FLOTRAN 计算流体动力学CFD分析概述.docx

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1、其次章F1.oTRAN分析基一、F1.OTRAN单元的带点1、F1.UID141单元2、F1.UlDl42单元3、F1.UID二、运用F1.OTRAN单元的一些限制与用意*现三、F1.OTRAN单元运用中的一些限制四、FlQTRAN分析的主要步骤五、F1.OTRAN分析中产生的一些文件六、提高收敛性和稔定性的常用的工具七、FIQTRAN分析过程中应处理的问题F1.OTRAN单元的特点ANSYS中的F1.OTRAN单元，即F1.UID141和F1.UID142,用于解算单相粘性流体的二维和三维流淌、压力和温度分布。对于这些单元，ANSYS通过质玻、动量和能用三个守恒性质来计算流体的速度重量、压力

2、、以与温度。F1.UID141单元F1.UID141单元具有卜列特征：维数：二维形态：四节点四边形或三节点三角形自由度：速度、压力、温度、紊流消能、紊流能址耗散、多达六种流体的各自质量所占的份额F1.ulDI42单元F1.UID142单元具有下列特征：维数：三维形态：四节点四面体或八节点六面体自由度：速度、压力、温度、紊流消能、紊流能量耗散、多达六种流体的各自质量所占的份额口OF1.UIDl41单元F1.UID142单元F1.UID单元的其他郴EF1.UlD单元的其他特征包括： F1.oTRAN分析中没有节点反力解。 部分和预定义求解选项（PSO1.VE吩咐定义）不适用于F1.OTRAN各自独

3、立的求解器。 TIME吩咐不能用在F1.OTRAN分析中。F1.OTRAN用F1.DATA1,SdU吩咐而不是TjIIINT吩咐来定义瞬态载荷步。 F1.OTRAN用F1.DATA4jTIME吩咐而非TRNOPT吩咐来定义瞬态分析选项.F1.OTRAN分析的主要步It一个典型的F1.OTRAN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F1.oTRAN分析参数。6 .求解。7 .检杳结果。第一步：确定问题的区域用户必需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，假如并不知道精确的边界条件而必需作假定时

4、，就不要将分析的边界设在旅近感爱好区域的地方，也不要将边界设在求解变最变更梯度大的地方。有时，或许用户并不知道自己的问题中哪个地方梯度变更最大，这就要先作一个摸索性的分析，然后再依据结果来修改分析区域。这些在后面率节中都有详述。其次步：确定流体的状态用户在此须要估计流体的特征，流体的特征是流体性质、几何边界以与流场的速度幅值的函数。F1.OTRAN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更，F1.oTRAN中的气流只能是志向气体。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，在大多数状况下，近似认为流体性质是常数，即不随温度而变更，都可以得到足够精确的解。

5、通常用雷诺数来判别流体是层流或紊流，留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。流场中随意一点的马赫数是该点流体速度与该点音速之比值，当马栋数大于03时，就应考虑用可压缩算法来进行求解；当马赫数大于07时，可压缩算法与不行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需事先确定流场中哪个地方流体的梯度变更较大，在这些地方，M格必需作适当的谢整。例如：假如用了紊流模型，荒近壁面的区域的网格密度必需比层流模型密得多，假如太粗，该网格就不能在求解中捕获到由于巨大的变更梯度对流淌造成的显著影响，相反，那些长边与低梯度方向样的单元可以有

6、很大的长宽比。为了得到精确的结果，应运用映射网格划分，因其能在边界上更好地保持恒定的网格特性，映射网格划分可由吩咐MSHKEY,1或其相应的菜单MainMenuPreproceSSor-MeShing-MeShA饮产MaPPed来实现C第四步：篦加边界条件可在划分网格之前或之后对模型施加边界条件，此时要将模型全部的边界条件都考虑进去，假如与某个相关变最的条件没有加上去，则该变属沿边界的法向值的梯度将被假定为零。求解中，可在重启动之间变更边界条件的值，假如需变更边界条件的值或不当心忽视r某边界条件，可无须作重启动，除非该变更引起了分析的不稳定。第五步：设置F1.OTRAN分析参数为了运用诸如紊流

7、模型或求解温度方程等选项，用户必需激活它们。诸如流体性质等特定项目的设置，是与所求解的流体问题的类型相关的，该手册的其他部分具体描述了各种流体类型的所建议的参数设置。第六步：求解通过在视察求解过程中相关变量的变更率，可以监视求解的收敛性与稳定性。这些变量包括速度、压力、温度、动能（ENKE自由度）和动能耗散率（ENDS自由度）等紊流量以与有效粘性（EVIS）。一个分析通常须要多次重启动。第七步：检查结果可对输出结果进行后处理，也可在打印输出文件里对结果进行检查，此时用户应运用自己的工程阅历来估计所用的求解手段、所定义的流体性质、以与所加的边界条件的可信程度。F1.OTRAn分析中产生的一些文件

8、在ANSYS中进行的大多数流体分析都是通过多次中断和重启动来完成的，通常，分析人员须要在各个重启动之间变更诸如松弛系数等参数或开关某些项（如求解温度方程的开关）。每当用户接着一个分析时，ANSYS程序会自动将数据附加在全部的由F1.OTRAN单元产生的文件中。下面将对F1.oTRAN单元产生的全部文件进行说明： 结果文件，Jobname.RF1.,包含节点结果。 打印文件，Jobname-PF1.,包含各量的收敛记录与进/出口状态（如流量等）。 壁面文件，Jobname1RSW,包含壁面剪切应力以与Y-PIUS信息。 残差文件，JObname.RDF,包含节点残差。 调试文件，Jobname.

