CFX前处理—计算域
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CFX前处理 计算域
讲座 3
3/23/2007 © 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.
CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary
Version 1.3
Inventory #002445 3-1
计算域
Version 1.3
• 计算域是一些空间的区域, 流动控制方程或是热 传递方程在这个区域内进行求解
• 顺流向系数乘数
– 只在定向损失模型中可使用
– 横向系数应指定为指定系数乘上顺流向系数. (如果顺 流向损失包括渗透性，则横向渗透性要除以，而不是乘 上这个系数). 横向乘数通常在10-100之间.
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静态计算域
流体计算域
固体计算域
旋转计算域
• 只有在此次计算中使用的计算域中的网格成分被 包含
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Inventory #002445 3-2
如何创建一个计算域 …如下所示
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Inventory #002445 3-13
计算域
多孔区域
Version 1.3
• 渗透性和损失系数
– 这个模型指定了Darcy法则中的渗透性系数和损失系数.
• 如果流动是考虑浮力的并且参考压力设置为0 Pa,静 水压的贡献就会被考虑到结构之中
• 对于不考虑浮力的流体来说，静水压就不存在
• 当边界条件和初始条件被指定时，他们的值是相对 于参考压力的值，除了当系统变量p 按照绝对压力 的形势在CFX表达式中被使用 (CEL)
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Version 1.3
Inventory #002445 3-5
参考压力设置
Version 1.3
• 在ANSYS CFX中, 用户在开始一个模拟前,必须为这个模拟 指定一个参考压力. 它代表绝对压力数据,所有的相关压
力都是基于此而衡量的
Version 1.3
Creating/Editing Materials
• 一种材料可以通过在过程树的“Materials” 上 单击右键来进行创建或编辑
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Inventory #002445 3-8
计算域类型 流体模型
• 热传递模型
– 无热传递, 等温, 热能, 总能
• 湍流模型
– 适用于不同复杂程度的多种湍流模型, 默认 k-Epsilon 模型
• 湍流壁面函数
– 根据湍流模型自动设置
Inventory #002445 3-11
计算域
多孔区域
• 体积空隙率
– 模拟阻碍效果和增加流 速
– 当地流体体积和总物理 体积的比率
1
0.75 0.5 0.25 0
• 多孔损失模型
– 各项同性损失模型 – 定向损失模型
– 在下面有详细说明
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• 更复杂的情况是存在有流体交界面时，这时不同的组 分在一个大的尺度上混合, 这样可能有不同的速度和 温度场，这种情况下我们把它叫做多相流.
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Version 1.3
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Inventory #002445 3-3
计算域创建
• 选项面板: 基本设置
– 位置: 只有装配或是三维原文件可被选择 – 计算域类型:流体, 固体, 或多孔介质 – 流体列表: 选择不同的流体 – 固体列表: 选择不同的固体材料 – 坐标系: 选择一个坐标系, 所有的输入计
这些小的压力变化,在进行计算时会由 于舍入误差而被丢失,因为他们只代表 了第六个重要的数位
有参考压力 Pabsolute~ 100, 000 Pa Preference~ 100, 000 Pa Prange_relative~ 0 - 1 Pa
这些变化代表了第一个重要的数位
• 当动压的变化动压的差异与绝对压力的水平可以比较的时候 (例如:液体流动), 0 Pa 的参考压力可以被使用没有任何问题
P P P absolutreef erenrceelative
在定义计算域时指定
在定义边界条件时指定
• 参考压力是用于避免四舍五入时产生的错误,也就是说当 在一个流体区域内动压的差异与绝对压力的水平可以比较
的时候. (实例见下页)
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• 选项面板: 计算域模型
– 参考压力– 稍后讨论 – 浮力: - 重力矢量成分
- 参考密度 - 浮力理论在这 个讲座的结尾理论部分中说明
– 运动计算域: 静止或是旋转 ( 角速度和旋转轴,涉及或不涉及 交替旋转模型)
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Inventory #002445 3-6
