不可壓縮流的案例
5-流體的幾組基本概念——壓縮與不可壓縮流、牛頓與非牛頓流、定常與非定常流
認(rèn)識(shí)流體之壓縮與不可壓縮流、牛頓與非牛頓流、定常與非定常流
1、不可壓縮流和可壓縮流
壓縮性是流體的基本屬性。
任何流體都是可以壓縮的，只不過可壓縮的程度不同而已。
液體的壓縮性都很小，隨著壓強(qiáng)和溫度的變化，液體的密度僅有微小的變化，在大多數(shù)情況下，可以忽略壓縮性的影響，認(rèn)為液體的密度是一個(gè)常數(shù)。
氣體的壓縮性都很大。從熱力學(xué)中可知，當(dāng)溫度不變時(shí)，完全氣體的體積與壓強(qiáng)成反比，壓強(qiáng)增加一倍，體積減小為原來的一半；當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí)，溫度升高1℃體積就比0℃時(shí)的體積膨脹1/273。所以，通常把氣體看成是可壓縮流體，即它的密度不能作為常數(shù)，而是隨壓強(qiáng)和溫度的變化而變化的。我們把密度隨溫度和壓強(qiáng)變化的流體稱為可壓縮流體。把液體看作是不可壓縮流體，氣體看作是可壓縮流體，都不是絕對(duì)的。在實(shí)際工程中，要不要考慮流體的壓縮性，要視具體情況而定。
2、牛頓流體與非牛頓流體
考慮流體的剪切應(yīng)力和速度梯度之間的關(guān)系。如果流動(dòng)過程中流體層間所產(chǎn)生的剪應(yīng)力與法向速度梯度成正比，而與壓力無關(guān)，則這種流體為牛頓流體。
非牛頓流體廣是指不滿足牛頓黏性實(shí)驗(yàn)定律的流體，指的是其剪應(yīng)力與剪切應(yīng)變率之間不是線性關(guān)系的流體，粘性隨著剪切力或者剪切速率而變化而改變。非牛頓流體其實(shí)很常見，絕大多數(shù)生物流體都屬于現(xiàn)在所定義的非牛頓流體。比如人身上血液、淋巴液、囊液等多種體液，以及像細(xì)胞質(zhì)那樣的“半流體”都屬于非牛頓流體。
太（白）粉溶液是典型的非牛頓流體，它的主要特征是：流體的粘度會(huì)因?yàn)槭艿降膲毫蛩俣榷兓瑝毫υ酱笏俣仍娇欤扯葧?huì)增加，甚至可以成為暫時(shí)性的固體。一盆太（白）粉的水溶液，如果你將手緩慢的插入水溶液中你的手會(huì)沒入其中，當(dāng)你拿出來時(shí)手上會(huì)沾滿白色的太（白）粉溶液。
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1.LS-Dyna ICFD求解器介紹
不可壓縮流動(dòng)求解器基于應(yīng)用于流體力學(xué)的現(xiàn)有有限元技術(shù)。它與固體力學(xué)求解器完全耦合。FSI 耦合分析，允許通過顯式技術(shù)進(jìn)行穩(wěn)健的弱 FSI 耦合分析，或使用隱式進(jìn)行強(qiáng) FSI 耦合分析。除了能夠處理自由 表面流動(dòng)之外，使用保守的水平集界面跟蹤技術(shù),還可進(jìn)行雙相流分析功能。還支持基本湍流模型。本求解器是 LS-DYNA 中第一個(gè)應(yīng)用新的體網(wǎng)格劃分器，它只需將流體域邊界的高質(zhì)量表面網(wǎng)格作為輸入，然后由 程序自動(dòng)生成體網(wǎng)格。另外，在隨著不可壓縮流的時(shí)間推進(jìn)期間，求解器將自適應(yīng)地重新網(wǎng)格化輸入求解器 特點(diǎn)。網(wǎng)格劃分器的另一個(gè)重要特征是能夠創(chuàng)建邊界層網(wǎng)格。當(dāng)在流體壁附近計(jì)算剪切應(yīng)力時(shí)，這些各向異性邊界層網(wǎng)格是模型求解關(guān)鍵。
圖 1 ICFD 汽車外流場、水流沖擊大壩、圓柱擾流案列
2. LS-DYNA ICFD 基本功能
2.1自動(dòng)體網(wǎng)格生成
