Fluent瞬態的案例
【仿真平臺性能測試】Fluent旋轉機械瞬態分析
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 關于Fluent瞬態計算你必須掌握的3個技巧
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 Fluent與Structure單向瞬態耦合流程的實現
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 二十九、Fluent瞬態時間步長與迭代步數的討論
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
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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Fluent仿真后處理實戰技巧（二）
Fluent穩態問題的仿真，與時間無關，計算收斂后最終得到一個包含結果數據的.dat文件；而Fluent瞬態問題的仿真過程與時間有關，用戶根據仿真需求設定保存數據的時間間隔，在每個間隔時刻有一個包含該時刻結果數據的.dat文件，最終是一系列按時間排序的.dat文件，如圖1所示。
圖1 瞬態仿真數據.dat文件
穩態仿真問題的后處理，只需要針對一個.dat文件；而瞬態仿真問題的后處理，需要處理數量相當龐大的一系列.dat文件。本文是后處理系列的第二篇，將重點分享瞬態仿真后處理的一些技巧。
1.標記時刻
考慮到瞬態仿真計算的一系列.dat文件，每個.dat文件都含有對應時刻的仿真結果數據，那么在CFD-Post后處理得到結果之前，標記時刻來區分不同時刻的結果是非常重要的。
打開
CFD-Post
模塊時，默認出現的是瞬態計算最后一次保存的
.dat
文件的數據。
展開 Fluent 旋轉機械瞬態計算（一）
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 選擇流體流動（帶有Fluent 網格劃分功能的Fluent）和流體流動（Fluent）
由于用的版本較老，因此無法通過一個fluent建立interface，此處為了利用fluent meshing劃分網格，采用了三個fluent模塊。分別進行外部流場網格劃分、內部流場網格劃分和流場計算。
2 SCDM 設置
2.1 導入幾何
左邊為入口，右邊為出口。
下圖為外部流場幾何圖。
下圖為內部流場幾何圖。
3 FLUENT MESHING設置
采用了Fluent meshing進行前處理，采用多面體的方法對體網格進行劃分。由于穩態計算結果比較可信，此處選擇了相同的劃分的方式與尺寸。
4 FLUENT 設置
4.1 General設置與網格導入
首先將保存的外部流場網格導入。然后通過附加case文件的方式，將內部流場網格導入。
由于是瞬態求解問題，此處設置為瞬態態計算模式。
4.2 滑移條件設置
其他的條件設置與Fluent MRF 旋轉機械（一）一致，因此相同的設置不再闡述，僅有內部流場網格部分不一致。因此對內部流場網格進行了重新設置。
4.3 計算設置
進行初始化，以0.0001s的時間步長進行計算。
開啟阻力監測，本案例阻力尚未達到穩定，但已經超過274N。推力仿真表現已優于MRF的計算結果。
展開 使用Fluent進行船體CFD瞬態仿真 ￥5
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。
交付文件（2）
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Fluent旋轉機械瞬態分析的云端高效求解
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="color: rgb(25, 27, 31);">SIMFORGE?高性能仿真云</span>與其他兩家仿真云平臺的硬件參數如下表所示。
展開 Fluent實用案例 | DEM顆粒瞬態仿真
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：
其中上方為入口邊界條件，下方為出口邊界條件。
3 Fluent Meshing 設置
3.1 網格設置
采用 Fluent meshing 進行網格劃分，采用四面體網格劃分，并劃分相對應的邊界層網格。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
首先導入網格，然后勾選為瞬態計算，并選擇壓力基求解器。打開重力選項，由于本案例是以y軸負向作為重力方向，因此需要再y出設置為-9.81m/s。
展開 四十三、Fluent增強收斂性-偽瞬態計算
