ANSYS Flotran分析指南
ANSYS流体第4章flotran流体分析典型工程实例
第4 章FLOTRAN流体分析典型工程实例ANSYS程序中的FLOTRAN CFD流体分析是一个用于分析二维及三维流体流动场的先进工具。
本章重点通过实例讲解介绍FLOTRAN CFD流体分析在工程上的一些典型应用。
本章要点如何解决流体力学问题FLOTRAN流体分析典型工程实例本章案例三维U型管道速度场的数值模拟实际生活中射流现象的数值模拟4.1 如何解决流体力学问题在流体力学的研究中，常用的方法有理论研究方法、数值计算方法和实验研究方法。
理论研究方法的特点是：能够清晰、普遍地揭示出流动的内在规律，但该方法目前只局限于少数比较简单的理论模型。
研究更复杂更符合实际的流动一般采用数值计算方法，它的特点就是能够解决理论研究方法无法解决的复杂流动问题，如常见的航空工程、气象预报、水利工程、环境污染预报、星云演化过程等。
实验研究方法的特点就是结果可靠，但其局限性在于相似准侧不能全部满足、尺寸限制、边界影响等。
数值计算方法和实验研究方法相比，它所需的费用和时间都比较少，并且有较高的精度，但它要求对问题的物理特性有足够的了解（通过实验方法了解），并能建立较精确的描述方程组（通过理论分析）。
对于流体力学的数值模拟常采用的步骤如下。
（1）建立力学模型通过流动分析，采用合理的假设与简化，建立力学模型。
假设与简化：连续介质与不连续介质；理想流体与粘性流体；不可压缩流体与可压缩流体；定常流动与非定常流动。
（2）建立数学模型根据力学模型，建立描述力学模型的数学方程组，并利用无量钢化、量纲分析、引进新的物理参数、经验或半经验公式等方法对基本方程组进行简化，得到相应流动的求解方程组，再根据具体的流动条件确定流动的初始条件和边界条件。
描写流体运动的两种方法：拉格朗日方法和欧拉方法。
（3）求解方法●准确解法：解析解●近似解法：近似解、数值解●实验解法：相似解（4）求解结果速度分布、压力分布、合力、阻力、能量耗散等物理量的求解结果。
ANSYS-FLOTRAN分析指南F5-FLOTRAN层流和湍流分析算例
第五章FLOTRAN层流和湍流分析算例一、问题描述二、分析方法及假定三、几何尺寸及流体性质四、分析过程第1步：进入ANSYS第2步：设置分析选择第3步：定义单元类型第4步：生成分析区域的几何面第5步：定义单元形状第6步：划分有限元网格第7步：生成并应用新的工具栏按钮第8步：施加边界条件第9步：求解层流第10步：观察层流分析的结果第11步：确定流体粘性如何影响流场特性第12步：进行湍流分析第13步：对新的出口区划分网格第14步：施加湍流分析的载荷第15步：改变FLOTRAN分析选项和流体性第16步：进行求解第17步：将流体速度结果以向量图和路径图的方式进行显示第18步：绘制压力等值线图第19步：退出ANSYS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。
ansys中的Flotran分析 第三部分
16 选择FLOTRAN各自由度相应的求解器命令：FLDATA18, METH, Lable, Value功能：选择每个自由度的解算方法菜单：Main Menu>Preprocessor>FLOTRAN Set Up>CFD Solver Controls>VX Solver CFD Main Menu>Preprocessor>FLOTRAN Set Up>CFD Solver Controls>VY Solver CFD Main Menu>Preprocessor>FLOTRAN Set Up>CFD Solver Controls>VZ Solver CFD Main Menu>Preprocessor>FLOTRAN Set Up>CFD Solver Controls>PRES Solver CFD Main Menu>Preprocessor>FLOTRAN Set Up>CFD Solver Controls>TEMP Solver CFD Main Menu>Preprocessor>FLOTRAN Set Up>CFD Solver Controls>ENKE Solver CFD Main Menu>Preprocessor>FLOTRAN Set Up>CFD Solver Controls>ENDS Solver CFD Main Menu>Solution>FLOTRAN Set Up>CFD Solver Controls>VX Solver CFD Main Menu>Solution>FLOTRAN Set Up>CFD Solver Controls>VY Solver CFDMain Menu>Solution>FLOTRAN Set Up>CFD Solver Controls>VZ Solver CFDMain Menu>Solution>FLOTRAN Set Up>CFD Solver Controls>PRES Solver CFDMain Menu>Solution>FLOTRAN Set Up>CFD Solver Controls>TEMP Solver CFD Main Menu>Solution>FLOTRAN Set Up>CFD Solver Controls>ENKE Solver CFD Main Menu>Solution>FLOTRAN Set Up>CFD Solver Controls>ENDS Solver CFD其中，Lable的选项及其各自的含义如下：VX：指定X方向速度求解器，缺省为TDMA（三对角矩阵法〕VY：指定Y方向速度求解器，缺省为TDMA（三对角矩阵法〕VZ：指定Z方向速度求解器，缺省为TDMA（三对角矩阵法〕PRES：指定压力求解器，缺省为PCRM（预条件共轭残差法）TEMP：指定温度求解器，缺省为TDMA（三对角矩阵法〕ENKE：指定湍流动能求解器，缺省为TDMA（三对角矩阵法〕ENDS：指定湍流动能耗散率求解器，缺省为TDMA（三对角矩阵法〕Value的值及其含义如下：0：不求解该自由度的方程1：使用三对角矩阵法（TDMA, 