ICFD 求解器使用自動(dòng)體網(wǎng)格器劃分流體域。 這極大地簡化了前處理階段，而且，提供高質(zhì)量的表面網(wǎng) 格。 對(duì)于 FSI 流-固耦合分析，求解器使用 ALE 方法進(jìn)行網(wǎng)格移動(dòng)。 在 FSI 模擬導(dǎo)致大位移的情況下，求解器可以自動(dòng)重新網(wǎng)格化以保證可接受的網(wǎng)格質(zhì)量。
圖 2 ICFD自動(dòng)生成邊界層及體網(wǎng)格
2.2網(wǎng)格細(xì)化和自適應(yīng)網(wǎng)格劃分工具
LS-Dyna為用戶提供了幾種工具用于細(xì)化局部體網(wǎng)格，以便更好地捕獲網(wǎng)格敏感現(xiàn)象，例如湍流渦流或邊界層分離和再附著。在幾何體設(shè)置期間，網(wǎng)格劃分器可以根據(jù)用戶指定曲面，生成體積內(nèi)的局部網(wǎng)格尺寸。如果沒有使用內(nèi)部網(wǎng)格來指定大小，則網(wǎng)格器將使用封閉體的表面大小進(jìn)行線性插值。
展開 CFD學(xué)習(xí)：翼型上不可壓縮流動(dòng)的分析
作者Cadence CFD 解決方案
要點(diǎn)
分析機(jī)翼上不可壓縮流動(dòng)的重要性。
翼型流體流動(dòng)分析方法。
用于不可壓縮流動(dòng)分析的最佳 CFD 工具。
不可壓縮流與可壓縮流
在物理學(xué)中，有一個(gè)大多數(shù)人都會(huì)同意的力悖論：當(dāng)不可阻擋的力遇到不可移動(dòng)的物體時(shí)會(huì)發(fā)生什么？對(duì)于外行來說，任何尋求解決此問題的努力似乎都是浪費(fèi)時(shí)間。另一方面，科學(xué)家或工程師可能會(huì)應(yīng)用需要充分審查的科學(xué)方法，以便可以從數(shù)學(xué)上定義假設(shè)。如果可以設(shè)計(jì)一個(gè)模型，那么就可以得到一個(gè)解決方案。
研究看似不可能的情況通常很有用。例如，了解接近這些條件的系統(tǒng)的物理特性或量化參數(shù)以優(yōu)化物理設(shè)備的設(shè)計(jì)。這方面的一個(gè)例子是機(jī)翼上不可壓縮流動(dòng)的研究。空氣是可壓縮的；然而，假設(shè)不可壓縮性對(duì)于空氣動(dòng)力學(xué)分析和設(shè)計(jì)來說是有優(yōu)勢的。
分析機(jī)翼上不可壓縮流動(dòng)的重要性
在設(shè)計(jì)或研究當(dāng)今的飛行平臺(tái)時(shí)，了解機(jī)翼周圍的氣流（無論是對(duì)稱的還是弧形的）至關(guān)重要。這對(duì)于確定飛機(jī)運(yùn)行速度范圍內(nèi)機(jī)翼和螺旋槳的最佳材料和形狀非常重要。而速度較慢的飛機(jī)（例如馬赫數(shù) < 0.3）的氣流往往會(huì)滿足不可壓縮性的標(biāo)準(zhǔn)。
所有真實(shí)或自然的流體（包括空氣）都是可壓縮的。然而，如果速度恒定或接近恒定，飛機(jī)和機(jī)翼周圍的空氣流可以被視為不可壓縮。這等效地意味著，對(duì)于可定義的體積或流量塊，密度是恒定的。做出這一假設(shè)可以顯著簡化翼型氣流的 CFD 分析。
翼型流體流動(dòng)分析方法
求解大多數(shù)流體力學(xué)分析以及翼型研究的基礎(chǔ)是可壓縮納維-斯托克斯方程，如下所示。
可壓縮納維-斯托克斯方程
該方程通常用連續(xù)性方程求解，計(jì)算量大且耗時(shí)。因此，如果可能的話，通常會(huì)追求簡化。
展開 FLUENT收斂型噴嘴內(nèi)不可壓縮流動(dòng)模擬
本文授權(quán)轉(zhuǎn)載自訂閱號(hào)：南流坊
關(guān)于ANSYS 2022 版本的學(xué)習(xí)資料
