CFX培训教材06瞬态模拟
ANSYS CFX 14 0超级学习手册
4.4 ANSYS ICEM CFD实例分析
4.4.1启动ICEM CFD并建立分析项目 4.4.2几何模型导入 4.4.3模型建立 4.4.4生成网格 4.4.5网格检查及编辑 4.4.6网格输出与保存
1
5.1新项目创 建与网格导入
2
5.2库设定
3
5.3计算域设 定
4
5.4边界条件 设定
5
5.5初始条件 设定
5.7输出文件和监 控设定
5.6求解器设定
本章小结
5.1新项目创建与网格导入
5.1.1工程项目新建 5.1.2网格导入 5.1.3项目保存
5.3计算域设定
5.3.1计算域创建 5.3.2计算域设定
5.4边界条件设定
5.4.1插入边界条件 5.4.2边界条件类型
6.1激活求解管理器 6.2模拟计算的定义
13.1多孔介质
13.2催化转换器分 析
13.3多孔介质催化 层分析
本章小结
13.1多孔介质
13.1.1多孔介质定义及特点 13.1.2 CFX多孔介质 13.1.3多孔介质分析流程
目录分析
1
1.1流体力学 基础
2
1.2流体力学 控制方程
3
1.3流体力学 数值计算基础
4 1.4 CFD软件
结构及常用的 CFD软件
5
本章小结
1.1流体力学基础
1.1.1流体及其基本特性 1.1.2流体运动的分类和描述方法
1.2流体力学控制方程
1.2.1物质导数 1.2.2连续性方程 1.2.3 N-S方程
10.4室内温度的计算
10.4.1问题描述 10.4.2分析过程 10.4.3启动WorkBench并建立分析项目 10.4.4导入通风管道网格文件 10.4.5设置计算模型 10.4.6通风管道边界条件设置 10.4.7通风管道输出控制的设定 10.4.8插入监测点 10.4.9通风管道计算求解
CFX培训教材06瞬态模拟
2.时间长度和步长 • 设置Time Step size
– 控制两计算时间点之间的间隔
• 选项:
– Timesteps / Timesteps for the Run
• 可采用不同的方式, 例如 • 0.001 • 0.001, 0.002, 0.002, 0.003 • 5*0.001, 10*0.05, 20*0.06
5. 指定求解器设置 6. 设定瞬态结果文件(results files), 瞬态统计(transient statistics), 监测点(monitors points) 7. 运行求解器
1. 分析类型 • 在目录树上编辑Analysis Type，设置option为Transient
2. 时间长度和步长 • 设置Time Duration
❖ 对大多数瞬态模拟，推荐采用默认的Second Order Backward Euler格式
❖ Timestep Initialisation控制前一时间步作为后一时 间步计算起点的方式
可以与前一求解的时间步初值(Previous Timestep)保持一致
或求解器可以通过对前一求解的外推 (extrapolate ), 以获得一更好的计算起点
的几个循环
Residuals
2 4 6 8 10 12 14 16
Time (seconds)
❖ Transient scheme定义瞬态项的数值算法
5. 求解控制 ❖ 两个隐式时间步格式可选:
First Order Backward Euler (更稳定)
Second Order Backward Euler (更精确)
CFX培训教材06瞬态模拟
❖自然界几乎所有流动都是瞬态流动!