作为除压力外其它所有自由度的缺省求解器）2：使用共轭残差法（CRM〕（该方法为半直接迭代求解法）3：使用预条件共轭残差法（PCRM〕（该方法为半直接迭代求解法）4：使用预条件广义最小残差法（PGMR）该命令的菜单形式如下（在此只显示了VX的菜单，其它自由度的菜单与此类似）：17 对FLOTRAN各求解器的控制命令： FLDATA19, TDMA, Lable, Value功能：指定各自由度用TDMA法求解时的迭代数（推进步数）其中，Lable的选项及其各自的含义如下：VX：指定X方向速度TDMA法推进步数，缺省为1VY：指定Y方向速度TDMA法推进步数，缺省为1VZ：指定Z方向速度TDMA法推进步数，缺省为1PRES：指定压力TDMA法推进步数，缺省为100TEMP：指定温度TDMA法推进步数，缺省为100ENKE：指定湍流动能TDMA法推进步数，缺省为10ENDS：指定湍流动能耗散率TDMA法推进步数，缺省为10即为上述推进步数（迭代数）Value注意：该命令只有PRES、TEMP、ENKE、ENDS四项能通过菜单达到，因若改变了速度项的推进步数缺省值，通常会引起求解不稳定。
ANSYSFLOTRAN中文翻译官方分析指南_Flotran2
第三章FLOTRAN设置命令本章有如下设置1 FLOTRAN求解控制命令152 FLOTRAN执行及输出控制命令 稳态控制参数设置163 FLOTRAN执行及输出控制命令 瞬态控制参数设置174 FLOTRAN输出及保存文件控制215 FLOTRAN输出收敛监测量的控制246 FLOTRAN流体类型及其特性的可变性控制257 FLOTRAN流体性质参数设定278 FLOTRAN分析的坐标系统的指定299 FLOTRAN分析参考条件的设置3010 指定FLOTRAN分析的旋转坐标系统3111 指定FLOTRAN分析的重力加速度3212 设置有助于FLOTRAN求解稳定的参数3313 设定FLOTRAN自由度松弛系数3414 设定FLOTRAN流体性质松弛因子3515 设置FLOTRAN分析的自由度限值3616 选择FLOTRAN各自由度相应的求解器3817 对FLOTRAN各求解器的控制3918 设置FLOTRAN湍流模型的一些常数4219 重新设定FLOTRAN各分析参数的值4520 控制FLOTRAN面积积分的阶次4821 FLOTRAN多组份疏运分析的设置及控制4922 定义FLOTRAN的重启动（续算）控制5523 设置并执行一个零迭代FLOTRAN分析581 FLOTRAN求解控制命令命令：FLDATA1, SOLU, Lable, Value功能：设定求解控制菜单：Main Menu>Preprocessor>FLOTRAN Set Up>Solution Options Main Menu>Solution>FLOTRAN Set Up>Solution Option其中，Lable的选项及其各自含义如下：TRAN：求解稳态或非稳态选项，缺省为稳态FLOW：是否求解流动方程选项，缺省为求解流动方程TEMP：是否求解温度方程选项，缺省为绝热(不求解温度方程) TURB：层流或湍流选项，缺省为层流COMP：不可压缩或可压缩选项，缺省为不可压缩流SWRL：求解轴对称旋流选项，缺省为否SPEC：求解多组份疏运选项，缺省为否Value的值为“是”或“否”二者之一。
Ansys Flotran做的一个三维流场分析实例
【原创】Ansys Flotran做的一个三维流场分析实例(入门级，CFD高手莫入) 三维, Ansys, CFD, Flotran, 流场三维, Ansys, CFD, Flotran, 流场1、打开Main menu下的Preference对话框，进行如图所示的设置(设置的目的是让后面只显示与Flotran有关的菜单和命令，使得工作更方便):317552-Preference-embed.jpg (57.63 KB)1评分次数nwpuyl收藏分享评分回复引用订阅报告道具TO Pzhjberry初级会员帖子67 积分5 仿真币-2 阅读权限20发表于2004-9-2 14:28 | 只看该作者回复：【原创】Ansys Flotran做的一个三维流场分析实例2、建模。
使用第三方CAD软件(如本例)或用Ansys自带的前处理器生成如图所示的几何模型。
方形盒子表示要求解的流场域，机翼有一定后掠角。
本例近似模拟风洞中的吹风模型。
317556-geomodel-embed.jpg (42.43 KB)回复引用报告道具 TOPzhjberry初级会员发表于2004-9-2 14:30 | 只看该作者回复：【原创】Ansys Flotran做的一个三维流场分析实例3、选择单元类型，如下图所示：317559-element-embed.jpg (74.12 KB)帖子67 积分5仿真币-2阅读权限20回复 引用报告道具 TOPzhjberry初级会员帖子67 积分5发表于 2004-9-3 08:30 | 只看该作者回复： 【原创】Ansys Flotran 做的一个三维流场分析实例4、划分网格。
首先进行网格设置，如下图所示。
318022-setmesh-embed.jpg (111.43 KB)仿真币-2阅读权限2回复引用报告道具 TOPzhjberry发表于2004-9-3 08:31 | 只看该作者回复：【原创】Ansys Flotran做的一个三维流场分析实例设置完成以后，单击Mesh按钮，选择实体准备网格划分。
ANSYS／FLOTRAN流体动力学(CFD)分析
Intro-9
目标
Module Objective
在完成本章学习后， 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。
