Fluent滑移邊界的案例
Moldex3D模流分析之如何設(shè)定壁滑移邊界條件模擬壁滑移現(xiàn)象
雖然在一般情況下，模具表面的壁滑移現(xiàn)象是可以被忽略的，但在某些特定實例中，如：導(dǎo)光板、極薄產(chǎn)品、模面拋光或是以極光滑模面所生產(chǎn)的產(chǎn)品，此壁滑移行為將嚴(yán)重影響流動行為。因此，在特定案例中需考慮壁滑移參數(shù)。Moldex3D將壁滑移現(xiàn)象對于模具表面的影響考慮進(jìn)模擬分析中，使用者可于壁滑移邊界條件中，設(shè)定特定的摩擦系數(shù)與壁剪切應(yīng)力；摩擦系數(shù)與壁剪切應(yīng)力量值越大，表示模面越為粗糙，將導(dǎo)致更大的流動阻力。以下為在Moldex3D中設(shè)定壁滑移邊界條件的步驟：
步驟 1：分析開始前，首先需先行設(shè)定壁滑移邊界條件。開啟計算參數(shù)，并于充填/ 保壓(Flow/ Pack)頁簽的下方點(diǎn)選進(jìn)階選項…(Advanced…)
步驟 2：檢查套用壁滑移邊界條件設(shè)定 (Apply wall slip boundary condition) 并設(shè)定邊界參數(shù)。摩擦系數(shù)表示流場、阻力和壁剪切應(yīng)力間的關(guān)系，而臨界壁剪切應(yīng)力則是流動行為從原本的不滑移開始出現(xiàn)壁滑移所需達(dá)到的壁剪切應(yīng)力值。點(diǎn)選確定(OK)套用設(shè)定。
步驟 3：分析完成后，比較預(yù)設(shè)(忽略壁滑移)與考慮壁滑移后的差別。如下圖所示，無壁滑移設(shè)定及導(dǎo)入壁滑移邊界設(shè)定的差異顯而易見。
壁滑移展示 (流動波前)
展開 滑移網(wǎng)格模擬閥門開啟，全程操作視頻（包括fluent設(shè)置），全部模型+ICEM文件+fluent文件 ￥120
滑移網(wǎng)格模擬閥門開啟，全程操作視頻（包括fluent設(shè)置），全部模型+ICEM文件+fluent文件
Fluent 滑移網(wǎng)格+高鐵制動盤制動過程散熱仿真(一)
由于涉及到傳熱、滑移網(wǎng)格之類的仿真計算，整個計算流程與計算模型十分復(fù)雜繁瑣。上一節(jié)已經(jīng)展開了動網(wǎng)格制動盤散熱過程的教學(xué)，因此本節(jié)展開滑移網(wǎng)格的耦合教學(xué)。
1 workbench 設(shè)置
本案例分為三個模塊，其中分別是滑移網(wǎng)格運(yùn)動區(qū)域，固體結(jié)構(gòu)和外部靜止域。
2 SCDM 設(shè)置
2.1 導(dǎo)入幾何
與Fluent 動網(wǎng)格+高鐵制動盤制動過程仿真(一)一致，因此不做過多闡述：
固體域區(qū)域需要注意，各部分命名如下圖：
2.2 網(wǎng)格設(shè)置
采用Fluent meshing進(jìn)行網(wǎng)格劃分，增加固體域網(wǎng)格劃分，不做過多闡述：
3 FLUENT 設(shè)置
3.1 General設(shè)置與網(wǎng)格導(dǎo)入
首先導(dǎo)入網(wǎng)格，由于是三部分網(wǎng)格，因此需要通過附加case的方式，將其余兩部分網(wǎng)格導(dǎo)入，然后勾選穩(wěn)態(tài)計算，具體設(shè)置如下圖所示。
展開 fluent滑移網(wǎng)格攪拌釜算例 ￥30
本算例通過fluent滑移網(wǎng)格的方法模擬了攪拌釜內(nèi)流體的運(yùn)動和流場的變化情況，計算結(jié)果文件是付費(fèi)的，本案例所有設(shè)置都包含在計算文件(case文件)中，適合想要學(xué)習(xí)滑移網(wǎng)格的同學(xué)下載學(xué)習(xí)。
Fluent滑移網(wǎng)格----物理時間步長的設(shè)定【轉(zhuǎn)】
在Fluent中計算帶旋轉(zhuǎn)部件的模型時常用MRF方法和Moving Mesh方法。兩種方法都需要劃分旋轉(zhuǎn)區(qū)域和固定區(qū)域。MRF法的模型固定，以運(yùn)動的坐標(biāo)系來模擬旋轉(zhuǎn)流場，是快速有效的定常計算方法。Moving Mesh法運(yùn)動的不是坐標(biāo)系，而是物理模型和部分網(wǎng)格。當(dāng)旋轉(zhuǎn)區(qū)域及其內(nèi)部物體的相對速度為0時，整個旋轉(zhuǎn)域作剛體轉(zhuǎn)動。在每個時間步需要將interface節(jié)點(diǎn)上的流動變量進(jìn)行傳遞，以實現(xiàn)兩個區(qū)域的流場耦合求解。這相對于網(wǎng)格重生成的方法來說可以節(jié)省大量的計算成本。