可在上海安世亞太訂閱號(hào)自助領(lǐng)取
從噴水器和真空系統(tǒng)到燃?xì)庠詈桶茨υ「祝俚交推骱腿加蛧娚湎到y(tǒng)，噴嘴在許多工程應(yīng)用中都很常見。噴嘴是具有不同橫截面積的幾何結(jié)構(gòu)，其目的是控制流經(jīng)噴嘴流體的特性。它們通常用于改變（增加）流體流動(dòng)的速度。噴嘴的核心是質(zhì)量守恒和動(dòng)量守恒。
對(duì)于密度恒定的不可壓縮流，質(zhì)量守恒規(guī)定流體的速度與噴嘴的橫截面積成反比。這意味著，隨著噴嘴橫截面積的減小，流體的速度增加。如果我們進(jìn)一步假設(shè)流體的粘度可以忽略不計(jì)，即流動(dòng)是無粘的，那么線動(dòng)量守恒就簡化為著名的伯努利方程。本例的目的是了解守恒定律在確定通過收斂噴嘴的不可壓縮空氣流物理過程中的作用。
1、啟動(dòng)FLUENT并導(dǎo)入網(wǎng)格
（1）在Windows系統(tǒng)下執(zhí)行“開始”→“所有程序”→ANSYS 2021 R1→Fluid Dynamics→Fluent 2021 R1命令，啟動(dòng)Fluent 2021 R1。
（2）單擊主菜單中File→Read→Mesh命令，導(dǎo)入.msh網(wǎng)格文件。
2、定義模型
單擊命令結(jié)構(gòu)樹中General按鈕，彈出General（總體模型設(shè)定）面板，在Solver中Time選擇Steady，進(jìn)行穩(wěn)態(tài)計(jì)算，2D Space選擇Axisymmetric。
3、設(shè)置邊界條件
（1）在邊界條件面板中，雙擊inlet彈出邊界條件設(shè)置對(duì)話框。Velocity Magnitude輸入10，單擊OK按鈕確認(rèn)退出。
（2）雙擊outlet彈出邊界條件設(shè)置對(duì)話框。保持默認(rèn)值，單擊OK按鈕確認(rèn)退出。
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OpenFOAM可壓縮流（LES Spalart-Amallaras）仿真功
OpenFOAM可壓縮流（LES Spalart-Amallaras）仿真功能
EasyCAE云平臺(tái)(www.easycae.cn)在按照頁面提示上傳網(wǎng)格或劃分好網(wǎng)格完成后，點(diǎn)擊“仿真設(shè)計(jì)”，用戶即可看到下圖所示的分析類型選擇界面。
目前平臺(tái)對(duì)于可壓縮流分析支持LES Smagorinsky, LES Spalart-Amallaras, Laminar, k-epsilon, k-omega, k-omega SST等湍流模型。關(guān)于求解器，目前支持附加RANS湍流的穩(wěn)態(tài)(SIMPLEC)和瞬態(tài)(SIMPLE)求解器。對(duì)于瞬態(tài)求解，支持密度基和壓力基兩種算法。
選擇“OpenFOAM”，“可壓”。在下面彈出的“屬性”選項(xiàng)中，“湍流模型”選擇一個(gè)湍流模型，“穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)”中選擇時(shí)間差分格式，然后點(diǎn)擊“保存”按鈕，完成分析類型的選擇和設(shè)置，如下圖所示：
圖 1 分析類型設(shè)置
1.材料設(shè)置
可壓縮流分析的材料屬性需要設(shè)置材料名稱、熱物理模型、混合物、組和輸運(yùn)模型等。其中材料名稱、熱物理模型、混合物三項(xiàng)對(duì)大部分在目前集成了的求解器條件下都可以保持默認(rèn)值。組分屬性需要設(shè)置物質(zhì)摩爾舒和分子量。詳細(xì)設(shè)置請(qǐng)參照【EasyCAE教程】-- OpenFOAM可壓縮流（LES Smagorinsky）仿真功能的材料設(shè)置部分或登陸EasyCAE（www.easycae.cn）云平臺(tái)。
