ANSYS_FLUENT中文培训教材PPT1
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ANSYS基础培训PPT资料【优选版】
ANSYS基础培训PPT资料【优选版】一、引言ANSYS 作为一款功能强大的工程仿真软件，在众多领域都有着广泛的应用。
为了帮助大家更好地掌握 ANSYS 的基础知识，我们精心准备了这份基础培训 PPT 资料。
二、ANSYS 软件概述（一）ANSYS 是什么ANSYS 是一款集结构、热、流体、电磁、声学等多物理场于一体的大型通用有限元分析软件。
它能够帮助工程师和研究人员在产品设计阶段就对其性能进行准确的预测和优化，从而减少试验次数、缩短研发周期、降低成本。
（二）ANSYS 的主要功能模块1、结构分析模块用于分析各种结构在静态、动态、线性和非线性条件下的应力、应变和位移等。
2、热分析模块可以模拟传热过程，包括稳态和瞬态热分析，以及热结构耦合分析。
3、流体分析模块用于分析流体流动、压力分布、传热和传质等现象。
4、电磁分析模块包括静电场、静磁场、时变电磁场等分析功能。
（三）ANSYS 的工作流程1、前处理包括几何建模、定义材料属性、划分网格等。
2、求解设置求解类型、加载边界条件和载荷，然后进行求解计算。
3、后处理对求解结果进行可视化处理，如查看应力云图、位移云图等，并进行数据分析。
三、ANSYS 前处理（一）几何建模1、直接建模通过 ANSYS 自带的建模工具创建几何模型。
2、导入外部模型可以导入其他 CAD 软件创建的模型，如 SolidWorks、ProE 等。
（二）定义材料属性1、常见材料类型如金属、塑料、橡胶等，并设置相应的弹性模量、泊松比、密度等参数。
2、材料库ANSYS 提供了丰富的材料库，方便用户选择和使用。
（三）网格划分1、网格类型包括四面体网格、六面体网格、混合网格等。
2、网格控制可以设置网格尺寸、网格质量等参数，以保证计算精度和效率。
四、ANSYS 求解（一）加载边界条件1、位移边界条件指定某些节点的位移值。
2、力边界条件施加集中力或分布力。
3、热边界条件设定温度、热流密度等。
（二）选择求解器1、直接求解器适用于小型问题。
ansys课件第一章
弹性力学偏微分方程数值求解方法： （1）差分法 （2）有限元法。有限元法适用于任意形状、剖分网 格可随解的分布而变化，得到的求解方程正定对称， 比差分法更优越。 1.2 应力 应力：描述物体内部间互相作用大小的物理量，通 常用物体内微小长方体受力状态描述。 dydz xx , yy , zz 表示微小长方体拉压变形正应力，
注意： 1 2 3， 1， 2， 3带符号 主应力为应力张量的特征值，即为方程 xx xy xz det I yx yy yz 0的根， zx zy zz I 为单位矩阵 (2)第一强度理论 最大主应力小于许应力强度： 1 [ ]
((
i
ij
)V j f jV j )h dxdydz 0, 下标h表示某一小块区域。
((
i
ij
)V j ) h dxdydz i ( ijV j ) h dxdydz ( ij iV j ) h dxdydz
( V )
i ij
j h
dxdydz ( ijV j ) h dSi
dS x dydz , dS y dxdz , dS z dxdy , 记(dS x , dS y , dS z ) dS , 表示面积向量
高数的面积 分转体积分 定理
将所有小区域(h)的积分相加，因面上的积分
2 12 2 32 2 ( 1 2 2 3 3 1 ) [ ]
1.7 弹性力学的变形偏微分方程：
xi yi zi fi 0(i x, y, z ) x y z 将应变与应力的关系代入，可得： divU u x ( ) fx 0 x divU u y ( ) fy 0 y divU u z ( ) fz 0 z 2 2 2 u x u y u z 其中 2 2 2 ，divU x y z x y z
【fluent软件学习】计算流体力学软件Fluent培训67页PPT
• 定常流动
– 流场内的流动情况不随时间变化而变化。 – 工程中绝大部分稳定运行的可采用定常流动来描述。
如：锅炉燃烧、风机运行、化工过程…
• 非定常流动
– 流场内的流动情况随时间变化而变化。 – 一般研究瞬态过程时，需要考虑为非定常流动。如锅
炉点火过程、风机启动等。
20
伯努利方程
• 适用条件
– 理想流体；不可压缩；定常流动；质量力仅为重力。 – 沿流线方向积分（只有同在流线上的点，才能用伯努
• 分类：
–自然对流（受热引起浮力） –强制对流
• 牛顿冷却公式
对流换热系 数
33
热辐射(Radiation)
• 机理：通过电磁波进行热量传递。如太阳光 照射。
• 计算公式