第一讲、 第一讲、FLOTRAN CFD 分析的概念 第二讲、 第二讲、 FLOTRAN 分析的种类 第三讲、层流分析 第四讲、 第四讲、紊流分析 第五讲、 第五讲、热分析 第六讲、 第六讲、可压缩流分析 第七讲、 第七讲、非牛顿流分析 第八讲、多组份传输分析 第八讲、
ANSYS培训教程 – 版本 5.5 – XJTU MSSV By: Haich Gao (011001) Intro-4
2001年10月1日
目录
设置命令（ 第三章 FLOTRAN设置命令（续） 设置命令
Guidelines
十三、设定FLOTRAN自由度松弛系数 设定 自由度松弛系数 十四、设定FLOTRAN流体性质松弛因子 十四、设定 流体性质松弛因子 十五、设置FLOTRAN分析的自由度限值 十五、设置 分析的自由度限值 十六、选择FLOTRAN各自由度相应的求解器 十六、选择 各自由度相应的求解器 十七、 十七、对FLOTRAN各求解器的控制 各求解器的控制 十八、设置FLOTRAN湍流模型的一些常数 十八、设置 湍流模型的一些常数 十九、重新设定FLOTRAN各分析参数的值 十九、重新设定 各分析参数的值 二十、控制FLOTRAN面积积分的阶次 二十、控制 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FLOTRAN的重启动（续算）控制 的重启动（ 二十二、定义 的重启动 续算） 二十三、设置并执行一个零迭代FLOTRAN分析 二十三、设置并执行一个零迭代 分析
ansys中的FLOTRAN分析
一个典型的FLOTRAN分析有如下七个主要步骤：1. 确定问题的区域。
2. 确定流体的状态。
3. 生成有限元网格。
4. 施加边界条件。
5. 设置FLOTRAN分析参数。
6. 求解。
7. 检查结果。
第一步：确定问题的区域用户必须确定所分析问题的明确的范围，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。
第二步：确定流体的状态用户在此需要估计流体的特征，流体的特征是流体性质、几何边界以及流场的速度幅值的函数。
FLOTRAN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，FLO TRAN中的气流只能是理想气体。
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。
通常用雷诺数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，详见第四章。
通常用马赫数来判别流体是否可压缩，详见第七章。
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0.3时，就应考虑用可压缩算法来进行求解；当马赫数大于0.7时，可压缩算法与不可压缩算法之间就会有极其明显的差异。
第三步：生成有限元网格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。
为了得到精确的结果，应使用映射网格划分，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MSHKEY,1或其相应的菜单Main Menu>Preproce ssor > -Mes hing-Mesh>-entity-Mapped来实现。
最新ANSYS-CFD之Flotran中文讲解说明(全+重点标注)11资料
目录第一章FLOTRAN 计算流体动力学(CFD)分析概述 (2)FLOTRAN CFD 分析的概念 (2)FLOTRAN 分析的种类 (2)FLOTRAN单元的特点 (4)FLUID141单元 (4)FLUID142单元 (4)FLUID单元的其他特征 (4)FLOTRAN单元使用中的一些限制 (5)FLOTRAN分析的主要步骤 (6)FLOTRAN分析中产生的一些文件 (8)FLOTRAN重启动分析（续算） (9)Restart/Iteratio（或Restart/Load step, Restart/Set, 等） (10)ANSYS程序提供几个有助于收敛和求解稳定的工具，理论手册对其机理有详述。
(10)Main Menu>Preprocessor>FLOTRAN SetUp>Relax/Stab/Cap>Prop Relaxation (10)Main Menu>Solution>FLOTRAN SetUp>Relax/Stab/Cap>Stability Parms (10)Main Menu>Solution>FLOTRAN SetUp>Relax/Stab/Cap>Stability Parms (11)Main Menu>Solution>FLOTRAN SetUp>Relax/Stab/Cap>Results Capping (11)FLOTRAN分析过程中应处理的问题 (11)Main Menu>Solution>FLOTRAN SetUp>Execution Ctrl (12)FLDATA3,TERM,TEMP,value (14)Main Menu>Solution>FLOTRAN SetUp>Execution Ctrl (14)FLOTRAN设置命令 (15)FLOTRAN边界条件 (56)第五章FLOTRAN层流和湍流分析算例 (61)第一章FLOTRAN 计算流体动力学(CFD)分析概述FLOTRAN CFD 分析的概念ANSYS程序中的FLOTRAN CFD分析功能是一个用于分析二维及三维流体流动场的先进的工具，使用ANSYS中用于FLOTRAN CFD分析的FLUID 141和FLUID 142 单元，可解决如下问题：∙作用于气动翼(叶)型上的升力和阻力∙超音速喷管中的流场∙弯管中流体的复杂的三维流动同时，FLOTRAN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∙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∙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(由固体隔开)热交换器进行研究FLOTRAN 分析的种类FLOTRAN可执行如下分析：∙层流或紊流∙传热或绝热∙可压缩或不可压缩∙牛顿流或非牛顿流∙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。