飞行器CFD仿真分析专题培训
飞行器CFD仿真分析专题培训应群里兄弟对飞行器的热爱本部组织举行飞行器空气动力学流体CFD专题培训，这是飞机设计中密不可少，鉴于目前关于此培训市场上没有，而专题的针对型培训价格昂贵，所以组织此培训来满足大家的需求。
培训老师：张永立，原ANSYS中国西部大区流体技术经理，10年以上CFD 工程仿真经验。
课程分三大节，主要内容是飞行器CFD仿真分析，包括模型处理、网格划分、计算设置与求解、后处理等内容。
课程时间为8月11日到8月15日，晚上8点开始。
通过这次培训可以让初学者基本掌握Fluent飞行器外流场气动分析的基本知识，为后续高级课程打好基础。
为了确保培训效果，提供培训讲解视频。
第一大节课：1.CFD理论基础简介2.CFD仿真分析流程及要点说明3.演示案例1：FLUENT翼型外流场绕流流体动力学分析（2D）a)DesignModeler几何建模b)Meshing网格划分c)FLUENT物理前处理设置d)FLUENT求解及监控e)CFD-Post计算结果后处理第二大节课：1.FLUENT物理前处理设置技术详解a)材料定义b)计算区域/计算模型定义c)边界条件定义2.FLUENT求解技术讲解a)求解器类型b)初始条件c)数据监控/收敛准则3.CFD-POST结果后处理技术详解4.演示案例2：FLUENT翼身结构外流场气动分析a)导入已有网格b)定义计算模型和边界条件c)求解监控和收敛准则d)初始化与求解e)后处理（气动载荷分布、载荷积分、力矩计算、翼型升阻力特性处理等）第三大节课：1.提高飞行器气动分析精度的主要途径2.ICEM CFD结构化网格讲解d)ICEM CFD基本介绍e)六面体网格block的操作理念f)六面体网格划分操作讲解3.案例演示3：弹体外流场气动分析d)ICEM CFD结构化网格划分和导出e)FLUENT物理前处理设置f)FLUENT求解及监控g)CFD-Post计算结果后处理航空飞行器设计群328873332 328873332。
CFX培训——软件介绍
●代数雷诺应力模型 ●微分雷诺应力模型 ●微分雷诺通量模型 ●SST（Shear Stress Transport ）模型 ●大涡模型 化学反应动力学 多孔介质 多组分流体 多相流分析 燃烧分析 自由表面 传热 ●粘性加热 ● 对流 ● 传导 ● 辐射传热
-Surface-to-Surface 法 -Gibbs 法 ●流固耦合传热 ■ 数值方法 ●基于有限元的有限体积方法 ●有限体积法 ● 全隐式的耦合算法 ●SIMPLE 和PISO 耦合算法 ●线性的或二阶时间差分 -混合差分 -迎风格式 -高阶迎风格式 -QUICK 格式 -CONDIF 格式 -TVD/MUSCL 格式 -CCCT 格式
产品特色：CFX
精确性,快速收敛性 强大的后处理 SPECIAL FEATURES
优秀的GUI WorkBench集成 多层次二次开发
双向耦合求解
产品特色一
精确性
� 独有的有限元和有限体积法优点的结合 � 先进的湍流模型：SST 模型、大涡模型、转捩模型… � CFD界首创的以高精度格式直接收敛的商业软件
谢 谢
欢迎访问
强大的后处理功能CFX-POST
产品特色四
BladeModeler TurboGrid Turb转机械解决方案 TURBO SYSTEM
CFX Solver TurboPost Structural Extensions Mechanical Analysis
产品特色五
精准的分离模拟
应用案例：能源动力(1)
• • • • • • 美国公用事业部 200Mw前后墙燃煤锅炉 4排共24个燃烧器 6个燃烬风口 OFA 网格：312,000 单元 7 种工况
试验 4.2 2175 2358 250 2.5 模拟 8.6 2155 2388 234 2.72
应急柴油发电机组的建模与瞬态仿真
应急柴油发电机组的建模与瞬态仿真【摘要】本文建立了某柴油发电机组柴油机的瞬态仿真模型，在Matlab/Simulink仿真平台编制了仿真计算程序，根据核电站反应堆安全停堆的负荷特性，进行了柴油机突加负载瞬态仿真计算，预测了柴油机的转速、喷油量、进气压力以及齿条位置等参数的变化。
将计算结果与国外某公司的计算结果进行了对比分析，验证了所建立仿真模型的准确性及实用性。
【关键词】柴油机；发电机组；瞬态；建模；仿真引言核电站遇到突发事件时，需要迅速启动柴油应急发电机组，对核反应堆进行及时冷却停堆，以避免重大事故的发生，这对柴油机的加载过程中的负载变化响应提出了严格的要求。
在机组设计时，必须根据反应堆安全停堆负荷特性对机组的启动及瞬态加载能力进行模拟。
