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1、ANSYS/FLOTRAN流体动力学流体动力学(CFD)分析分析 Guidelines2001年10月1日2001年10月1日1*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)目录 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、FLOTRANCFD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2
2、001年10月1日2*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)目录 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
3、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2001年10月1日3*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)目录 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
4、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FLOTRAN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2001年10月1日4*ANSYS
5、培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)目录 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
6、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2001年10月1日5*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)目录 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
7、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2001年10月1日6*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)目录 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
8、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：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2001年10月1日7*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)目录 第五章第五章FLOTRAN层流和湍流分析算例（续）层流和
9、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：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1
10、0月1日2001年10月1日8*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第一章FLOTRAN 计算流体动力计算流体动力学学(CFD)分析概述分析概述 2001年10月1日2001年10月1日9*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)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、FLOTRANCFD分析的概念分析的概念第
11、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目标 2001年10月1日2001年10月1日10*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)一、一、FLOTRANCFD分析的概念分析的概念 T-1. FLOTRAN CFD 分析的概念分析的概念 ANSYS程程序序中中的的FLOTRANCFD分分析
12、析功功能能是是一一个个用用于于分分析析二二维维及及三三维维流流体体流流动动场场的的先先进进的的工工具具，使使用用ANSYS中中用用于于FLOTRANCFD分析的分析的FLUID141和和FLUID142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
13、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2001年10月1日11*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)二、二、FLOTRAN分析的种类分析的种类 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
14、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这些些分分析析类类型型并并不不相相互互排排斥斥，例例如如，一一个个层层流流分分析析可可以以是是传传热热的的或或者是绝热的，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2001年10月1日12*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)层流分析层流分析 T-2. FLOTRAN 分析的种类分析的种类 层层流流中中的的速速度度场场都都是是平平滑滑而而有有序序的的，高高粘粘
15、性性流流体体（如如石石油油等等）的的低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2001年10月1日13*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)紊流分析紊流分析 T-2. FLOTRAN 分析的种类分析的种类 紊紊流流分分析析用用于于处处理理那那些些由由于于流流速速足足够够高高和和粘粘性性足足够够低低从从而而引引起起紊紊流流波波动动的的流流体体流流动动情情况况，ANSYS中中的的二二方方程程紊紊流流模模型型可可计计及及在在平平均均流流动动下下的的紊紊流流速速度度波波动动的的影影响响。如如果果流流体
16、体的的密密度度在在流流动动过过程程中中保保持持不不变变或或者者当当流流体体压压缩缩时时只只消消耗耗很很少少的的能能量量，该该流流体体就就可可认认为为是是不不可可压压缩缩的的，不不可可压压缩缩流流的的温温度度方方程程将将忽忽略略流流体体动动能能的的变变化化和和粘粘性耗散。性耗散。Objective2001年10月1日2001年10月1日14*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)热分析热分析 T-2. FLOTRAN 分析的种类分析的种类 流流体体分分析析中中通通常常还还会会求求解解流流场场中中的的温温度度分分布布情情况况。如如果果流流
17、体体性性质质不不随随温温度度而而变变，就就可可不不解解温温度度方方程程。在在共共轭轭传传热热问问题题中中，要要在在同同时时包包含含流流体体区区域域和和非非流流体体区区域域（即即固固体体区区域域）的的整整个个区区域域上上求求解解温温度度方方程程。在在自自然然对对流流传传热热问问题题中中，流流体体由由于于温温度度分分布布的的不不均均匀匀性性而而导导致致流流体体密密度度分分布布的的不不均均匀匀性性，从从而而引引起起流流体体的的流流动动，与与强强迫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2001年10月
18、1日15*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)可压缩流分析可压缩流分析 T-2. FLOTRAN 分析的种类分析的种类 对对于于高高速速气气流流，由由很很强强的的压压力力梯梯度度引引起起的的流流体体密密度度的的变变化化将将显显著著地地影影响响流流场场的的性性质质，ANSYS对对于于这这种种流流动动情情况况会会使使用用不不同同的的解解算算方方法。法。Objective2001年10月1日2001年10月1日16*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)非牛顿流分析非牛顿流分析
19、T-2. FLOTRAN 分析的种类分析的种类 应应力力与与应应变变率率之之间间成成线线性性关关系系的的这这种种理理论论并并不不能能足足以以解解释释很很多多流流体体的的流流动动，对对于于这这种种非非牛牛顿顿流流体体，ANSYS程程序序提提供供了了三三中中粘粘性性模模式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2001年10月1日17*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)多组份传输分析多组份传输分析 T-2. FLOTRAN 分析的种类分析的种类 这这种种分分析析通通常常是是用用于于研研究
20、究有有毒毒流流体体物物质质的的稀稀释释或或大大气气中中污污染染气气体体的的传传播播情情况况，同同时时，它它也也可可用用于于研研究究有有多多种种流流体体同同时时存存在在（但但被被固固体相互隔开）的热交换分析。体相互隔开）的热交换分析。Objective2001年10月1日2001年10月1日18*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第二章FLOTRAN分析基础分析基础 2001年10月1日2001年10月1日19*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)本章学习，我们简单介绍本
21、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
22、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目标 2001年10月1日2001年10月1日20*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)一、一、FLOTRAN单元的特点单元的特点 T2-1. FLOTRAN单元的特点单元的特点 ANSYS中中的的FLOTRAN单单元元，即即FLUID141和和FLUID142，用用于于解解算算单单相相粘粘性性流流体体的的二二维维和
23、和三三维维流流动动、压压力力和和温温度度分分布布。对对于于这这些些单单元元，ANSYS通通过过质质量量、动动量量和和能能量量三三个个守守恒恒性性质质来来计计算算流流体体的的速速度分量、压力、以及温度。度分量、压力、以及温度。Objective2001年10月1日2001年10月1日21*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)FLUID141单元单元 T2-1. 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自
24、由由度度：速速度度、压压力力、温温度度、紊紊流流动动能能、紊紊流流能能量量耗耗散散、多多达达六六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2001年10月1日22*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)FLUID142单元单元 T2-1. FLOTRAN单元的特点单元的特点 FLUID142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自由由度度：速速度度、压压力力、温温度度、紊紊流流动
25、动能能、紊紊流流能能量量耗耗散散、多多达达六六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2001年10月1日23*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)FLUID单元的其他特征单元的其他特征 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： 用于模拟紊流的二方程紊流模式用于模拟紊流的二方程紊流模式 有有很很多多推推导导结结果果，诸诸如如：流流场场分分析析中中的的马马赫赫数数、压压力力系系数数、总总压压、剪剪应应力
26、力、壁壁面面处处的的y-plus、以以及及流流线线函函数数；热热分分析析中中的的热热流流、热热交换（膜）系数等。交换（膜）系数等。 流流体体边边界界条条件件，包包括括：速速度度、压压力力、紊紊流流动动能能以以及及紊紊流流能能量量耗耗散散率率。用用户户无无需需提提供供流流场场进进口口处处紊紊流流项项的的边边界界条条件件，因因FLOTRAN对对此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。用用户户可可使使用用的的坐坐标标系系有有：的的卡卡尔尔坐坐标标系系、柱柱
27、坐坐标标系系、极极坐坐标标系系和和轴轴对对称称坐坐标标系系。如如果果所所计计算算的的问问题题是是轴轴对对称称的的，激激活活旋旋转转（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2001年10月1日24*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)二、使用二、使用FLOTRAN单元的一些限单元的一些限制及注意事项制及注意事项 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
28、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 当当使使用用ANSYS的的图图形形用用户户界界面面时时，程程序序将将只只能能显显示示那那些些在菜单和对话框中的在菜单和对话框中的FLOTRANSetUp部分要求了的特征和选项。部分要求了的特征和选项。Objective2001年10月1日2001年10月1日25*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao
29、(011001)FLOTRAN单元使用的一些限制单元使用的一些限制 T2-2. FLOTRAN单元的特点单元的特点 当当使使用用FLOTRAN单单元元时时，要要避避免免使使用用ANSYS的的某某些些特特征征和和命命令令，至至少少，要要注注意意到到在在使使用用FLOTRAN单单元元时时与与别别的的分分析析稍稍微微有有些些不不同同，当当使使用用了了无无效效的的命命令令时时，程程序序会会给给出出相相应应的的警警告告或或错错误误信信息息。使使用用FLOTRAN单单元元要要注注意意如如下下几几点点（下下面面所所列列命命令令相相应应的的菜菜单单路路径径请请参参见见ANSYS命命令令手手册册或或联联机机帮帮
30、助助中中的的“CommandsandTheirLocationintheGUI” 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命命 令令 并并 不不 破破 坏坏 业业 已已 存存 在在 的的 FLOTRAN结结 果果 文文 件件（Jobname.RFL），这这有有助助于于防防止止用用户户不不小小心心破破坏坏那那些些花花了了很很多多时时间间和和精精力力才才求求得得的的结结果果，用用户户必必须须在在操操作作系系统统里里才才能能删删除除那那些些无用的结果文件。无用的结果文件。Objective2
31、001年10月1日2001年10月1日26*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)FLOTRAN单元使用的一些限制单元使用的一些限制(续续) T2-2. FLOTRAN单元的特点单元的特点 CP命命令令通通过过对对自自由由度度进进行行耦耦合合来来形形成成周周期期边边界界条条件件，ANSYS命命令令手手册册对对CP命命令令的的描描述述是是可可以以只只对对某某些些自自由由度度进进行行耦耦合，但作合，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。边界的所有自由度都将被耦合。用用户户不不能能对对同同一一个个单单元元中中
32、的的节节点点进进行行耦耦合合，相相邻邻单单元元间间节节点点耦耦合合也也很困难。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分分 析析 不不 支支 持持 自自 动动 时时 间间 步步 长长 功功 能能 ， 详详 见见“FLOTRAN瞬态分析瞬态分析”。 如如果果用用户户通通过过BFCUM、BFDELE或或BFUNIF来来定定义义节节点点热源，则热源，则ANSYS会会在内部用在内部用BFE命令来代替。命令来代替。 不不 能能 使使 用用 LDREAD,FORC命命 令令 来
33、来 电电 磁磁 载载 荷荷 转转 换换 到到FLOTRAN分析中，而必须分析中，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2001年10月1日27*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)FLOTRAN单元使用的一些限制单元使用的一些限制(续续) T2-2. FLOTRAN单元的特点单元的特点 FLOTRAN分分析析不不能能使使用用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
34、能用DSYM命令来定义命令来定义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分分析析中中，使使用用FLDATA4,TIME命命令令而而不不是是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。对对于于FLOTRAN分分析析，不不能能使使用用DESOL命命令令或或PRESOL命命令令来来修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分分析析不不允允许许将将积积分分点点结结果果外外推推到到节
35、节点点上上（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分分析析不不能能用用KBC命命令令来来施施加加渐渐变变载载荷荷，而而必必须须用用多多个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2001年10月1日28*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)FLOTRAN单元使用的一些限制单元使用的一些限制(续续) T2-2. FLOTRAN单元的特点单元的特点 FLOTRAN分分析析不不允允许许用用LCCALC、LCDEF、LC
36、FA、LCFI等等命令来作不同载荷状况之间的运算操作。命令来作不同载荷状况之间的运算操作。 NCNV命命令令中中的的收收敛敛工工具具不不能能用用于于FLOTRAN中中相相互互独独立立的的求求解解器。器。 FLOTRAN分分析析不不允允许许用用NEQUIT命命令令来来定定义义非非线线性性分分析析的的平平衡衡迭代数。迭代数。 FLOTRAN分分析析要要求求节节点点坐坐标标系系必必须须是是总总体体的的卡卡尔尔坐坐标标系系，故故不不能能 用用 N命命 令令 、 NMODIF命命 令令 、 和和 NROTAT命命 令令 的的 旋旋 转转（rotational）域。）域。 FLOTRAN分分析析中中，FL
37、DATA2,ITER命命令令和和FLDATA4,TIME命命令令用来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分分析析中中，FLDATA2,ITER命命令令和和FLDATA4,TIME命命令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2001年10月1日29*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)FLOTRAN单元使用的一些限制单元使用的一些限制(续续) T2-2.
