Fluent瞬態計算的案例
關于Fluent瞬態計算你必須掌握的3個技巧
計算完成后，可以方便的在遠程電腦處理文件，或者在控制臺的界面對應的文件傳輸欄，下載你所需的文件，非常方便，最重要的一點是，CPU不運行時，不計費，這一點可以說是十分人性化了。
圖9.北鯤云超算平臺遠程電腦端操作界面
圖10.北鯤云超算平臺文件傳輸界面
后處理可以在遠程電腦端直接完成，也可下載到自己電腦處理。計算過程中，可以看到殘差曲線如圖11所示。可以看到每次迭代的殘差下降三個數量級，可認為計算結果可靠。
圖11.瞬態計算殘差曲線
計算完成后，在你運行文件保存的文件夾里（此case計算結果存于Desktop文件夾中）選擇文件下載到自己的電腦進行相應的處理。
4.后處理結果
LES（大渦模擬）模型的基本思想是使用空間濾波器將大尺度漩渦和小尺度漩渦分離，大尺度的渦直接求解，小尺度的渦用雷諾時均模型求解。適用于求解渦流較多的流場。求解結果為瞬態值。而我們大家平常用的標準k-e模型只能計算流體的平均運動，它適用于高雷諾數完全湍流的情況，在伺服閥前置級模型中的流域并非屬于完全的湍流。
圖12.兩種模型的區別
引用北交大學者姚磊的研究結果，可以發現兩種模型下對于渦的描述不同，LES可以很好的描述小尺度渦。
接下來可以分析此case的計算結果，瞬態分析的目的是獲取流場的瞬態特性，如氣穴局部時頻數據、壓力出口的流速脈動以及局部壓力的脈動數據等等。接下來就以本case流場為例，分析此流場的瞬態特性。
計算得到都是.h5文件，需要用到對應版本的專業后處理軟件Tecplot，將所有.h5文件導入Tecplot中，然后勾選云圖按鈕以及選擇對應的變量，即可生成對應的時刻的云圖，設置如圖13所示。
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 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 四十三、Fluent增強收斂性-偽瞬態計算
偽瞬態作用</strong></p><p> </p><p><br></p><p>為什么要使用偽瞬態的算法？偽瞬態的作用實際上是增加收斂性的，當你的穩態計算收斂性不好時，可以將穩態計算更改為偽瞬態計算，收斂性會增強。</p><p><br></p><p>當然還可以通過前面所說的降低松弛因子的方式來增強收斂性。</p><p> <img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/8tJMdLVYZyicQWyfWYsh1PFR1SIK7PZ1OCzyr0lAiby5CoIPzA1zY6JXOj2wgdTiapmQxV27Tkp5ARfACCfSDeFIw/640?wx_fmt=jpeg" width="100%"> </p><p><br></p><p>但是，偽瞬態并不是真正的瞬態，它雖然會出現時間步長這種概念，但是在每個時間步長并不收斂，而只是最終的計算結果收斂，因此當計算只考慮穩態結果時可以使用偽瞬態算法，而如果考慮某時刻的結果，則必須使用瞬態算法。</p><p> <img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/8tJMdLVYZyicQWyfWYsh1PFR1SIK7PZ1OT8uDAu5DSBfPSFVsSzuPY7mznSNZWCicSR3I6GGd5qE1XN7Wiaw5a3CA/640?wx_fmt=jpeg" width="100%"> </p><p><br></p><p><br></p><p><strong>1. 使用條件</strong></p><p> </p><p>對于穩態計算，當使用基于壓力的耦合求解器coupled或基于密度的隱式求解器Implicit時，可以選擇偽瞬態的方式求解計算。
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 非均勻入口流速瞬態計算，相關設置都在fluent的case文件中 ￥30
非均勻入口流速瞬態計算，相關設置都在fluent的case文件中
垂直軸風力機數值仿真——Fluent計算篇 ￥1