本文建立了某柴油发电机组柴油机的瞬态仿真模型，在Matlab/Simulink仿真平台编制了仿真计算程序，根据某核电站反应堆安全停堆的运行特性，进行了柴油机加载过程的仿真模拟研究。
1 柴油机仿真的数学模型1.1 柴油机气缸内的基本方程假定气缸内的工质在任意时刻都是混合均匀的，各处的压力、温度和成分都相同，则可用压力、温度及质量三个基本参数表示缸内气体的状态，即能量守恒方程、质量守恒方程及状态方程，联立求解可得到气缸内温度Tz对曲轴转角的变化率：式中Vz为气缸工作容积，Qf为燃料燃烧的放热量，Qw为通过气缸壁的传热量，ms，mz为流入流出气缸的工质质量。
1.2 燃油燃烧放热规律本文所计算的是中高速柴油机，故选用双韦伯函数代用燃烧放热规律：双韦伯函数把预混合燃烧与扩散燃烧分开考虑，dx1/d代表预混合燃烧，dx2/d代表扩散燃烧，两种燃烧的持续期分别为zp与zd，τ=zp/2代表预混合燃烧领先角，Qp代表预混合燃烧的燃料分数，Qd代表扩散燃烧的燃料分数，Qp+Qd=1。
1.3 燃烧室周壁的热传导工质与气缸盖底面、活塞顶面和气缸套的表面等燃烧室诸壁面进行换热。
根据工质对燃烧室周壁的瞬时平均换热系数αw和壁面的平均温度Tw，按传热学中的牛顿公式，计算燃烧室周壁传热率：式中，n为柴油机转速；w为瞬时平均传热系数，采用Woschni公式计算；Ai为换热面积；Tz为气缸内工质瞬时温度；Tw为壁面的平均温度；i为1、2、3分别指气缸盖、活塞和气缸套。
cfx
2-29 CFX 10.0
© 2005 ANSYS, Inc.
固体时间长度
固体时间长度应该远远大于流体时间长度 (通常选择流体 时间范围的10到100倍）
- 在固体域中，能量方程通常非常稳定 - 固体时间长度比流体要大得多
流体时间长度一般用 L/V 来估计 固体时间长度由下列式子自动计算 L2/α where: α=λ/ρcp
2-10 CFX 10.0
© 2005 ANSYS, Inc.
流体子域
流体子域允许添加下列源项 (取决于在创建域的时候设 定的物理模型):
- 能量 - 质量 (连续性) - 动量 - 通过设定合适的系数，可以模拟线性或二次函数式的阻力 - 辐射 - 只适用于单相，可以选择 Discrete Transfer 或 Monte Carlo 模型 - 附加变量 - 流体组分 - 湍流
- 对流体边界没有什么需要特殊考虑的地方 - 对固体的外部面必须施加固体边界条件（即那些不和流体域相连的 面）
求解器控制:
- 固体时间长度控制必须用以下两种方式当中的一种定义:
- Auto Timescale with optional Solid Timescale Factor - Physical Timescale with required Solid Timescale
速度矢量 静压 温度 湍流变量 其他
2-8 CFX 10.0
© 2005 ANSYS, Inc.
子域
CFX-Pre
2-9
© 2005 ANSYS CHINA, Inc.
CFX 10.0
子域
在指定3D区域施加源项 创建子域前必须有一个域已经存在 一个域中可以包含多个子域 流体子域必须处于流体域中 固体子域必须处于固体域中 源（和汇）可以是常数或CEL表达式 设定子域一开始需要给子域命名，并选择它所在的域
ansys CFX 功能介绍
CFX 是全球第一个通过ISO9001质量认证的大型商业CFD 软件，是英国AEATechnology 公司为解决其在科技咨询服务中遇到的工业实际问题而开发，诞生在工业应用背景中的CFX 一直将精确的计算结果、丰富的物理模型、强大的用户扩展性作为其发展的基本要求，并以其在这些方面的卓越成就，引领着CFD 技术的不断发展。
目前，CFX 已经遍及航空航天、旋转机械、能源、石油化工、机械制造、汽车、生物技术、水处理、火灾安全、冶金、环保等领域，为其在全球6000多个用户解决了大量的实际问题。
回顾C F X 发展的重要里程，总是伴随着她对革命性的C F D 新技术的研发和应用。
1995年，CFX 收购了旋转机械领域著名的加拿大ASC 公司，推出了专业的旋转机械设计与分析模块—CFX-Tascflow ，CFX-Tascflow 一直占据着80%以上的旋转机械CFD 市场份额。
同年，CFX 成功突破了CFD 领域的在算法上的又一大技术障碍，推出了全隐式多网格耦合算法，该算法以其稳健的收敛性能和优异的运算速度，成为CFD 技术发展的重要里程碑。
CFX 一直和许多工业和大型研究项目保持着广泛的合作，这种合作确保了CFX 能够紧密结合工业应用的需要，同时也使得CFX 可以及时加入最先进的物理模型和数值算法。