38、FLOTRAN单元的特点单元的特点 PRNLD命命令令不不能能用用于于FLOTRAN分分析析中中，因因其其不不能能将将边边界界条条件件作为可打印的作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。 部部 分分 和和 预预 定定 义义 求求 解解 选选 项项 （ PSOLVE命命 令令 定定 义义 ） 不不 适适 用用 于于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命命令令而而不不是是TIMINT命命令令来来定定义义瞬瞬
39、态载荷态载荷步。步。 FLOTRAN用用FLDATA4,TIME命命令令而而非非TRNOPT命命令令来来定定义义瞬瞬态分析选项。态分析选项。Objective2001年10月1日2001年10月1日30*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)三、三、FLOTRAN分析的主要步骤分析的主要步骤 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。
40、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2001年10月1日31*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第一步：确定问题的区域第一步：确定问题的区域 T2-3. FLOTRAN分析的主要步骤分析的主要步骤 用用户户必必须须确确定定所所分分析析问问题题的的明明确确的的范范围围，将将问问题题的的边边界界设设置置在在条条件件已已知知的的地地方方，如如果果并并不不知知道道精精确确的的边边界界条条件件而而必必须须作作假假定定时时，
41、就就不不要要将将分分析析的的边边界界设设在在靠靠近近感感兴兴趣趣区区域域的的地地方方，也也不不要要将将边边界界设设在在求求解解变变量量变变化化梯梯度度大大的的地地方方。有有时时，也也许许用用户户并并不不知知道道自自己己的的问问题题中中哪哪个个地地方方梯梯度度变变化化最最大大，这这就就要要先先作作一一个个试试探探性性的的分分析析，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2001年10月1日32*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (01100
42、1)第二步：确定流体的状态第二步：确定流体的状态 T2-3. FLOTRAN分析的主要步骤分析的主要步骤 用用户户在在此此需需要要估估计计流流体体的的特特征征，流流体体的的特特征征是是流流体体性性质质、几几何何边边界界以以及及流流场场的的速速度度幅幅值值的的函函数数。FLOTRAN能能求求解解的的流流体体包包括括气气流流和和液液流流，其其性性质质可可随随温温度度而而发发生生显显著著变变化化，FLOTRAN中中的的气气流流只只能能是是理理想想气气体体。用用户户须须自自己己确确定定温温度度对对流流体体的的密密度度、粘粘性性、和和热热传传导导系系数数的的影影响响是是否否是是很很重重要要，在在大大多多
43、数数情情况况下下，近近似似认认为为流流体性质是常数，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。通通常常用用雷雷诺诺数数来来判判别别流流体体是是层层流流或或紊紊流流，雷雷诺诺数数反反映映了了惯惯性性力力和和粘粘性力的相对强度。性力的相对强度。通通常常用用马马赫赫数数来来判判别别流流体体是是否否可可压压缩缩。流流场场中中任任意意一一点点的的马马赫赫数数是是该该点点流流体体速速度度与与该该点点音音速速之之比比值值，当当马马赫赫数数大大于于0.3时时，就就应应考考虑虑用用可可压压缩缩算算法法来来进进行行求求解解；当当马马赫赫数数大大于于0.7时时
44、，可可压压缩缩算算法法与与不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2001年10月1日33*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第三步：第三步：生成有限元网格生成有限元网格 T2-3. FLOTRAN分析的主要步骤分析的主要步骤 用用户户必必须须事事先先确确定定流流场场中中哪哪个个地地方方流流体体的的梯梯度度变变化化较较大大，在在这这些些地地方方，网网格格必必须须作作适适当当的的调调整整。例例如如：如如果果用用了了紊紊流流模模型型，靠靠近近壁壁面面的的区区域域
45、的的网网格格密密度度必必须须比比层层流流模模型型密密得得多多，如如果果太太粗粗，该该网网格格就就不不能能在在求求解解中中捕捕捉捉到到由由于于巨巨大大的的变变化化梯梯度度对对流流动动造造成成的的显显著著影影响响，相相反反，那那些些长长边边与与低低梯梯度度方方向向一一致致的的单单元元可可以以有有很很大大的的长长宽宽比。比。为为了了得得到到精精确确的的结结果果，应应使使用用映映射射网网格格划划分分，因因其其能能在在边边界界上上更更好好地地保保持持恒恒定定的的网网格格特特性性，映映射射网网格格划划分分可可由由命命令令MSHKEY,1或或其其相应的菜单相应的菜单MainMenuPreprocessor-
46、Meshing-Mesh-entity-Mapped来实现。来实现。Objective2001年10月1日2001年10月1日34*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第四步：施加边界条件第四步：施加边界条件 T2-3. FLOTRAN分析的主要步骤分析的主要步骤 可可在在划划分分网网格格之之前前或或之之后后对对模模型型施施加加边边界界条条件件，此此时时要要将将模模型型所所有有的的边边界界条条件件都都考考虑虑进进去去，如如果果与与某某个个相相关关变变量量的的条条件件没没有有加加上上去去，则则该该变变量量沿沿边边界界的的法法向向值值的
47、的梯梯度度将将被被假假定定为为零零。求求解解中中，可可在在重重启启动动之之间间改改变变边边界界条条件件的的值值，如如果果需需改改变变边边界界条条件件的的值值或或不不小小心心忽忽略略了了某某边边界界条条件件，可可无无须须作作重重启启动动，除除非非该该改改变变引引起起了了分分析析的的不稳定。不稳定。Objective2001年10月1日2001年10月1日35*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第五步：设置第五步：设置FLOTRAN分析参数分析参数 T2-3. FLOTRAN分析的主要步骤分析的主要步骤 为为了了使使用用诸诸如如紊紊流
48、流模模型型或或求求解解温温度度方方程程等等选选项项，用用户户必必须须激激活活它它们们。诸诸如如流流体体性性质质等等特特定定项项目目的的设设置置，是是与与所所求求解解的的流流体体问问题题的的类类型型相相关关的的，该该手手册册的的其其他他部部分分详详细细描描述述了了各各种种流流体体类类型型的的所所建建议议的的参数设置。参数设置。Objective2001年10月1日2001年10月1日36*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第六步：求解第六步：求解 T2-3. FLOTRAN分析的主要步骤分析的主要步骤 通通过过在在观观察察求求解解过
49、过程程中中相相关关变变量量的的改改变变率率，可可以以监监视视求求解解的的收收敛敛性性及及稳稳定定性性。这这些些变变量量包包括括速速度度、压压力力、温温度度、动动能能(ENKE自自由由度度)和和动动能能耗耗散散率率(ENDS自自由由度度)等等紊紊流流量量以以及及有有效效粘粘性性（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2001年10月1日37*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第七步：检查结果第七步：检查结果 T2-3. FLOTRAN分析的主要步骤分析的主要步骤 可
50、可对对输输出出结结果果进进行行后后处处理理，也也可可在在打打印印输输出出文文件件里里对对结结果果进进行行检检查查，此此时时用用户户应应使使用用自自己己的的工工程程经经验验来来估估计计所所用用的的求求解解手手段段、所所定定义义的流体性质、以及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2001年10月1日38*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)四、四、FLOTRAN分析中产生的文件分析中产生的文件 T2-4. FLOTRAN分析中产生的文件分析中产生的文件 在在ANSYS
51、中中进进行行的的大大多多数数流流体体分分析析都都是是通通过过多多次次中中断断和和重重启启动动来来完完成成的的，通通常常,分分析析人人员员需需要要在在各各个个重重启启动动之之间间改改变变诸诸如如松松弛弛系系数数等等参参数数或或开开关关某某些些项项（如如求求解解温温度度方方程程的的开开关关）。每每当当用用户户继继续续一一个个分分析析时时，ANSYS程程序序会会自自动动将将数数据据附附加加在在所所有有的的由由FLOTRAN单单元元产产生生的的文文件件中中。下下面面将将对对FLOTRAN单单元元产产生生的的所所有有文文件件进进行说明行说明: 结果文件，结果文件，Jobname.RFL，包含节点结果。，
52、包含节点结果。 打打印印文文件件，Jobname.PFL，包包含含各各量量的的收收敛敛记记录录及及进进/出出口口状状态态(如流量等如流量等)。 壁面文件，壁面文件，Jobname.RSW，包含壁面剪切应力以及，包含壁面剪切应力以及Y-Plus信息。信息。 残差文件，残差文件，Jobname.RDF，包含节点残差。，包含节点残差。 调试文件，调试文件，Jobname.DBG，包含数学求解器的有关信息。，包含数学求解器的有关信息。 结结果果备备份份文文件件，Jobname.RFO，包包含含结结果果文文件件数数据据的的一一个个拷拷贝。贝。 重启动文件，重启动文件，Jobname.CFD，包含，包含F
53、LOTRAN的数据结构。的数据结构。Objective2001年10月1日2001年10月1日39*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)结果文件结果文件 T2-4. FLOTRAN分析中产生的文件分析中产生的文件 FLOTRAN分析的结果不自动保存，在每次求解之后，程序会将一个结果集分析的结果不自动保存，在每次求解之后，程序会将一个结果集附加在结果文件附加在结果文件Jobname.RLF中。用户可对结果文件的更新频率进行控中。用户可对结果文件的更新频率进行控制，制，ANSYS命令手册中对命令手册中对FLDATA5,OUTP命令的介绍
54、就详细说明了结命令的介绍就详细说明了结果文件会基于用户的选择而保存些什么内容。果文件会基于用户的选择而保存些什么内容。在在稳稳态态分分析析中中，在在求求解解的的初初期期多多保保存存几几个个结结果果可可以以比比较较各各结结果果集集之之间间的的变变化化、可以使用不同的选项或松弛系数来从一个分析的较早状态重新开始分析。可以使用不同的选项或松弛系数来从一个分析的较早状态重新开始分析。当当开开始始一一个个新新分分析析时时（第第一一次次迭迭代代之之前前），ANSYS程程序序会会保保存存一一个个结结果果,然然后后在在当当中中断断发发生生时时保保存存再再保保存存结结果果，在在这这些些事事件件之之间间，用用户户
55、还还可可通通过过设设置置将将一一些些中中间间结结果果附附在在结结果果文文件件里里，这这样样就就可可以以从从较较早早的的分分析析状状态态开开时时，通过激活一些不同的选项和特征来重新分析。通过激活一些不同的选项和特征来重新分析。设置覆盖频率的方式如下：设置覆盖频率的方式如下：命令：命令：FLDATA2,ITER,OVER,value菜单：菜单：MainMenuSolutionFLOTRANSetUpExecutionCtrl设置附加频率的方式如下：设置附加频率的方式如下：命令：命令：FLDATA2,ITER,APPE,value菜单：菜单：MainMenuSolutionFLOTRANSetUpE
56、xecutionCtrlObjective2001年10月1日2001年10月1日40*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)打印文件打印文件 T2-4. FLOTRAN分析中产生的文件分析中产生的文件 打打印印文文件件Jobname.PFL文文件件包包含含了了所所有有FLOTRAN输输入入参参数数的的完完整整记记录录，该该信信息息每每在在发发出出一一个个求求解解命命令令时时就就保保存存一一次次以以完完整整地地记记录录整整个个分分析析历历程程。同同时时，所所有有激激活活了了的的变变量量的的收收敛敛过过程程也也记记录录了了下下来来，还还
57、有有一一个个对对结结果果的的总总结结，即即每每个个性性质质和和自自由由度度的的最最大大最最小小值值，这这些些记记录录的的频频率率都都由由用用户户自自己己设设定定。所所记记录录的的其其他他量量还还有有：各各记记录录量量的的平平均均值值、质质量量流流的的边边界界、质质量量平平衡衡的的计计算算、所所有有热热传传导导和和热源的相关信息。热源的相关信息。Objective2001年10月1日2001年10月1日41*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)节点残差文件节点残差文件 T2-4. FLOTRAN分析中产生的文件分析中产生的文件 节节点
58、点残残差差文文件件Jobname.RDF，显显示示了了当当前前解解的的收收敛敛好好坏坏程程度度。在在求求解解过过程程的的每每一一个个阶阶段段，流流场场、性性质质场场、温温度度场场都都用用于于对对每每个个自自由由度度计计算算系系数数矩矩阵阵和和强强迫迫函函数数，如如果果解解完完全全收收敛敛，这这些些矩矩阵阵和和强强迫迫函函数数将将会会生生成成一一个个与与产产生生它它们们的的速速度度场场一一样样的的速速度度场场，同同时时，矩矩阵阵方方程程的的残残差差也也会会变变得得很很小小。要要得得到到一一个个残残差差文文件件，必必须须至至少少执执行一次迭代。行一次迭代。当当求求解解过过程程发发生生振振荡荡时时，
59、残残差差的的幅幅值值将将显显示示分分析析的的错错误误所所在在。（矩矩阵阵的的主主对对角角元元素素对对残残差差作作归归一一化化处处理理）这这种种归归一一化化使使用用户户可可对对自自由度的值及其残差作比较。由度的值及其残差作比较。对每一个激活了的自由度计算残差并将其存入残差文件的方式如下：对每一个激活了的自由度计算残差并将其存入残差文件的方式如下：命令：命令：FLDATA5,OUTP,RESI,TRUE菜菜 单单 ： Main MenuSolutionFLOTRAN Set UpAdditionalOutResidualFile要要 读读 取取 残残 差差 文文 件件 ， 可可 通通 过过 菜菜