ANSYS流体分析CFD
第一章 FLOTRAN 计算流体动力学(CFD)分析概述FLOTRAN CFD 分析的概念ANSYS程序中的FLOTRAN CFD分析功能是一个用于分析二维及三维流体流动场的先进的工具，使用ANSYS中用于FLOTRAN CFD分析的FLUID 141和FLUID 142 单元，可解决如下问题：作用于气动翼(叶)型上的升力和阻力超音速喷管中的流场弯管中流体的复杂的三维流动同时，FLOTRAN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~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(由固体隔开)热交换器进行研究FLOTRAN 分析的种类FLOTRAN可执行如下分析：层流或紊流传热或绝热-可压缩或不可压缩牛顿流或非牛顿流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。
层流分析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。
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。
^热分析流体分析中通常还会求解流场中的温度分布情况。
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。
可压缩流分析对于高速气流，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，ANSYS对于这种流动情况会使用不同的解算方法。
ANSYS流体分析
第一章 FLOTRAN 计算流体动力学(CFD)分析概述FLOTRAN CFD 分析的概念ANSYS程序中的FLOTRAN CFD分析功能是一个用于分析二维及三维流体流动场的先进的工具，使用ANSYS中用于FLOTRAN CFD分析的FLUID 141和FLUID 142 单元，可解决如下问题：作用于气动翼(叶)型上的升力和阻力超音速喷管中的流场弯管中流体的复杂的三维流动同时，FLOTRAN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(由固体隔开)热交换器进行研究FLOTRAN 分析的种类FLOTRAN可执行如下分析：层流或紊流传热或绝热可压缩或不可压缩牛顿流或非牛顿流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。
层流分析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。
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。
热分析流体分析中通常还会求解流场中的温度分布情况。
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。
可压缩流分析对于高速气流，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，ANSYS对于这种流动情况会使用不同的解算方法。
ANSYS／FLOTRAN流体动力学分析
ANSYS／FLOTRAN流体动力学分析
使用ANSYSFLOTRAN进行流体动力学分析时，首先需要建立一个几何模型。
可以使用ANSYS的几何建模工具或其他CAD软件进行建模，并将几何模型导入到FLOTRAN中。
然后，需要定义流体材料属性、边界条件和初始条件。
可以选择不同的材料模型，如理想气体、压缩流体或多相流体，并指定相应的物理参数。
边界条件定义了流体流动的入口和出口条件，例如速度、压力或温度。
初始条件是指流体的初始状态，包括速度、压力和温度。
在建立完几何模型和定义边界条件后，可以进行网格生成。
网格的质量对计算结果的准确性和稳定性至关重要，因此需要根据具体问题进行调整。
ANSYSFLOTRAN提供了丰富的网格生成工具，并支持结构化和非结构化网格。
完成网格生成后，可以设置求解器参数并开始求解。
ANSYSFLOTRAN 使用数值方法离散化方程，并通过迭代求解获得流动场的数值解。
求解器可以自动适应计算速度和精度，并提供详细的收敛信息。
求解完成后，可以进行后处理分析。
ANSYSFLOTRAN提供了多种后处理工具，如流线、压力和温度分布图、剪切应力等。
此外，还可以对结果进行比较和优化，以寻找最佳设计方案。
总之，ANSYSFLOTRAN是一种强大的流体动力学分析工具，可用于模拟和分析各种流体流动问题。
它提供了丰富的功能和工具，帮助工程师更好地理解和优化流体流动的行为。
ANSYS流体分析CFD
第一章 FLOTRAN 计算流体动力学(CFD)分析概述FLOTRAN CFD 分析的概念ANSYS程序中的FLOTRAN CFD分析功能是一个用于分析二维及三维流体流动场的先进的工具，使用ANSYS中用于FLOTRAN CFD分析的FLUID 141和FLUID 142 单元，可解决如下问题：∙作用于气动翼(叶)型上的升力和阻力∙超音速喷管中的流场∙弯管中流体的复杂的三维流动同时，FLOTRAN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∙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∙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(由固体隔开)热交换器进行研究FLOTRAN 分析的种类FLOTRAN可执行如下分析：∙层流或紊流∙传热或绝热∙可压缩或不可压缩∙牛顿流或非牛顿流∙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。