作为CFX 的前处理器，ICEM CFD 优异的网格技术进一步确保CFX 的模拟结果精确而可靠。
2003年，CFX 加入了全球最大的CAE 仿真软件ANSYS 的大家庭中并正式更名为ANSYS CFX 。
我们的用户将会得到包括从固体力学、流体力学、传热学、电学、磁学等在内的多物理场及多场耦合整体解决方案。
ANSYS CFX 将永远和我们的用户伙伴一起，用最先进的技术手段，不断揭开我们身边真实物理世界的神秘面纱。
产品关键词发展历史● 精确的数值方法● 快速稳健的求解技术● 丰富的物理模型● 领先的流固耦合技术● 集成环境与优化技术● 专业的旋转机械流动分析模块● 先进的网格技术ANSYS CFX产品特色ANSYS CFX是全球第一个在复杂几何、网格、求解这三个CFD传统瓶径问题上均获得重大突破的商业CFD软件。
CFX培训教材求解器设置
对旋转机械, 推荐时间步取1/ ( 的单位为rad/s)
对浮力驱动流, 时间步应该是基于重力, 热膨胀率, 温差和长度尺
初始化– 设置初值
初值选项为Automatic，表示CFXSolver会为求解变量计算一个初值.
– 将基于边界条件和domain的设置
初值选项为Automatic with Value，表
示CFX-Solver 以设定的值作为求解变
量的计算初值.
– 可以是常数或表达式
当以计算结果作为初值时，以上设置
求解ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ控制– 对流格式
对流项格式指在输运方程中对对流项的数 值离散方法
Unsteady
Advection
Diffusion
Generation
三种可供选择的格式：High Resolution, Upwind 和 Specified Blend
– 后续将有讨论
默认的High Resolution格式，一般不作修 改
High Resolution Scheme
求解器控制 – 湍流
湍流方程的离散格式默认的为迎风 (Upwind)格式
– 通常的应用足够
也能采用高精度的求解格式
– 对非结构化网格的边界层计算中会得到更精确 的计算结果
A Pera Global Company © PERA China
收敛控制
当求解器达到最大的迭代步数以后，求解 结束
Upwind Scheme
指定混合格式，指定 b 值(0~1), (即. 介于 无修正到全修正)
– 容易出现超过或者低于实际物理值的结果
《CFD-Post模拟后处理专题课》讲义CFD-CFX模拟结果分析-Ansys-Fluent模拟处理
《CFD-Post 模拟后处理专题课》I 云图 I 矢量图 I 流线图 I 曲线图 I 散点图 l 数据报告 l 瞬态动 l 画高阶功能 lCFD-Post of simulation post-processing course目录CONTENTS软件简介软件启动与界面数据导入与视图操作创 建 位 置网 格 显 示体 渲 染文 本 设 置legend图例设置数据随时间的变化颗粒物Dpm模型流场涡量处理及分析（Q准则）自定义函数变量云图数据显示矢 量 图流线图与轨迹线图曲 线 图创 建 表 格软件自动化CCL基础课程小结课程简介瞬态动画效果展示模 拟 结 果 输 出多模型结果同时显示瞬态模拟动画处理3三维云图3-D 切片等值线图曲 线图网格显示点云显示创 建 线压力云图4模拟效果图展示目录CONTENTS基本操作篇软件实操篇案例操作篇高阶功能简介课程小结论1S e c t i o n 1.1 i n t r o d u c t i o n t o C F D -p o s t s o f t w a r e1.1节 CFD-Post 软件简介8l 软件介绍: CFD-post是一款功能强大的数据分析和可视化处理软件。
l 功能介绍:l 可以处理CFD/CFX 模拟结果显示云图、矢量图、流线图、x-y曲线图、散点图、自动出数据报告、Q准则、l 多种格式的的2-D和3-D面切片和3-D体绘图格式。
会自动输出后处理仿真报告，报告中还会包含网格、边界条件等信息，通量报告和积分计算。
三维云图3-D 切片等值线图曲 线 图9l 多结果对比：多个CFD模拟后处理文件同步对比。
l 渲 染：实现体渲染，高效显示空间分布。
l 函数功能：expression函数功能十分强大，可以自定义函数，自由输出特定模拟结果。
比如能输出压降、温度(速度)耗散等参数，可以配合FLUENT软件进行参数化及优化分析l 动画制作: 直接根据瞬时保存的数据进行动画制作;动画界面逼真。
CFX 基础教程
1-13
CFX 5.7 © 2004 ANSYS Inc.
