Fluent瞬態
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-04-11
Fluent瞬態的視頻教程
fluent 離心風機穩態瞬態仿真分析及動畫制作
1、講述了離心風機流體域提取方法及旋轉域畫法注意事項； 2、講述了基于ICEM CFD軟件離心風機網格劃分方法； 3、講述了離心風機穩態MRF模型參數含義及設置方法； 4、講述了離心風機瞬態模型參數含義及設置方法； 5、講述了基于fluent的離心風機后處理云圖、矢量圖、流線圖等生成方法； 6、講述了動畫的設置方法及保存、查看；
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基于FLUENT的西科斯基S97共軸直升機旋翼啟動過程瞬態氣動仿真
課程介紹： 本案例采用fluent的滑移網格模擬共軸直升機在旋翼啟動過程中的流場情況，模擬旋翼從停止到穩定轉速時的氣動情況。需要注意的是這個課程介紹的是旋翼的啟動過程，沒有涉及直升機旋翼的變距仿真。 本次算例：S97共軸直升機的上下兩個旋翼的轉向相反，且雙旋翼在5秒內從0RPM以一定規律增加120RPM并穩定旋轉，查看旋翼啟動過程的氣動特性；
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基于Fluent嵌套網格的“小鳥”直升機飛行仿真
三、掌握fluent穩態求解的設置，包括： 模型的設置 計算域設置： 重疊網格，穩態計算的設置， 獲取旋翼懸停時的穩態載荷； 為瞬態計算提供初始流場 四：掌握fluent瞬態求解的設置 重點講解運動UDF的編寫與含義； 以及區域運動的設置； Scene動畫的設置等； 課程介紹： 本案例采用fluent的嵌套網格模擬直升機飛行過程中的流場情況，模擬了直升機前飛，爬升的飛行，同時考慮了直升機螺旋槳的轉動情況
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Fluent瞬態的實例教程
本期選取了CFD領域典型的場景，基于滑移網格方法的旋轉機械流場分析，滑移網格方式進行旋轉機械計算可以獲得定轉子之間的時間精確解，精度相比穩態計算更高，計算要求也更苛刻，軟件也是采用CFD領域最常用的仿真軟件Fluent。我們來看下基于“神工坊”高性能工業仿真平臺的CFD瞬態計算，和其他仿真云平臺進行效率對比如何。
一、模型與網格
采用某品牌空調室外機作為瞬態分析的仿真模型，左側與后側的進口流域，以及前側的出口流域都考慮到計算中，并對空調內部結構簡化后進行網格劃分，最終網格單元數868萬，如下圖所示。其中，風扇葉片的旋轉速度是850rpm。
二、求解設置
根據該款旋轉機械的相關參數，經過理論計算得到該旋轉機械的最大速度為25.6m/s，折合馬赫數為0.075，為不可壓縮流動，故選擇壓力基求解器，湍流模型選用了適用于旋轉機械的k-ε Realizable模型。對于動區域計算模型，本次瞬態計算選擇了網格區域移動的滑移網格法，仿真的模擬時間為10s，相關設置如下。
三、仿真結果
迭代完成之后仿真云圖如下所示。
四、仿真平臺對比
進行Fluent旋轉機械瞬態分析時，所使用的“神工坊”高性能工業仿真平臺與其他兩家仿真云平臺的硬件參數如下表所示。
仿真云平臺
CPU型號
內存
主頻
神工坊
AMD EPYC 7742
512G
2.25GHz
仿真云平臺1
Intel Xeon(Cascade Lake) Platinum 8269
64G
2.5GHz
仿真云平臺2
Intel（R）Xeon(R) Platinum 8350C
64G
2.6GHz
計算過程中三個平臺的一些輸出日志如下。
展開 Fluent具有豐富的物理模型、先進的數值方法和強大的前后處理功能，在航空航天、汽車設計、石油天然氣和渦輪機設計等方面都有著廣泛的應用。
1. 前處理
在fluent計算前應先設置流域的各個邊界面（例如壓力出口、壓力入口以及想要監測數據的面等等），這里以ANSYS的workbench界面做一個相關展示。本算例模型來源于航空航天領域的伺服閥前置級的部分射流流域（尺寸、形狀做了相應簡化）。
圖1. Workbench的fluent運算界面