60、单单 MainMenuGeneralPostprocFLOTRAN2.1A或命令或命令FLREAD来实现。来实现。Objective2001年10月1日2001年10月1日42*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)重启动文件重启动文件 T2-4. FLOTRAN分析中产生的文件分析中产生的文件 通通常常，FLOTRAN在在一一个个重重启启动动的的起起始始处处计计算算数数据据结结构构，对对于于大大模模型型，这这种种计计算算将将消消耗耗大大量量的的时时间间。为为了了避避免免它它，可可要要求求FLOTRAN将将数数据据结结构构保保存存在在
61、重重启启动动文文件件 Jobname.CFD中中，FLOTRAN从从ANSYS的数据库中产生该文件。的数据库中产生该文件。对对Jobname.CFD文件的读和写的方式如下：文件的读和写的方式如下：命令：命令：FLDATA32,REST,RFIL,T菜菜单单： Main MenuPreprocessorFLOTRAN Set UpRestartOptionsCFDRestartFile可可将将RFIL状状态态设设置置为为ON或或OFF，若若设设为为ON，则则FLOTRAN开开始始执执行行分分析析时时将将读读入入重重启启动动文文件件，若若文文件件不不存存在在，将将产产生生一一个个重重启启动动文件。
62、文件。Objective2001年10月1日2001年10月1日43*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)重启动文件（续）重启动文件（续） T2-4. FLOTRAN分析中产生的文件分析中产生的文件 如如果果在在改改变变了了边边界界条条件件之之后后再再进进行行重重启启动动分分析析，则则必必须须覆覆盖盖掉掉已已存存在在的的.CFD文文件件，以以使使得得ANSYS能能用用新新的的边边界界条条件件进进行行重重新新分分析析，覆盖覆盖.CFD文件的方式如下：文件的方式如下：命令：命令：FLDATA32,REST, WFIL,T菜菜单单： Ma
63、in MenuPreprocessorFLOTRAN Set UpRestartOptionsCFDRestartFile这这就就使使FLOTRAN在在下下一一载载荷荷步步产产生生一一个个新新的的重重启启动动文文件件，并并自自动动将将RFIL状状态态设设置置为为关关闭闭。当当新新的的重重启启动动文文件件产产生生之之后后，用用FLDATA32,REST,RFIL,T命命令令使使随随后后的的重重启启动动能能使使用用新新的的重重启启动动文件。文件。Objective2001年10月1日2001年10月1日44*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011
64、001)FLOTRAN重启动分析（续算）重启动分析（续算） T2-4. FLOTRAN分析中产生的文件分析中产生的文件 用用户户可可在在结结果果文文件件Jobname.RFL中中任任意意一一个个解解集集的的基基础础上上开开始始一一个个重重启启动动分分析析，重重启启动动位位置置的的设设置置可可基基于于解解集集号号(NSET)、迭迭代代数数(ITER)、载载荷荷步步/子子步步号号(LSTP)或或瞬瞬态态分分析析的的时时间间(TIME)，方方式式如下：如下：命令：命令：FLDATA32,REST,lable,value其中，其中，lable为上面的为上面的NSET、ITER、LSTP、TIME等等菜
65、菜 单单 ： Main MenuPreprocessorFLOTRAN Set UpRestartOptionsRestart/Iteratio（或（或Restart/Loadstep,Restart/Set,等）等）当当 重重 启启 动动 一一 个个 分分 析析 时时 ， ANSYS将将 原原 始始 的的 结结 果果 文文 件件 拷拷 贝贝 到到Jobname.RSO中中并并将将重重启启动动点点、所所有有在在重重启启动动点点之之前前的的结结果果集集、所所 有有 的的 后后 续续 结结 果果 集集 放放 在在 新新 的的 结结 果果 文文 件件 中中 。 如如 果果 在在 FLDATA32,R
66、EST命命令令中中的的value值值是是一一个个负负值值，则则将将不不产产生生Jobname.RSO文件，而文件，而重启动的点将由重启动的点将由value的绝对值来指定。的绝对值来指定。Objective2001年10月1日2001年10月1日45*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)五、提高收敛和稳定性的常用工具五、提高收敛和稳定性的常用工具 T2-5.提高收敛和稳定性的常用工具提高收敛和稳定性的常用工具 ANSYS程程序序提提供供几几个个有有助助于于收收敛敛和和求求解解稳稳定定的的工工具具，理理论论手手册册对对其其机理有详述。机
67、理有详述。松弛系数松弛系数惯性松弛惯性松弛人工粘性人工粘性速度限值速度限值面积积分阶次面积积分阶次Objective2001年10月1日2001年10月1日46*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)松弛系数松弛系数 T2-5.提高收敛和稳定性的常用工具提高收敛和稳定性的常用工具 松松弛弛系系数数是是一一个个其其值值介介于于0和和1之之间间的的小小数数，它它表表示示旧旧结结果果与与附附加加在在旧旧结结果果上上以以形形成成新新结结果果的的最最近近一一次次计计算算量量之之间间的的变变化化量量。设设置置松松弛系数的方式如下：弛系数的方式如下
68、：命令：命令：FLDATA25,RELX,lable,value菜菜 单单 ： MainMenuPreprocessorFLOTRANSetUpRelax/Stab/CapDOFRelaxationMain MenuPreprocessorFLOTRAN SetUp Relax/Stab/Cap PropRelaxationMainMenuSolutionFLOTRANSetUpRelax/Stab/CapDOFRelaxationMainMenuSolutionFLOTRAN SetUp Relax/Stab/CapPropRelaxation注：命令手册中对该命令的自由度和性质量有详述。注
69、：命令手册中对该命令的自由度和性质量有详述。Objective2001年10月1日2001年10月1日47*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)惯性松弛惯性松弛 T2-5.提高收敛和稳定性的常用工具提高收敛和稳定性的常用工具 对对某某个个自自由由度度的的方方程程组组的的惯惯性性松松弛弛就就是是使使其其矩矩阵阵的的主主对对角角占占优优以以保保持持求求解解的的稳稳定定性性。如如果果当当一一个个解解在在收收敛敛过过程程中中没没有有发发生生舍舍入入误误差差，则则惯惯性性释释放放的的值值不不会会影影响响到到求求解解的的最最终终结结果果。但但是
70、是通通常常的的求求解解过过程程都都会会发发生生舍舍入入误误差差，故故惯惯性性松松弛弛可可能能对对结结果果产产生生影影响响。用用户户可可对对动动量量方方程程（MOME）、紊紊流流方方程程（TURB）。压压力力方方程程（PRES)和温度和温度方程（方程（TEMP）施加惯性松弛，其方式如下：）施加惯性松弛，其方式如下：命令：命令：FLDATA26,STAB,lable,value菜菜 单单 ： MainMenuPreprocessorFLOTRANSetUpRelax/Stab/CapStabilityParmsMainMenuSolutionFLOTRANSetUpRelax/Stab/CapSt
71、abilityParms惯惯性性松松弛弛系系数数是是以以所所加加项项的的分分母母的的形形式式出出现现的的，故故其其值值越越小小，所所起起作作用用越越大大，其其典典型型值值介介于于1.0（作作用用中中等等）到到1.0107（作作用用很很大大）之间。之间。Objective2001年10月1日2001年10月1日48*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)人工粘性人工粘性 T2-5.提高收敛和稳定性的常用工具提高收敛和稳定性的常用工具 人人工工粘粘性性用用于于在在梯梯度度较较大大的的区区域域平平抑抑速速度度解解。它它有有助助于于可可压压缩
72、缩问问题题的的收收敛敛，也也有有助助于于对对有有分分布布阻阻力力的的不不可可压压缩缩问问题题的的速速度度解解进进行行平平抑抑。对对于于不不可可压压缩缩问问题题，应应使使人人工工粘粘性性的的幅幅值值与与有有效效粘粘性性的的幅幅值值处于相同的数量级。施加人工粘性的方式如下：处于相同的数量级。施加人工粘性的方式如下：命令：命令：FLDATA26,STAB,VISC,value菜菜 单单 ： MainMenuPreprocessorFLOTRANSetUpRelax/Stab/CapStabilityParmsMain MenuSolutionFLOTRAN SetUp Relax/Stab/CapS
73、tabilityParmsObjective2001年10月1日2001年10月1日49*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)速度限值速度限值 T2-5.提高收敛和稳定性的常用工具提高收敛和稳定性的常用工具 速速度度限限值值使使所所求求解解量量不不能能超超出出用用户户所所定定义义的的值值，可可对对速速度度、压压力力和和温温度度自自由由度度进进行行限限制制（VX、VY、VZ、PRES、TEMP），方方式式如下：如下：命令：命令：FLDATA31,CAPP菜菜 单单 ： MainMenuPreprocessorFLOTRANSetUpR
74、elax/Stab/CapResultsCappingMainMenuSolutionFLOTRANSetUpRelax/Stab/CapResultsCapping速速度度限限值值可可消消除除速速度度尖尖峰峰的的不不利利影影响响，这这种种速速度度尖尖峰峰通通常常发发生生在在收收敛敛过过程程中中的的较较早早阶阶段段。它它还还特特别别适适合合用用于于可可压压缩缩流流分分析析，因因这这类类分析中速度尖峰通常使动能项大到产生负的静温。分析中速度尖峰通常使动能项大到产生负的静温。当当对对压压力力进进行行限限值值时时，所所限限的的值值是是由由压压力力方方程程解解算算出出来来的的压压力力而而不不是是松松弛
75、弛后后的的压压力力，故故当当限限值值后后作作重重启启动动时时，压压力力值值仍仍有有可可能能超超出限值。出限值。注意：当有速度限值时，质量有可能不守恒。注意：当有速度限值时，质量有可能不守恒。Objective2001年10月1日2001年10月1日50*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)面积积分阶次面积积分阶次 T2-5.提高收敛和稳定性的常用工具提高收敛和稳定性的常用工具 面积积分阶次（面积积分阶次（QuadratureOrder）缺缺省省的的用用于于计计算算单单元元面面积积积积分分的的阶阶次次是是单单点点积积分分，用用户户可可
76、对对其其进进行行控控制制。对对于于轴轴对对称称问问题题，求求解解时时，该该值值自自动动设设为为2，因因为为当当面面积积积积分分阶阶次次为为2时时，可可使使含含有有异异常常形形状状单单元元的的问问题题收收敛敛到到更更精精确确的的解解。用下面的方式改变动量、压力、热或紊流项的面积积分阶次：用下面的方式改变动量、压力、热或紊流项的面积积分阶次：命令：命令：FLDATA30,QUAD,lable,value其中，其中，lable为要改变的单元积分，为要改变的单元积分，value为积分点的数目。为积分点的数目。菜菜 单单 ： Main MenuPreprocessorFLOTRAN SetUp ModR
77、es/QuadOrdCFDQuadOrdersMain MenuSolutionFLOTRAN SetUpMod Res/QuadOrdCFDQuadOrdersObjective2001年10月1日2001年10月1日51*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)六、分析过程中应处理的问题六、分析过程中应处理的问题 T2-6. FLOTRAN分析过程中应处理的问题分析过程中应处理的问题 ANSYS程程序序的的FLOTRAN分分析析过过程程中中应应处处理理的的问问题题主主要要有有以以下下几几个个选项，理论手册对其机理有详述。选项，理论手
78、册对其机理有详述。确定总体迭代的数目确定总体迭代的数目收敛监测收敛监测中断一个中断一个FLOTRAN分析分析Objective2001年10月1日2001年10月1日52*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)确定总体迭代的数目确定总体迭代的数目 T2-6. FLOTRAN分析过程中应处理的问题分析过程中应处理的问题 FLOTRAN分分析析是是一一个个非非线线性性的的序序列列求求解解过过程程，故故每每次次分分析析首首先先得得确确定定要要让让程程序序执执行行多多少少次次迭迭代代。一一次次总总体体迭迭代代就就是是对对所所有有相相关关的的控
79、控制制方方程程按按序序列列进进行行求求解解，并并且且在在求求解解过过程程中中流流体体性性质质会会随随时时更更新新。在在瞬瞬态态分分析析中中，时时间间步步循循包包含含了了总总体体迭迭代代循循环环。在在一一个个总总体体迭迭代代中中，程程序序首首先先获获得得动动量量方方程程的的近近似似解解，再再在在质质量量守守恒恒的的基基础础上上将将动动量量方方程程的的解解作作为为强强迫迫函函数数来来求求解解压压力力方方程程，然然后后用用压压力力解解来来更更新新速速度度，以以使使速速度度场场保保持持质质量量守守恒恒。如如果果要要求求了了程程序序求求解解温温度度，则则程程序序会会同同时时求求解解温温度度方方程程并并更
80、更新新与与温温度度相相关关的的流流体体性性质质。最最后后，如如果果激激活活了了紊紊流流模模型型，则则程程序序将将求求解解紊紊流流方方程程并并用用紊紊流流动动能能及及其其耗耗散散率率来来计计算算有有效效粘粘性性和和热热传传导导系系数数，有有效效粘粘性性和和热热传传导导系系数数将将分分别别代代替替层层流流粘粘性性和和热热传传导导系系数数以以在在平平均均流流上上模模拟拟紊紊流流的的影响。用下面的方式定义影响。用下面的方式定义总体迭代的数目总体迭代的数目：命令：命令：FLDATA2,ITER,EXEC,value（value即为迭代数）即为迭代数）菜单：菜单：MainMenuPreprocessorF
81、LOTRANSetUpExecutionCtrlMainMenuSolutionFLOTRANSetUpExecutionCtrlObjective2001年10月1日2001年10月1日53*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)收敛监测收敛监测 T2-6. FLOTRAN分析过程中应处理的问题分析过程中应处理的问题 在在FLOTRAN求求解解过过程程中中，程程序序在在每每一一个个总总体体迭迭代代里里对对每每一一个个自自由由度度计计算算出出一一个个收收敛敛监监测测量量，这这些些自自由由度度包包括括：速速度度(VX、VY、VZ)、压压