线性和非线性方程
线性方程容易求解
- 解有保证 - 例如: 简单的导热(导热系数为常数), 势流方程, 和弹 性应力分析
Example: 2D Heat Conduction
∇ ⋅q = 0 q = -k∇T for k = constant ∇2 T = 0 ∂ 2T ∂ 2T + 2 =0 or 2 ∂x ∂y
1-10 CFX 5.7 © 2004 ANSYS Inc.
能量守衡
流入热量 流入的总 焓
表述
输出功 能量 总量 流出的总 焓
流入热量 - 输出功 =
积分方程
内部能量变化率 + 流出的焓 - 流入的焓
∂ ∫ ρ e d∀ + ∫cs H ρ v ⋅ dA ∂ t cv
例子:
1D 稳态流动
(Q − W ) =
CFX 5.7 © 2004 ANSYS Inc.
1-3
什么是 CFD?
• CFD 是计算流体动 力学的缩写，即 Computational Fluid Dynamics 。 • CFD是模拟包含流 体流动、传热以及 其它附加的物理化 学现象的工具。
Coal combustion in a multi-burner furnace. Courtesy of International Combustion Limited
CFX-5.7文件结构
CFX-Pre
name.cfx Cfx.##.pre
CFX-5 Solver Manager
CFX-Post
---.res ---.def ---.gtm
Third Party Meshes
CFX11从入门到精通1
Disclaimer Notice:
This document has been reviewed and approved in accordance with the ANSYS, Inc. Documentation Review and Approval Procedures. “This ANSYS Inc. software product (the Program) and program documentation (Documentation) are furnished by ANSYS, Inc. under an ANSYS Software License Agreement that contains provisions concerning non-disclosure, copying, length and nature of use, warranties, disclaimers and remedies, and other provisions. The Program and Documentation may be used or copied only in accordance with the terms of that License Agreement.”
Version 1.3
CFX 11.0 培训教材
3/23/2007 © 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.
CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary
Inventory #002445 TOC-1
Version 1.3
培训手册 CFX 11.0入门培训 Inventory Number: 002445 Edition: 1.3 ANSYS Release: 11.0 Published Date: March 23, 2007
基于CFXFluent的瞬态流固耦合技术
基于CFX/Fluent的瞬态流固耦合技术
对于旋转机械而言，叶轮旋转到不同位置时候，叶片所承受的应力或变形是不同的。
这就涉及到叶片的流固瞬态耦合技术，请通过
QQ1611559509获取更多技术。
案例1：
水流从左侧流入，中间固定一铝板，水流会对铝板予以冲击而变形，模拟这一过程。
水将压力传递给铝板使铝板变形，铝板变形又进一步改变流场形状，这一交互过程持续进行，属于双向耦合问题。
案例2：
如图示以6000r/min转动的泵的模拟，考察叶片在任意时刻任意位置的应力与变形。
CFX培训教材瞬态模拟课件
时间
小的时间步， 求解点可以反映真实的现象
Dt
时间
PPT学习交流
10
2.时间长度和步长
• … 为了维持求解器的稳定性，也需要较小的时间步
• 关心的量可能变化缓慢 (例如. 固体内的稳定变化), 如果其它量(如, 速 度)具有较小的时间尺度，就不能采用较大的时间步
• Courant数常用C 于评o估u时N r间au 步nm :tb VeerloD ctity
阶段需要较小的时间步 – 计算获得稳定(周期模式)后，可以忽略开始
的几个循环
PPT学习交流
Residuals
2 4 6 8 10 12 14 16
Time (seconds)
13
5. 求解控制
• 对本次求解有效. 不计以前完成的时间步
PPT学习交流
8
2.时间长度和步长
• 设置Time Step size
– 控制两计算时间点之间的间隔
• 选项:
– Timesteps / Timesteps for the Run
• 可采用不同的方式, 例如 • 0.001 • 0.001, 0.002, 0.002, 0.003 • 5*0.001, 10*0.05, 20*0.06
• 也可以通过指定时间间隔的方法简单的进行流动分析.