由于Moving Mesh法采用的是非定常方法，計算量較大，因此合理地設(shè)定物理時間步和每步的迭代步數(shù)就很重要了。前者經(jīng)驗上往往設(shè)為轉(zhuǎn)速倒數(shù)的1/10，轉(zhuǎn)速單位為rad/s；后者根據(jù)需要常設(shè)在10~30之間。
在用Moving Mesh進(jìn)行非定常計算之前，可以先用定場的方式計算流場，這樣可以加快收斂速度，并提高非定常計算前期輸出結(jié)果的可信度。同時還要注意旋轉(zhuǎn)域的物理量往往變化劇烈，需要較密的網(wǎng)格，Pressure discretization建議采用presto!格式。
PS：滑移網(wǎng)格計算量確實挺大，我現(xiàn)在做的全機(jī)帶螺旋槳的網(wǎng)格，旋轉(zhuǎn)域100W，固定域200W，i5-760CPU四核全開，定常計算1000步迭代耗時仍要2h40min，非定常階段耗時14h
展開 34 Fluent實用案例 | 滑移網(wǎng)格高鐵制動盤制動過程散熱仿真
由于涉及到傳熱、滑移網(wǎng)格之類的仿真計算，整個計算流程與計算模型十分復(fù)雜繁瑣。上一節(jié)已經(jīng)展開了動網(wǎng)格制動盤散熱過程的教學(xué)，因此本節(jié)展開滑移網(wǎng)格的耦合教學(xué)。
1 workbench 設(shè)置
本案例分為三個模塊，其中分別是滑移網(wǎng)格運(yùn)動區(qū)域，固體結(jié)構(gòu)和外部靜止域。
2 SCDM 設(shè)置
2.1 導(dǎo)入幾何
與 Fluent 動網(wǎng)格+高鐵制動盤制動過程仿真(一) 一致，因此不做過多闡述：
固體域區(qū)域需要注意，各部分命名如下圖：
2.2 網(wǎng)格設(shè)置
采用Fluent meshing進(jìn)行網(wǎng)格劃分，增加固體域網(wǎng)格劃分，不做過多闡述：
3 FLUENT 設(shè)置
3.1 General設(shè)置與網(wǎng)格導(dǎo)入
首先導(dǎo)入網(wǎng)格，由于是三部分網(wǎng)格，因此需要通過附加case的方式，將其余兩部分網(wǎng)格導(dǎo)入，然后勾選穩(wěn)態(tài)計算，具體設(shè)置如下圖所示。
展開 fluent使用經(jīng)驗 y+ 周期性邊界條件 收斂標(biāo)準(zhǔn) 修改fluent中單位
4.創(chuàng)建一對周期性邊界的的方法：（1）在命令框中按回車，得到命令提示符>
（2）輸入mesh/modify-zones/make-periodic,再根據(jù)提示選擇相應(yīng)的面。
5.outflow邊界條件不需要給定任何入口的物理條件，但是應(yīng)用也會有限制，大致為以下四點(diǎn)：
1.只能用于不可壓縮流動
2.出口處流動充分發(fā)展
3.不能與任何壓力邊界條件搭配使用（壓力入口、壓力出口）
4.不能用于計算流量分配問題（比如有多個出口的問題）
6.在壓力出口中，會要求輸入相應(yīng)的backflow turbulent intensity等值，這些值只有在迭代時產(chǎn)生返流的時候才會使用，
通常設(shè)置成一個合理的值。算例14中，設(shè)置為intensity 10%，diameter hydraulic按實際模型數(shù)值。
7.后處理的時候，顯示速度矢量圖的時候，箭頭的長度可以不按速度的大小給出，而僅由箭頭的顏色決定，具體的操作:
Vector options.勾選Fixed Length
8.波爾茲曼數(shù)能表征傳熱中對流傳熱和輻射傳熱所占的比例，具體的表達(dá)式在第14個例子的最后。
9.不要使用那些書上寫的y+與yp的計算公式，那個公式一般只能提供數(shù)量級上的參考。推薦大家使用NASA的粘性網(wǎng)格間距計算
器，設(shè)定你想要的y+值，它就能給你計算出第一層網(wǎng)格高度，與計算結(jié)果的y+很接近。
展開 Fluent專家-動網(wǎng)格（滑移網(wǎng)格）-3 (葉輪攪拌器內(nèi)旋轉(zhuǎn)流場模擬)