参考压力设置
Version 1.3
• 实例: 对于低速的大气空气流∆P 是很小的值 (e.g., 1 Pa)
没有参考压力
Pabsolute~ 100, 000 Pa Prange~ 100, 000 Pa – 100, 001 Pa
Inventory #002445 3-18
多组分流体
Version 1.3
• ANSYS CFX可以模拟任意数量的混合流体的组 分
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CTRL
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Inventory #002445 3-14
计算域
多孔区域
Version 1.3
• 线性和二次阻力系数
– 一个各项同性的源有时也需要使用线性或是二次阻力系 数来构建CR1 和 CR2. 这些系数与渗透率和损失系数的 关系如下：
多孔区域
Version 1.3
• 利用这个模型可以模拟这样的流动现象，即由 于几何形状过于复杂，而无法进行网格划分的
情况
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Images Courtesy of Babcock and Wilcox, USA
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Inventory #002445 3-7
参考压力: 边界条件
Version 1.3
• 在结果文件中的压力值不包含静水压的贡献, 所以 静水压的数值要在结果加上参考压力的值才是实际 压力的值
• 反应或燃烧模型
– 只有当多组成分在一个计算域中同时被选择 时，这个选项才会被激活
• 热辐射
– 多种热辐射模型可以被选择 (细节请参阅 Radiation Modeling 部分)
• 附加变量细节
– 当附加变量被指定时，此选项可选
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Inventory #002445 3-20
可压缩流体模型
Version 1.3
• 可压缩流在ANSYS CFX前处理中是通过使用总能方程连同使用理想流体、 或真实流体、或密度是压力的函数的通用流体来实现的.
Inventory #002445 3-16
流体列表
• 在材料库中部分已存的材料
Version 1.3
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• 定向损失模型
– 在多数情况下，一个特定的阻力损失会发生在一个特定 的方向上.在流向的垂直方向上抑制流动。在这种情况 下，就需要一个能模拟整流器效果的同时而又无需构建 这些阻碍物周围的几何细节的模型，例如蜂窝器，多孔 平板，导向叶片等装置. 对于此类的模拟, ANSYS CFX 允许在流向和其垂直方向上各自指定损失系数。
– 热传导方程
• 热能
– 热辐射模型
• 无辐射模型, 蒙特卡洛模型
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Version 1.3
Inventory #002445 3-10
计算域
• 表层/ 真实速度
– 由内码（由模型假定的）求解出的速度是流体的表层速 度. 在多孔区域中，真实地流体速度由于流体体积的减 小而会有所增大.有时一个损失模型会依据于真实速度 而非表层速度建立. 如果这种情况发生的话，指定的系 数必须进行合理的调整： 渗透性必须乘上空隙率，而 损失系数要除上空隙率的平方.
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Version 1.3
Inventory #002445 3-12
计算域
多孔区域
Version 1.3
• 各向同性损失模型
– 各向同性动量损失可以用线性或是二次阻力系数来指定 ，或是通过使用渗透性和损失系数来指定. 这个模型适 用于各项同性多孔区域。
算域将参考这个坐标系. – 粒子追踪 (拉格朗日方法): 选择粒子的
类型
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Version 1.3
Inventory #002445 3-4
计算域创建
Inventory #002445 3-15
流体列表
Version 1.3
• 在计算域中待求解的流体
• 在下拉菜单中选择当前可用的材料
• 通过点击
获得其他的材料
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Version 1.3
在此次讲座的理论 部分有详细说明
Inventory #002445 3-9
计算域类型
固体模型
• 固体计算域代表了固体区 域，热传导的方程在其中 被求解，但是其中没有流
动现象发生 (共轭传热)
• 固体计算与允许设置不同 种类的模型
Inventory #002445 3-19
多组分流体
Version 1.3
• 每一个组分的流体可能有一整套自己的物理特性.
• ANSYS CFX求解器将会在流域中的每个控制体内计算合 理的平均值，用以计算流体流动.
• 这些平均值依据于各组分物理特性的数值以及每个组 分在控制体内的比率.
• 在多组分流中，假定流体中多种成分在分子的程度上 混合，也就是说它们有相同的平均速度场，压力场和 温度场，质量的传输通过对流和扩散来实现.
