流體域的案例
Ansys SpaceClaim流體域抽取的兩個方法，哪個更好用？
圖3 修復后的模型
(5)點擊工具欄中Prepare下的Volume Extract功能，可以看到各種方式的流體域抽取方法，如圖4所示。
圖4 抽取功能
(6)選擇管道的三個出口面，如圖5所示。
圖5 管道出口面
(7)點擊內部面選擇功能，選擇管道內部的一個內表面，內表面藍色高亮顯示，如圖6所示。
圖6 管道內表面
(8)在Options-Volume Extract中，點選Preview inside faces，拖動進度條可以預覽到這個結構模型內部所有的內部表面，如圖7所示。
圖7 內部表面預覽
(9)點擊綠色對勾，確認本次Volume Extract操作，流體域的抽取，如圖8所示。可以看到在管道結構模型內部，已經生成了一個流體域模型，同時在左側模型樹節點中也可以發現，已經生成了一個Volume體模型，即管道內部的流體域模型。
圖8 流體域抽取
(10)將管道結構模型抑制并隱藏，就可以看到我們需要用于流體計算的管道內部流體域模型到了，如圖9所示。
展開 Star-CCM+提取流體域教程
Star-CCM+是一款類似于ANSYS等的計算流體力學仿真軟件，其最大優勢在于網格可以自動化生成，并且能夠生成六面體網格、非結構網格等。
很多新手都會遇到一個問題就是，一般來說，進行數值計算需要在計算區域生成實體，但是針對有壁厚的管道之類的流動工況來說，流體域的生成該如何處理。本經驗將針對這一問題給出較為詳細的解決方案。
工具/原料
Star-CCM+9以上軟件，電腦
方法/步驟
最開始的諸如生成幾何的步驟想必大家已經了解了，因此此處不再贅述。
我們從已有的幾何開始入手。如下圖1，在part中右擊選擇repair surface,之后就自動跳轉到編輯界面，如下圖2,。在左側最上部選擇修復表面選項。本例將要創建管道中間的流體域，因此此處需要修復兩側的出口表面。在界面圖形上雙擊一端的內壁端口處的特征線，即選中，之后在以同樣的方式選中另一側端口的特征線。
下面選擇左側面板中的filling holes using selected edges，這樣便可在右側看見補充的表面了。再在下方選擇new，輸入名字，點擊OK，并點擊右側的modify，這樣新的表面就建成了，最后關閉編輯界面即可。
下面選擇part右擊選擇split parts by surface topology，這樣便將流體域抽取出來了，即生成了2個parts。之后再將流體域表面分開以便設置邊界條件，如圖2。并且進行重命名操作。之后將parts分配到計算域。
下面可在此處設置邊界條件，比如速度進口之類的。之后創建2個新的網格連續體，1個賦予管道，另一個賦予流體，而兩個網格之間的交界面需要設置長接觸面類型，設置好基本尺寸等參數后就可以初始化網格，生成面網格，生成體網格了。
展開 為NAPA船體幾何快速創建CFD流體計算域
問題來了：我們如何才能創建一個完全封閉（Watertight）的船體表面以及相應的流體域？
典型的NAPA輸出的船體幾何
挑戰
當我們仔細觀察這些碎面的表面網格，你會發現相鄰碎面的邊界并不重合，因此會留有空隙。 常見的CFD網格生成器，很難將這些縫隙自動修復。即便是CAESES自帶的Trimesh功能（快速縫合并將表面三角網格化）， 也很難處理這種情況，紅色高亮顯示縫隙太大，無法縫合。
如果我們將縫合的閥值調大，試圖將紅色的大縫隙給閉合，結果也是徒勞的，因為此時其它小的碎面邊界也會被強制粘合（邊界距離小于閥值）。下圖顯示了另外一種情況就是碎面邊界相互穿刺，顯然這些都不是我們想要的。
在傳統的CAD軟件中，手動修復這些幾何錯誤是相當枯燥的工作，如何通過點幾下鼠標就能解決這些問題，是我們要在CAESES中努力實現的。
自動化解決方案
近期，我們在CAESES中開發出了這樣一個全自動化的解決方案，當然船體幾何如果是重度破損的話，可能會不奏效。然而從我們接觸到的絕大多數案例來看，這個解決方案還是有效的，非常干凈利落。