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Fluent專家-動網(wǎng)格（滑移網(wǎng)格）-3
(葉輪攪拌器內(nèi)旋轉(zhuǎn)流場模擬)
案例簡介
很多轉(zhuǎn)動問題，采用動網(wǎng)格會增加計算成本和工作量，且需要劃分高質(zhì)量網(wǎng)格，本次模擬采用滑移網(wǎng)格法來代替動網(wǎng)格解決有規(guī)律的轉(zhuǎn)動問題。
幾何模型如下圖所示，葉輪輪軸直徑為400mm，葉片外徑為1000mm，攪拌器直徑為1200mm，葉輪在攪拌器中心以2rad/s的速度旋轉(zhuǎn)。
視頻播放地址：http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c10214
展開 FLUENT明渠邊界應(yīng)用
FLUENT的VOF模型中，包含有明渠流動（Open Channel Flow）選項，同時含包含有造波邊界（Open Channel Wave BC），用戶還可以使用Numerical Beach選項進(jìn)行邊界消波處理。想深入了解此功能的童鞋們，可以查看fluent文檔。這里我們以一個簡單的實例來說明這三個選項的使用方法。
1、問題描述
這里方便起見，以2D問題為例。水深2.7m，長度20m，水面標(biāo)高0m。計算域如圖1所示。設(shè)置左側(cè)面為速度入口邊界，速度v=0.5m/s，右側(cè)面為自由出流邊界。采用open channel wave BC邊界需要設(shè)定入射波。本問題中，設(shè)定波高0.4m，波長2m，波頭角0°，相位角-270°。
圖1 問題描述
2、在workbench中建立模型
啟動workbench，拖拽方式加入fluent模塊，如圖2所示。右鍵點(diǎn)擊A2單元格，選擇Properties，在彈出的屬性框中設(shè)置Analysis Type為2D。雙擊A2單元格進(jìn)入DM模塊。
圖2 加入fluent模塊
3、DM中建立幾何
選擇XYPlane進(jìn)行草圖繪制（注意2D幾何必須創(chuàng)建與XY平面上）。進(jìn)入Sketching標(biāo)簽頁，選取合適的草圖繪制工具，繪制如圖1所示的幾何。草圖繪制完畢后，選擇Concept > Surface From Sketches，選擇Base Objects為繪制好的草圖，點(diǎn)擊Generate創(chuàng)建surface。退出DM模塊。
圖3 建立surface
4、劃分網(wǎng)格
雙擊圖2所示的A3單元格進(jìn)入mesh模塊。為計算域劃分網(wǎng)格。在樹形菜單上點(diǎn)擊右鍵，選擇insert > Mapped Face Meshing，選擇幾何體，采用map方式劃分網(wǎng)格。
展開 【轉(zhuǎn)】FLUENT的邊界類型
在前處理軟件中設(shè)置了interface，導(dǎo)入到fluent中若沒有設(shè)定grid interface，則在網(wǎng)格檢查中依然會報錯，不過設(shè)定了interface對之后再檢查的話，錯誤提示會消失。
其實我個人的建議是，在gambit中只指定名稱而不指定邊界類型，具體的類型到fluent中再修改。當(dāng)然修改中還是要遵循上面的規(guī)則的。單面類型的邊界一定只能應(yīng)用于外邊界，雙面類型區(qū)域只能用于計算域內(nèi)部。
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(dāng)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(shù)，Fluent利用計算域內(nèi)部信息通過數(shù)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(fā)展邊界，假設(shè)該邊界上的流動滿足充分發(fā)展流動假設(shè)。