82、力力(PRES)、温温度度（TEMP)、紊紊流流动动能能（ENKE）、动动能能耗耗散散率率（ENDS）、以以及及激激活活了了的的多多组组份份传传输输方方程程（SP01 SP06）。收收敛敛监监测测量量就就是是两两次次迭迭代代之之间间结结果果改改变变量量的的归归一一化化值值，若以若以 表示任一自由度，则该自由度的收敛监测量可由下式表示：表示任一自由度，则该自由度的收敛监测量可由下式表示：Objective2001年10月1日2001年10月1日54*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)收敛监测（续）收敛监测（续） T2-6. FLOT
83、RAN分析过程中应处理的问题分析过程中应处理的问题 收收敛敛监监测测量量表表示示变变量量在在当当前前迭迭代代（kth）的的结结果果和和前前一一次次迭迭代代（(k-1)th）的的结结果果之之间间差差值值的的总总和和除除以以当当前前值值的的总总和和，这这种种求求和和是是在在所所有有节点上进行的，并且使用的是差值的绝对值。节点上进行的，并且使用的是差值的绝对值。在在批批处处理理或或交交互互式式运运行行过过程程中中，当当求求解解进进行行时时,程程序序的的“图图形形求求解解跟跟踪踪（GST）”功功能能将将实实时时显显示示出出所所计计算算的的收收敛敛监监测测量量，GST的的缺缺省省值值在在交交互互运运行行
84、时时是是开开（ON）, 而而 在在批批处处理理运运行行时时是是关关（OFF）。用户可用下面的方式定义其开关：）。用户可用下面的方式定义其开关：命令：命令：/GST菜单：菜单：MainMenuSolutionOutputCtrlsGrphSoluTrack图图21是是两两个个典典型型的的GST图图形形。图图21(b)是是一一个个FLOTRAN的的瞬瞬态态分析过程，图中的每一个尖峰表示了一个新时间步的开始。分析过程，图中的每一个尖峰表示了一个新时间步的开始。Objective2001年10月1日2001年10月1日55*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Ga
85、o (011001)收敛监测（续）收敛监测（续） T2-6. FLOTRAN分析过程中应处理的问题分析过程中应处理的问题 Objective由由GST显显示的收敛示的收敛监测量监测量（a）稳态）稳态求解求解2001年10月1日2001年10月1日56*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)收敛监测（续）收敛监测（续） T2-6. FLOTRAN分析过程中应处理的问题分析过程中应处理的问题 Objective由由GST显显示的收敛示的收敛监测量监测量（a）瞬态）瞬态求解求解2001年10月1日2001年10月1日57*ANSYS培训教程
86、 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)收敛监测（续）收敛监测（续） T2-6. FLOTRAN分析过程中应处理的问题分析过程中应处理的问题 在在初初始始阶阶段段可可能能出出现现的的一一些些振振荡荡之之后后，收收敛敛监监测测量量的的大大小小将将随随着着分分析析过过程程的的收敛而逐渐减小，但其减小的程度将依赖于几个因素，诸如：收敛而逐渐减小，但其减小的程度将依赖于几个因素，诸如： 几何边界的复杂程度几何边界的复杂程度 高梯度区域有限元网格的精度高梯度区域有限元网格的精度 紊流的严重程度（由雷诺数确定）紊流的严重程度（由雷诺数确定） 出口边界处流场的发展是否
87、充分出口边界处流场的发展是否充分当使用图形求解跟踪（当使用图形求解跟踪（GST）功能时，还应注意：）功能时，还应注意： 不不单单是是FLOTRAN分分析析有有GST功功能能，非非线线性性的的结结构构分分析析、非非线线性性的的热热分分析析和和非非线线性性的的电电磁磁场场分分析析都都有有GST功功能能。详详见见各各自自的的分分析析指指导导手手册。册。 GST可可同同时时显显示示多多达达10条条的的跟跟踪踪曲曲线线，如如果果用用户户的的模模型型有有多多于于10个的自由度个的自由度,则则GST将只显示前将只显示前10个自由度的收敛跟踪曲线。个自由度的收敛跟踪曲线。 当当GST开开始始显显示示时时，程程
88、序序会会弹弹出出一一个个带带STOP按按钮钮的的对对话话框框，用用户户可可在在任任意意时时刻刻通通过过点点取取该该STOP按按钮钮来来中中断断求求解解过过程程，而而后后要要进进行行重重启启动动 分分 析析 时时 ， 可可 通通 过过 执执 行行 命命 令令 SOLVE或或 其其 相相 应应 的的 菜菜 单单 MainMenuSolutionRunFlotran来实现。来实现。Objective2001年10月1日2001年10月1日58*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)中断一个中断一个FLOTRAN分析分析 T2-6. FLOT
89、RAN分析过程中应处理的问题分析过程中应处理的问题 用用户户可可以以定定义义一一个个基基于于压压力力和和温温度度收收敛敛监监测测量量的的目目标标值值来来中中断断一一个个FLOTRAN分析，定义方式如下：分析，定义方式如下：命令：命令：FLDATA3,TERM,PRES,valueFLDATA3,TERM,TEMP,value菜单：菜单：MainMenuPreprocessorFLOTRANSetUpExecutionCtrlMainMenuSolutionFLOTRANSetUpExecutionCtrl压压力力和和温温度度的的收收敛敛缺缺省省值值都都是是1.010-8，如如果果没没有有激激活
90、活温温度度方方程程的的求求解解，则则程程序序只只检检测测压压力力的的收收敛敛值值是是否否满满足足要要求求。若若同同时时激激活活了了流流体体和和温温度度方方程程的的求求解解，则则二二者者的的收收敛敛标标准准都都必必须须同同时时满满足足。在在满满足足了了压压力力和和温温度度的的收收敛敛条条件件或或总总体体平平衡衡迭迭代代数数达达到到了了所所要要求求的的值值后后，FLOTRAN求求解解过过程程就就自动中断。自动中断。要要中中断断一一个个FLOTRAN分分析析，需需在在当当前前工工作作目目录录下下生生成成一一个个Jobname.ABT文文件件，该该文文件件的的第第一一行行应应含含有有terminate
91、字字样样。在在每每一一次次总总体体迭迭代代之之前前，FLOTRAN都都会会在在当当前前目目录录下下搜搜寻寻Jobname.ABT文文件件，如如果果程程序序找找到到该该文文件件并并发发现现含含有有terminate,则则立立即即完完成成该该次次总总体体迭迭代代并并正正常常中中断断程程序序的的执执行，且将结果写入结果文件。行，且将结果写入结果文件。Objective2001年10月1日2001年10月1日59*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)七、对一个分析进行评价七、对一个分析进行评价 T2-7.对一个对一个FLOTRAN分析进行评
92、价分析进行评价分析员必须回答的两个问题是：分析员必须回答的两个问题是：1.所作的分析是何时结束的？所作的分析是何时结束的？2.所作的分析是否是正确的？所作的分析是否是正确的？这这两两个个问问题题是是相相互互关关联联的的，因因为为，如如果果没没有有正正确确地地设设置置和和正正确确地地分分析一个流体问题，它一般都是不会收敛的。析一个流体问题，它一般都是不会收敛的。如如果果所所输输入入的的初初始始参参数数和和所所有有的的边边界界条条件件都都是是正正确确的的，则则当当所所有有变变量量的的收收敛敛监监测测量量都都停停止止增增长长，以以及及所所有有求求解解量量的的平平均均、最最大大、最最小小值值都都不不再
93、再升升降降时时，求求解解过过程程就就算算是是完完成成了了。然然而而，这这并并不不能能保保证证所所求求解解的的结结果果是是唯唯一一正正确确的的，因因为为自自然然界界本本身身并并不不保保证证存存在在唯唯一一解解。振振荡荡问问题题（例例如如：柱柱体体绕绕流流的的旋旋涡涡脱脱落落问问题题）用用稳稳态态或或瞬瞬态态求求解解技技术术都都不不能能得得到到一一个个稳稳定定的的解解。要要验验证证一一个个分分析析是是稳稳定定的的或是振荡的，可以通过对它执行大量的迭代求解来实现。或是振荡的，可以通过对它执行大量的迭代求解来实现。Objective2001年10月1日2001年10月1日60*ANSYS培训教程 版本
94、 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)七、对一个分析进行评价七、对一个分析进行评价 T2-7.对一个对一个FLOTRAN分析进行评价分析进行评价ANSYS将将求求解解变变量量的的平平均均、最最小小、最最大大值值保保存存在在文文件件Jobname.RFL中中，该该文文件件同同时时还还保保存存了了FLOTRAN的的输输入入数数据据和和计计算算出出的的收收敛敛监监测测量量、所所有有自自由由度度的的结结果果总总结结、层层流流特特性性和和有有效效特特性性。可可用用下下面的方式来规定面的方式来规定ANSYS进行结果总结的频率：进行结果总结的频率：命令：命令：FLDATA
95、5,OUTP,SUMF,value菜菜单单：MainMenuPreprocessorFLOTRANSetUpAdditionalOutRFLOutDerivedMain MenuSolutionFLOTRAN SetUpAdditional Out RFLOutDerivedObjective2001年10月1日2001年10月1日61*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)八、验证结果八、验证结果 T2-7.验证结果验证结果 验验证证求求解解结结果果的的可可靠靠性性是是所所有有分分析析人人员员的的责责任任，如如果果一一个个FLOTR
96、AN分分析析得得到到了了非非预预期期的的结结果果，则则应应进进行行下下列列所所示示的的一一些些操操作作，这这些些操操作作的的大大部部分分都都可可以以在在开开始始一一个个分分析析前前完完成成。即即使使只只进进行行了了零零次次迭迭代代，ANSYS也也会会生生成成一一个个Jobname.RFL文文件件并并检检查查所有的输入数据。所有的输入数据。1.检检查查作作为为结结果果总总结结的的一一部部分分而而打打印印出出来来的的质质量量平平衡衡情情况况。内内部部检检查查将将确确定定是是否否有有任任何何的的可可能能会会通通过过模模型型的的质质量量流流，允允许许质质量量流流的的边界条件是：边界条件是： 确定的速度
97、边界条件确定的速度边界条件 确定的压力边界条件确定的压力边界条件 未未确确定定的的边边界界(这这有有可可能能是是由由于于用用户户忘忘了了施施加加边边界界条条件件而而致致)ANSYS会会将将进进口口和和出出口口边边界界编编号号列列表表，而而这这些些应应与与所所希希望望的的条条件件相相对应。对应。Objective2001年10月1日2001年10月1日62*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)八、验证结果八、验证结果 T2-7.验证结果验证结果 2.在在ANSYS里检查边界条件，以保证其正确性。里检查边界条件，以保证其正确性。3.检检
98、查查所所定定义义的的流流体体性性质质及及其其随随温温度度的的可可变变动动性性正正确确与与否否，这这可可在在.RFL文件中方便地检查。文件中方便地检查。4.检检查查用用以以建建立立模模型型的的单单位位制制与与用用以以定定义义流流体体性性质质的的单单位位制制是是否否一一致。致。5.有有时时，还还需需确确认认与与所所选选选选项项相相联联系系的的方方程程的的求求解解是是否否正正确确（例例如如：可压缩流可压缩流中的压力方程）。中的压力方程）。Objective2001年10月1日2001年10月1日63*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)八
99、、验证结果八、验证结果 T2-7.验证结果验证结果 6.如如果果求求解解发发散散，可可能能的的原原因因还还有有：有有限限元元网网格格不不够够精精细细、或或者者邻邻近近出出口口处处流流场场梯梯度度太太大大，要要解解决决这这些些问问题题，可可以以使使用用一一些些诸诸如如惯惯性松弛等有助于收敛的性松弛等有助于收敛的手段，本手册的后面将详述各种松弛技术。手段，本手册的后面将详述各种松弛技术。7.如如果果仅仅仅仅只只有有某某个个特特定定的的量量产产生生发发散散，则则可可将将该该量量重重新新初初始始化化到到一个单值，一个单值，并作重启动分析，方式如下：并作重启动分析，方式如下：命令：命令：FLDATA29
100、,MODV菜菜 单单 ： Main MenuPreprocessorFLOTRAN SetUp ModRes/QuadOrdModifyResultsMainMenuSolutionFLOTRANSetUpModRes/QuadOrdModifyResultsObjective2001年10月1日2001年10月1日64*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第四章FLOTRAN边界条件边界条件2001年10月1日2001年10月1日65*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001
101、)本章学习，我们简单介绍本章学习，我们简单介绍FLOTRAN分析的边界条件知识，分析的边界条件知识，以助于大家对以后的以助于大家对以后的FLOTRAN分析有所了解。分析有所了解。ModuleObjective第第一一讲讲、边界条件的类型、边界条件的类型第第二二讲讲、进口、进口/出口边界条件出口边界条件第第三三讲讲、对称边界条件、对称边界条件第第四四讲讲、固定壁面、固定壁面第第五五讲讲、移动壁面、移动壁面第第六六讲讲、内流、内流第第七七讲讲、外流、外流第第八八讲讲、周期边界、周期边界第第九九讲讲、热边界条件、热边界条件第第十十讲讲、边界条件总结、边界条件总结第第十一十一讲讲、边界条件的菜单形式、
102、边界条件的菜单形式LessonObjectives目标 2001年10月1日2001年10月1日66*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)一、边界条件的类型一、边界条件的类型进口边界进口边界/出口边界出口边界对称条件对称条件固定壁面和移动壁面固定壁面和移动壁面周期边界周期边界恒定温度恒定温度热流热流体积热源体积热源传热系数传热系数辐射辐射Objective2001年10月1日2001年10月1日67*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)二、进口二、进口/出口边界条件出口边
103、界条件可以指定分析区域的进口和出口速度可以指定分析区域的进口和出口速度恒值速度恒值速度用宏定义的非恒值速度用宏定义的非恒值速度可以沿边界指定压力条件可以沿边界指定压力条件流体或进或出流体或进或出局部压力边界条件通常来自于显著的几何变化局部压力边界条件通常来自于显著的几何变化湍流边界条件湍流边界条件指定所需选项指定所需选项若无定义，若无定义，FLOTRAN将使用缺省值将使用缺省值Objective2001年10月1日2001年10月1日68*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)三、对称边界条件三、对称边界条件表示对称面或轴对称的中心轴