层流分析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。
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。
热分析流体分析中通常还会求解流场中的温度分布情况。
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。
可压缩流分析对于高速气流，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，ANSYS对于这种流动情况会使用不同的解算方法。
ANSYS流体第4节flotran流体分析典型工程实例
第4 章FLOTRAN流体分析典型工程实例ANSYS程序中的FLOTRAN CFD流体分析是一个用于分析二维及三维流体流动场的先进工具。
本章重点通过实例讲解介绍FLOTRAN CFD流体分析在工程上的一些典型应用。
本章要点如何解决流体力学问题FLOTRAN流体分析典型工程实例本章案例三维U型管道速度场的数值模拟实际生活中射流现象的数值模拟4.1 如何解决流体力学问题在流体力学的研究中，常用的方法有理论研究方法、数值计算方法和实验研究方法。
理论研究方法的特点是：能够清晰、普遍地揭示出流动的内在规律，但该方法目前只局限于少数比较简单的理论模型。
研究更复杂更符合实际的流动一般采用数值计算方法，它的特点就是能够解决理论研究方法无法解决的复杂流动问题，如常见的航空工程、气象预报、水利工程、环境污染预报、星云演化过程等。
实验研究方法的特点就是结果可靠，但其局限性在于相似准侧不能全部满足、尺寸限制、边界影响等。
数值计算方法和实验研究方法相比，它所需的费用和时间都比较少，并且有较高的精度，但它要求对问题的物理特性有足够的了解（通过实验方法了解），并能建立较精确的描述方程组（通过理论分析）。
对于流体力学的数值模拟常采用的步骤如下。
（1）建立力学模型通过流动分析，采用合理的假设与简化，建立力学模型。
假设与简化：连续介质与不连续介质；理想流体与粘性流体；不可压缩流体与可压缩流体；定常流动与非定常流动。
（2）建立数学模型根据力学模型，建立描述力学模型的数学方程组，并利用无量钢化、量纲分析、引进新的物理参数、经验或半经验公式等方法对基本方程组进行简化，得到相应流动的求解方程组，再根据具体的流动条件确定流动的初始条件和边界条件。
描写流体运动的两种方法：拉格朗日方法和欧拉方法。
（3）求解方法●准确解法：解析解●近似解法：近似解、数值解●实验解法：相似解（4）求解结果速度分布、压力分布、合力、阻力、能量耗散等物理量的求解结果。
ANSYS耦合场分析指南
第一章耦合场分析1.1耦合场分析的定义耦合场分析是指考虑了两个或多个工程物理场之间相互作用的分析。
例如压电分析，考虑结构和电场间的相互作用：求解由施加位移造成的电压分布或相反过程。
其它耦合场分析的例子有热－应力分析，热－电分析，流体－结构分析。
需要进行耦合场分析的工程应用有压力容器（热－应力分析），流体流动的压缩（流体结构分析），感应加热（磁－热分析），超声波换能器（压电分析）以及磁体成形（磁－结构分析），以及微电机械系统（MEMS）等。
1.2耦合场分析的类型耦合场分析的过程依赖于所耦合的物理场，但明显可以可分为两类：顺序耦合和直接耦合。
1.2.1 顺序耦合方法顺序耦合方法包括两个或多个按一定顺序排列的分析，每一种属于不同物理场的分析。
通过将前一个分析的结果作为载荷施加到第二个分析中的方式进行耦合。
典型的例子是热－应力顺序耦合分析，热分析中得到节点温度作为“体载荷”施加到随后的应力分析中去。
1.2.2 直接耦合方法直接耦合方法一般只涉及到一次分析，利用包括所有必要自由度的耦合场类型单元。
通过计算包含所需物理量的单元矩阵或载荷向量的方式进行耦合。
例如使用了SOLID5、PLANE13或SOLID98单元的压电分析。
另外的例子如利用TRANS126单元的MEMS分析。
1.2.3 直接法与顺序法的应用场合对于耦合情况的相互作用非线性程度不是很高的情况，顺序耦合法更有效，也更灵活。
因为两个分析之间是相对独立的。
例如在热应力顺序耦合分析中，可以先进行非线性瞬态热分析，然后再进行线性静力分析。
可以将瞬态热分析中任一载荷步或时间点的节点温度作为载荷施加到应力分析中。
顺序耦合可以是不同物理场之间交替进行执行，直到收敛到一定精度为止。
当耦合场之间的相互作用是高度非线性的，直接耦合具有优势。
它使用耦合变量一次求解得到结果。
直接耦合的例子有压电分析，流体流动的共轭传热分析，电路－电磁分析。
这些分析中使用了特殊的耦合单元直接求解耦合场间的相互作用。
ansys流体分析FLOTRAN
一、FLOTRAN CFD 分析的概念 二、 FLOTRAN 分析的种类
1、层流分析 2、紊流分析 3、热分析 4、可压缩流分析 5、非牛顿流分析 6、多组份传输分析
2001年10月1日 2019/2/24
*ANSYS培训教程 – 版本 5.5 – XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)
2001年本 5.5 – XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)
Intro-16
非牛顿流分析
Objective