9、DBG,包含数学求解器的有关信息。 结果备份文件，Jobname.RFO,包含结果文件数据的一个搏贝。 重启动文件，Jobname.CFD,包含F1.C）TRAN的数据结构。结果文件F1.OTRAN分析的结果并不自动保存在ANSYS的数据库中，在每次求解之后，程序会将一个结果集附加在结果文件Jobname.R1.F中。用户可对结果文件的内容与程序对结果文件的更新频率进行限制，ANSYS吩咐手册中对F1.DATA5,。UTP吩咐的介绍就具体说明白结果文件会基于用户的选择而保存些什么内容。在一个稳态F1.oTRAN分析中，结果文件能保存多少个结果集是没有限制的，在求解的初期多保存几个结果有许多好处

10、：可以比较各结果集之间的变更、可以运用不同的选项或松弛系数来从一个分析的较早状态重新起先分析。当起先一个新分析时（在其第一次迭代之前），ANSYS程序会保存一个结果，然后在当中断发生时保存再保存结果，在这些事务之间，用户还可通过设置将一些中间结果附在结果文件里，这样就可以从较早的分析状态开时，通过激活一些不同的选项和特征来由新分析，例如，可以通过这种方式来提高分析的稳定性。运用ANSYS的网盖频率选项是一个明智的方法，它就可以周期性地保存和更新一个临时的结果集，这样，当由于断电或其他系统缘由而发生求解中断时，总可以有一个可用的结果集用于重新起先分析。设置覆盖频率的方式如下:吩咐：F1.DATA

11、2,ITERrOVER,value菜单：MainMenuSolutionF1.OTRANSetUpExecutionCtrl设置附加频率的方式如下：吩咐：F1.DATA2,ITERrAPPE,value菜单：MainMenuSolutionF1.OTRANSetUpExecutionCtrl打印文件(Jobname.PF1.)JobnameTF1.文件包含全部F1.OTRAN输入参数的完整记录，该信息每在发出一个求解吩咐时就保存一次以完整地记录整个分析历程。同时，全部激活r的变量的收敛过程也记录r下来，还有一个对结果的总结，即每特性质和自由度的最大最小值，这些记录的频率都由用户自己设定。所记录

12、的其他所还有：各记录最的平均值、质最流的边界、质量平衡的计算、全部热传导和热源的相关信息C节点残差文件节点残差文件，即JobnameFDF,显示了当前解的收敛好坏程度。在求解过程的每一个阶段，流场、性质场、温度场都用于对每个自由度计算系数矩阵和强迫函数，假如解完全收敛，这些矩阵和强迫函数将会生成一个与产生它们的速度场一样的速度场，同时，矩阵方程的残差也会变得很小。要得到一个残差文件，必需至少执行一次迭代。当求解过程发生振荡时，残差的幅值将显示分析的错误所在C(矩阵的主对角元素对残差作归一化处理)这种归一化运用户可对自由度的值与其残差作比较。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

13、如卜吩咐：F1.DATA5,OUTPfRESIfTRUE菜单：MainMenuSohtionF1.OTRANSetUpAdditionalOutResidualFile要读取残羌文件，可通过菜单MainMenuGeneralPostprooF1.OTRAN2.1A或吩咐F1.READ来实现。启动文件通常，F1.oTRAN在一个重启动的起始处计克数据结构，对于一个大模型,这种计算将消耗大量的时间，为了避开这种重新计算，可要求F1.oTRAN将数据结构保存在重启动文件Jobname.CFD,F1.OTRAN从ANSYS的数据库中产生该文件。对Jobname.CFD文件的读和写的方式如下：吩咐：F1

14、.DATA32,A,E,57;RFI1.,T菜单：MainMenuPreproces8orF1.OTRANSetUpRestartOption8CFD.RestartFile可将RFI1.状态设置为开(ON)或关(OFF),若设为开，则F1.OTRAN起先执行分析时将读入重启勖文件，若此时重启动文件不存在，则将产生一个重启动文件。假如在变更了边界条件之后再进行重启动分析，则必需覆盖掉业已存在的CFD文件以使得ANSYS能用新的边界条件进行重新分析，覆盖.CFD文件的方式如下：吩咐：F1.DATA32,RES。WFI1.fT菜单:MainMenuPreprocessorF1.OTRANSetUp

15、ReatartOptionsCFDRestartFile这就使F1.OTRAN在下一载荷步产生一个新的重启动文件，并自动将RFI1.状态设置为关闭C当新的重启动文件产生之后，用F1.DATA32,/eES。麻71.,7吩咐使随后的重启动能运用新的重启动文件.F1.OTRANlJS动分析(好)用户可在结果文件Jobname.RF1.中随意一个解集的基础上起先一个重启动分析，重启动位置的设置可基于解集号(NSET)、迭代数(ITER)、栽荷步/子步号(1.STP)或瞬态分析的时间CnME),方式如下：吩咐：F1.DMA32,RESTJable.value其中，aRe为上面的NSET、ITER、1.STPTIME等菜单：MainMenuPreproces8rF1.OTRANSetUpRestartOptionsReStart/Iteratio(或ReStart/1.oad8tqp,Reetart/Set,等)当重启动一个分析时，ANSYS将原始的结果文件指贝到Jobname-RSO中并将重启动点、全部在重启动点之前的结果集、全部的后续结果集放在新的结果文件中。假如在F1.DATA32,QfST吩咐中的ValUe值是一个负值，则将不产生JO