充分發(fā)展的流動是流動速度分布(和/或其他性質(zhì)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(kuò)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(yīng)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(chǎn)生回流，或流場在出口位置非充分發(fā)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(kuò)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(kuò)散通量假設(shè)預(yù)計會對流動解決方案產(chǎn)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(jié)果通常是無效的。因為該位置存在嚴(yán)重的流動回流，通過該邊界的質(zhì)量流量是不確定的。此時應(yīng)當(dāng)使用壓力出口邊界；
位置B位于后向臺階再循環(huán)再附點(diǎn)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(yù)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(fā)展的區(qū)域。
展開 
三十三、Fluent邊界條件湍流參數(shù)設(shè)置詳解
邊界條件概述</strong></p><p> </p><p><strong>1.1 邊界條件概念</strong></p><p><br></p><p>邊界條件說白了就是求解微分方程的某些附加條件，這些附加條件對計算邊界做出了要求，比如某個邊界溫度必須為500K，Fluent求解時必須首先滿足這些要求。</p><p><br></p><p>求解任何微分方程都需要給定兩類條件才能求出定解，一類是邊界條件，另一類就是初始條件。</p><p><br></p><p>Fluent恰巧需要用戶給出這兩類條件(實際上任何數(shù)值軟件如Matlab都需要給出這兩類條件)。</p><p><br></p><p> <img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/8tJMdLVYZy9N2FhkJ4HWNaJA2DPQMlmMoksqiarYia3g2gcIFcX69xUNVFYkus6YERyYGMtlNO7wqAAbgQy3UY9Q/640?wx_fmt=png"> </p><p><br></p><p><strong>1.2 Fluent邊界條件</strong></p><p><br></p><p>Fluent邊界條件類型非常非常豐富，僅僅針對進(jìn)出口邊界，Fluent就提供了12種邊界條件類型。
展開 fluent邊界條件的修改與設(shè)定的一些技巧
求解邊界條件的確定是計算流體力學(xué)中一個非常重要的問題。流場的數(shù)值模擬需在有限區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，因此，在區(qū)域邊界上給定邊界條件時要求在數(shù)學(xué)上滿足適定性，在物理上具有明顯意義。 邊界條件一般是在求解區(qū)域的邊界上，求解的變量隨地點(diǎn)和時間的變化情況。對于Fluent計算，邊界條件的設(shè)置直接影響到計算結(jié)果的精度。
1、邊界條件分類
從應(yīng)用角度來看，fluent中邊界條件分類如下：
（1）進(jìn)出口邊界條件：壓力、速度、質(zhì)量進(jìn)口、進(jìn)風(fēng)口、進(jìn)氣扇、壓力出口、壓力遠(yuǎn)場邊界條件、質(zhì)量出口、通風(fēng)口、排氣扇；
（2）壁面、repeating, and pole boundaries：壁面，對稱，周期，軸；
（3）內(nèi)部單元區(qū)域：流體、固體( 多孔是一種流動區(qū)域類型)；
（4）內(nèi)部表面邊界：風(fēng)扇、散熱器、多孔跳躍、壁面、內(nèi)部。（內(nèi)部表面邊界條件定義在單元表面，這意味著它們沒有有限厚度，并提供了流場性質(zhì)的每一步的變化。這些邊界條件用來補(bǔ)充描述排氣扇、細(xì)孔薄膜以及散熱器的物理模型。內(nèi)部表面區(qū)域的內(nèi)部類型不需要你輸入任何東西。)
2、邊界條件面板
邊界條件面板通過以下步驟打開：fluent打開——讀取mesh——選擇Define——Boundary Conditions...，到此面板已經(jīng)打開，見下圖：
通過面板，可以發(fā)現(xiàn)，能夠進(jìn)行以下設(shè)置：邊界類型的更改、邊界條件的給定、以及邊界條件的復(fù)制。