2.初始條件設(shè)置
采用LES Spalart-Amallaras湍流模型的可壓縮流需要設(shè)置壓力，速度，溫度，渦流，湍流熱擴(kuò)散系數(shù)和湍流運(yùn)動(dòng)粘度nuTilda這六個(gè)初始條件。
展開 定常不可壓縮后臺(tái)階湍流FLUENT仿真 ￥299
湍流模型一直是CFD計(jì)算中非常重要的一部分內(nèi)容，以上圖所示的平板流動(dòng)為例，勻速流體接觸到平板的前緣，開始形成一個(gè)層流邊界層。該區(qū)域的流動(dòng)很容易預(yù)測。經(jīng)過一段距離后，流場中開始出現(xiàn)較小的混沌振動(dòng)，流動(dòng)開始轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鳎⒆罱K完全轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鳌?以后臺(tái)階湍流為例，研究FLUENT中提供的湍流模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，說明湍流仿真中的注意事項(xiàng)。
網(wǎng)格模型
充分發(fā)展湍流入口速度分布，以u(píng)df形式給定
速度分布
壁面摩擦系數(shù)，仿真計(jì)算結(jié)果對(duì)比
收費(fèi)文件列表
openFOAM資料大全（5年經(jīng)驗(yàn)總結(jié)） ￥20
potentialFoam: 簡單的勢流求解器，用于建立NS方程求解的初始場讀入標(biāo)量p，向量U,表面場phi(界面流率)求解壓力方程，根據(jù)表面場重建速度場
scalarTransportFoam: 求解因變量傳遞方程
2. Incompressible flow
adjointShapeOptimizationFoam穩(wěn)態(tài)求解不可壓縮的非牛頓流體在變形的管道中受阻湍流流動(dòng)，計(jì)算壓力和速度場的變化情況
boundaryFoam主要用于1維穩(wěn)態(tài)不可壓縮湍流模型求解，并生成一個(gè)inlet的邊界條件用于后續(xù)計(jì)算
boundaryLaunderSharma
boundaryWallFunctions
boundaryWallFunctionsProfile
channelFoam
channel流的LES求解
icoFoam瞬態(tài)求解不可壓縮牛頓流體層流
MRFSimpleFoam穩(wěn)態(tài)求解不可壓縮帶MRF(多參考系Multiple reference frame)的非牛頓流體湍流
nonNewtonianIcoFoam瞬態(tài)求解不可壓縮非牛頓流體層流
pimpleDyMFoam
PIMPLE算法(PISO-SIMPLE合并算法)瞬態(tài)求解不可壓縮，動(dòng)網(wǎng)格下的牛頓流體
pimpleFoam使用PIMPLE算法計(jì)算大時(shí)間步長瞬態(tài)不可壓縮流
pisoFoam使用PISO算法瞬態(tài)求解不可壓縮流
porousSimpleFoam用隱式或顯式方法處理多孔介質(zhì)，穩(wěn)態(tài)求解不可壓縮湍流
shallowWaterFoam瞬態(tài)求解帶旋轉(zhuǎn)的無粘淺水方程
simpleFoam使用SIMPLE算法穩(wěn)態(tài)求解不可壓縮湍流
SRFsimpleFoam穩(wěn)態(tài)求解不可壓縮非牛頓湍流旋轉(zhuǎn)流
windSimpleFoam穩(wěn)態(tài)求解不可壓縮湍流，動(dòng)量方程含有外部源項(xiàng)
3.