104、表示对称面或轴对称的中心轴假定流场特性为对称假定流场特性为对称对称边界法向上的速度分量为零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对称边界必须以总体坐标轴来进行指定Objective2001年10月1日2001年10月1日69*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)四、固定壁面四、固定壁面施加无滑移边界条件施加无滑移边界条件所有速度分量都设为零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湍流模型的边界条件是自动施加的壁面律、壁面壁面律、壁面Log律律若壁面
105、未定义热边界条件，则以绝热对待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无须定义压力条件垂直于壁面的压力梯度为零垂直于壁面的压力梯度为零Objective2001年10月1日2001年10月1日70*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)五、移动壁面五、移动壁面移动壁面稳态条件移动壁面稳态条件分析区域在分析过程中不能改变分析区域在分析过程中不能改变壁面将壁面将“拖拉拖拉”流体或随流体一起移动流体或随流体一起移动垂直于壁面的速度分量为零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定义与壁面相切的速度为壁面速度设设置置
106、标标志志以以使使FLOTRAN知知道道该该壁壁面面不不是是一一个个流流场场的的进口进口标志为：将湍流动能设为标志为：将湍流动能设为-1Objective2001年10月1日2001年10月1日71*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)六、内流六、内流由壁面、对称面、进出口边界包围起来的流场为内流由壁面、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没有进出口边界 可以有未定义边界，但可能会不稳定可以有未定义边界，但可能会不稳定Objective2001年10月1日2001年10月1日72*ANSYS培训教程 版本 5.
107、5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)七、外流七、外流流场边界必须远离流场中的固体区域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通常，在流场边界的后半段施加零相对压力边界条件对对于于超超音音素素问问题题，通通常常在在流流场场边边界界的的前前半半段段定定义义压压力力和和速速度边界条件而在后半段不定义任何边界条件度边界条件而在后半段不定义任何边界条件一一定定要要确确定定任任何何激激波波都都不不能能延延伸伸到到有有确确定定值值的的边边界界上上，如如果发生这种情况，则应将该边界上的边界条件值去掉果发生这种情况，则应将该边界上的边界条件值
108、去掉有时可在整个外边界上定义速度边界条件有时可在整个外边界上定义速度边界条件流流场场边边界界与与流流场场中中固固体体区区域域之之间间的的距距离离应应为为该该固固体体区区域域尺尺寸的寸的30到到100倍倍Objective2001年10月1日2001年10月1日73*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)八、周期边界八、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每个周期对称节点对的所有自由度都将耦合
109、用用peri.mac宏来施加该边界条件宏来施加该边界条件选择边界上的节点选择边界上的节点指定边界间的空间偏置量指定边界间的空间偏置量Objective2001年10月1日2001年10月1日74*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)九、热边界条件九、热边界条件指定温度指定温度FLOTRAN自动计算用于保持该温度所需的热传导自动计算用于保持该温度所需的热传导指定热流指定热流FLOTRAN自自动动计计算算与与热热流流相相联联系系的的壁壁面面温温度度和和流流场场条条件件指定导热系数指定导热系数指定环境温度，指定环境温度，FLOTRAN迭代
110、计算热流和表面温度迭代计算热流和表面温度体积热源体积热源可在流体单元和非流体单元中定义可在流体单元和非流体单元中定义辐射辐射定义表面辐射系数和环境温度定义表面辐射系数和环境温度Objective2001年10月1日2001年10月1日75*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)十、边界条件总结十、边界条件总结边界类型边界类型所需数据所需数据进口进口定义所有的速度分量或压力定义所有的速度分量或压力出口出口定义压力（通常为零）定义压力（通常为零）固定壁面固定壁面将所有的速度分量都设为零将所有的速度分量都设为零移动壁面移动壁面定义所有的速度
111、分量并将定义所有的速度分量并将湍流动能设为湍流动能设为-1对称边界对称边界法向速度分量为零法向速度分量为零已知温度已知温度指定节点温度值指定节点温度值绝热边界绝热边界自然边界条件，无须定义自然边界条件，无须定义热流热流在边界节点上定义热流在边界节点上定义热流对流换热系数对流换热系数在边界节点上定义对流换热系数在边界节点上定义对流换热系数体积热源体积热源定义单元的单位体积热生成率定义单元的单位体积热生成率周期边界周期边界指定几何数据以判定周期边界节点指定几何数据以判定周期边界节点Objective2001年10月1日2001年10月1日76*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV
112、By: Haich Gao (011001)十一、边界条件的菜单形式十一、边界条件的菜单形式在前处理或求解菜单里面在前处理或求解菜单里面只有定义了只有定义了FLOTRAN单元之后该边界条件菜单才会显示出来单元之后该边界条件菜单才会显示出来Objective2001年10月1日2001年10月1日77*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)显示边界条件菜单显示边界条件菜单Objective2001年10月1日2001年10月1日78*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)定义压
113、力自由度定义压力自由度Objective2001年10月1日2001年10月1日79*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)定义其它自由度定义其它自由度Objective2001年10月1日2001年10月1日80*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)体积热源体积热源Objective2001年10月1日2001年10月1日81*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)热流热流Objective2001年10月1日2
114、001年10月1日82*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)对流换热对流换热Objective2001年10月1日2001年10月1日83*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)辐射辐射Objective2001年10月1日2001年10月1日84*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第五章层流和湍流分析算例层流和湍流分析算例2001年10月1日2001年10月1日85*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU
115、 MSSV By: Haich Gao (011001)本章学习，我们简单介绍本章学习，我们简单介绍FLOTRAN分析的层流和湍流分析分析的层流和湍流分析的算立，以助于大家对以后的的算立，以助于大家对以后的FLOTRAN分析有所了解。分析有所了解。ModuleObjective第第一一讲讲、问题描述、问题描述第第二二讲讲、分析方法及假定、分析方法及假定第第三三讲讲、几何尺寸及流体性质、几何尺寸及流体性质第第四四讲讲、分析过程、分析过程LessonObjectives目标 2001年10月1日2001年10月1日86*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Ga
116、o (011001)一、问题描述一、问题描述 T5-1.问题描述问题描述该该算算例例是是一一个个二二维维的的导导流流管管分分析析，先先分分析析一一个个雷雷诺诺数数为为400的的层层流流情情况况，然然后后改改变变流流场场参参数数再再重重新新分分析析，最最后后再再扩扩大大分分析析区区域域来来计计算算其其湍湍流流情情况况。该该算算例例所所用用单单位位制制为为国国际际单单位位制制。分分析析区区域域图图示示如如下：下：Objective2001年10月1日2001年10月1日87*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)二、分析方法及假定二、分析
117、方法及假定 T5-2.分析方法及假定分析方法及假定 用用FLUID141单元来作二维分析，本算例作了如下三个分析：单元来作二维分析，本算例作了如下三个分析：雷诺数为雷诺数为400的假想流的层流分析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雷诺数约为260000的空气流的湍流分析的空气流的湍流分析分分析析时时假假定定进进口口速速度度均均匀匀，并并且且垂垂直直于于进进口口流流场场方方向向上上的的流流体体速速度度为为零零。在在所所有有壁壁面面上上施施加加无无滑滑移移边边界界条条件件（即即所所有有速速度度分分量量都都为为
118、零零）；假假定定流流体体不不可可压压缩缩，并并且且其其性性质质为为恒恒值值，在在这这种种情情况况下下，压压力力就就可可只只考考虑虑相相对对值值，因因此此在在出出口口处处施施加加的的压压力力边边界界条条件件是是相相对压力为零。对压力为零。第第一一次次分分析析时时，流流场场为为层层流流，着着可可以以通通过过雷雷诺诺数数来来判判定定，其其公公式式如如下：下：Objective2001年10月1日2001年10月1日88*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)二、分析方法及假定（续）二、分析方法及假定（续） T5-2.分析方法及假定分析方法及
119、假定 第第二二次次分分析析时时，将将流流体体粘粘性性降降低低到到原原来来的的十十分分之之一一（雷雷诺诺数数相相应应增增大）后再在第大）后再在第一次分析的基础上重启动分析一次分析的基础上重启动分析对对于于内内流流来来说说，当当雷雷诺诺数数达达到到2000至至3000时时，流流场场即即由由层层流流过过渡渡到到湍湍流流，故故第第三三次次分分析析（空空气气流流，雷雷诺诺数数约约为为260000）时时，流流场场是是湍湍流流。对对于于湍湍流流分分析析，上上图图所所示示的的导导流流管管的的后后端端应应加加长长，以以使使流流场场能能得得到到充充分分发发展展。此此时时，应应在在该该次次求求解解之之前前改改变变A
120、NSYS的的工工作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。名以防止程序在上一次分析结果的基础上作重启动分析。Objective2001年10月1日2001年10月1日89*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)三、几何尺寸及流体性质三、几何尺寸及流体性质 T5-3.几何尺寸及流体性质几何尺寸及流体性质 进口段长度进口段长度4m进口段高度进口段高度1m过渡段长度过渡段长度2m出口段高度出口段高度2.5m层流分析时出口段长度层流分析时出口段长度6m湍流分析时出口段长度湍流分析时出口段长度12m假设流体密度假设流体密度1Kg/m
121、3假设流体粘性假设流体粘性第一次分析第一次分析0.01Kg/m-s；第二次分析第二次分析0.001Kg/m-s空气密度空气密度1.205Kg/m3空气粘性空气粘性1.8135*10-5Kg/m-s进口速度进口速度2.0m/s出口压力出口压力0nt/m2Objective2001年10月1日2001年10月1日90*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)四、分析过程（四、分析过程（1、2步）步） T5-4.分析过程分析过程 第第1步：进入步：进入ANSYS参参见见ANSYSOperationGuide第第2步：设置分析选择步：设置分析选
122、择1 进进入入MainMenuPreference2 点点取取FLOTRANCFD项项3 点取点取OKObjective2001年10月1日2001年10月1日91*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第3步：定义单元类型步：定义单元类型 T5-4.分析过程分析过程 1进进入入MainMenuPreprocessorElementTypeAdd/Edit/Delete2点取点取AddObjective2001年10月1日2001年10月1日92*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (0
123、11001)第第3步：定义单元类型步：定义单元类型 T5-4.分析过程分析过程 3在在弹弹出出菜菜单单的的左左框框中中点点取取FLOTRAN CFD， 右右 框框 中中 点点 取取 2DFLOTRAN1414点取点取OK5点取点取CloseObjective2001年10月1日2001年10月1日93*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)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 T5-4.分析过程分析过程 该该步步定定义义三三个个面面：分分别别表表示示进进口口和和出出口口的的两两个个矩矩形形面面，以以及及一一个个表表示