T-2. FLOTRAN 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 的流动，对于这种非牛顿流体，ANSYS程序提供了三中粘性模式 和一个用户自定义子程序。
2001年10月1日 2019/2/24
*ANSYS培训教程 – 版本 5.5 – XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)
Intro-6
目录
第五章
Guidelines
FLOTRAN层流和湍流分析算例
一、问题描述 二、分析方法及假定 三、几何尺寸及流体性质 四、分析过程
第1步：进入ANSYS 第2步：设置分析选择 第3步：定义单元类型 第4步：生成分析区域的几何面 第5步：定义单元形状 第6步：划分有限元网格 第7步：生成并应用新的工具栏按钮 第8步：施加边界条件 第9步：求解层流
ANSYS程序中的FLOTRAN CFD分析功能是一个用于分析二维及三 维流体流动 场的先进的工具，使用 ANSYS 中用于 FLOTRAN CFD分析的FLUID 141和FLUID 142 单元，可解决如下问题： 作用于气动翼(叶)型上的升力和阻力 超音速喷管中的流场 弯管中流体的复杂的三维流动 同时，FLOTRAN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 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 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(由固体隔开)热交换器进行研究
ANSYS_CFD之Flotran中文讲解说明(1)
15 设置FLOTRAN分析的自由度限值命令：FLDATA31, CAPP, Lable, Value功能：设置自由度变量的限值以防止出现不合理结果菜单：Main Menu>Preprocessor>FLOTRAN Set Up>Relax/Stab/Cap>Results CappingMain Menu>Solution>FLOTRAN Set Up>Relax/Stab/Cap>Results Capping其中，Lable的选项及其各自含义如下：VELO：控制是否加速度限值，缺省为否TEMP：控制是否加温度限值，缺省为否PRES：控制是否加压力限值，缺省为否UMIN：指定X方向速度的最小限值，缺省为-1×1020UMAX：指定X方向速度的最大限值，缺省为1×1020VMIN：指定Y方向速度的最小限值，缺省为1×1020WMIN：指定Z方向速度的最小限值，缺省为-1×1020WMAX：指定Z方向速度的最大限值，缺省为1×1020TMIN：指定温度的最小限值，缺省为-1×1020实用文档TMAX：指定温度的最大限值，缺省为1×1020 PMIN：指定压力的最小限值，缺省为-1×1020 PMAX：指定压力的最大限值，缺省为1×1020该命令的菜单形式有如下两个：实用文档16 选择FLOTRAN各自由度相应的求解器命令：FLDATA18, METH, Lable, Value功能：选择每个自由度的解算方法菜单：Main Menu>Preprocessor>FLOTRAN Set Up>CFD Solver Controls>VXSolver CFD实用文档Solver CFDMain Menu>Preprocessor>FLOTRAN Set Up>CFD Solver Controls>VZ Solver CFDMain Menu>Preprocessor>FLOTRAN Set Up>CFD Solver Controls>PRES Solver CFDMain Menu>Preprocessor>FLOTRAN Set Up>CFD Solver Controls>TEMP Solver CFDMain Menu>Preprocessor>FLOTRAN Set Up>CFD Solver Controls>ENKE Solver CFDMain Menu>Preprocessor>FLOTRAN Set Up>CFD Solver Controls>ENDS Solver CFDMain Menu>Solution>FLOTRAN Set Up>CFD Solver Controls>VX Solver CFDMain Menu>Solution>FLOTRAN Set Up>CFD Solver Controls>VY Solver CFDMain Menu>Solution>FLOTRAN Set Up>CFD Solver Controls>VZ Solver CFD实用文档Solver CFDMain Menu>Solution>FLOTRAN Set Up>CFD Solver Controls>TEMP Solver CFDMain Menu>Solution>FLOTRAN Set Up>CFD Solver Controls>ENKE Solver CFDMain Menu>Solution>FLOTRAN Set Up>CFD Solver Controls>ENDS Solver CFD其中，Lable的选项及其各自的含义如下：VX：指定X方向速度求解器，缺省为TDMA（三对角矩阵法〕VY：指定Y方向速度求解器，缺省为TDMA（三对角矩阵法〕VZ：指定Z方向速度求解器，缺省为TDMA（三对角矩阵法〕PRES：指定压力求解器，缺省为PCRM（预条件共轭残差法）TEMP：指定温度求解器，缺省为TDMA（三对角矩阵法〕ENKE：指定湍流动能求解器，缺省为TDMA（三对角矩阵法〕ENDS：指定湍流动能耗散率求解器，缺省为TDMA（三对角矩阵法〕Value的值及其含义如下：实用文档0：不求解该自由度的方程1：使用三对角矩阵法（TDMA, 