展開 LS-DYNA? ICFD白皮書
不可壓縮流動(dòng)求解器基于應(yīng)用于流體力學(xué)的現(xiàn)有有限元技術(shù)。它與固體力學(xué)求解器完全耦合。FSI耦合分析，允許通過顯式技術(shù)進(jìn)行穩(wěn)健的弱FSI耦合分析，或使用隱式進(jìn)行強(qiáng)FSI耦合分析。除了能夠處理自由表面流動(dòng)之外，使用保守的水平集界面跟蹤技術(shù),還可進(jìn)行雙相流分析功能。還支持基本湍流模型。本求解器是LS-DYNA中第一個(gè)應(yīng)用新的體網(wǎng)格劃分器，它只需將流體域邊界的高質(zhì)量表面網(wǎng)格作為輸入，然后由程序自動(dòng)生成體網(wǎng)格。另外，在隨著不可壓縮流的時(shí)間推進(jìn)期間，求解器將自適應(yīng)地重新網(wǎng)格化輸入求解器特點(diǎn)。網(wǎng)格劃分器的另一個(gè)重要特征是能夠創(chuàng)建邊界層網(wǎng)格。當(dāng)在流體壁附近計(jì)算剪切應(yīng)力時(shí)，這些各向異性邊界層網(wǎng)格是模型求解關(guān)鍵。目錄
不可壓縮流ICFD求解器... 4
一、 LS-DYNA ICFD基本功能.... 4
1. 自動(dòng)體網(wǎng)格生成.... 4
2. 網(wǎng)格細(xì)化和自適應(yīng)網(wǎng)格劃分工具... 5
3. 流體——結(jié)構(gòu)耦合分析.... 5
4. 自由表面分析.... 6
5. 兩相流分析.... 6
6. 湍流模型.... 7
7. 共軛傳熱.... 7
8. 非牛頓流動(dòng).... 8
9. MPP可擴(kuò)展性.... 8
二、 典型應(yīng)用：.... 9
1. 外部空氣動(dòng)力學(xué).... 9
2. 內(nèi)部空氣動(dòng)力學(xué).... 9
3. 自由表面和兩相流動(dòng).... 10
4. 流體結(jié)構(gòu)相互作用.... 10
5. 熱問題.... 11
三、 應(yīng)用案例.... 12
1. 汽車外流場.... 12
2. 流固耦合.... 12
3. 心臟瓣膜模擬.... 12
4. 鑄造模擬.... 13
5.
展開 【湍流】fluent中湍流模型的基本原理（1）
這里隱含的過濾函數(shù)G(x,x')則是
ANSYS Fluent中的LES適用于可壓縮流和不可壓縮流。然而，為了簡明的表述，下面的理論首先討論了不可壓縮流。
過濾連續(xù)性和動(dòng)量方程，得到：
其中是分子粘度引起的應(yīng)力張量
對(duì)能量方程進(jìn)行過濾，得到:
式中h_s為顯熱焓，λ為導(dǎo)熱系數(shù)。
式(4-12)中的次網(wǎng)格焓通量項(xiàng)采用梯度假設(shè)近似:
其中為次網(wǎng)格粘度，為次網(wǎng)格普朗特?cái)?shù)，等于0.85。
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展開 兩機(jī)仿真丨624所：整機(jī)全三維仿真技術(shù)加速航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)
圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)及局部網(wǎng)格示例
可壓縮流與不可壓縮流高精度耦合仿真
為解決可壓縮流與不可壓縮流耦合仿真問題，針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇、壓氣機(jī)、渦輪等高速可壓縮流與燃燒室及部件盤腔等低速不可壓流相互耦合仿真方法進(jìn)行了研究。重點(diǎn)開展了燃燒室與渦輪部件耦合求解方法研究。從發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室與渦輪耦合仿真結(jié)果，可以看到主燃燒室核心區(qū)速度很低，屬于不可壓縮流動(dòng)，渦輪導(dǎo)向器區(qū)域?yàn)楦咚俚?em>可壓縮流，通過多方位對(duì)湍流模型參數(shù)選取及交界面數(shù)據(jù)傳遞參數(shù)的設(shè)定，最終實(shí)現(xiàn)了主燃燒室與渦輪高精度耦合仿真（見圖3），獲取了不可壓縮流與可壓縮流參數(shù)的高精度耦合數(shù)據(jù)傳遞方法。
