Fluent流場(chǎng)仿真的案例
Workbench fluent風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片流場(chǎng)及溫度場(chǎng)仿真，附詳解視頻及原模型 ￥96
網(wǎng)格劃分與命名選擇
2.1 網(wǎng)格參數(shù)設(shè)置
雙擊mesh進(jìn)入網(wǎng)格劃分模塊，先進(jìn)行全局網(wǎng)格控制，進(jìn)入ANSYS Fluent Meshing模塊，設(shè)置全局最大尺寸為5000 mm。
局部加密葉片表面網(wǎng)格：添加“Face Sizing”，設(shè)置尺寸為300 mm。若存在負(fù)體積網(wǎng)格，需調(diào)整局部尺寸或重新劃分。
2.2 命名選擇（Named Selections）
關(guān)鍵命名組定義
Inlet：選擇流體域前端面，指定為速度入口。
Outlet：選擇流體域后端面，指定為壓力出口。
Blade：隱藏其他部件后框選所有葉片表面，指定為固定溫度邊界。
Wall：選擇風(fēng)機(jī)外表面，設(shè)為壁面。
命名沖突處理，若出現(xiàn)“Duplicate Named Selection”錯(cuò)誤，需檢查名稱是否重復(fù)，并在模型樹中刪除冗余組。軟件會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建接觸，無需單獨(dú)設(shè)置即可，流場(chǎng)會(huì)自動(dòng)識(shí)別為接觸面。
關(guān)閉該模塊進(jìn)入fluent模塊，雙擊對(duì)應(yīng)模塊即可進(jìn)入流體模塊。
3. 求解設(shè)置與邊界條件
材料屬性與求解器配置
材料庫設(shè)置，在Fluent中雙擊空氣材料（Air），可以設(shè)置對(duì)應(yīng)材料屬性。
展開 Fluent仿真實(shí)例：渦輪增壓機(jī)流場(chǎng)仿真
渦輪增壓機(jī)的葉片如下：
1、啟動(dòng)軟件導(dǎo)入網(wǎng)格
1.1 啟動(dòng)Fluent軟件，選擇3D求解器。
1.2 導(dǎo)入網(wǎng)格。
重排網(wǎng)格分區(qū)，操作：Mesh > Reorder > Domain。
2、模型設(shè)置
設(shè)置湍流模型為k-epsilon模型。
3、材料設(shè)置
渦輪增壓機(jī)的轉(zhuǎn)速很快，會(huì)對(duì)空氣進(jìn)行壓縮并產(chǎn)生熱量，所以這里將空氣設(shè)置為理想氣體。將空氣設(shè)置為理想氣體，軟件會(huì)提示將能量方程啟動(dòng)。
4、計(jì)算域設(shè)置
首先設(shè)置轉(zhuǎn)速的單位，菜單欄Define > Units…
由于葉片區(qū)域是旋轉(zhuǎn)的，需要設(shè)置impeller區(qū)域。
在打開的設(shè)置頁面設(shè)置如下。
5、邊界設(shè)置
5.1 進(jìn)口inlet邊界，Type設(shè)置為mass-flow-inlet類型。
5.2 出口outlet，Type設(shè)置為pressure-outlet類型。
5.3 葉片旋轉(zhuǎn)邊界impeller_wall，Type設(shè)置為wall類型。
5.4 其他的壁面設(shè)置，shell_wall和windin_wall，即所有與周圍空氣接觸的壁面。由于增壓機(jī)壁面會(huì)和周圍環(huán)境對(duì)流換熱，這里將對(duì)流系數(shù)設(shè)置為10 w/m2-k。
6、interface面設(shè)置
這里有兩個(gè)對(duì)interface面，操作：軟件左側(cè)樹目錄Mesh Interface > Create/Edit…
7、求解設(shè)置
7.1 離散方案，采用SIMPLE算法，Pressure采用Standard，其余采用二階迎風(fēng)格式。
7.2 松弛因子。將Density設(shè)置為0.6，Body Forces設(shè)置為0.6，Energy設(shè)置為0.8，其余保持默認(rèn)。
展開 流場(chǎng)數(shù)值仿真初始化方式確定方法
初始值給定應(yīng)該考慮非定常流場(chǎng)與定常流場(chǎng)仿真兩種情況。
對(duì)于非定常仿真，初值應(yīng)為實(shí)際物理過程的初值，是唯一確定的。