目標是NAPA IGS文件以及其它一些CAD軟件（Rhino等）輸出的幾何，我們研發出了針對船體曲面特征的縫合修復技術-BRep，Brep技術可以生成一個完全封閉的船體幾何，通過它再創建流體計算域就沒有任何問題了。
這種方法使用起來非常方便， 它是通過Feature來實現調用，用戶只需要選擇船體幾何文件并設置相應的流體域邊界即可。
展開 電磁閥“電磁-溫度-流體-應力”多物理域耦合仿真分析
以控制口0.5mm開度情況為例，原始模型和抽取出來的流體以及網格如下圖所示：
流體域網格
Fluent設置好相應的邊界條件后，將流體計算壓力和對流系數邊界條件在workbench平臺下導入Mecahnical進行力學分析。
該電磁閥結構分析的幾何模型及有限元如下，彈簧模型采用Mechanical的彈簧單元進行簡化。整個電磁閥結構結構左端固定，導入Maxwell計算的生熱計算溫度分布，之后導入Fluent計算的壓力分布和對流換熱進行結構應力分析。結構熱應力分析參考溫度為室溫22°。
電磁閥結構分析有限元模型
Fluent計算壓力導入Mechanical映射
Mechanical導入磁場，流場后溫度分布結果
文章來源：上海安世亞太
展開 
電磁閥“電磁-溫度-流體-應力”多物理域耦合仿真分析
如下圖
線圈繞組焦耳損耗分布
Maxwell計算線圈生熱導入Mechanical
然后進行流體分析計算。本案例中的原始CAD模型只包含了固體區域，比如活門，彈簧，銜鐵，墊圈，頂桿等，做CFD仿真分析需要事先將流體域（通流域）抽出來，并設定相應的邊界條件。
以控制口0.5mm開度情況為例，原始模型和抽取出來的流體以及網格如下圖所示：
流體域網格
Fluent設置好相應的邊界條件后，將流體計算壓力和對流系數邊界條件在workbench平臺下導入Mecahnical進行力學分析。
該電磁閥結構分析的幾何模型及有限元如下，彈簧模型采用Mechanical的彈簧單元進行簡化。整個電磁閥結構結構左端固定，導入Maxwell計算的生熱計算溫度分布，之后導入Fluent計算的壓力分布和對流換熱進行結構應力分析。結構熱應力分析參考溫度為室溫22°。
電磁閥結構分析有限元模型
Fluent計算壓力導入Mechanical映射
Mechanical導入磁場，流場后溫度分布結果
展開 運用Star CCM+生成流體域的可變邊界層網格 ￥10
在進行湍流仿真計算時，對于流體域截面積存在突變的情況，如果采用固定邊界層厚度值，可能會使注流速區網格不滿足仿真要求。本案例僅運用Star CCM+前處理完成可變邊界層厚度設置，sim文件如下。
Workbench fluent風力發電機組葉片流場及溫度場仿真，附詳解視頻及原模型 ￥96
1.2 流體域抽取
創建外部流體域：在SpaceClaim中，選擇“準備”選項卡，使用“外殼”工具沿風機周圍生成長方體流體域，可以鍵盤上直接輸入數值。建議尺寸為風機幾何的20-30倍。拉伸操作時勾選“No Merge”選項，避免流體域與固體區域自動合并，確保后續邊界條件獨立設置。
右鍵單擊塔筒或葉片，選擇抑制固體區域，僅保留流體域。檢查流體域是否完全包裹風機，避免干涉。關閉幾何處理模塊。
流體計算前處理
2. 網格劃分與命名選擇
2.1 網格參數設置
雙擊mesh進入網格劃分模塊，先進行全局網格控制，進入ANSYS Fluent Meshing模塊，設置全局最大尺寸為5000 mm。
局部加密葉片表面網格：添加“Face Sizing”，設置尺寸為300 mm。若存在負體積網格，需調整局部尺寸或重新劃分。
2.2 命名選擇（Named Selections）
關鍵命名組定義
Inlet：選擇流體域前端面，指定為速度入口。
Outlet：選擇流體域后端面，指定為壓力出口。
Blade：隱藏其他部件后框選所有葉片表面，指定為固定溫度邊界。
Wall：選擇風機外表面，設為壁面。
命名沖突處理，若出現“Duplicate Named Selection”錯誤，需檢查名稱是否重復，并在模型樹中刪除冗余組。軟件會自動創建接觸，無需單獨設置即可，流場會自動識別為接觸面。
關閉該模塊進入fluent模塊，雙擊對應模塊即可進入流體模塊。
3.