圖3 發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室與渦輪耦合仿真
高精度氣動(dòng)與燃燒耦合仿真
由于燃燒室或加力燃燒室內(nèi)部存在燃油的霧化、蒸發(fā)、摻混、快速化學(xué)反應(yīng)等多相流流動(dòng)特點(diǎn)，而壓氣機(jī)、渦輪內(nèi)部高速流動(dòng)存在高流動(dòng)曲率、激波尾跡邊界層相互作用、封嚴(yán)流與主流相互摻混現(xiàn)象。因此，燃燒室流動(dòng)模擬和葉輪機(jī)部件內(nèi)流存在非常明顯的差異，需要對(duì)氣動(dòng)與燃燒耦合仿真模型進(jìn)行針對(duì)性研究，從而確保較高的仿真精度。重點(diǎn)需要突破復(fù)雜反應(yīng)流和葉輪機(jī)械高速內(nèi)流高精度仿真模擬技術(shù)，并結(jié)合當(dāng)前模擬仿真結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行考核驗(yàn)證和精度評(píng)判。為此，針對(duì)整機(jī)全加力狀態(tài)全三維仿真存在的燃燒模型精度低的問題，對(duì)加力燃燒模型進(jìn)行了改進(jìn)，攻克了加力出口溫度過高問題，并形成了一套具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新化學(xué)反應(yīng)模型，評(píng)估精度提升40%以上。
展開 整機(jī)全三維仿真技術(shù)加速航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)
可壓縮流與不可壓縮流高精度耦合仿真
為解決可壓縮流與不可壓縮流耦合仿真問題，針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇、壓氣機(jī)、渦輪等高速可壓縮流與燃燒室及部件盤腔等低速不可壓流相互耦合仿真方法進(jìn)行了研究。重點(diǎn)開展了燃燒室與渦輪部件耦合求解方法研究。從發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室與渦輪耦合仿真結(jié)果，可以看到主燃燒室核心區(qū)速度很低，屬于不可壓縮流動(dòng)，渦輪導(dǎo)向器區(qū)域?yàn)楦咚俚?em>可壓縮流，通過多方位對(duì)湍流模型參數(shù)選取及交界面數(shù)據(jù)傳遞參數(shù)的設(shè)定，最終實(shí)現(xiàn)了主燃燒室與渦輪高精度耦合仿真（見圖3），獲取了不可壓縮流與可壓縮流參數(shù)的高精度耦合數(shù)據(jù)傳遞方法。
高精度氣動(dòng)與燃燒耦合仿真
由于燃燒室或加力燃燒室內(nèi)部存在燃油的霧化、蒸發(fā)、摻混、快速化學(xué)反應(yīng)等多相流流動(dòng)特點(diǎn)，而壓氣機(jī)、渦輪內(nèi)部高速流動(dòng)存在高流動(dòng)曲率、激波尾跡邊界層相互作用、封嚴(yán)流與主流相互摻混現(xiàn)象。因此，燃燒室流動(dòng)模擬和葉輪機(jī)部件內(nèi)流存在非常明顯的差異，需要對(duì)氣動(dòng)與燃燒耦合仿真模型進(jìn)行針對(duì)性研究，從而確保較高的仿真精度。重點(diǎn)需要突破復(fù)雜反應(yīng)流和葉輪機(jī)械高速內(nèi)流高精度仿真模擬技術(shù)，并結(jié)合當(dāng)前模擬仿真結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行考核驗(yàn)證和精度評(píng)判。為此，針對(duì)整機(jī)全加力狀態(tài)全三維仿真存在的燃燒模型精度低的問題，對(duì)加力燃燒模型進(jìn)行了改進(jìn)，攻克了加力出口溫度過高問題，并形成了一套具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新化學(xué)反應(yīng)模型，評(píng)估精度提升40%以上。圖4為一型發(fā)動(dòng)機(jī)全加力狀態(tài)下整機(jī)全三維仿真結(jié)果，通過與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比表明，加力燃燒室出口溫度評(píng)估精度得到大幅提高，并準(zhǔn)確獲取了發(fā)動(dòng)機(jī)最大狀態(tài)下的性能參數(shù)。
