力、速度、流量、力等實體量随疊代次數或時間的變化,并繪制成曲線。最常用的是監視求解的殘差曲線,也稱為收斂曲線。具體操作方法請參考幫助文檔。

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2.5.15 初始化流場

疊代之前要初始化流場,即提供一個初始解。使用者可以從一個或多個邊界條件算出初始解,也可以根據需要設定流場的數值。單擊項目樹中的solution initialization項,打開solution initialization面闆,如圖2-31所示。初始化時,設定流場初始化的源面或者具體實體量的值,單擊initialize按鈕開始初始化。

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2.5.16 與運作計算相關的設定

在calculation activities和run calculation面闆中,可以設定自動儲存間隔步數、自動輸出檔案、求解動畫、自動初始化、疊代步數、疊代步長等與運作計算相關的參數,如圖2-32所示。具體操作方法請參考幫助文檔。

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2.5.17 儲存結果

fluent自帶的後處理功能,分别在graphics and animations面闆、plots面闆及reports面闆中實作,這些将在後面的章節中詳細介紹。

問題的定義和fluent計算結果分别儲存在case檔案和data檔案中。必須儲存這兩個檔案以便以後重新啟動分析。儲存case檔案和data檔案的方法為執行file→write→case&data指令。

一般來說,仿真分析是一個反複改進的過程,如果首次仿真結果精度不高或不能反映實際情況,可提高網格品質,調整參數設定和實體模型,使結果不斷接近真實值,提高仿真精度。

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