作为除压力外其它所有自由度的缺省求解器）2：使用共轭残差法（CRM〕（该方法为半直接迭代求解法）3：使用预条件共轭残差法（PCRM〕（该方法为半直接迭代求解法）4：使用预条件广义最小残差法（PGMR）该命令的菜单形式如下（在此只显示了VX的菜单，其它自由度的菜单与此类似）：实用文档17 对FLOTRAN各求解器的控制命令：FLDATA19, TDMA, Lable, Value功能：指定各自由度用TDMA法求解时的迭代数（推进步数）其中，Lable的选项及其各自的含义如下：VX：指定X方向速度TDMA法推进步数，缺省为1VY：指定Y方向速度TDMA法推进步数，缺省为1VZ：指定Z方向速度TDMA法推进步数，缺省为1PRES：指定压力TDMA法推进步数，缺省为100TEMP：指定温度TDMA法推进步数，缺省为100ENKE：指定湍流动能TDMA法推进步数，缺省为10ENDS：指定湍流动能耗散率TDMA法推进步数，缺省为10Value 即为上述推进步数（迭代数）注意：该命令只有PRES、TEMP、ENKE、ENDS四项能通过菜单达到，因若改变了速度项的推进步数缺省值，通常会引起求解不稳定。
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No Boundaries ANSYS/FLOTRAN分析指南目录第一章FLOTRAN计算流体动力学(CFD)分析概述 1 第二章FLOTRAN分析基础 3第三章 FLOTRAN设置命令14 第四章 FLOTRAN边界条件59 第五章 FLOTRAN层流和湍流分析算例65第一章 FLOTRAN 计算流体动力学(CFD)分析概述FLOTRAN CFD 分析的概念ANSYS程序中的FLOTRAN CFD分析功能是一个用于分析二维及三维流体流动场的先进的工具，使用ANSYS中用于FLOTRAN CFD分析的FLUID 141和FLUID 142 单元，可解决如下问题：•作用于气动翼(叶)型上的升力和阻力•超音速喷管中的流场•弯管中流体的复杂的三维流动同时，FLOTRAN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•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•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(由固体隔开)热交换器进行研究FLOTRAN 分析的种类FLOTRAN可执行如下分析：•层流或紊流•传热或绝热•可压缩或不可压缩•牛顿流或非牛顿流•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。
层流分析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。
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。
热分析流体分析中通常还会求解流场中的温度分布情况。
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。
可压缩流分析对于高速气流，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，ANSYS对于这种流动情况会使用不同的解算方法。
非牛顿流分析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，对于这种非牛顿流体，ANSYS程序提供了三中粘性模式和一个用户自定义子程序。
多组份传输分析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（但被固体相互隔开）的热交换分析。
第二章FLOTRAN分析基础FLOTRAN单元的特点ANSYS中的FLOTRAN单元，即FLUID141和FLUID142，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。
对于这些单元，ANSYS通过质量、动量和能量三个守恒性质来计算流体的速度分量、压力、以及温度。
FLUID141单元FLUID141单元具有下列特征：维数：二维形状：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、多达六种流体的各自质量所占的份额FLUID142单元FLUID142单元具有下列特征：维数：三维形状：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、多达六种流体的各自质量所占的份额FLUID141单元FLUID142单元FLUID单元的其他特征FLUID单元的其他特征包括：•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、剪应力、壁面处的y-plus、以及流线函数；热分析中的热流、热交换（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。
用户无需提供流场进口处紊流项的边界条件，因FLOTRAN对此提供的缺省值适用于绝大多数分析。
•热边界条件，包括：温度、热流、体积热源、热交换（膜）系数。
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（swirl）选项即可算出垂直于对称平面的速度分量。
使用FLOTRAN单元的一些限制及注意事项FLOTRAN单元的一些局限性：•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•ANSYS程序的某些特征不能同FLOTRAN单元一起使用•使用FLOTRAN单元时不能使用某些命令或菜单•当使用ANSYS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FLOTRAN SetUp部分要求了的特征和选项。