• 自由面流动 • 冲击波的运动 • 等.
• 详细分析关心的量
• 固有频率 ，如.斯特劳哈尔数(Strouhal Number) • 时均(Time-averaged)和/或 均方根(RMS)值 • 与时间相关的参数 (如. 冷却一个热的固体的时间要求, 污染物的扩散时间) • 谱数据 – 快速傅里叶变换(FFT)
PPT学习交流
CFX培训教材物理设置
A Pera Global Company © PERA China
域 – 参考压力 参考压力
• 所有的相对压力基于参考压力
Pabs = Preference + Prelative
域
运动域 –可以指定域绕轴旋转 –当指定了域的旋转坐标后, CFX-Solver会求解相 应的科里奥利力(Coriolis)和离心力项和旋转坐 标系下的总能方程 网格变形 –用于涉及到动边界或动子域的情况 –可以强制网格运动
A Pera Global Company © PERA China
域的类型
Ex. 1: Preference= 0 Pa
Ex. 2: Preference= 100,000 Pa
A Pera Global Company © PERA China
域 – 浮力 浮力
–在重力作用下，由于密度的差异产生浮力
–当考虑buoyancy时, 基于流体密度和参考密度 的差异，在动量方程中将添加一个源项
Tubular heat exchanger
A Pera Global Company © PERA China
域的类型: 多孔介质
用一个简单的域代替由于几何非 常复杂，难以进行网格划分和求 解的情况 不用关注几何细节，通过数值方 法间接考虑他们的影响
静压力
–绝对压力Abeference + Prelative + rref g h
–对非浮力流，不存在静压力
A Pera Global Company © PERA China
压力和浮力的例子
CFX_13_瞬态模拟.
• 如果需要从初始估算值计算, 自动估算永远不 可用
– 用户必须输入初值 – ‘Automatic with Value’ 建议使用
2 4 6 8 10 12 14 16
Time (seconds)
3/23/2007 © 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.
• 和 Maximum Number of Timesteps类似，当 重新启动瞬态计算，不记及先前迭代的时间步 数
Version 1.3
3/23/2007 © 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.
CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary
-污染物扩散
– 脉动边界条件
-旋涡脱落
– 振动流
-回流区
– 浮力驱动流
Instant in time
t = 4231 seconds
Steady State
Transient
• 瞬态模拟需要为求解器输入实际时间来决定求解的时间间隔
3/23/2007 © 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.
– Timesteps for the Run – Adaptive
• 时间步发生变化以满足指定的收敛标准
Version 1.3
3/23/2007 © 2007 ANSYS, In.0 ANSYS, Inc. Proprietary
Inventory #002445 13-8
如何设定瞬态问题 2. 边界条件
• 如果需要, 使用时间函数表达式代替常量边界条件
CFX培训教材06瞬态模拟
4. 初始化 • 最好采用与物理实际符合的初值条件
– 经常采用稳态计算的收敛解作为初值
• 瞬态模拟的初值越准确，瞬态计算得到的初 值就越精确
– 前面几个时间步可能不收敛 – 为了保证求解器的稳定性，瞬态计算的最初
阶段需要较小的时间步 – 计算获得稳定(周期模式)后，可以忽略开始
Dt 时间
2.时间长度和步长 – … 为了维持求解器的稳定性，也需要较小定变化), 如果其 它量(如, 速度)具有较小的时间尺度，就不能采用较大的时 间步 Courant Number Velocity Dt
Courant数常用于评估时间步: Element Size
Time (seconds)
5 coefficient Loops
对稳态计算也如有相何似求的设解置 瞬态问题
通常的工作流程：
1. 设置分析类型为Transient 2. 指定瞬态求解时间和时间步长 3. 设置物理模型和边界条件
– 边界条件可以随时间变化
4. 指定初始条件
– 最好采用符合实际的物理条件, 比如稳态计算结果
– 在一个时间步内，流体通过的网格的数目 – Courant数通常介于2 – 10之间, 但在一些情况下该值稍高也可以接受 – 平均的Courant数和最大Courant数在每个时间步求解器.out文件中会显示出来
3. 边界条件 • 必要的情况下, 边界条件可以是时间的函数
– 速度, 质量流, 压力条件, 温度, 等. 都能作为函数表达式
自由面流动 冲击波的运动 等.