黑度
• 注意：热传导和对流均与温度的1次方成正比， 而热辐射与温度的4次方成正比！
• 高温换热中，热辐射非常重要！如水冷壁。
34
– 动量方程是非线性的，难以求解。 – 直接数值模拟耗计算时间和内存（目前只能进行到cm、1s级尺
度），无法解决工程问题 – 直接数值模拟无法揭示一些物理规律
23
质量守恒定律
• 又称连续性方程。 • 物理意义
流入控制体的质量-流出控制体的质量=控制体自身质量 的变化量
24
质量守恒定律
• 微分形式的三维流动连续性方程
”
47
常用的湍流模型
• 大涡模拟（Large-Eddy Simulation）
–前两类是以湍流的统计结构为基础，对所有涡 旋进行统计平均。
–大涡模拟把湍流分成大尺度湍流和小尺度湍流 ，通过求解三维经过修正的Navier-Stokes方程 ，得到大涡旋的运动特性，而对小涡旋运动还 采用上述的模型。
– 流场内的流动情况不随时间变化而变化。 – 工程中绝大部分稳定运行的可采用定常流动来描述。
如：锅炉燃烧、风机运行、化工过程…
• 非定常流动
– 流场内的流动情况随时间变化而变化。 – 一般研究瞬态过程时，需要考虑为非定常流动。如锅
炉点火过程、风机启动等。
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伯努利方程
• 适用条件
– 理想流体；不可压缩；定常流动；质量力仅为重力。 – 沿流线方向积分（只有同在流线上的点，才能用伯努
• 分类：
–自然对流（受热引起浮力） –强制对流
• 牛顿冷却公式
对流换热系 数
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热辐射(Radiation)
• 机理：通过电磁波进行热量传递。如太阳光 照射。
• 计算公式
黑度
• 注意：热传导和对流均与温度的1次方成正比， 而热辐射与温度的4次方成正比！
• 高温换热中，热辐射非常重要！如水冷壁。
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– 动量方程是非线性的，难以求解。 – 直接数值模拟耗计算时间和内存（目前只能进行到cm、1s级尺
度），无法解决工程问题 – 直接数值模拟无法揭示一些物理规律
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质量守恒定律
• 又称连续性方程。 • 物理意义
流入控制体的质量-流出控制体的质量=控制体自身质量 的变化量
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质量守恒定律
• 微分形式的三维流动连续性方程
”
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常用的湍流模型
• 大涡模拟（Large-Eddy Simulation）
–前两类是以湍流的统计结构为基础，对所有涡 旋进行统计平均。
–大涡模拟把湍流分成大尺度湍流和小尺度湍流 ，通过求解三维经过修正的Navier-Stokes方程 ，得到大涡旋的运动特性，而对小涡旋运动还 采用上述的模型。
ansys fluent 软件学习(PPT文档)
FLUENT12除了继承FLUENT固有的菜单界面以外，也融合了ANSYS系 列软件的用户界面特色，增加了工具栏、模型树和图形界面，使用起来更加 方便。
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关于ANSYS CFD
ANSYS CFD 13.0: 将采用CutCell 网格技术，这是一 种对复杂三维几何自动生成以六面体为主的通用网格技 术；并且，虚拟边劈分技术，将让用户通过手工操作产 生更均匀或更易控制的网格。ANSYS 方面技术专家还 表示：“ANSYS 13.0 包括许多新的改进的湍流模型， 能够更精确的捕捉物理现象。同时网格替换和重新划分 功能可以用更好的网格质量来提高计算精度。此外， ANSYS 13.0 增加了一些多相流模型，能满足用户更 多的需求，并提供了更大的可信度和精度”。
28
创建几何体
Create a new plane by selecting YZPlane from the Tree Outline, then clicking New Plane from the Active Plane/Sketch toolbar, near the top of the ANSYS Workbench window. Selecting YZPlane first ensures that the new plane is based on the YZPlane.