對(duì)于定常流場(chǎng)仿真，理論上任意的初場(chǎng)都可以得到同樣的收斂解。但是初場(chǎng)對(duì)于定常流場(chǎng)仿真還是非常重要的，初始流場(chǎng)越接近收斂解就越不容易發(fā)散，收斂速度也更快。對(duì)于某些復(fù)雜問題初場(chǎng)不好則可能計(jì)算無法進(jìn)行下去，這也是我們算二階離散格式是一般用一階收斂結(jié)果作為初場(chǎng)的原因。
fluent定常流場(chǎng)仿真初始化方式常用的有兩種（1）initialize-flow，可以根據(jù)情況用遠(yuǎn)場(chǎng)參數(shù)或者入口參數(shù)作初值，（2）hyb-initialization，這種方法通過迭代速勢(shì)方程數(shù)十步得到初始流場(chǎng)，相對(duì)第一種方法一般可以加快收斂速度。
總之，幫助文檔里都有，習(xí)慣去幫助里找答案才是王道！
展開 基于Fluent電磁流場(chǎng)散熱特性仿真
控制合適的網(wǎng)格尺寸，為計(jì)算熱傳導(dǎo)過程，需對(duì)IGBT、整流橋、線圈盤等發(fā)熱元件設(shè)置固體計(jì)算域，因此空氣與各發(fā)熱元件的對(duì)流換熱過程可采用流固耦合模型進(jìn)行計(jì)算。
圖2 電磁爐內(nèi)部計(jì)算域網(wǎng)格
2.3 流體控制方程
仿真模型基于RANS（Reynolds-averaged Navier-Stokes）方程。
2.4 邊界條件設(shè)置
電磁爐系統(tǒng)中共有四個(gè)熱源，分別為微晶面板上表面、線圈盤、IGBT和整流橋。微晶面板上表面的熱量主要來自鍋體，可為微晶面板上表面設(shè)置與鍋體相同的固定溫度，因此當(dāng)模擬燒水時(shí)，可設(shè)置微晶面板上表面為100℃。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得線圈盤、IGBT和整流橋的發(fā)熱功率分別為100W、7.4W和3.3W左右，因此可為這三個(gè)發(fā)熱元件設(shè)置相應(yīng)的體熱源。樣機(jī)所用軸流風(fēng)機(jī)的型號(hào)為SF12025SM，其轉(zhuǎn)速為2500rpm，PQ性能曲線如圖3所示。為節(jié)約計(jì)算成本，縮短計(jì)算時(shí)間，可采用風(fēng)扇模型來模擬風(fēng)機(jī)的運(yùn)行。發(fā)熱元件與散熱片之間以及發(fā)熱元件與空氣之間的熱傳遞過程采用耦合壁面模型進(jìn)行計(jì)算，其他可忽略熱傳遞過程的壁面，如聚風(fēng)板、導(dǎo)風(fēng)筋、外殼等，可設(shè)置為絕熱壁。風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口和電磁爐出風(fēng)口分別設(shè)置為壓力進(jìn)口和壓力出口。采用定常求解器計(jì)算傳熱及流動(dòng)過程，即忽略控制方程中的時(shí)間偏導(dǎo)項(xiàng)，這樣計(jì)算出的溫度場(chǎng)和流場(chǎng)均為不隨時(shí)間變化的穩(wěn)定狀態(tài)。壓力與速度的耦合采用壓力耦合方程組半隱式算法（SIMPLE）來實(shí)現(xiàn)。
圖3 SF12025SM型號(hào)風(fēng)機(jī)性能曲線
3 計(jì)算結(jié)果及分析
3.1 模型準(zhǔn)確性驗(yàn)證
為驗(yàn)證仿真模型的準(zhǔn)確性，需在與仿真模型相同的工況下對(duì)樣機(jī)進(jìn)行測(cè)溫實(shí)驗(yàn)，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果進(jìn)行比較。
展開 
ANSYS Fluent 內(nèi)嚙合齒輪泵瞬態(tài)流場(chǎng)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(jì)算齒輪泵工作過程中的性能參數(shù)，本文僅以內(nèi)嚙合齒輪為例，介紹了仿真主要方法，對(duì)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(duì)齒輪泵進(jìn)行流場(chǎng)仿真計(jì)算時(shí)，通常會(huì)遇到三個(gè)方面的問題：
1）嚙合間隙如何處理？
2）劃分什么樣的網(wǎng)格？
3）動(dòng)網(wǎng)格如何設(shè)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(shí)現(xiàn)齒輪泵動(dòng)態(tài)流場(chǎng)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(xùn)，內(nèi)容包含：Recurdyn齒輪嚙合分析、無網(wǎng)格液體流動(dòng)仿真軟件Particleworks介紹及案例演示、齒輪泵動(dòng)態(tài)流場(chǎng)仿真分析課程介紹介紹。（報(bào)名方式見底部）