<p class="ql-align-justify">本案例將采用Fluent進行瞬態計算，進行垂直軸風力機仿真分析。</p><p>1. 讀取網格文件</p><p>讀取上一篇的網格文件即可，網格讀入后可是查看一下網格質量與網格數量，這里說明一下長寬比的問題，這里案例長寬比已經到了711，一般情況下三維模型不要讓長寬比大于1000，特別是非存在一些細小縫隙的模型，本案例本來屬于二維模型拉伸而來，長寬比主要考慮到滿足邊界層的要求，是能滿足計算要求的。</p><p class="ql-align-center"><img src="https://mmbiz.qpic.cn/sz_mmbiz_png/5hWSLllz0ed6pjKVwLbeV4UbZh1dOMRwY9WpMy9e9zafI5SzwdPEMJrDmIB8EuDGusCT4U6IDlfRBz12gpBSCQ/640?wx_fmt=png" height="323.2499694824219" width="460.3700256347656"></p><p class="ql-align-center"><img src="https://mmbiz.qpic.cn/sz_mmbiz_png/5hWSLllz0ed6pjKVwLbeV4UbZh1dOMRwLHHe1zKGUOwuL7glLMgosdpSfia6hpicMibUiazqibv4ia1LN6icFagqW4nMQ/640?wx_fmt=png" height="152.67999267578125" width="482.10003662109375"></p><p>2.仿真設置</p><p>仿真設置需要對流體材料、邊界條件、計算域以及仿真時間及步長進行設定，根據具體問題設定檢測變量，監測點的設置能夠有效的幫助收斂性的判斷。
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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.gz
file-1549623001594
.c
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 【仿真平臺性能測試】Fluent旋轉機械瞬態分析
CFD是工業仿真領域重要分支之一，也是高性能計算的主要應用場景之一。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。
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 Fluent 內嚙合齒輪泵瞬態流場仿真
變形邊界的設置
計算及結果分析
1）選擇時間步長
齒輪泵流場計算為瞬態計算，時間步長是一個很重要的參數，在選擇時間步長時遵循的一個基本原則是一定要保證能夠解析時間相關的特征，同時要確保求解的穩定性。
對于一般問題，可以采用庫朗數來評估一個初始時間步長，即一個時間步內流體通過單元的數量，一般取值范圍為1-10，再結合求解的穩定性進行調整。
2）計算結果分析
截面壓力場分布：
圖 14. 壓力變化
從壓力分布可以看到泵內油壓建立和釋放的過程，月牙板兩側壓力從進油口到出油口逐漸增大。由于輪齒進入嚙合時，內部流體相互擠壓，最大壓力出現在齒輪嚙合處；最小壓力出現在吸油腔，是由于脫離嚙合時吸油腔體積增大形成了局部真空。
出口瞬時流量變化
圖 15. 流量脈動曲線
可以看到，由于結構本身特點，齒輪泵的流量呈現周期性的脈動變化。
泵的容積效率是泵的實際流量除以泵的理論流量，表示的是泵抵抗泄漏的能力。采用圖16所示的排量定義，可以采用SpaceClaim軟件測得該齒輪泵的理論幾何排量為173.1mm/r，理論流量為1.1519e-3kg/s，實際計算流量約為9e-4kg/s，因此該工況下容積效率約為78.125%，由于在數值計算時出于模型設置的考慮，人為增大了嚙合間隙，因此仿真計算得到的容積效率比實際值偏低。
圖 16. 幾何排量測量
文章來源：安世亞太
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 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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同一模型的瞬態穩態對比分析（fluent）
摘要：本文針對同一結構和條件進行瞬態和穩態分析，當瞬態分析經過一定時間后，趨于穩定，和穩態分析結果一致。瞬態分析和穩態分析相互驗證。
00 模型
水流速度40m/s，平板底部固定。
01 穩態分析
02 瞬態分析
03 結果對比
穩態分析：
瞬態分析：
穩態分析和瞬態分析，結果基本一致。