2011年3月7日起，ANSYS CFD 13.0 新产品发布
11
Fluent软件构成
Fluent作为一个求解器，提供的功能：导入网格 模型、选择物理模型、施加边界条件和设置材料 特性、求解和后处理。 支持Gambit、Tgrid、prePDF、GeoMesh及 其他CAD/CAE软件包。
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关于ANSYS CFD
ANSYS CFD 13.0: 将采用CutCell 网格技术，这是一 种对复杂三维几何自动生成以六面体为主的通用网格技 术；并且，虚拟边劈分技术，将让用户通过手工操作产 生更均匀或更易控制的网格。ANSYS 方面技术专家还 表示：“ANSYS 13.0 包括许多新的改进的湍流模型， 能够更精确的捕捉物理现象。同时网格替换和重新划分 功能可以用更好的网格质量来提高计算精度。此外， ANSYS 13.0 增加了一些多相流模型，能满足用户更 多的需求，并提供了更大的可信度和精度”。
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创建几何体
Create a new plane by selecting YZPlane from the Tree Outline, then clicking New Plane from the Active Plane/Sketch toolbar, near the top of the ANSYS Workbench window. Selecting YZPlane first ensures that the new plane is based on the YZPlane.
2011年3月7日起，ANSYS CFD 13.0 新产品发布
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Fluent软件构成
Fluent作为一个求解器，提供的功能：导入网格 模型、选择物理模型、施加边界条件和设置材料 特性、求解和后处理。 支持Gambit、Tgrid、prePDF、GeoMesh及 其他CAD/CAE软件包。
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ANSYS基础培训PPT课件
培训手册
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
培训手册
• 流动准则 • 屈服准则 • 强化准则
材料非线性
单元非线性
• 接触 – 点----点 – 点----线 – 点----面 – 面----面 – 刚----柔 – 柔----柔
{σ}=[D][B]{δ}e
{σ}—单元内任一点的应力矩阵
[D]—与单元材料有关的弹性矩阵
利用变分原理，建立作用于单元上的节点力和位
移之间的关系式
{F}e=[K]e{δ}e
培训手册
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
实体几何模型载荷
培训手册
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
优点 缺点
改变网格不影响载荷 涉及到的加载实体少
生成的单元在当前激活的单元座标下，节 点为总体直角座标，因此实体与有限元模 型可能有不同座标系统和载荷方向 实体载荷在凝聚分析中不方便，因载荷加 在主自由度上施加关键点约束较繁锁 不能显示所有实体载荷
简例（续）
培训手册
CFD Analysis with ANSYS/FLOTRAN
下面以小变形弹性静力问题为例，加以详细介绍。 几何方程：eij=1/2(ui,j+uj,i) 物理方程：sij=aijklekl 平衡方程：sij,j+fi=0 边界条件：
位移已知边界条件 ui=ui （在边界Гu上位移已知） 外力已知边界条件 sij,j+pi=0（在边界Гp上外力已知）
Ansys教程(经典)PPT
启动ANSYS(续)
当显示出这六个窗 口后，就可以使用 ANSYS了.
ANSYS窗口
1-2. ANSYS GUI中六个窗口的总体功能
Objective
输入 显示提示信息，输入 ANSYS命令，所有输入 的命令将在此窗口显示 。
应用菜单 包含例如文件管理、选 择、显示控制、参数设 置等功能.
主菜单 包含ANSYS的主要功能 ，分为前处理、求解、 后处理等。
12.ANSYS/DesignSpace ：该模块是 ANSYS 的低端产品， 适用与设计工程师在产品概念设计初期对产品进行基 本分析，以检验设计的合理性。其分析功能包括：线 性静力分析、模态分析、基本热分析、基本热力耦合 分析、拓扑优化。其他功能有： CAD模型读取器、自 动生成分析报告、自动生成ANSYS数据库文件、自动 生成 ANSYS 分析模板。产品详细分类： DesignSpace for MDT DesignSpace for SolidWorks Standalone DesignSpace ：（支持的 CAD 模型有： Pro/E 、 UG 、 SAT、Parasoild） 13.ANSYS/Connection ： ANSYS 与 CAD 软件的接口产品。 可以将CAD模型数据或国际标准格式 CAD模型数据直 接读入并进行任意 ANSYS 支持的分析。目前支持的 CAD软件有：Pro/E、UG、CADDS。支持的国际标准 格式有：IGES、SAT、Parasolid.
