ansys自由液面的案例
STARCCM 攪拌器自由液面仿真模型 ￥50
攪拌器槳葉高速旋轉帶來的漩渦，部分樣式攪拌雖然可以通過公式估算，但更多的攪拌器需要通過仿真方式來獲得。
該案例采用STAR-CCM+2402版本軟件，通過內置的參數化建模工具3DCAD構建了整個模型，運用剛體運動和多相流VOF模型相互結合，通過瞬態求解的方式，獲得攪拌器漩渦的發展變化過程，為后續攪拌器設計以及參數選擇提供參考。
可以通過分析模型文件，獲得求解思路。
包含兩個模型文件，其中之一為中心攪拌，另一為偏置攪拌。可以通過求解獲得歷史文件，然后生成動畫。
Xflow兩相流自由液面
3d沒有好描述和說明的，特別說明2d的設置和應用，其實2d的應用最好還是在自由表面中的應用較多（xflow計算案例，例如Rayleigh-Taylor不穩定性、液滴、噴墨等），2d是在3d基礎上去掉寬度方向計算，在xflow中即設定計算平面為x-y（z=0）平面二維模型。X為模型長度，y為模型高度。
2. 原則
在用xflow solver求解自由表面問題時，無論二維還是三維計算模擬，必須保證模擬模型的垂直方向和Y-axis完成平行一致，因為xflow求解器默認y-axis為最佳液面高度定義方式。
3. Free surface external
流體水槽默認按照X軸流動，-x /+y默認為流體域入口，+X為出口，-Y為地面，-z/+z為對稱循環。需要設定的值：
入口的初始速度（velocity law at the inlet）
水流初始表面(water initial surface)
入口水表面函數（water inlet wave function）表示出口處自由表面的位置，其可以為常數或者為時間的函數。
設置最直接的方式就是水槽及表面邊界條件導向功能來設置上面的所有值，包括虛擬模
擬水槽的大小設置。
圖3-1 自由表面水波設置向導
如圖3-1向導圖所示，需要設置的參數有水槽的長度、高度、寬度、水槽內水深度、水流動速度、水波幅度、水波頻率。
設置完后在環境設置相應相就自動生成函數表達式，當然每個參數也可以根據需要自定義相關特殊函數表達式。
對于五階斯托克斯模型請參考相關手冊和專業書籍。
4. Free surface internal
內部自由表面流動，需要用戶去定義各個外部表面邊界條件和初始液位高度。
5.
展開 VOF模擬車體內自由液面震蕩 ￥9.9
VOF模擬車體內自由液面震蕩
基于comsol的自由液面的斜坡斜圓柱繞流仿真 ￥1870
</p><p><img src="https://www.yqgqt.org.cn/platform/static/ueditor/dialogs/attachment/fileTypeImages/icon_rar.gif"><a href="https://oss.jishulink.com/upload/201909/d84bfa0e6ec74171ba71a2033455184b.rar" rel="noopener noreferrer" target="_blank" style="color: rgb(0, 102, 204);">自由液面繞流.rar</a></p><p><br></p><p>利用comsol的兩相流：</p><p>1、繪制幾何，1度的斜坡，45度的斜圓柱。 以及上下空氣層與水層。</p><p>2、入口流速，依靠重力加速</p><p>3、水流繞流圓柱，再圓柱背后留下穩定的水坑。</p><p>4、可以對比不同的圓柱傾斜角度，水層厚度帶來的 阻力系數的變化。
展開 
COMSOL 軟件建模教程：如何模擬自由液面 (一)