详细分析关心的量
通过计算如不同何离求散解时 瞬态Tim问estep题= 2 s
间点的方法完成瞬态
Autodesk Simulation CFD 基础培训资料
教程：人员舒适度通风分析
在本教程中，您将使用 Autodesk® Simulation CFD 模拟博物馆展厅中的通风情况。其目标是评 估通风系统对两种迥然不同的模式（夏季和冬季）的有效性。温控在夏季提供冷气 (64°F)，在冬 季提供暖气 (85°F)。 在几分钟后，您将创建并运行名为“设计分析”的双工况模拟。您将对两个工况使用相同的几何体， 但是为每个工况指定唯一的室外空气和 HVAC 送风温度。 教程目标： 1. 评估夏季和冬季“设计日”的流动和温度分布。 2. 评估参观者热舒适度是否在可接受范围内。 3. 了解呈现当前参观者舒适度的原因，并确定是否需要修改通风策略。
通风空气通过后墙上的高墙供给进入，然后通过后墙上的地面回路流出。
后墙是与另一个房间共享的内部墙，未包含在本模型中。 温度波动... 我们的展厅位于某个温度变化剧烈的地点。在夏季，高温可达 100°F，而在冬季，温度可骤降至 25°F。这两个室外温度极值即定义了通风系统的两个设计日。很明显，如果博物馆策展人想要确 保较高的观展人数，他们必须让参观者在全年都舒适自在。
4. 从“名称”菜单中，选择“玻璃棉”。
5. 单击“应用”。 结果应为... 6. 若要验证“玻璃棉”材料是否已正确指定，请查看设计分析栏和部件颜色： • a. 在设计分析栏中，确认“玻璃棉”部件的材料设置正确无误。 • b. 墙和屋顶部件应为紫色，与图例中“玻璃棉”的颜色一致。
注： 如果一切正常，请继续下个一步骤。如果存在问题，现在即可将其修复。
2. 在空气部件上单击鼠标左键以将其选中：
3. 单击“材料”上下文面板中的“编辑”： 4. 在“材料”快速编辑对话框中，确认“类型”为“流体”，并且“名称”为“空气”。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
– Adaptive
• 通过设定收敛标准或Courant数的方法，在规定的 范围内，时间步可以动态的改变
2.时间长度和步长
在瞬态模拟中，时间步尺寸是一个很重要的参数
– 求解与时间相关的特征的时候，需要时间步较小 …
实际值 时间步较大， 求解点通常不能反映真实的现象
关心的变量
Dt
时间
小的时间步， 求解点可以反映真实的现象
2
4 6 8 10 12 14 16
Time (seconds)
5. 求解控制
Transient scheme定义瞬态项的数值算法 两个隐式时间步格式可选: – First Order Backward Euler (更稳定) – Second Order Backward Euler (更精确) 对大多数瞬态模拟，推荐采用默认的Second Order Backward Euler格式 Timestep Initialisation控制前一时间步作为后一时 间步计算起点的方式 – 可以与前一求解的时间步初值(Previous Timestep)保持一致
• 设置Time Duration
– 控制求解结束时间
• 选项:
– Total Time
• 求解的总时间
– Time Per Run
• 不计以前计算的所有时间
– Maximum Number of Timesteps
• 包括以前所完成的计算时间步
– Number of Timesteps per Run
很多情况下，要求瞬态求解:
– 空气动力学(Aerodynamics), 如飞行器、汽车等 – 涡脱落(vortex shedding) – 旋转机械Rotating Machinery – 转子/静子相互作用, 停车, 飞逸 – 多相流Multiphase Flows – 自由液面, 空泡动力学 – 变形计算域Deforming Domains –缸内燃烧 – 非稳态热传递Unsteady Heat Transfer – 瞬态加热和冷却 – 更多
如何求解瞬态问题
通过计算不同离散时间点的方
法完成瞬态模拟
Timestep = 2 s Initial Time = 0 s Total Time = 20 s Coefficient Loops = 5
在每个时间点，都需要进行计
算迭代
2
4 6 8 10 12 14 16 18 20
Time (seconds)
瞬态流动的起源
自然的非稳流动状态导致非稳定流动
– 例如: 自然对流, 所有尺度的湍流涡, 流动波(重力波, 冲击波)
强迫非稳定性
– 时间相关的边界条件, 源项驱动的非稳定流场
– 例如: 喷嘴处的脉冲流, 转子-静子节间的相互影响
Kelvin-Helmholtz Cloud Instability
ANSYS CFX 培训教材 第六节：瞬态模拟
安世亚太科技（北京）有限公司
原因
自然界几乎所有流动都是瞬态流动!