3. 热分析 ●稳态、瞬态温度场分析 ●热传导、热对流、热辐射分析 ●相变分析 ●材料性质、边界条件随温度变化 4. 电磁分析 ●静磁场分析－计算直流电（DC)或永磁体产生的磁场 ●交变磁场分析－ 计算由于交流电(AC)产生的磁场 ●瞬态磁场分析－计算随时间随机变化的电流或外界 引起的磁场 ●电场分析－用于计算电阻或电容系统的电场. 典型的 物理量有电流密度、电荷密度、电场及电阻热等。 ●高频电磁场分析－用于微波及RF无源组件，波导、 雷达系统、同轴连接器等分析。
《ANSYS入门培训》课件
求解器
ANSYS有多种求解器，包括静力分析、热应力分析、 疲劳分析、模态分析等。
有限元分析
ANSYS使用有限元分析方法，能够精确求解各种工 程问题。
计算流体力学
ANSYS可以进行复杂流体的数值计算，如湍流流动、
ANSYS的后处理和可视化
ANSYS可以进行多种后处理和可视化工作，以更直观地呈现分析结果。
应力云图
ANSYS可以生成应力云图，方便工程师分析和评估模型的稳定性。
温度分布图
ANSYS可以显示温度分布图，方便工程师评估模型的热特性。
可视化工具
ANSYS提供了多种可视化工具，如动画、3D图等。
ANSYS的数据管理和文件输出
ANSYS的数据管理和文件输出需要注意多个方面，确保分析结果的正确性。
优化设计
ANSYS可以进行优化设计，以实现最佳性能和最小 成本。
参数化设计
ANSYS可以进行参数化设计，方便工程师实现多种 设计方案。
ANSYS的案例分析
ANSYS在多个领域有着广泛的应用。
汽车行业
ANSYS有很多案例应用于汽车领域，包括车身设计、 发动机分析等。
航空航天
ANSYS在航空航天领域也有相当多的应用示例，包 括结构、气动和热分析等。
数据管理 文件格式 结果输出
ANSYS需要管理多个不同的文件，以确保分析结 果的一致性。
ANSYS支持多种文件格式，如ANSYS文件、CGNS、 ABAQUS、LS-DYNA等。
ANSYS可以输出多种结果文件，如结果数据库文 件、文本文件、图形文件等。
ANSYS的优化和参数化
ANSYS可以进行优化和参数化，以实现最佳设计。
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电磁场分析
ANSYS可以进行电磁场分析，如电磁兼容性、高频电磁、电磁散射等。
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收敛解的精度和以下因素有关： – 合适的物理模型，模型的精度 – 网格密度，网格无关性 – 数值误差
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查看结果
9. Update Model
Post Processing
8. Examine results
查看结果，抽取有用的数据 – 使用可视化的工具能回答以下问题:
力、动量 平均换热系数 面积分、体积分量 通量平衡
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修订模型
9. Update Model
这些物理模型是否合适？ – 流动是湍流的吗？ – 流动是非稳态的吗？
Post Processing
8. Examine results
– 是否有压缩性效应？
ANSYS CFD 求解器是基于有限体积法的
– 计算域离散化为一系列控制体积 – 在这些控制体上求解质量、动量、能量、 组分等的通用守恒方程
Control Volume*
Fluid region of pipe flow is discretized into a finite set of control volumes.
3. 创建几何模型
Pre-Processing
3. 4. 5. 6. Geometry Mesh Physics Solver Settings
你如何得到流体域的几何模型？ – 使用现有的CAD模型 • 从固体域中抽取出流体域？ – 直接创建流体几何模型 你能简化几何吗？ – 去除可能引起复杂网格的不必要特征（倒 角、焊点等） – 使用对称或周期性？ • 流场和边界条件是否都是对称或周期性 的？ 你需要切分模型以获得边界条件或者创建域吗？
多域网格是求解精度、计算效率和生 成网格工作量之间的很好的平衡手段 当不同域直接的网格节点不一致时， 需要使用非一致网格技术。
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非一致网格
对复杂几何体，非一致网格很有用 – 分别划分每一个域，然后粘接 在其他情况下，也使用非一致网格界面技 术 – 不同坐标系之间 – 移动网格
– 动量守恒方程
– 能量守恒方程 – 组分守恒方程 – 体积力
– 等等
CFD 分析一般应用在以下阶段: – 概念设计 – 产品的详细设计
– 发现问题
– 改进设计 CFD分析是物理试验的补充，但更节省费用和人力。
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CFD如何工作?
• • • • 什么是全局的流动类型？ 是否有分离？ 激波、剪切层等在哪儿出现？ 关键的流动特征是否捕捉住了？
– 数值报告工具能给出以下量化结果：
• • • •
Examine results to ensure property conservation and correct physical behavior. High residuals may be caused by just a few poor quality cells.
• 监测残差趋势能帮助理解这个差异
– 达到全局守恒
• 全局量的平衡
– 感兴趣的量（如阻力、压降）达到稳定值
• 监测感兴趣量的变化.