如圖所示，第一個模塊是流域的三維模型；第二個模塊是用于流域網格劃分的專業軟件，是業內認為繪畫結構網格的專業軟件，結構化網格（六面體）有利于減少計算量，有利于模型的計算迭代收斂；第三個模塊是fluent，紫色線代表著他們之間的文件連接關系。前處理主要包括模型的邊界面定義以及網格繪制，本節主要講解前處理的相關技巧。
右鍵Geometry打開模型，在DesignModeler設置壓力入口和壓力出口，其他面均為墻壁面（wall），如圖2所示。在這一步，需要注意的是，不可以重復的定義一些面，否則你所定義的面的名稱會在fluent里雜亂無章的顯示以及生成許多無關的面。另外，在DesignModeler可以定義流體的屬性（fliud默認是solid），不定義的話，在之后的fluent界面里可以重新定義。
圖2. DesignModeler中的流域模型
接下來就是整個仿真中最關鍵的一步——網格繪制，為什么把它放在如此重要的位置？因為用于高級的、復雜的計算網格量十分龐大，每個網格點都對應著基本的物理方程，同時利用ICEM軟件繪制的網格（分塊繪制方法）具有網格數量少，求解精度高的特點。
展開 FSI插件加載成功
二．使用流程
1） 首先打開CFD-POST，讀取Fluent的瞬態計算結果；
2） 在CFD-POST中，Calculators目錄下選擇MacroCalculators；
3） 在Macro中加載插件文件夾中的“FSI_Transient_Export_Surf.cse”（獲取面上數據）或“FSI_Transient_Export_Vol.cse” （獲取體數據）；
4） 選擇需要導出數據的面或體，選擇需要導出的數據類型；
5） 點擊Calculate，導出數據。數據默認保存在用戶系統的Documents文件內。（至少有3個文件：一個為網格數據，一個為時間數據，一個為物理量數據（每個物理量都會形成一個單獨文件））
網格數據
時間數據
溫度數據
6） 在Structure中添加Import Temperature或Import Pressure邊界。
7） 選擇需要需要加載的面或體，將在CFD-POST中產生的數據導入相應的選項，TimeStep Ccontrol選擇yes。
8） Import temperature右鍵Generate導入數據。
9） Structure中其他設置正常進行。開始計算。
來源：安世亞太
展開 wx_fmt=jpeg"> </p><p><br></p><p><strong>2.瞬態設置</strong></p><p> </p><p>那么瞬態計算需要注意什么呢？</p><p>Fluent軟件瞬態計算中有三個比較重要的設置：Number of Time Steps、Time Step Size和Max Iterations/Time Step</p><p> <img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/8tJMdLVYZy8D64icnA9ElAziaTGJk7o8PWQnNTziadI6fJ8DY7akypm67Cqic1oia7ky7GKlOZuql7cLXiaDkC2R1ic5A/640?wx_fmt=png"> </p><p> </p><p> </p><p><strong>3.Max Iterations/Time Step</strong></p><p> </p><p>首先，計算 unsteady flow 的時候，fluent 是從前一個時間算到下一個時間的。</p><p><br></p><p>從這個意思上來就認為是“time step”，一個時間接一個時間，而每個時間就相當于一個準穩態，因此計算的時候需要 Max Iterations per Time Step，這個就像你在計算穩態時候需要設置的一樣，在達到 iteration 次數之前收斂就完成這個 time step，否則就算到所規定的次數。</p><p><br></p><p><strong>4.Number of Time Steps</strong></p><p> </p><p>對穩態，Number of iterations表示迭代次數，一個迭代次數就會將所有的網格遍歷一遍，完成一次循環。
展開 Fluent與Structure單向瞬態耦合流程的實現.docx
原本在ANSYS Workbench中，單向流固耦合僅限于穩態數據傳遞，即導入到Structure中的數據為某一時刻的data數據，不能實現連續時刻的數據輸入。近期ANSYS Workbench開發了新的Workbench ACT插件，借助CFD-POST的Macros Calculator功能來實現流固耦合的單向瞬態數據傳遞。