展開 
《ANSYS 10.0/LS-DYNA基礎(chǔ)理論與工程實(shí)踐》
5.1 流構(gòu)耦合分析概述
5.1.1 ALE方法簡介
5.1.2 ALE方法理論基礎(chǔ)
5.1.3 ALE方法相關(guān)關(guān)鍵字
……
第6章 熱分析
第7章 不可壓縮流場分析
第8章 重啟動(dòng)分析
第9章 自適應(yīng)網(wǎng)格方法
第10章 SPH和EFG方法
附錄1 單位制
附錄2 LS-DYNA材料模型應(yīng)力.應(yīng)變數(shù)據(jù)類型
附錄3 LS-DYNA ver.970 rev.5434a(2005／01)接觸類型一覽
附錄4 金屬在大變形、高應(yīng)變率和高溫條件下的本構(gòu)模型和數(shù)據(jù)
參考文獻(xiàn)
如何計(jì)算流體仿真中的質(zhì)量與能量守恒
如果流體密度是恒定的，如不可壓縮流，連續(xù)性方程簡化為
,即流速的散度消失。在不可壓縮流的情況下，這個(gè)假設(shè)是正確的。然而，在大多數(shù)工程問題中，這一假設(shè)是不成立的。粗略地說，在無運(yùn)動(dòng)邊界的情況下，只要密度不依賴于任何可能導(dǎo)致密度沿流線變化的變量（如絕對(duì)壓力、溫度、濃度等），我們就可以考慮它。
也就是說，我們?cè)?COMSOL Multiphysics 中檢查流體流動(dòng)仿真的質(zhì)量守恒精度。為此，我們可以使用派生值功能，這是一個(gè)有用的后處理功能，用于計(jì)算數(shù)據(jù)集中每個(gè)解的積分量。要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)派生積分值，首先進(jìn)入結(jié)果 > 派生值 > 積分 > 表面積分 或體積積分。然后，選擇應(yīng)該進(jìn)行積分的邊界或體積。最后，輸入要積分的表達(dá)式。
派生值功能會(huì)生成一個(gè)帶有數(shù)值的表格；你不能對(duì)不同的數(shù)值進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算。因此，例如，如果你想用一個(gè)數(shù)值減去另一個(gè)數(shù)值或計(jì)算比率，在定義 > 組件耦合 中定義積分運(yùn)算符也很方便。這樣，這些運(yùn)算符就可用于數(shù)學(xué)表達(dá)式，并可在變量列表中的變量定義中自由使用。這樣做以后，你就可以在派生值列表中展示它們。
這里，進(jìn)口和出口質(zhì)量流量的表達(dá)式都被寫成 spf.rho*(u*nx+v*ny+w*nz)，如下圖所示。spf.rho表示用于定義流體密度的變量；(u,v,w) 是速度場矢量；(nx,ny,nz) 是由 COMSOL Multiphysics 自動(dòng)計(jì)算的選定邊界的法向量。密度變化率可以表示為 d(spf.rho,t)。運(yùn)算符 d 的目的是對(duì)一個(gè)變量相對(duì)于另一個(gè)變量進(jìn)行求導(dǎo)。在這里，我們?nèi)〉氖橇黧w密度的時(shí)間導(dǎo)數(shù)。
對(duì)質(zhì)量守恒方程中的每個(gè)質(zhì)量流率項(xiàng)進(jìn)行分步驟計(jì)算。
在散熱器模擬的靜態(tài)情況下，進(jìn)口和出口邊界的質(zhì)量流動(dòng)速率描述如下。
展開 LS-DYNA簡介
熱傳導(dǎo)單元：8節(jié)點(diǎn)六面體單元（3D），4節(jié)點(diǎn)四邊形單元（2D）； 材料類型：各向同性、正交異性熱傳導(dǎo)材料，可以與溫度相關(guān)，以及各向同性熱傳導(dǎo)材料的相變；