A converged and meshindependent solution on a wellposed problem will provide useful engineering results!
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四边形/六面体还是三角形/四面体网格
对沿着结构方向的流动，四 边形/六面体网格和三角形/ 四面体网格相比，能用更少 的单元/节点获得高精度的结 果 – 当网格和流动方向一致， 四边形/六面体网格能减 少数值扩散 – 在创建网格阶段，四边形 /六面体网格需要花费更 多人力
后处理过程 8.查看计算结果 9.修订模型
Post Processing
8. Examine results
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1. 定义模拟目的
Problem Identification
1. 2. Define goals Identify domain
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四边形/六面体还是三角形/四面体网格
对复杂几何，四边形/六面体网格没有 数值优势，你可以使用三角形/四面体 网格或混合网格来节省划分网格的工 作量 – 生成网格快速
– 流动一般不沿着网格方向 混合网格一般使用三角形/四面体网格， 并在特定的域里使用其他类型的单元 – 例如，用棱柱型网格捕捉边界层 – 比单独使用三角形/四面体网格更 有效
Domain of Interest as Part of a Larger System (not modeled)
能简化为二维或者轴对称问题吗？
Domain of interest isolated and meshed for CFD simulation.
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Solid model of a Headlight Assembly
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4. 设计和划分网格
Pre-Processing
3. 4. 5. 6. Geometry Meshing Physics Solver Settings
Triangle
– 是否有三维效应？ 这些边界条件是否合适？ – 计算域是否足够大？ – 边界条件是否合适？ – 边界值是否是合理的？ 网格是否是足够的？
– 加密网格能否提高精度？
– 网格是否有无关性？ – 是否需要提高网格捕捉几何的细节
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FLUENT 中的物理模型
问题定义 1.确定模拟的目的 2.确定计算域
Pre-Processing
3. Geometry
4.
5. 6.
Mesh
Physics Solver Settings
Update Model 9.
Solve
7. Compute solution
前处理和求解过程 3.创建代表计算域的几何实体 4.设计并划分网格 5.设置物理问题（物理模型、材料属性、 域属性、边界条件 …） 6.定义求解器 （数值格式、收敛控 制 …） 7.求解并监控
流动和传热 – 动量、质量、-Allmaras, k–ε, k– ω, 雷诺应力模型) – 大涡模拟 (LES) 和分离涡模拟 (DES) 组分输运 体积反应 – Arrhenius 有限速率化学反应 – 湍流快速化学反应 • 涡耗散, 非预混, 预混，局部预混 – 湍流有限速率反应 • EDC, laminar flamelet, composition PDF transport – 表面化学反应
你希望得到什么样的结果（例如，压降，流量），你如何使用这些结果？ –你的模拟有哪些选择？ • 你的分析应该包括哪些物理模型（例如，湍流，压缩性，辐射）？ • 你需要做哪些假设和简化？ • 你能做哪些假设和简化（如对称、周期性）？ • 你需要自己定义模型吗？ ▪ FLUENT使用UDF，CFX使用 User FORTRAN
ANSYS FLUENT 培训教材 第一节：CFD简介
安世亚太科技（北京）有限公司
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什么是 CFD?
CFD是计算流体动力学（Computational fluid dynamics）的缩写，是预测流体流动、传热传 质、化学反应及其他相关物理现象的一门学科。CFD一般要通过数值方法求解以下的控制方 程组 – 质量守恒方程
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Equation Variable Continuity 1 X momentum u Y momentum v Z momentum w Energy h
CFD 模拟概览
Problem Identification
1. 2. Define goals Identify domain
– 选择合适的物理模型
• 湍流，燃烧，多相流等。
– 指定操作条件 – 指定边界条件 – 提供初始值 – 设置求解器控制参数 – 设置监测收敛参数
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求解
Solve
7. Compute solution
通过迭代求解这些离散的守恒方程直至收敛 以下情况达到收敛： – 两次迭代的流场结果差异小到可以忽略
计算精度要求到什么级别？
你希望多久能拿到结果？
CFD是否是合适的工具？
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2. 确定计算域
Problem Identification
1. 2. Define goals Identify domain
如何把一个完成的物理系统分割出来？ 计算域的起始和结束位置 – 在这些位置你能获得边界条件吗？ – 这些边界条件类型合适吗？ – 你能把边界延伸到有合适数据的位 置吗？
Wedge (prism) mesh Tetrahedral mesh
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多域（或混合）网格
Model courtesy of ROI Engineering
多域或混合网格在不同的域使用不同 的网格类型，例如