124、过渡段的面。示过渡段的面。1生生成成进进口口段段，进进入入MainMenuPreprocessor-Modeling-Create-Areas-RectangleByDimensions2在弹出菜单中的相应区域输入以下值：在弹出菜单中的相应区域输入以下值：X1处输入处输入0X2处输入处输入2Y1处输入处输入0Y2处输入处输入13点取点取ApplyObjective2001年10月1日2001年10月1日94*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)生成分析区域的几何面（续）生成分析区域的几何面（续） T5-4.分析过程分析过程 4生成出
125、口段，再在上面弹出菜单中输入以下值：生成出口段，再在上面弹出菜单中输入以下值：X1处输入处输入6X2处输入处输入12Y1处输入处输入0Y2处输入处输入2.55点取点取OK6在工具栏（在工具栏（Toolbar）窗口中点取）窗口中点取SAVE_DBObjective2001年10月1日2001年10月1日95*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)生成分析区域的几何面（续）生成分析区域的几何面（续） T5-4.分析过程分析过程 7进进入入MainMenuPreprocessor-Modeling-CreateLinesTanto2Line
126、s8点点取取左左侧侧矩矩形形的的上上面面一一条条线线作作为为第第一一条条切切线线，再再在在点点取取菜菜单单中中点点取取OK9点取该线的右端点作为第一切点，再在点取菜单中点取点取该线的右端点作为第一切点，再在点取菜单中点取OKObjective2001年10月1日2001年10月1日96*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)生成分析区域的几何面（续）生成分析区域的几何面（续） T5-4.分析过程分析过程 10 点点取取右右侧侧矩矩形形的的上上面面一一条条线线作作为为第第二二条条切切线线，再再在在点点取取菜菜单单中中点点取取OK11 点
127、取该线的左端点作为第二切点，再在点取菜单中点取点取该线的左端点作为第二切点，再在点取菜单中点取OKObjective2001年10月1日2001年10月1日97*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)生成分析区域的几何面（续）生成分析区域的几何面（续） T5-4.分析过程分析过程 12 在在点点取取菜菜单单中中点点取取Cancel。所所生生成成的的结结果果线线是是一一条条界界于于两两个个矩形之间的光滑曲线矩形之间的光滑曲线Objective2001年10月1日2001年10月1日98*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSS
128、V By: Haich Gao (011001)生成分析区域的几何面（续）生成分析区域的几何面（续） T5-4.分析过程分析过程 13 进进入入MainMenuPreprocessor-Modeling-Create-Areas-ArbitraryThroughKPs14 分分别别点点取取界界于于两两个个矩矩形形之之间间的的光光滑滑曲曲线线上上的的两两个个端端点点，再再点点取取左左侧矩形的右下角和右侧矩形的左下角侧矩形的右下角和右侧矩形的左下角15点取点取OK16 在工具栏窗口中点取在工具栏窗口中点取SAVE_DBObjective2001年10月1日2001年10月1日99*ANSYS培训教
129、程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第5步：定义单元形状步：定义单元形状 T5-4.分析过程分析过程1进入进入MainMenuPreprocessor-Meshing-MesherOpts2将将Midsidenodeplacement域改为域改为NoMidsidenodes，点取，点取OK3在弹出菜单中点取在弹出菜单中点取QuadOnly4点取点取OKObjective2001年10月1日2001年10月1日100*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第5步：定义单元形状步：定义单元
130、形状 T5-4.分析过程分析过程5进入进入UtilityMenuPlotLines6进进入入MainMenuPreprocessor-Meshing-SizeCntrls-Lines-PickedLines7点取进口区（左侧矩形面）的上下两条直线点取进口区（左侧矩形面）的上下两条直线8在点取菜单中点取在点取菜单中点取ApplyObjective2001年10月1日2001年10月1日101*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第5步：定义单元形状步：定义单元形状 T5-4.分析过程分析过程9在在弹弹出出菜菜单单的的No.ofele
131、mentdivisions域域中中输输入入1210在弹出菜单的在弹出菜单的Spacingratio域中输入域中输入-211点取点取ApplyObjective2001年10月1日2001年10月1日102*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第5步：定义单元形状步：定义单元形状 T5-4.分析过程分析过程12点取过渡区（中间面）的上下两条线，并点取点取过渡区（中间面）的上下两条线，并点取Apply13在弹出菜单的在弹出菜单的No.ofelementdivisions域中输入域中输入1214在弹出菜单的在弹出菜单的Spacingra
132、tio域中输入域中输入115点取点取ApplyObjective2001年10月1日2001年10月1日103*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第5步：定义单元形状步：定义单元形状 T5-4.分析过程分析过程16点点取取出出口口区区（右右侧侧矩矩形形面面）的的上上下下两两条条直线，并点取直线，并点取Apply17 在在弹弹出出菜菜单单的的No.ofelementdivisions域域中输入中输入15并在并在Spacingratio域中输入域中输入3.018 点取点取OKObjective2001年10月1日2001年10月1日
133、104*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第5步：定义单元形状步：定义单元形状 T5-4.分析过程分析过程19点取点取MeshTool工具栏地工具栏地Flip按钮按钮20选取出口区（右侧矩形面）的上面一条直线选取出口区（右侧矩形面）的上面一条直线21点取拾取菜单中地点取拾取菜单中地OKObjective2001年10月1日2001年10月1日105*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第5步：定义单元形状步：定义单元形状 T5-4.分析过程分析过程22 点取剩下的四
134、条垂线，并点取点取剩下的四条垂线，并点取OK23 在在弹弹出出菜菜单单的的No. ofelementdivisions域域中中输输入入10并并在在Spacingratio域中输入域中输入-224 点取点取OK25 在工具栏窗口中点取在工具栏窗口中点取SAVE_DBObjective2001年10月1日2001年10月1日106*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第6步：划分有限元网格步：划分有限元网格 T5-4.分析过程分析过程1进进入入Main MenuPreprocessor-Meshing-MeshAreasFree2在点
135、取菜单中点取在点取菜单中点取PickAllObjective2001年10月1日2001年10月1日107*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第7步步:生成并应用新的工具栏按钮生成并应用新的工具栏按钮 T5-4.分析过程分析过程在在做做类类似似于于该该例例的的分分析析时时，定定义义一一些些诸诸如如能能“自自动动选选择择出出与与某某条条线线相相关关的的所所有有节节点点”、“关关闭闭座座标标系系符符号号的的显显示示”等等的的工工具具栏栏按按钮钮是是非非常常有有助助于于方方便便地地建建立立模模型型的的。这这一一步步的的目目的的就就是是
136、建建立立两两个个分分别实现上述功能的工具栏按钮别实现上述功能的工具栏按钮1进入进入UtilityMenuMenuCtrls2EditToolbar2在弹出菜单中的在弹出菜单中的*ABBR后输入后输入3tri,/triad,offObjective2001年10月1日2001年10月1日108*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第7步步:生成并应用新的工具栏按钮生成并应用新的工具栏按钮 T5-4.分析过程分析过程3点取点取Accept，然后点取，然后点取Close4在在 工工 具具 栏栏 中中 点点 取取 刚刚 生生 成成 好好
137、的的 TRI按按 钮钮 ， 之之 后后 进进 入入 UtilityMenuPlotReplot，此此时时，在在图图形形窗窗口口中中，原原来来的的座座标标系系符符号号就就会消失了。会消失了。Objective2001年10月1日2001年10月1日109*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第8步步:施加边界条件施加边界条件 T5-4.分析过程分析过程在在模模型型的的进进口口处处加加X方方向向速速度度为为2、其其它它方方向向速速度度为为零零的的进进口口速速度度条条件件；在在所所有有壁壁面面处处加加两两个个方方向向速速度度都都为为零零
138、的的速速度度条条件件，在在出出口口处加零压力边界条件处加零压力边界条件1进入进入MainMenuPreprocessor2-Loads-ApplyVelocityOnLine2点取入口线点取入口线3OKObjective2001年10月1日2001年10月1日110*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第8步步:施加边界条件施加边界条件 T5-4.分析过程分析过程4在弹出菜单的在弹出菜单的VX域输入域输入1，VY域输入域输入05点取点取OKObjective2001年10月1日2001年10月1日111*ANSYS培训教程 版本
139、5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第8步步:施加边界条件（续）施加边界条件（续） T5-4.分析过程分析过程6进进入入Main MenuPreprocessor-Loads-ApplyVelocityOnLine7点取上面和下面的六条线点取上面和下面的六条线8点击点击OK9在弹出菜单的在弹出菜单的VX域和域和VY域域10都输入都输入0，点取，点取OKObjective2001年10月1日2001年10月1日112*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第8步步:施加边界条件（续）施加边界条件（
140、续） T5-4.分析过程分析过程10进进 入入 MainMenuPreprocessor-Loads-ApplyPressureDOFOnLines11点取出口线点取出口线12点击点击OK13在弹出菜单压力值输入在弹出菜单压力值输入0，将将endpoints设置为设置为YES，点击点击OK14SAVE_DBObjective2001年10月1日2001年10月1日113*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第9步步:求解层流求解层流 T5-4.分析过程分析过程该步首先建立流体性质，然后设置执行控制，并开始求解该步首先建立流体性质，
141、然后设置执行控制，并开始求解1进入进入MainMenuSolutionFLOTRANSetUpFluidProperties2将将density和和viscosity都选中都选中AIR-IN，点取点取OK3点取点取OKObjective2001年10月1日2001年10月1日114*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第9步步:求解层流求解层流 T5-4.分析过程分析过程4进进入入MainMenuSolutionFLOTRANSetUpExecutionControl6在在 弹弹 出出 菜菜 单单 的的 “Globaliterat
142、ions”域输入域输入407点取点取OKObjective2001年10月1日2001年10月1日115*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第10步步:改变参考条件改变参考条件 T5-4.分析过程分析过程参考压强值从缺省的参考压强值从缺省的101KPa改变为改变为14.7psi，以适合所给的单位，以适合所给的单位体系。同样地，额定的停滞和参考温度也从体系。同样地，额定的停滞和参考温度也从293oK改为改为530oR。将它们设置为。将它们设置为70oR以及添加一个以及添加一个460oR的偏置温度。想获的偏置温度。想获得更多关于参考
143、温度的绝对和相对等级的附加信息，请参考得更多关于参考温度的绝对和相对等级的附加信息，请参考ANSYS CFD FLOTRAN Analysis Guide“InitializingandVaryingProperties”和和“UsingReferenceProperties”部分。部分。MainMenu:SolutionFLOTRANSetUpFlowEnvironmentRefConditions改变参考压力为改变参考压力为14.7psi(等于等于1个大气压个大气压)Objective2001年10月1日2001年10月1日116*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By
144、: Haich Gao (011001)第第10步步:改变参考条件改变参考条件 T5-4.分析过程分析过程3.改变改变nominal,stagnation,andreferencetemperatures为为70oR4.将将temperatureoffset从决从决定定0改变到改变到460oR5.点击点击OK6.Toolbar:SAVE_DB7.进进入入MainMenuSolutionRunFLOTRAN，开始进行求解开始进行求解Objective2001年10月1日2001年10月1日117*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第
145、第11步步:观察结果：画速度矢量图观察结果：画速度矢量图 T5-4.分析过程分析过程1进进入入MainMenuGeneralPostproc-ReadResults-LastSet2进进入入MainMenuGeneralPostprocPlotResultsVectorPlotPredifined3在在弹弹出出菜菜单单中中选选择择“DOF solution”和和“VelocityV”4点取点取OKObjective2001年10月1日2001年10月1日118*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第12步步:画总应力彩云图画总应力