– 在以下假设下，可以认为流动是稳态的:
• 忽略非稳态波动 • 采用总/时均方法，忽略流动的波动性 (这也是为什么采用湍流模型模化湍流 的原因)
在CFD,首选稳态的计算方法
– 更小的计算代价 – 更易处理和分析
5. 指定求解器设置 6. 设定瞬态结果文件(results files), 瞬态统计(transient statistics), 监测点(monitors points) 7. 运行求解器
1. 分析类型
• 在目录树上编辑Analysis Type，设置option为Transient
2. 时间长度和步长
• 自由面流动
• 冲击波的运动 • 等.
详细分析关心的量
– 固有频率 ，如.斯特劳哈尔数(Strouhal Number)
– 时均(Time-averaged)和/或 均方根(RMS)值
– 与时间相关的参数 (如. 冷却一个热的固体的时间要求, 污染物的扩散时间) – 谱数据 – 快速傅里叶变换(FFT)
– 在一个时间步内，流体通过的网格的数目
– Courant数通常介于2 – 10之间, 但在一些情况下该值稍高也可以接受
– 平均的Courant数和最大Courant数在每个时间步求解器.out文件中会显示出来
小的时间步会加速收敛
3. 边界条件
• 必要的情况下, 边界条件可以是时间的函数
– 速度, 质量流, 压力条件, 温度, 等. 都能作为函数表达式 – 在CEL表达式中使用 “t”或者“Time”
关心的变量
Dt
时间
2.时间长度和步长
– … 为了维持求解器的稳定性，也需要较小的时间步
• 关心的量可能变化缓慢 (例如. 固体内的稳定变化), 如果其它量(如, 速 度)具有较小的时间尺度，就不能采用较大的时间步
Courant数常用于评估时间步:
Velocity Dt Courant Number Element Size
• 对本次求解有效. 不计以前完成的时间步
2.时间长度和步长
• 设置Time Step size
– 控制两计算时间点之间的间隔
• 选项:
– Timesteps / Timesteps for the Run
• 可采用不同的方式, 例如 • 0.001 • 0.001, 0.002, 0.002, 0.003 • 5*0.001, 10*0.05, 20*0.06
5 coefficient Loops
如何求解瞬态问题
对稳态计算也有相似的设置
通常的工作流程：
1. 设置分析类型为Transient 2. 指定瞬态求解时间和时间步长 3. 设置物理模型和边界条件
– 边界条件可以随时间变化
4. 指定初始条件
– 最好采用符合实际的物理条件, 比如稳态计算结果
4. 初始化
• 最好采用与物理实际符合的初值条件
– 经常采用稳态计算的收敛解作为初值
值就越精确
– 前面几个时间步可能不收敛 – 为了保证求解器的稳定性，瞬态计算的最初 阶段需要较小的时间步 – 计算获得稳定(周期模式)后，可以忽略开始 的几个循环
Residuals
• 瞬态模拟的初值越准确，瞬态计算得到的初
Rotor-Stator Interaction in an Axial Compressor
瞬态CFD 模拟
瞬态流域的模拟都是基于一个指定的时间周期
– 可能的求解方法:
• 稳态求解 – 流动变量不随时间改变
• 时间周期求解 – 流动变量以某种反复的模式波动
– 也可以通过指定时间间隔的方法简单的进行流动分析.