（1）邊界類型的更改
假如我們在前處理軟件中，只是對邊界進(jìn)行了分隔開，而沒有進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)定時，或者原本設(shè)定的邊界條件有誤時，此時，我們可以通過以下操作進(jìn)行更改類型。
首先在Zone中選擇要更改的邊界名，得到下面的示意圖。
展開 FLUENT中關(guān)于邊界和域的操作
FLUENT中關(guān)于邊界和域的操作
仿真前處理（建模、網(wǎng)格、邊界標(biāo)定），通常是一個慢工細(xì)活的過程，很容易出現(xiàn)疏漏或考慮不周的情況，如物理模型簡化不夠、仿真域劃分不合理等，這時返回修改會導(dǎo)致很大的工作量，造成一些麻煩。實際上，關(guān)于邊界和域的很多操作，也都是能夠在FLUENT中完成的，雖然不如前處理軟件那邊強(qiáng)大，特殊情況下也能夠解燃眉之急。
共包括以下十小節(jié)：
1、邊界分割（Separate Face Zones）
2、域分割（Separate Cell Zones）
3、刪除域（Delete Zones）
4、合并邊界或域（Merge Zones）
5、網(wǎng)格分割（Slitting Face Zone）
6、邊界融合（Fuse Fase Zones）
7、邊界延長（Extrude Face Zone）
8、添加域（Append Case）
9、禁用/激活/刪除域（Deactivate/Activate/Delete Cell Zones）
10、創(chuàng)建周期性邊界（Make Periodic）
詳細(xì)內(nèi)容如下(原本臺式已使用2020R3版，特殊時期，筆記本作的演示，因而截圖為19.2版本界面)：
1、邊界分割（Separate Face Zones）
邊界分割（Separate Face Zones）用于將多個標(biāo)定在一起的面（多個面標(biāo)定在一個邊界名稱中）分割為各自單一的邊界面。如，劃分網(wǎng)格過程中，在進(jìn)行邊界標(biāo)定時，不小心將兩個應(yīng)該單獨(dú)標(biāo)定的面定義成了一個名字，在FLUENT（Boundary Condition項）中這兩個面就會顯示成為一個邊界，這時就可以使用邊界分割將這兩個面分開。
在FLUENT中分離邊界主要有四種分割方式：Angle（根據(jù)角度進(jìn)行分割）、Face（根據(jù)面進(jìn)行分割）、Mark（利用標(biāo)記區(qū)域分割）、Region（利用區(qū)域分割）。
展開 關(guān)于Fluent熱邊界條件清單
1、壁面熱邊界，是基于Fluent計算傳熱問題的關(guān)鍵，因此大家有必須把各類邊界條件研究清楚。
-熱通量（熱流密度）；
-溫度
-對流
-輻射
-混合
-基于系統(tǒng)耦合器
-基于映射界面
2、Fluent壁面熱邊界條件的理論基礎(chǔ)就是1維傳熱學(xué)
3、熱流密度邊界：
上述適用于壁面臨近的區(qū)域為流體區(qū)域，當(dāng)壁面臨界的區(qū)域為固體區(qū)域時，則使用下式計算：
4、溫度邊界：
壁面一側(cè)為流體區(qū)域時
壁面一側(cè)為固體區(qū)域時
5、對流邊界：
對流換熱邊界只針對流體，基于傳遞熱通量相等原理，得到了上式，默認(rèn)在壁面位置沒有溫降低也沒有吸熱，如果用戶設(shè)置了壁面厚度，則可以考慮熱阻，如果用戶設(shè)置生熱率則可以考慮壁面發(fā)熱。
6、熱輻射邊界：
熱輻射邊界只針對流體，基于傳遞熱通量相等原理，得到了上式，在Fluent流體區(qū)域一側(cè)熱量基于對流換熱計算，在壁面外側(cè)熱量基于輻射傳熱定律計算。默認(rèn)在壁面位置沒有溫降低也沒有吸熱，如果用戶設(shè)置了壁面厚度，則可以考慮熱阻，如果用戶設(shè)置生熱率則可以考慮壁面發(fā)熱。
7、混合傳熱邊界：
混合傳熱邊界只針對流體，基于傳遞熱通量相等原理，得到了上式，在Fluent流體區(qū)域一側(cè)熱量基于對流換熱計算，在壁面外側(cè)熱量基于輻射傳熱定律和對流換熱計算計算。默認(rèn)在壁面位置沒有溫降低也沒有吸熱，如果用戶設(shè)置了壁面厚度，則可以考慮熱阻，如果用戶設(shè)置生熱率則可以考慮壁面發(fā)熱。
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