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具體的網格劃分如下圖所示：
4 FLUENT 設置
4.1 General設置與網格導入
導入網格的方式和前幾篇RBM求解的方式相同，先導入旋轉域網格，再通過附加cas的方法導入靜止域網格，有不了解的可以閱讀 Fluent旋轉機械瞬態計算（一） 中的4.1部分。然后勾選為瞬態計算，并選擇壓力基求解器。
本案例利用Fluent中的DEM模型，對管道運輸進行流體仿真，主要是對管路顆粒運輸過程進行診斷，防止出現顆粒陷入死循環，導入管路阻塞和浪費。因此進行相關的管路氣力運輸可以按照本文的相關設置進行仿真計算。
1 workbench 設置
本案例具體設置如下圖 ：
2 SCDM 設置
2.1 導入幾何
本案例的管道模型十分簡單，為幾段簡易管路組成 。具體的幾何模型與邊界條件如下所示
<p>本案例利用Fluent中的滑移網格（RBM）模型，對離心泵性能問題進行了瞬態仿真計算。該案例僅對離心泵的瞬態計算進行了簡單演示，其余的旋轉機械的仿真設置與本案例基本一致，可按照該案例進行相關設置。本文的相關設置依托于<a href="https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzg2MTg5ODU3Ng==&mid=2247485266&idx=1&
最后，基于舒張峰值時刻構型，在Fluent中開展瞬態計算流體力學分析，補充舒張期血液動力學參數。 結果： K-Clip植入后，所有方案的反流口面積均顯著減小，降幅依次為雙夾58.12%、PL單夾34.31%、AP單夾16.36%。
Fluent旋轉機械瞬態分析的云端高效求解" data-link="https://www.yqgqt.org.cn/post/1976875" data-regular="true">
<a href="https://www.yqgqt.org.cn/post/1976875" target="_blank" class="figure-link-a">性能測試｜突破傳統分析瓶頸！
4.3 滑移條件設置
具體設置可以參考Fluent 旋轉機械瞬態計算（一）一致，因此相同的設置不再闡述，設置方法如下。
4.4 計算設置
進行初始化，以0.0001s的時間步長進行計算。
開啟升力監測，可以發現后續升力逐漸降低。
4.5 后處理設置
對計算完成后的流線圖進行繪制。此處提取升力穩定后的時間段。
image_process=/format,webp/quality,q_40" alt="【仿真平臺性能測試】Fluent旋轉機械瞬態分析的圖3"></p><h2 class="ql-align-justify"><strong>四、仿真平臺對比</strong></h2><p class="ql-align-justify">進行Fluent旋轉機械瞬態分析時，所使用的<span style="
4.3 滑移條件設置
具體設置可以參考Fluent 旋轉機械瞬態計算（一）一致，因此相同的設置不再闡述，設置方法如下。
4.4 計算設置
進行初始化，以0.0001s的時間步長進行計算。
開啟升力監測，可以發現后續升力逐漸趨于穩定。
4.5 后處理設置
對計算完成后的流線圖進行繪制。此處提取升力穩定后的時間段。
本案例利用Fluent中的滑移網格模型（RBM)，對螺旋槳敞水水動力性能問題進行了瞬態仿真計算。該案例僅對4119槳的瞬態計算進行了簡單演示，其余的旋轉機械的仿真設置與本案例基本一致，可按照該案例進行相關設置。
本文僅計算了進速系數為0.4的工況，計算結果與相關實驗較為接近。
與Fluent MRF 旋轉機械（一）的結果相比，瞬態計算結果與實驗值更為接近。
1 workbench 設置
1.1
使用 Ansys Fluent 執行船體在逆海波浪中移動的升沉和縱搖仿真示例。流體體積或 VOF 模型用于求解此明渠流動示例。在此示例中，使用明渠波浪邊界條件生成淺層波浪，而使用動態網格對 wigley 船體的運動進行建模。使用用戶定義函數 (UDF) 將運動限制為 4 個自由度 (DOF)。為了避免出口處的數值反射（非物理結果/波浪反射），使用了數值海灘選項。 Fluent 案例文件供下載