明渠流動問題，推薦使用Coupled with Volume Fractions耦合求解</p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><p><br></p><p>微信公眾號：Fluent學習筆記，歡迎大家關注，可免費獲取文章的cas及dat文件和更多幫助文件</p><p><br></p>
展開 
五十二、Fluent瞬態可壓縮流動
瞬態計算設置</strong></p><p><br></p><p><strong>11.1 瞬態設置</strong></p><p><br></p><p>以穩態計算的結果作為瞬態計算的初始條件。</p><p>General界面更改為瞬態</p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/8tJMdLVYZyicPH1DZ9AZuoFRAXjM5Qicll5eNciaogTAXPBGR1H1cMzCC2HNjggedT4lOhtugHlrEjYLKiaMkNzMxw/640?wx_fmt=png" width="100%"></p><p><br></p><p><br></p><p>設置出口壓力隨時間而改變</p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/8tJMdLVYZyicPH1DZ9AZuoFRAXjM5Qicll0uduQb7q1UpmZmOm0RRltf3K4GebwZCU4sdPC2hEia63391PKZPWysg/640?wx_fmt=png" width="100%"></p><p>其中，w為瞬態壓力的頻率(rad/s)，為2200；Pexit為出口的平均壓力，為0.7369atm</p><p><br></p><p>此公式單位為atm，使用fluent自帶的Expression功能進行設置，由于表達式必須為國際單位制，因此設置時需乘以101325轉化為Pa為單位。
展開 ANSYS與FLUENT瞬態散熱模型對比
最近在做熱分析時，得到這樣一個ansys的算例——帶空金屬板冷卻的瞬態熱分析，使用fluent軟件進行了仿真，與ansys的結果做以對比。
問題描述如下：一長方形金屬板，板得長度為15cm，板得中央是一個半徑為1cm的圓孔。板得初始溫度為500℃，將其突然放置于溫度為20℃，表面傳熱系數為100W/(㎡*℃)的流體介質中，試計算：
1）第1s及第50s這兩個時刻金屬板內的溫度分布；
2）金屬板上4個頂點在前50s內的溫度變化（本文只取左上角點A，如圖1所示）。
該金屬板得基本材料性質如下：
密度為5000kg/m3，比熱容為200J/(kg*℃)，導熱系數為5W/(m*℃)。
圖1
對于這個問題，模型比較簡單，本文對其操作步驟不再詳述，重點在對比ansysy和fluent的仿真結果上。
圖2
圖3
從上圖中可以看出，Ansys的分析結果：1s時，A點的最大溫度為499.999℃，最小溫度為464.98℃；50s時，最大溫度為437.713℃，最小溫度為270.812℃。Fluent仿真結果：1s時，A點的最大溫度為499.99℃，最小溫度為465.37℃；50s時，最大溫度為437.4℃，最小溫度為275.72℃。從上面的兩組數據可以看出，兩種軟件的結果是吻合的，相差在1%左右。
圖4
從上圖中可以看出，ANSYS和FLUENT的結果趨勢完全吻合，最大相差4%。
針對兩款軟件對此問題的求解的結果的差別，或許是求解方式上的差別，ansys是基于有限元的求解方法，fluent是基于有限體積的求解方法。
展開 ANSYS Fluent 內嚙合齒輪泵瞬態流場仿真
王鑫鑫
安世亞太沈陽分公司
利用ANSYS Fluent軟件能夠方便的計算齒輪泵工作過程中的性能參數，本文僅以內嚙合齒輪為例，介紹了仿真主要方法，對于其他類型如外嚙合齒輪泵可以此為參考，選擇合適的方法。
在對齒輪泵進行流場仿真計算時，通常會遇到三個方面的問題：
1）嚙合間隙如何處理？
2）劃分什么樣的網格？
3）動網格如何設置？
下面介紹如何使用ANSYS Fluent軟件解決這三方面問題，順利的實現齒輪泵動態流場的仿真。
大咖慧齒輪箱仿真專題
11月16日-18日
11月16-18日，安世亞太大咖慧推出齒輪箱仿真專題培訓，內容包含：Recurdyn齒輪嚙合分析、無網格液體流動仿真軟件Particleworks介紹及案例演示、齒輪泵動態流場仿真分析課程介紹介紹。（報名方式見底部）
本文所
選取的實例模型如圖1所示，主要包含內齒圈、齒輪軸、月牙隔板、泵殼等部件。
展開 流固耦合瞬態分析-LES（Fluent+Tansient structure）
如果考慮流體剛剛進入管道的瞬態過程，則需要進行瞬態分析，本文使用不常見的湍流模型LES，進行瞬態分析。本文的姐妹篇使用RANS湍流模型進行計算，結果表明，這兩種方法結果接近，相互驗證。
00 模型如下，彎管+流體
01 流體劃分網格
02 流場瞬態分析
03 結構網格劃分
04 導入流體瞬態壓力場
05 結構時程響應
06 結構某時刻應力場
流體剛剛進入：
流體已經進入：
07 應力場動畫效果可下載附件：
模型應力場時程-LES.mp4