146、彩云图 T5-4.分析过程分析过程1.MainMenu:GeneralPostprocPlotResults-ContourPlot-NodalSoln2.选择选择Otherquantities3.选择选择TotalPressurePTOT4.点击点击OKObjective2001年10月1日2001年10月1日119*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第13步步:动画显示速度变化动画显示速度变化 T5-4.分析过程分析过程1.MainMenu:GeneralPostprocPlotResults-FlowTrace-DefiT
147、racePt2.选取入口附近地选取入口附近地2或或3个点，以及再循环区域个点，以及再循环区域附近地附近地1或或2个点个点(沿着转换区域的上表面沿着转换区域的上表面)3.再拾取菜单中点击再拾取菜单中点击OKObjective2001年10月1日2001年10月1日120*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第13步步:动画显示速度变化动画显示速度变化 T5-4.分析过程分析过程4.UtilityMenu:PlotCtrlsAnimateParticleFlow5.选择选择DOFSolution6.选择选择VelocityVX7.点击
148、点击OKObjective2001年10月1日2001年10月1日121*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第14步步:画出口处速度的路径画出口处速度的路径 T5-4.分析过程分析过程1.MainMenu:GeneralPostprocPathOperationsDefinePathByNodes2.选取出口处的最低和最高点选取出口处的最低和最高点3.选取拾取菜单中的选取拾取菜单中的OKObjective2001年10月1日2001年10月1日122*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Ga
149、o (011001)第第14步步:画出口处速度的路径画出口处速度的路径 T5-4.分析过程分析过程4.输入输入OUTLET作为作为Path的的名字名字5.点击点击OK6.FileCloseObjective2001年10月1日2001年10月1日123*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第14步步:画出口处速度的路径画出口处速度的路径 T5-4.分析过程分析过程7.MainMenu:GeneralPostprocPathOperationsMapontoPathEnterVELOCITYaslabel8.选择选择DOFSolut
150、ion9.选择选择VelocityVX10.点击点击OKObjective2001年10月1日2001年10月1日124*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第14步步:画出口处速度的路径画出口处速度的路径 T5-4.分析过程分析过程12.MainMenu:GeneralPostprocPathOperations-PlotPathItem-OnGraph13.选取刚才定义的选取刚才定义的VELOCITY标签标签14.点击点击OK开始开始pathplotObjective2001年10月1日2001年10月1日125*ANSYS培
151、训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)改变入口速度再分析改变入口速度再分析2001年10月1日2001年10月1日126*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第15步步:增加入口速度增加入口速度 T5-4.分析过程分析过程1.UtilityMenu:PlotLines2.MainMenu:Solution-Loads-Apply-Fluid/CFD-VelocityOnLines3.拾取入口线拾取入口线Objective2001年10月1日2001年10月1日127*ANSYS培训教
152、程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第15步步:增加入口速度增加入口速度 T5-4.分析过程分析过程4.点击选取菜单中的点击选取菜单中的OK5.Enter50forVX-6.Enter0forVY-7.点击点击OK-Objective2001年10月1日2001年10月1日128*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第16步步:运行分析运行分析 T5-4.分析过程分析过程1.UtilityMenu:FileChangeJobname2.ClosetoexitSolution-3.输入
153、新的工作名输入新的工作名newVelocity-4.OK-5.MainMenu:SolutionRunFLOTRAN6.Close-Objective2001年10月1日2001年10月1日129*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第16步步:运行分析运行分析 T5-4.分析过程分析过程7.MainMenu:GeneralPostproc-ReadResults-LastSet8.MainMenu:GeneralPostprocPlotResults-VectorPlot-Predefined9.ChooseDOFSolutio
154、n10.ChooseVelocityV-11.OK-Objective2001年10月1日2001年10月1日130*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第17步步:画总应力彩云图画总应力彩云图 T5-4.分析过程分析过程1.MainMenu:GeneralPostprocPlotResults-ContourPlot-NodalSoln2.ChooseOtherquantities-3.ChooseTotalPressurePTOT-4.OK-Objective2001年10月1日2001年10月1日131*ANSYS培训教程
155、版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第18步步:动画显示速度变化动画显示速度变化 T5-4.分析过程分析过程1.MainMenu:GeneralPostprocPlotResults-FlowTrace-DefiTracePt2.拾取入口处的拾取入口处的2到到3个点，以及循环区域的个点，以及循环区域的1到到2个点个点(沿沿转换区域转换区域的上壁的上壁)Objective2001年10月1日2001年10月1日132*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第18步步:动画显示速度变化动画显示
156、速度变化 T5-4.分析过程分析过程3.OK(inpickingmenu)4.UtilityMenu:PlotCtrlsAnimateParticleFlow5.ChooseDOFSolution6.ChooseVelocityVX-7.OK-Objective2001年10月1日2001年10月1日133*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第19步步:画出口处速度的路径画出口处速度的路径 T5-4.分析过程分析过程1.MainMenu:GeneralPostprocPathOperationsDefinePathByNodes
157、2.选取出口处的最低和最高点选取出口处的最低和最高点3.选取拾取菜单中的选取拾取菜单中的OKObjective2001年10月1日2001年10月1日134*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第19步步:画出口处速度的路径画出口处速度的路径 T5-4.分析过程分析过程4.输入输入OUTLET作为作为Path的的名字名字5.点击点击OK6.FileCloseObjective2001年10月1日2001年10月1日135*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第19步步
158、:画出口处速度的路径画出口处速度的路径 T5-4.分析过程分析过程7.MainMenu:GeneralPostprocPathOperationsMapontoPathEnterVELOCITYaslabel8.选择选择DOFSolution9.选择选择VelocityVX10.点击点击OKObjective2001年10月1日2001年10月1日136*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第19步步:画出口处速度的路径画出口处速度的路径 T5-4.分析过程分析过程12.MainMenu:GeneralPostprocPathOp
159、erations-PlotPathItem-OnGraph13.选取刚才定义的选取刚才定义的VELOCITY标签标签14.点击点击OK开始开始pathplotObjective2001年10月1日2001年10月1日137*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)确定流体粘性如何影响流场特性确定流体粘性如何影响流场特性 T5-4.分析过程分析过程诸诸如如空空气气和和水水等等常常见见流流体体的的粘粘性性都都低低于于上上例例中中的的假假想想流流体体粘粘性性。将将该该粘粘性性缩缩小小10倍倍将将响响应应增增大大雷雷诺诺数数。在在本本步步中中，
160、返返回回FLOTRAN的的输输入入步步，改改变变粘粘性性值值，重重新新求求解解。分分析析将将从从上上面面结结束束处处重重新新开开始，并执行附加的始，并执行附加的20次总体迭代。次总体迭代。1进入进入MainMenuSolutionFLOTRANSetUpFluidProperties2点取点取OK3将粘性值改为将粘性值改为0.0014点取点取OK5进入进入MainMenuSolutionRunFLOTRAN，开始进行求解，开始进行求解6可进行与上面类似的结果观察可进行与上面类似的结果观察Objective2001年10月1日2001年10月1日138*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU
161、 MSSV By: Haich Gao (011001)改变出口管道的长度再分析改变出口管道的长度再分析2001年10月1日2001年10月1日139*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第20步步:删除压力边界条件删除压力边界条件 T5-4.分析过程分析过程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，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，因其粘性比上面的对于空气则尤
162、其更应如此，因其粘性比上面的0.001还低。下面还低。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（解之前，还必须改变工作名（Jobname）。）。MainMenu:PreprocessorLoads-Loads-Delete-Fluid/CFD-PressureDOFOnLines在拾取菜
163、单中点击在拾取菜单中点击PickAll来删除所有的压力边界条件来删除所有的压力边界条件Objective2001年10月1日2001年10月1日140*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第21步步:创建附加的出口区域创建附加的出口区域 T5-4.分析过程分析过程1.MainMenu:Preprocessor-Modeling-Create-Areas-RectangleByDimensions2.EnterX1=10,X2=40,Y1=0,Y2=2.5-3.OK-Objective2001年10月1日2001年10月1日141*
164、ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第21步步:创建附加的出口区域创建附加的出口区域 T5-4.分析过程分析过程5.MainMenu:PreprocessorNumberingControlsMergeItems6.对要合并的项目选择对要合并的项目选择All-7.OK-8.Close-Objective2001年10月1日2001年10月1日142*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第21步步:创建附加的出口区域创建附加的出口区域 T5-4.分析过程分析过程9.Ut
165、ilityMenu:PlotLinesObjective2001年10月1日2001年10月1日143*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第22步步:网格划分新创建的区域网格划分新创建的区域 T5-4.分析过程分析过程1.MainMenu:PreprocessorMeshTool2.选择选择LinesSet-3.选取新出口处选取新出口处的线的线4.在在拾取菜单中选取拾取菜单中选取OKObjective2001年10月1日2001年10月1日144*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao
166、(011001)第第22步步:网格划分新创建的区域网格划分新创建的区域 T5-4.分析过程分析过程5.Enter10forNo.ofelementdivisions(asbefore)-6.Enter-2forSpacingratio-7.Apply-8.选取新出口处顶端和底选取新出口处顶端和底端底两条线端底两条线Objective2001年10月1日2001年10月1日145*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第22步步:网格划分新创建的区域网格划分新创建的区域 T5-4.分析过程分析过程9.点击拾取菜单中的点击拾取菜单中的O