边界条件在结果文件中的压力值不包含静水压的贡献所以静水压的数值要在结果加上参考压力的值才是实际压力的值如果流动是考虑浮力的并且参考压力设置为0pa静水压的贡献就会被考虑到结构之中当边界条件和初始条件被指定时他们的值是相对于参考压力的值除了当系统变量p按照绝对压力的形势在cfx表达式中被使用celversion1332320072007ansysinc
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Inventory #002445 3-1
计算域
Version 1.3
• 计算域是一些空间的区域, 流动控制方程或是热 传递方程在这个区域内进行求解
• 顺流向系数乘数
– 只在定向损失模型中可使用
– 横向系数应指定为指定系数乘上顺流向系数. (如果顺 流向损失包括渗透性，则横向渗透性要除以，而不是乘 上这个系数). 横向乘数通常在10-100之间.
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静态计算域
流体计算域
固体计算域
旋转计算域
• 只有在此次计算中使用的计算域中的网格成分被 包含
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如何创建一个计算域 …如下所示
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Inventory #002445 3-13
计算域
多孔区域
Version 1.3
• 渗透性和损失系数
– 这个模型指定了Darcy法则中的渗透性系数和损失系数.
• 如果流动是考虑浮力的并且参考压力设置为0 Pa,静 水压的贡献就会被考虑到结构之中
• 对于不考虑浮力的流体来说，静水压就不存在
• 当边界条件和初始条件被指定时，他们的值是相对 于参考压力的值，除了当系统变量p 按照绝对压力 的形势在CFX表达式中被使用 (CEL)
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Version 1.3
Inventory #002445 3-5
参考压力设置
Version 1.3
• 在ANSYS CFX中, 用户在开始一个模拟前,必须为这个模拟 指定一个参考压力. 它代表绝对压力数据,所有的相关压
力都是基于此而衡量的
Version 1.3
Creating/Editing Materials
• 一种材料可以通过在过程树的“Materials” 上 单击右键来进行创建或编辑
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计算域类型 流体模型
• 热传递模型
– 无热传递, 等温, 热能, 总能
• 湍流模型
– 适用于不同复杂程度的多种湍流模型, 默认 k-Epsilon 模型
• 湍流壁面函数
– 根据湍流模型自动设置
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计算域
多孔区域
• 体积空隙率
– 模拟阻碍效果和增加流 速
– 当地流体体积和总物理 体积的比率
1
0.75 0.5 0.25 0
• 多孔损失模型
– 各项同性损失模型 – 定向损失模型
– 在下面有详细说明
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• 更复杂的情况是存在有流体交界面时，这时不同的组 分在一个大的尺度上混合, 这样可能有不同的速度和 温度场，这种情况下我们把它叫做多相流.
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计算域创建
• 选项面板: 基本设置
– 位置: 只有装配或是三维原文件可被选择 – 计算域类型:流体, 固体, 或多孔介质 – 流体列表: 选择不同的流体 – 固体列表: 选择不同的固体材料 – 坐标系: 选择一个坐标系, 所有的输入计
这些小的压力变化,在进行计算时会由 于舍入误差而被丢失,因为他们只代表 了第六个重要的数位
有参考压力 Pabsolute~ 100, 000 Pa Preference~ 100, 000 Pa Prange_relative~ 0 - 1 Pa
这些变化代表了第一个重要的数位
• 当动压的变化动压的差异与绝对压力的水平可以比较的时候 (例如:液体流动), 0 Pa 的参考压力可以被使用没有任何问题
P P P absolutreef erenrceelative
在定义计算域时指定
在定义边界条件时指定
• 参考压力是用于避免四舍五入时产生的错误,也就是说当 在一个流体区域内动压的差异与绝对压力的水平可以比较
的时候. (实例见下页)
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• 选项面板: 计算域模型
– 参考压力– 稍后讨论 – 浮力: - 重力矢量成分
- 参考密度 - 浮力理论在这 个讲座的结尾理论部分中说明
– 运动计算域: 静止或是旋转 ( 角速度和旋转轴,涉及或不涉及 交替旋转模型)
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参考压力设置
Version 1.3
• 实例: 对于低速的大气空气流∆P 是很小的值 (e.g., 1 Pa)
没有参考压力
Pabsolute~ 100, 000 Pa Prange~ 100, 000 Pa – 100, 001 Pa
Inventory #002445 3-18
多组分流体