展開 Fluent案例解析_MRF旋轉機械_水泵
初始化、計算
可依據需要設置監測，模型初始化后進行計算
▊后處理
對于水泵這一塊了解不多，后處理需要查看哪些信息就不做過多介紹了，視頻中是用CFD_POST后處理得到的流線圖視頻_
▊案例解析
?本案例采用MRF多重參考系模型進行水泵葉片旋轉的一個仿真，與單一旋轉坐標系模型的區別在于本案例中存在多個坐標系，葉片旋轉區域采用一個旋轉坐標系，其他部分流體域采用另外一個坐標系；
?實際情況是葉片通過旋轉來帶動靜止的水，本案例采用的是流體域旋轉但葉片相對靜止的方式進行近似的穩態計算求解，需要特別注意旋轉部分流體域和葉片的設置；
?此外，需要注意的是，在前處理時，各部分流體域在交界位置是非正則的，需要采用Interface進行數據交互，如果在前處理時就將各部分流體域在交界位置處理成正則的(即各流體域在交界位置共節點)則不再需要使用Interface；
04
展開 Fluent案例解析_MRF旋轉機械_水泵（附百度網盤資料
初始化、計算
可依據需要設置監測，模型初始化后進行計算
▊后處理
對于水泵這一塊了解不多，后處理需要查看哪些信息就不做過多介紹了，視頻中是用CFD_POST后處理得到的流線圖視頻_
▊案例解析
?本案例采用MRF多重參考系模型進行水泵葉片旋轉的一個仿真，與單一旋轉坐標系模型的區別在于本案例中存在多個坐標系，葉片旋轉區域采用一個旋轉坐標系，其他部分流體域采用另外一個坐標系；
?實際情況是葉片通過旋轉來帶動靜止的水，本案例采用的是流體域旋轉但葉片相對靜止的方式進行近似的穩態計算求解，需要特別注意旋轉部分流體域和葉片的設置；
?此外，需要注意的是，在前處理時，各部分流體域在交界位置是非正則的，需要采用Interface進行數據交互，如果在前處理時就將各部分流體域在交界位置處理成正則的(即各流體域在交界位置共節點)則不再需要使用Interface；
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展開 Simdroid-EC：液冷仿真新星，助力新能源汽車電機控制器高效散熱
便捷多流體域劃分
Simdroid-EC的多流體域仿真功能非常便捷。只需將智能元件流體標記點放入流體域中，軟件即可自動識別到連通的腔體，并形成流體域，無需繁復地用體積區域搭建流體區域。流體域的材料可通過流體標記點直接設置。
3. 異形網格劃分
為了精確捕捉流道內冷卻液的流動，使用Simdroid-EC特有的八叉樹網格對不規則的導入體進行初步網格劃分，再使用體積區域對內部流道進行加密。
八叉樹網格設置
本案例的冷卻液網格分布如下。將局部區域放大，可以查看流道內和IGBT內的網格分布，以驗證施加的網格策略是否起作用。
元件網格
Simdroid-EC支持單獨查看流體域的網格，對多流體域仿真非常友好。
4. 豐富的結果分析
當計算收斂后，Simdroid-EC會自動將計算結果加載至后處理模塊。電機控制器的整體分布結果如下圖所示：
流道和IGBT表面云圖
由上圖可以看出，在位于流道入口（左下方）處的IGBT溫度較流道出口處（右上方）的低，最高處的IGBT溫度約為62℃。
流道內溫度圖
隨著液體不斷在流道內流動，逐步吸收IGBT散出的熱量，冷卻液的溫度逐漸升高，從進口到出口的溫升會達到5℃。
流動矢量圖
流線圖
通過上圖可以明顯看出，流道內部存在局部渦流結構。渦流會改變流道內冷卻液的壓力分布情況，造成局部壓力異常升高或降低，影響冷卻液的正常輸送，導致某些部位供液不足。可通過改變流道的形狀來減弱渦流效應。
流道壓力圖