FLOTRAN单元使用中的一些限制当使用FLOTRAN单元时，要避免使用ANSYS的某些特征和命令，至少，要注意到在使用FLOTRAN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。
使用FLOTRAN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ANSYS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。
•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FLOTRAN结果文件（Jobname.RFL），这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，用户必须在操作系统里才能删除那些无用的结果文件。
•CP命令通过对自由度进行耦合来形成周期边界条件，ANSYS命令手册对CP 命令的描述是可以只对某些自由度进行耦合，但作FLOTRAN分析时，周期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很困难。
•ADAPT命令不适用于FLOTRAN分析。
•不能用ANTYPE命令来引入FLOTRAN的瞬态分析。
•FLOTRAN分析不支持自动时间步长功能，详见“FLOTRAN瞬态分析”。
•如果用户通过BFCUM、BFDELE或BFUNIF来定义节点热源，则ANSYS 会在内部用BFE命令来代替。
•不能使用LDREAD,FORC命令来电磁载荷转换到FLOTRAN分析中，而必须使用相应的宏来进行转换。
•FLOTRAN分析不能使用CE、CECMOD、CEDELE和DEINTF命令。
•FLOTRAN分析不能使用CNVTOL命令来设置收敛容差。
•不能用DSYM命令来定义FLOTRAN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。
•在FLOTRAN分析中，使用FLDATA4,TIME命令而不是DELTIM命令来定义一个载荷步的时间。
•对于FLOTRAN分析，不能使用DESOL命令或PRESOL命令来修改节点的热（HEAT）、流（FLOW）、或流密（FLUX）结果。
•FLOTRAN分析不允许将积分点结果外推到节点上（ERESX命令）。
•FLOTRAN分析不允许通过镜象操作来形成单元。
•FLOTRAN分析不能用KBC命令来施加渐变载荷，而必须用多个载荷步来逐渐改变载荷。
•FLOTRAN分析不允许用LCCALC、LCDEF、LCFA、LCFI等命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FLOTRAN中相互独立的求解器。
•FLOTRAN分析不允许用NEQUIT命令来定义非线性分析的平衡迭代数。
•FLOTRAN分析要求节点坐标系必须是总体的卡尔坐标系，故不能用N命令、NMODIF命令、和NROTAT命令的旋转（rotational）域。
•FLOTRAN分析中，FLDATA2,ITER命令和FLDATA4,TIME命令用来控制一个载荷步中的总体迭代数。
•FLOTRAN分析不允许用户自定义单元。
•FLOTRAN分析中，FLDATA2,ITER命令和FLDATA4,TIME命令用来对写入数据库中的结果进行控制。
•PRNLD命令不能用于FLOTRAN分析中，因其不能将边界条件作为可打印的单元节点载荷来保存。
•FLOTRAN分析中没有节点反力解。
•部分和预定义求解选项（PSOLVE命令定义）不适用于FLOTRAN各自独立的求解器。
•TIME命令不能用在FLOTRAN分析中。
•FLOTRAN用FLDATA1,SOLU命令而不是TIMINT命令来定义瞬态载荷步。
•FLOTRAN用FLDATA4,TIME命令而非TRNOPT命令来定义瞬态分析选项。
FLOTRAN分析的主要步骤一个典型的FLOTRAN分析有如下七个主要步骤：1. 确定问题的区域。
2. 确定流体的状态。
3. 生成有限元网格。
4. 施加边界条件。
5. 设置FLOTRAN分析参数。
6. 求解。
7. 检查结果。
第一步：确定问题的区域用户必须确定所分析问题的明确的范围，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。
第二步：确定流体的状态用户在此需要估计流体的特征，流体的特征是流体性质、几何边界以及流场的速度幅值的函数。
FLOTRAN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，FLOTRAN中的气流只能是理想气体。
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。
通常用雷诺数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，详见第四章。
通常用马赫数来判别流体是否可压缩，详见第七章。
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0.3时，就应考虑用可压缩算法来进行求解；当马赫数大于0.7时，可压缩算法与不可压缩算法之间就会有极其明显的差异。
第三步：生成有限元网格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。
为了得到精确的结果，应使用映射网格划分，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MSHKEY,1或其相应的菜单Main Menu>Preproce ssor > -Meshing-Mesh>-entity-Mapped来实现。