COMSOL Multiphysics? 軟件提供了四種可用于模擬自由液面的方法：水平集、相場、動網格和穩態自由表面。作為系列博客的第一節，我們將討論水平集和相場法，這兩種基于場的方法幾乎可以描述任何類型的自由液面。在第二節中，我們計劃將本文的求解結果與通過動網格接口獲得的結果進行比較。
何為水平集和相場法？
水平集和相場法都是基于場的方法，這類方法將自由液面表征為水平集或相場函數的等值面。自由液面對應固定網格框架下的液體和氣體之間的相分界面。
下圖為管道內兩顆液滴的表面，摘自附加產品“微流體模塊”的“案例庫”所提供的液滴破碎模型。從這張圖中可以看出，盡管液滴的表面非常明顯，但液滴周圍的單元并沒有貼合到液滴表面上。
不管采用水平集方法還是相場法，液滴表面與單元表面都不貼合。
水平集和相場函數都是由納維-斯托克斯方程計算的速度矢量進行對流傳輸的。在水平集和相場法中，對應公式為：
(1)
需要注意的是，水平集和相場函數都使用了 Φ。二者的不同在于方程右側的 F。在初始水平集方法中 F = 0，因此得到純對流傳輸方程。然而當 F = 0 時，數值解不僅不穩定，而且大部分情況下實用性很小。所以為了保持相界面清晰，我們在水平集方法的 F 中添加了高階導數項 Φ 。
在相場法中，F 代表設法將系統的自由能最小化的項。此項也引入了高階導數 Φ。實際上，相場方程中的源項中包含了四階項。這意味著，出于實用性考慮，方程經常被分解為兩個方程，與此同時，輔助因變量被定義為 Φ 的二階導數函數形式。COMSOL Multiphysics 中也采取了這種做法。
兩種方法均將自由液面的表面張力引入到納維-斯托克斯方程的源項中。水平集方法利用表征自由邊界的水平集等值面的曲率來描述表面張力。
展開 COMSOL 軟件建模教程：如何模擬自由液面 (二)
此外，COMSOL Multiphysics 中的動網格方程無法處理自由液面的拓撲變化，比如破碎波。
在某種程度上，相比于水平集和相場法，利用動網格方法為自由液面建模顯得更加簡單干脆，因為如前文所述，我們可以直接將表面張力及其他表面力用作邊界條件。不求解自由液面上方空氣域內的流體流動有利于大大提高計算速度，因為納維-斯托克斯系統的自由度數量幾乎減少到基于場的方法的一半。在這種情況下，我們之所以忽略空氣域的影響，是因為水和空氣的密度與動力粘度比值很大。所造成的差異將在下一節中詳述。
比較動網格與相場法的結果
下圖比較了分別使用動網格與相場法計算的自由液面。我們可以看到兩種方法的結果非常一致，自由液面的形狀和速度場的流線都很相似。
不過模型并非完全相同。在相場法的案例中，自由液面上方的空氣域在液面上產生了微小的阻尼效應，而動網格案例中不存在空氣域，并且液面只“看見”流體表面上氣壓恒定不變。換句話說，動網格案例中的自由液面不必移動空氣，并且可以利用這種能量使水波更高，表面波動更大。
使用兩相流動網格接口（左）和相場方法（右）計算得到的不同時間下的自由液面形狀和速度場。
下方動畫展示了利用動網格方法求得的動態自由液面，我們可以將它與上一篇中只用相場法生成的動畫作比較。可以清晰地看到，與相場動畫相比，自由液面的波動幅度更大，反應也更快。這可能是因為動網格中沒有空氣域，而水平集和相場方法中的空氣域會阻礙自由液面運動。
利用動網格方法獲得的自由液面動畫。
我們還可以將默認的自由液面動網格功能與兩相流動網格 接口進行比較，后者能夠分析液相和氣相的流場。可以看到，不管是包含兩相的動網格，還是相場法，流場和速度矢量的大小都非常相似。對于三種情況（動網格、相場及包含兩相的動網格），自由液面的形狀均相似，但是在此例中，兩個動網格案例所對應的形狀更加相似。
展開 自學無網格粒子Particleworks流體飛濺和自由液面仿真分析
攪拌設備
對攪拌設備進行仿真，并且完成與試驗結果的對比驗證：下圖是攪拌轉速為90rpm時，化妝品攪拌過程中自由液面狀態的對比：
攪拌過程對比
同時，在不同液體、不同混合體積的條件下，對比攪拌時自由液面的深度：