邊界條件：給定熱流flux邊界，對(duì)流convection邊界，輻射radiation邊界，以及給定溫度邊界，它們可隨時(shí)間變化；
給定初始溫度，可計(jì)算二個(gè)物體接觸界面的熱傳導(dǎo)和熱輻射，給定材料內(nèi)部熱生成（給定熱源）；
熱分析采用隱式求解方法，過程控制有：
· 穩(wěn)態(tài)分析還是瞬態(tài)分析；
· 線性問題還是非線性問題；
· 時(shí)間積分法：Crank-Nicholson法（a=0.5）和向后差分法（ a=1）；
· 求解器：直接法或迭代法；
· 自動(dòng)時(shí)步長控制。
13.不可壓縮流場分析
LS-DYNA不可壓縮流求解器是960版新增加的功能，用于模擬分析瞬態(tài)、不可壓、粘性流體動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象。求解器中采用了超級(jí)計(jì)算機(jī)的算法結(jié)構(gòu)，在確保有限元算法優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)計(jì)算性能得到大幅度提高，從而在廣泛的流體力學(xué)領(lǐng)域具有很強(qiáng)的適用性。
14.多功能控制選項(xiàng)
多種控制選項(xiàng)和用戶子程序使得用戶在定義和分析問題時(shí)有很大的靈活性。
· 輸入文件可分成多個(gè)子文件；
· 用戶自定義子程序；
· 二維問題可以人工控制交互式或自動(dòng)重分網(wǎng)格（REZONE）；
· 重啟動(dòng)；
· 數(shù)據(jù)庫輸出控制；
· 交互式實(shí)時(shí)圖形顯示；
· 開關(guān)控制-可監(jiān)視計(jì)算過程的狀態(tài)；
· 對(duì)32位計(jì)算機(jī)可進(jìn)行雙精度分析。
15.前后處理功能
LS-DYNA利用ANSYS、LS-INGRID、ETA/FEMB及LS-POST強(qiáng)大的前后處理模塊，具有多種自動(dòng)網(wǎng)格劃分選擇，并可與大多數(shù)的CAD/CAE軟件集成并有接口。
展開 CFD商業(yè)軟件綜合介紹
網(wǎng)格系統(tǒng)包括：直角、圓柱、曲面（包括非正交和運(yùn)動(dòng)網(wǎng)格，但在其VR環(huán)境不可以）、多重網(wǎng)格、精密網(wǎng)格。可以對(duì)三維穩(wěn)態(tài)或非穩(wěn)態(tài)的可壓縮流或不可壓縮流進(jìn)行模擬，包括非牛頓流、多孔介質(zhì)中的流動(dòng)，并且可以考慮粘度、密度、溫度變化的影響。在流體模型上面，Phoenics內(nèi)置了22種適合于各種Re數(shù)場合的湍流模型，包括雷諾應(yīng)力模型、多流體湍流模型和通量模型及k-e模型的各種變異，共計(jì)21個(gè)湍流模型，8個(gè)多相流模型，10多個(gè)差分格式。
Phoenics的VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）彩色圖形界面菜單系統(tǒng)是這幾個(gè)CFD軟件里前處理最方便的一個(gè)，可以直接讀入Pro/E建立的模型（需轉(zhuǎn)換成STL格式），是復(fù)雜幾何體的生成更為方便，在邊界條件的定義方面也極為簡單，并且網(wǎng)格自動(dòng)生成，但其缺點(diǎn)則是網(wǎng)格比較單一粗糙，針對(duì)復(fù)雜曲面或曲率小的地方的網(wǎng)格不能細(xì)分，也即是說不能在VR環(huán)境里采用貼體網(wǎng)格。另外VR的后處理也不是很好。要進(jìn)行更高級(jí)的分析則要采用命令格式進(jìn)行，但這在易用性上比其它軟件就要差了。
另外，Phoenics自帶了1000多個(gè)例題與驗(yàn)證題，附有完整的可讀可改的輸入文件。其中就有CHAM公司做的一個(gè)PDC鉆頭的流場分析。Phoenics的開放性很好，提供對(duì)軟件現(xiàn)有模型進(jìn)行修改、增加新模型的功能和接口，可以用FORTRAN語言進(jìn)行二次開發(fā)。
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