Version 1.3
• ANSYS CFX可以模拟任意数量的混合流体的组 分
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计算域
多孔区域
Version 1.3
• 线性和二次阻力系数
– 一个各项同性的源有时也需要使用线性或是二次阻力系 数来构建CR1 和 CR2. 这些系数与渗透率和损失系数的 关系如下：
多孔区域
Version 1.3
• 利用这个模型可以模拟这样的流动现象，即由 于几何形状过于复杂，而无法进行网格划分的
情况
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Images Courtesy of Babcock and Wilcox, USA
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参考压力: 边界条件
Version 1.3
• 在结果文件中的压力值不包含静水压的贡献, 所以 静水压的数值要在结果加上参考压力的值才是实际 压力的值
• 反应或燃烧模型
– 只有当多组成分在一个计算域中同时被选择 时，这个选项才会被激活
• 热辐射
– 多种热辐射模型可以被选择 (细节请参阅 Radiation Modeling 部分)
• 附加变量细节
– 当附加变量被指定时，此选项可选
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可压缩流体模型
Version 1.3
• 可压缩流在ANSYS CFX前处理中是通过使用总能方程连同使用理想流体、 或真实流体、或密度是压力的函数的通用流体来实现的.
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流体列表
• 在材料库中部分已存的材料
Version 1.3
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• 定向损失模型
– 在多数情况下，一个特定的阻力损失会发生在一个特定 的方向上.在流向的垂直方向上抑制流动。在这种情况 下，就需要一个能模拟整流器效果的同时而又无需构建 这些阻碍物周围的几何细节的模型，例如蜂窝器，多孔 平板，导向叶片等装置. 对于此类的模拟, ANSYS CFX 允许在流向和其垂直方向上各自指定损失系数。
– 热传导方程
• 热能
– 热辐射模型
• 无辐射模型, 蒙特卡洛模型
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计算域
• 表层/ 真实速度
– 由内码（由模型假定的）求解出的速度是流体的表层速 度. 在多孔区域中，真实地流体速度由于流体体积的减 小而会有所增大.有时一个损失模型会依据于真实速度 而非表层速度建立. 如果这种情况发生的话，指定的系 数必须进行合理的调整： 渗透性必须乘上空隙率，而 损失系数要除上空隙率的平方.
CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary
Version 1.3
Inventory #002445 3-12
计算域
多孔区域
Version 1.3
• 各向同性损失模型
– 各向同性动量损失可以用线性或是二次阻力系数来指定 ，或是通过使用渗透性和损失系数来指定. 这个模型适 用于各项同性多孔区域。
算域将参考这个坐标系. – 粒子追踪 (拉格朗日方法): 选择粒子的
类型
3/23/2007 © 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.
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Version 1.3
Inventory #002445 3-4
计算域创建
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流体列表
Version 1.3
• 在计算域中待求解的流体
• 在下拉菜单中选择当前可用的材料
• 通过点击
获得其他的材料
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在此次讲座的理论 部分有详细说明
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计算域类型
固体模型
• 固体计算域代表了固体区 域，热传导的方程在其中 被求解，但是其中没有流
动现象发生 (共轭传热)
• 固体计算与允许设置不同 种类的模型
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多组分流体
Version 1.3
• 每一个组分的流体可能有一整套自己的物理特性.
• ANSYS CFX求解器将会在流域中的每个控制体内计算合 理的平均值，用以计算流体流动.
• 这些平均值依据于各组分物理特性的数值以及每个组 分在控制体内的比率.
• 在多组分流中，假定流体中多种成分在分子的程度上 混合，也就是说它们有相同的平均速度场，压力场和 温度场，质量的传输通过对流和扩散来实现.
边界条件在结果文件中的压力值不包含静水压的贡献所以静水压的数值要在结果加上参考压力的值才是实际压力的值如果流动是考虑浮力的并且参考压力设置为0pa静水压的贡献就会被考虑到结构之中当边界条件和初始条件被指定时他们的值是相对于参考压力的值除了当系统变量p按照绝对压力的形势在cfx表达式中被使用celversion1332320072007ansysinc