自由液面深度對比
通過上述驗證試驗表明，Particleworks可以很好模擬攪拌設備的攪拌過程。在此基礎上，對2種不同攪拌葉片的攪拌性能進行仿真對比，完成攪拌設備的升級、選型。
不同攪拌設備攪拌過程對比
10、醫療行業：吞咽模擬
輔食對于病人、嬰兒、老人等弱勢人群都是很重要的食物，為避免食用過程中發生窒息的風險，需要了解、預測此類人群吞食輔食的過程，提前規避風險；可以基于Particleworks完成3D-吞咽模型模擬整個過程。
3D-吞咽模擬器
Particleworks軟件中，構建3D-吞咽的模型，輔食可以設置為非牛頓流體；調整輔食的粘度，對比不同稠度的輔食在人體食道中的流動過程。通過觀察輔食流動是否是成一簇的形態，評估合適的稠度。
軟件模擬結果
作者：無網格粒子 仿真 xiu專欄作者
展開 初學ANSYS的自由模態分析
jiangyemotaifenxi.avi
初學ANSYS的自由模態分析：
槳葉的自由模態分析：
槳葉形狀如圖所示，尺寸為29寸逆槳。
材質預設為Structural steel。
任何物體在自由狀態下都存在 6 個剛體運動 - 三個方向的平移和三個方向的轉動。如果不施加任何約束進行模態分析，則至少會出現 6 個零頻率，稱為剛體模態。
槳葉的前六階為零頻和接近零頻。
固有頻率：是指結構系統在受到外界激勵產生運動時，只由系統本身性質決定的特定的頻率。
固有頻率也稱為自然頻率。物體做自由振動時，其位移隨時間按正弦或余弦規律變化，振動的頻率僅與系統固有特性有關如質量、形狀、材質等有關，其對應周期稱為固有周期。
固有頻率與外界激勵沒有關系，是結構的一種固有屬性。不管外界有沒有對結構進行激勵，結構的固有頻率都是存在的，只是當外界有激勵時，結構是按固有頻率產生振動響應的。
固有頻率做為某一物體的固有屬性,在某種程度上,就跟物體的大小的概念一樣,當物體的性質發生變化時才會改變。
實際的分析對象是無限維的，所以其模態具有無窮階。但是對于運動起主導作用的只是前面的幾階模態。所以計算時根據需要計算前幾階的。
展開 Ansys Zemax | 確保自由曲面設計的可制造性
本文專門介紹使用單點金剛石車床加工自由曲面的主要可制造性參數，解釋了可制造性參數如何與儀器參數相關聯，并展示了如何在 OpticStudio 中檢查和控制這些可制造性參數。此外，還解釋了如何處理其考察區域外的自由曲面的行為。例如，使用塑料自由曲面透鏡（Alvarez透鏡元件）等。
表面參數控制
鏡頭加工中需要進行控制的表面參數將取決于加工方法和設備。加工塑料光學元件最流行和最廣泛使用的方法之一是使用 三軸金剛石車床（圖 1）進行直接切割，或者更常見的是利用切割模具來加工透鏡。
圖1. 三軸金剛石切割機（左） 金剛石切割刀具（右）
傾斜角度
讓我們看一下儀器的局限性（圖 2）。刀具的側面傾角限制了沿任何徑向橫截面的最大可能斜切角。由于這樣的徑向橫截面與子午面重合，因此相應的斜率在 OpticStudio 中稱為“子午斜率”。相對而言，旋轉對稱表面子午斜率對于自由曲面而言，沿不同的徑向截面具有不同的分布。
另一個參數是 “弧矢斜率” 角度。當我們在三軸金剛石車床上加工自由曲面時，刀具在工件的每一圈都沿 Z 軸來回移動，以加工非旋轉對稱形狀的透鏡。在這種情況下，刀具的后角限制了表面沿鏡頭上每個圓圈變化的速度，這稱為弧矢斜率。更準確地說，刀具在表面上產生螺旋軌跡，但螺旋的步長非常小，在大多數情況下，可以將刀具軌跡視為一系列圓圈。對于旋轉對稱鏡片，弧矢斜率剛好為零。
圖 2. 子午和弧矢斜率，黃線表示沿哪個方向測量斜率
有時，從加工的角度來看，將工件放置在平臺的旋轉軸之外而不是沿軸放置是合理的，這樣刀具在工件上的軌跡看起來幾乎是直線。在這種情況下，我們應該控制所謂的 “X斜率” 和 “Y斜率”（圖3）。
圖3.