167、K10.Enter20forNo.ofelementdivisions-11.Enter3forSpacingratio-12.OK-Objective2001年10月1日2001年10月1日146*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第22步步:网格划分新创建的区域网格划分新创建的区域 T5-4.分析过程分析过程13.选择选择LinesFlip-14.拾取上边的线拾取上边的线15.点击拾取菜单中的点击拾取菜单中的OK16.Toolbar:SAVE_DBObjective2001年10月1日2001年10月1日147*ANSYS培
168、训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第22步步:网格划分新创建的区域网格划分新创建的区域 T5-4.分析过程分析过程17.选取选取Mesh-18.拾取拾取outletarea19.点击拾取菜单的点击拾取菜单的OK开始划分网格开始划分网格20.关闭关闭MeshTool-Objective2001年10月1日2001年10月1日148*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第23步步:在新建区域施加边界条件在新建区域施加边界条件 T5-4.分析过程分析过程1.UtilityMenu:P
169、lotLines2.MainMenu:PreprocessorLoads-Loads-Apply-Fluid/CFD-VelocityOnLines3.拾取那些还没有边界条件的新的上下边壁拾取那些还没有边界条件的新的上下边壁4.点击拾取菜单中的点击拾取菜单中的OKObjective2001年10月1日2001年10月1日149*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第23步步:在新建区域施加边界条件在新建区域施加边界条件 T5-4.分析过程分析过程5.Enter0forVXandVY-6.OK-现在在出口施加压力边界条件现在在出口施
170、加压力边界条件.7.MainMenu:PreprocessorLoads-Loads-Apply-Fluid/CFD-PressureDOFOnLines8.拾取新的出口拾取新的出口9.点击拾取菜单中的点击拾取菜单中的OKObjective2001年10月1日2001年10月1日150*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第23步步:在新建区域施加边界条件在新建区域施加边界条件 T5-4.分析过程分析过程10.输入压力值为输入压力值为0-11.设置设置endpoints为为Yes-12.选择选择OK来施加边界条件来施加边界条件-1
171、3.UtilityMenu:PlotLinesObjective2001年10月1日2001年10月1日151*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第24步步:改变工作名并开始求解改变工作名并开始求解 T5-4.分析过程分析过程1.UtilityMenu:FileChangeJobname2.点击点击Close退出求解退出求解-3.输入新的工作名输入新的工作名newLength-4.OK-Objective2001年10月1日2001年10月1日152*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Ga
172、o (011001)第第24步步:改变工作名并开始求解改变工作名并开始求解 T5-4.分析过程分析过程开始新的求解开始新的求解5.MainMenu:SolutionRunFLOTRAN6.求解完成后，关闭信息窗口求解完成后，关闭信息窗口-Objective2001年10月1日2001年10月1日153*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第25步步:读入新结果并画速度矢量读入新结果并画速度矢量 T5-4.分析过程分析过程1.MainMenu:GeneralPostproc-ReadResults-LastSet2.MainMenu
173、:GeneralPostprocPlotResults-VectorPlot-Predefined3.选择选择DOFSolution4.选择选择VelocityV-5.OK-Objective2001年10月1日2001年10月1日154*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第26步步:画总应力彩云图画总应力彩云图 T5-4.分析过程分析过程1.MainMenu:GeneralPostprocPlotResults-ContourPlot-NodalSoln2.ChooseOtherquantities-3.ChooseTotal
174、PressurePTOT-4.OKObjective2001年10月1日2001年10月1日155*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第27步步:动画显示速度变化动画显示速度变化 T5-4.分析过程分析过程1.MainMenu:GeneralPostprocPlotResults-FlowTrace-DefiTracePt2.拾取入口处的拾取入口处的2到到3个点，以及循环区域的个点，以及循环区域的1到到2个点个点(沿沿转换区域转换区域的上壁的上壁)Objective2001年10月1日2001年10月1日156*ANSYS培训教
175、程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第27步步:动画显示速度变化动画显示速度变化 T5-4.分析过程分析过程3.OK(inpickingmenu)4.UtilityMenu:PlotCtrlsAnimateParticleFlow5.ChooseDOFSolution6.ChooseVelocityVX-7.OK-Objective2001年10月1日2001年10月1日157*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第28步步:画出口处速度的路径画出口处速度的路径 T5-4.分析过程分
176、析过程1.MainMenu:GeneralPostprocPathOperationsDefinePathByNodes2.选取出口处的最低和最高点选取出口处的最低和最高点3.选取拾取菜单中的选取拾取菜单中的OKObjective2001年10月1日2001年10月1日158*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第28步步:画出口处速度的路径画出口处速度的路径 T5-4.分析过程分析过程4.输入输入OUTLET作为作为Path的的名字名字5.点击点击OK6.FileCloseObjective2001年10月1日2001年10月1
177、日159*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第28步步:画出口处速度的路径画出口处速度的路径 T5-4.分析过程分析过程7.MainMenu:GeneralPostprocPathOperationsMapontoPathEnterVELOCITYaslabel8.选择选择DOFSolution9.选择选择VelocityVX10.点击点击OKObjective2001年10月1日2001年10月1日160*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第28步步:画出口处速
178、度的路径画出口处速度的路径 T5-4.分析过程分析过程12.MainMenu:GeneralPostprocPathOperations-PlotPathItem-OnGraph13.选取刚才定义的选取刚才定义的VELOCITY标签标签14.点击点击OK开始开始pathplotObjective2001年10月1日2001年10月1日161*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第29步步:确定雷诺数确定雷诺数 T5-4.分析过程分析过程计算雷诺数以判断分析是否在湍流区域计算雷诺数以判断分析是否在湍流区域(Re3000).回忆一下，
179、可知雷诺数是由下面的公式确定的：回忆一下，可知雷诺数是由下面的公式确定的：我们的流动材料是空气我们的流动材料是空气AIR,它的属性为：它的属性为：p=density=1.21e-7V=Velocity=50Dh=hydraulicdiameter水力直径水力直径=2*inletheight=2=Viscosity=2.642e-9因此得到因此得到,Re=4600,即处于湍流状态即处于湍流状态所以下一步就是使用湍流模型来重启动分析。所以下一步就是使用湍流模型来重启动分析。Objective2001年10月1日2001年10月1日162*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:
180、 Haich Gao (011001)重新求解（湍流分析）重新求解（湍流分析）2001年10月1日2001年10月1日163*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第30步步:指定指定FLOTRAN求解选项求解选项 T5-4.分析过程分析过程1.MainMenu:SolutionFLOTRANSetUpSolutionOptions2.选择选择Turbulentoption-3.OK-Objective2001年10月1日2001年10月1日164*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (
181、011001)第第30步步:指定指定FLOTRAN求解选项求解选项 T5-4.分析过程分析过程4.MainMenu:SolutionFLOTRANSetUpExecutionCtrl5.输入全局迭代次数为输入全局迭代次数为80-6.OK-Objective2001年10月1日2001年10月1日165*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第31步步:重运行分析重运行分析 T5-4.分析过程分析过程1.MainMenu:SolutionRunFLOTRAN2.Close-Objective2001年10月1日2001年10月1日16
182、6*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第31步步:重运行分析重运行分析 T5-4.分析过程分析过程3.MainMenu:GeneralPostproc-ReadResults-LastSet4.MainMenu:GeneralPostprocPlotResults-VectorPlot-Predefined5.选择选择DOFSolution6.选择选择VelocityV-7.OK-Objective2001年10月1日2001年10月1日167*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (
183、011001)第第32步步:画总应力彩云图画总应力彩云图 T5-4.分析过程分析过程1.MainMenu:GeneralPostprocPlotResults-ContourPlot-NodalSoln2.ChooseOtherquantities-3.ChooseTotalPressurePTOT-4.OKObjective2001年10月1日2001年10月1日168*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第33步步:动画显示速度变化动画显示速度变化 T5-4.分析过程分析过程1.MainMenu:GeneralPostproc
184、PlotResults-FlowTrace-DefiTracePt2.拾取入口处的拾取入口处的2到到3个点，以及循环区域的个点，以及循环区域的1到到2个点个点(沿沿转换区域转换区域的上壁的上壁)Objective2001年10月1日2001年10月1日169*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第33步步:动画显示速度变化动画显示速度变化 T5-4.分析过程分析过程3.OK(inpickingmenu)4.UtilityMenu:PlotCtrlsAnimateParticleFlow5.ChooseDOFSolution6.Ch
185、ooseVelocityVX-7.OK-Objective2001年10月1日2001年10月1日170*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第34步步:画出口处速度的路径画出口处速度的路径 T5-4.分析过程分析过程1.MainMenu:GeneralPostprocPathOperationsDefinePathByNodes2.选取出口处的最低和最高点选取出口处的最低和最高点3.选取拾取菜单中的选取拾取菜单中的OKObjective2001年10月1日2001年10月1日171*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU M
186、SSV By: Haich Gao (011001)第第34步步:画出口处速度的路径画出口处速度的路径 T5-4.分析过程分析过程4.输入输入OUTLET作为作为Path的的名字名字5.点击点击OK6.FileCloseObjective2001年10月1日2001年10月1日172*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第34步步:画出口处速度的路径画出口处速度的路径 T5-4.分析过程分析过程7.MainMenu:GeneralPostprocPathOperationsMapontoPathEnterVELOCITYaslab
187、el8.选择选择DOFSolution9.选择选择VelocityVX10.点击点击OKObjective2001年10月1日2001年10月1日173*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第34步步:画出口处速度的路径画出口处速度的路径 T5-4.分析过程分析过程12.MainMenu:GeneralPostprocPathOperations-PlotPathItem-OnGraph13.选取刚才定义的选取刚才定义的VELOCITY标签标签14.点击点击OK开始开始pathplotObjective2001年10月1日2001年10月1日174*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)第第35步步:退出退出ANSYS T5-4.分析过程分析过程1点取工具栏中的点取工具栏中的“QUIT”按钮，在弹出菜单中随意点取一项按钮，在弹出菜单中随意点取一项2点取点取OKObjective2001年10月1日2001年10月1日175*ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)