通過壓力圖可以便捷查看流道進出口的壓差。本案例中，流道進出口的壓差約為1343-93=1250Pa。
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液冷仿真是電子散熱仿真的重要方面。
展開 基于ANSYS Workbech+Fluent的泥漿攪拌機流固耦合分析 ￥9.9
流固耦合力學的重要特征是兩相介質之間的相互作用，變形固體在流體載荷作用下會產生變形或運動。變形或運動又反過來影響流體運動，從而改變流體載荷的分布和大小，正是這種相互作用將在不同條件下產生形形色色的流固耦合現象。
攪拌混合是一種常規的單元操作，具有廣泛的應用背景，攪拌可以使物料混合均勻，使氣體在液相中很好的分散，使固體粒子（如催化劑）在液相中均勻的懸浮，使不相溶的一物質與另一物質充分融合，并可以強化相間的傳質、傳熱。
本實例以常規泥漿攪拌機為例，對泥漿攪拌機在攪拌過程中兩相相溶的過程進行仿真，得出流場分布，通過模擬的攪拌槳的流場分布及壓強分布，進而求得對整個攪拌機產生的影響。
泥漿攪拌機分為兩個進口，一個出口，其中一個進口為空氣，一個進口為泥漿，出口為混合物。
1、調出流體分析與結構分析模塊。
2、導入模型，進行模型前處理，首先通過Fill操作填充出流體域，填充的方法有兩種，一種是正向填充，就是填充出的模型即為流體域；另一種為逆向填充，填充后，通過布爾減操作去除填充域內部的固體結構，即為流體域。
3、流體域與固體域均處理結束后，對所有域進行命名處理，入口、出口、耦合面及壁面進行命名，其中耦合面分為固體的壁面與流體域的壁面。
4、命名完壁面后進入模型前處理，劃分CFD網格，分別對固體域與流體域進行網格劃分，這里的CFD網格要求要比結構網格要求要高，具體有問題可以私下再與我交流。
5、雙擊setup,進入Fluent求解器，這里按照下圖進行設置，其余保持默認即可。
6、進入Fluent求解界面，首先檢查CFD網格，看是否出現負體積，如果存在，需要重新回去劃分網格，如果沒有，繼續設置溫度單位。
展開 
利用STAR CCM+進行流道抽取
對復雜產品進行CFD仿真分析，通常利用專業三維CAD軟件建立數字模型，然而這些模型并非流體計算域，無法直接導入至前處理軟件劃分網格，因此需要在這些模型基礎上抽取流體計算域，亦即流道抽取工作。根據CFD計算類型，流體域抽取分為兩類：（1）內流計算域生成，（2）外流計算域生成。
提取流體域的方法很多，可以在CAD軟件中利用布爾運算操作生成計算域，但是由于CAD軟件與CAE軟件間建模精度存在差異，在CAD軟件中提取的計算域導入至CAE前處理軟件中常常會產生幾何特征丟失的情況，對于復雜的幾何體情況更加嚴重。因此建議使用CFD前處理軟件進行流道抽取工作。以前提過使用ANSYS Workbench中的Design Modeler模塊進行流道抽取工作（主要利用Fill與enclosed實現）。本次主要利用STAR CCM+中的3D-CAD模塊來實現流道抽取。
STAR CCM+是一款通用計算流體軟件，包括了從幾何建模、計算前處理、求解器以及后處理器的完整模塊。其中3D-CAD是集成于STAR CCM+中的幾何創建模塊，利用該模塊，用戶可以不僅可以創建幾何模型，還可以對導入的外部幾何模型進行修補，同時還可以提供流道抽取功能。這里以兩個簡單的例子來說明利用3D-CAD抽取內流道與外流道的功能。
1、幾何描述
產品實際模型如圖1所示。
2、STAR CCM+抽取內流道
新建一個CCM+仿真工程，在3D CAD工程節點上點擊右鍵，選擇New子菜單進入3D CAD模塊。