展開 ANSYS Fluent 邊界條件（二）之outflow自由出口
ANSYS Fluent 邊界條件outflow自由出口的介紹及使用。
一、outflow簡介
當出口壓力與速度均未知時，可以使用Outflow邊界條件。該邊界通常無需定義任何物理參數，Fluent利用計算域內部信息通過數值外插獲取該邊界上的物理量分布。
Fluent將outflow邊界視作充分發展邊界，假設該邊界上的流動滿足充分發展流動假設。充分發展的流動是流動速度分布(和/或其他性質的分布，如溫度)在流動方向上不變的流動。需要注意的是，在Outflow邊界上只有法向方向的擴散通量為零，切向方向依然可以存在梯度。
二、使用限制
入口為壓力入口時，不可以使用outflow，此時應該使用壓力出口；
outflow邊界不能用于可壓縮流動，不可壓縮流動最好用壓力出口；
在不可壓縮的情況下，歐拉模型或混合多相模型可以使用outflow邊界。但如果出口可能產生回流，或流場在出口位置非充分發展時，通常使用壓力出口邊界。
三、使用說明
在完全展開的流中，流出邊界條件是遵循的，其中出口方向上所有流動變量的擴散通量為零。但是，也可以在流動尚未完全展開的物理邊界處定義流出邊界，如果出口處的零擴散通量假設預計會對流動解決方案產生很小的影響，則可以放心使用。
位置A作為Outflow邊界通常會計算不收斂，計算結果通常是無效的。因為該位置存在嚴重的流動回流，通過該邊界的質量流量是不確定的。此時應當使用壓力出口邊界；
位置B位于后向臺階再循環再附點附近。在該位置使用Outflow邊界是不合適的。該位置垂直于出口平面的梯度很大，可以預料到該邊界對上游流場影響較大，因此在該位置選擇Outflow邊界是不合適的；
位置C所示的出口邊界位于流動充分發展的區域。
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Ansys Zemax | 在 OpticStudio 中使用自由曲面進行設計
Bajuk，“自由曲面光學的實際實例”，載于《可再生能源與環境》，OSA 技術文摘（在線）（美國光學學會，2013 年），論文 FT3B.2。
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展開 Ansys Zemax | 確保自由曲面設計的可制造性
概要
本文專門介紹使用單點金剛石車床加工自由曲面的主要可制造性參數，解釋了可制造性參數如何與儀器參數相關聯，并展示了如何在 OpticStudio 中檢查和控制這些可制造性參數。此外，還解釋了如何處理其考察區域外的自由曲面的行為。例如，使用塑料自由曲面透鏡（Alvarez透鏡元件）等。
表面參數控制
鏡頭加工中需要進行控制的表面參數將取決于加工方法和設備。加工塑料光學元件最流行和最廣泛使用的方法之一是使用 三軸金剛石車床（圖 1）進行直接切割，或者更常見的是利用切割模具來加工透鏡。
圖1. 三軸金剛石切割機（左） 金剛石切割刀具（右）
傾斜角度
讓我們看一下儀器的局限性（圖 2）。刀具的側面傾角限制了沿任何徑向橫截面的最大可能斜切角。由于這樣的徑向橫截面與子午面重合，因此相應的斜率在 OpticStudio 中稱為“子午斜率”。相對而言，旋轉對稱表面子午斜率對于自由曲面而言，沿不同的徑向截面具有不同的分布。
另一個參數是 “弧矢斜率” 角度。當我們在三軸金剛石車床上加工自由曲面時，刀具在工件的每一圈都沿 Z 軸來回移動，以加工非旋轉對稱形狀的透鏡。在這種情況下，刀具的后角限制了表面沿鏡頭上每個圓圈變化的速度，這稱為弧矢斜率。更準確地說，刀具在表面上產生螺旋軌跡，但螺旋的步長非常小，在大多數情況下，可以將刀具軌跡視為一系列圓圈。對于旋轉對稱鏡片，弧矢斜率剛好為零。
圖 2. 子午和弧矢斜率，黃線表示沿哪個方向測量斜率
有時，從加工的角度來看，將工件放置在平臺的旋轉軸之外而不是沿軸放置是合理的，這樣刀具在工件上的軌跡看起來幾乎是直線。在這種情況下，我們應該控制所謂的 “X斜率” 和 “Y斜率”（圖3）。
圖3.