進入3D-CAD模塊后，選擇如圖3所示菜單，在彈出的對話框中選擇創建的幾何模型，導入模型。
展開 CFX浸入實體實例：攪拌
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1、模型描述
利用浸入實體時，要分別建立固體域和流體域，與常規的流體計算域不同，流體域是完整的區域，固體域要劃分網格，而且還要求固體與流體接觸壁面網格加密。我們的固體攪拌漿幾何如圖1所示。流體域模型我們在workbench的DM模塊中建立。攪拌漿旋轉速度30rad/s，俯視逆時針旋轉。流體區域如圖2所示，為一個完整圓柱體。裝配模型如圖3所示。
圖1
固體模型
圖2
流體域模型
圖3
裝配模型
2、分別導出固體模型與流體幾何模型，分別劃分網格。
可以在DM中suppress body，然后導出未suppress的實體。這里我們依次導出固體與流體模型，到ICEM中劃分網格，輸出CFX網格文件，到CFX中再去組裝。
注意：這里之所以采用workbench進行流體域劃分，主要是為了保持坐標一致，否則若坐標不一致的話，分別導出模型劃分網格，在進行后續的組裝過程中會很麻煩。
3、創建域
首先刪除CFX默認創建區域，在default domain上右鍵點擊，選擇delete子菜單刪除默認區域。插入新domain，如圖所示。
展開 管道的熱固耦合計算及管道熱應力分析!
最后定義耦合面，定義流固交界面流體一側的三個面為interfacef2s，定義流固交界面固體一側的三個面為interfaces2f，面的選取如圖5 所示。
圖5 流體域和固體域邊界圖示
四、網格劃分
雙擊A3 打開Meshing 模塊，網格劃分主要有三部分，選定固體域定義網格方法為Automatic Method，選定流體域定義網格方法同樣為Automatic Method，最后，在流體域中選擇與固體域相交的三個面定義膨脹層Inflation。為了使網格更合適質量更好，在detail of‘mesh’面板中定義相應參數，其中定義Relevance 為100，Relevance Center 為fine，Smoothing為High，Span Angle Center 為Fine，其余選項均保持默認即可。單擊Generate Mesh 生成網格，得到節點數為64628，網格數量為190857。觀察網格質量，網格質量總體均在0.5 以上，基本可以認為網格質量良好。
展開 Simerics | 渦旋壓縮機三維瞬態CFD仿真
圖10 葉尖密封泄漏路徑的典型截面示意圖
考慮到大部分時間內流體域的壓力較高，所得到的泄漏路徑為圖11(a)所示的z形流體體積。在圖6所示的葉尖密封網格模板中，輸入圖10中的5個尺寸參數，泄露間隙的流體域形狀就得到了很好的定義，Simerics-MP+軟件將自動為泄露間隙的流體域生成高質量的結構化網格，如圖11(b)。
圖11 (a)葉尖密封泄漏流體域截面; (b)結構化網格
采用Simerics-MP+軟件自帶的網格模板，生成帶有葉尖密封泄露與不帶葉尖密封泄露的網格（如圖12），其中(a)為不帶葉尖密封，(b)為帶葉尖密封。
圖12 流體域截面網格示意圖
葉尖密封泄漏量從渦旋寬度不變的點開始。當螺旋/漸開線形狀停止時，泄漏量停止，如圖13所示，其中(a)為葉尖密封泄漏起點，(b)為葉尖密封泄露終點，模板自動檢測這兩個點。也可以自定義泄漏量的開始和結束位置。然后，通過不匹配網格接口(MGI)將后兩部分生成的卷軸和封頭卷連接起來，形成一個計算域。
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