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在OpticStusio的序列和非序列模式中，我們可以使用各式的工具進行自由曲面的光學設計。本文中，我們提供了一個以切比雪夫多項式表面（Chebyshev Polynomial surface）設計出離軸拋物面的范例，且此系統是在系列模式中進行設計的。另外，在OpticStudio的序列模式中有超過20種自由曲面供選擇，本文將提到鏡頭數據編輯器（Lens Data Editor）中一些好用的篩選功能，可以協助設計者根據不同的應用決定適合的自由曲面。
簡介
相較于傳統的球形光學原件，自由曲面是一種復雜、且擁有更大設計自由度的表面。雖然在制程上較為困難，但自由曲面的使用可以大幅的減少系統的體積。自由曲面可被應用在各式不同的領域，天線、激光光束整形器（laser beam shaper）和哈伯太空望遠鏡等的設計中，早已可見自由曲面的蹤跡。
OpticStudio提供了許多好用的功能，供用戶在序列和非序列模式中進行自由曲面的設計。這篇文章，我們會在序列模式中以切比雪夫多項式表面設計出離軸拋物面。同時，我們還會討論如何快速的針對不同系統找出適合的自由曲面種類。
切比雪夫多項式表面(Chebyshev Polynomial surface)
在眾多OpticStudio的自由曲面選擇中，唯獨此表面是由切比雪夫多項式 （Chebyshev Polynomial）所定義的。這種類型的多項式的項次在歸一化方形孔徑上彼此正交，代表構成表面幾何形狀的系數呈線性獨立。如此一來，當我們對表面的幾何關系進行優化時，將不再受到局部最小值（local minima）的限制。與非球面的系統相比，自由曲面的設計過程可因此而變得更直觀。此外，切比雪夫多項式是由卡氏坐標推導出的，而多數的多項式自由曲面則用于描述旋轉對稱的系統。
展開 ANSYS求解單自由度系統的振動響應分析
問題： 圖示系統質量塊質量為m=30kg，彈簧剛度為k=30kN/m并且彈簧質量可以忽略，質量塊被向左方向推離位置10mm后放手，求此系統的固有頻率、周期和響應，以及彈簧所受的力。
理論解：
！1求解系統的固有頻率
finish
/clear
/prep7
et,1,mass21
et,2,combin14
keyopt,1,3,4 !mass21二維無轉動慣量的質量點
keyopt,2,3,2 !2d軸向彈簧
r,1,30
r,2,3e4
n,1
n,2,1,0
type,1
real,1
e,2
type,2
real,2
e,1,2
d,1,all
d,2,uy
/solu
antype,modal
modopt,lanb,1
mxpand,1
solve
/post1
set,list
！2求系統的響應曲線
finish
/clear
/prep7
et,1,mass21
et,2,combin14
keyopt,1,3,4
keyopt,2,3,2
r,1,30
r,2,3e4
n,1
n,2,1,0
type,1
real,1
e,2
type,2
real,2
e,1,2
/solu
antype,trans
Trnopt,full
outres,all,all
timint,off
d,1,all
d,2,uy
d,2,ux,0.01
time,1
solve
time,2
kbc,0
ddele,2,ux
timint,on
autots,on
deltim,0.01,,0.1
solve
/post26
nsol,2,2,u,x
plvar,2
prvar,2
最后得到結果質量點的位移響應曲線
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