本文所
選取的實(shí)例模型如圖1所示，主要包含內(nèi)齒圈、齒輪軸、月牙隔板、泵殼等部件。
展開 基于fluent軟件的旋轉(zhuǎn)機(jī)械（渦輪）流場(chǎng)仿真方法
基于帖子基于GAMBIT軟件的渦輪流道網(wǎng)格劃分，本貼將基于該渦輪進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算仿真，以供交流學(xué)習(xí)（后處理部分見1樓，mesh文件見2樓）。
第1步：導(dǎo)入msh文件，General ->Display、Check、Scale，如圖1所示。
圖1
第2步：修改轉(zhuǎn)速單位為rpm，如圖2所示。
圖2
第3步：默認(rèn)壓力基求解器，如圖3所示。
圖3
第4步：選擇湍流模型為K-e RNG，參數(shù)默認(rèn)，如圖4所示。
圖4
第5步：添加材料，從材料庫中選擇液態(tài)水，如圖5所示。
圖5
第6步：設(shè)置流體域的計(jì)算條件，選擇材料水，旋轉(zhuǎn)軸為x負(fù)方向，轉(zhuǎn)速為10rpm，如圖6所示。
圖6
第7步：邊界條件默認(rèn)，由于缺進(jìn)出口的壓力數(shù)值，本例不做處理，如圖7所示。
圖7
第8步：初始化，先計(jì)算迭代100步。該處理是為檢測(cè)壓力面的平均壓力作為收斂判斷標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，屏蔽掉迭代剛開始的比較大的波動(dòng)范圍。
第9步：檢測(cè)壓力面的平均壓力值，如圖8所示，
圖8
第10步：繼續(xù)迭代300步（注意不需要初始化），檢測(cè)的壓力面平均壓力值如圖9所示。
圖9
從該圖可以看出迭代300步的時(shí)候，結(jié)果趨于收斂。
展開 不同攻角下的翼型流場(chǎng)仿真分析，含所有ICEM文件及fluent文件，fluent設(shè)置包含在case中 ￥30
不同攻角下的翼型流場(chǎng)仿真分析，含所有ICEM文件及fluent文件，fluent設(shè)置包含在case中
Fluent實(shí)用案例 | FMG帶偏流板艦載機(jī)尾流場(chǎng)仿真
本案例利用Fluent以文章中所采用的發(fā)動(dòng)機(jī)噴管模型甲板上艦載機(jī)尾流場(chǎng)仿真。在航空母艦上，艦載機(jī)尾部通常會(huì)部署偏流板。因此本案例以雙發(fā)、帶偏流板為計(jì)算模型，展開了艦載機(jī)尾流場(chǎng)仿真。依據(jù)本案例，后續(xù)可以開展不同距離、不同角度、不同甲板風(fēng)情況下的尾流場(chǎng)仿真計(jì)算。
1 workbench 設(shè)置
本案例具體設(shè)置如下圖 ：
2 SCDM 設(shè)置
2.1 導(dǎo)入幾何
為了減少計(jì)算時(shí)間，本案例采用半模進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算域尺寸為15m×15m×30m。發(fā)動(dòng)機(jī)尾部距離偏流板的距離為10m，偏流板偏角為45°。發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管采用前文Fluent FMG 航空發(fā)動(dòng)機(jī)尾三維噴管仿真（一） 的尺寸。噴管方向入口為壓力入口，外域入口為壓力入口，偏流板為固壁面，噴管壁面為固壁面，除對(duì)稱面外，其余面為壓力出口。
3 Fluent Meshing 設(shè)置
3.1 網(wǎng)格設(shè)置
采用 Fluent meshing 進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用六面體網(wǎng)格劃分，并劃分相對(duì)應(yīng)的邊界層網(wǎng)格。并對(duì)噴管尾流和偏流板區(qū)域網(wǎng)格進(jìn)行加密。
4 FLUENT 設(shè)置
4.1 General設(shè)置與網(wǎng)格導(dǎo)入
由于本文僅分析對(duì)艦載機(jī)尾流場(chǎng)穩(wěn)態(tài)特性展開分析，因此僅需要進(jìn)行穩(wěn)態(tài)計(jì)算結(jié)果的討論，此處的設(shè)置比較簡(jiǎn)單，勾選為穩(wěn)態(tài)計(jì)算，并選擇密度基求解器。
4.2 對(duì)稱面設(shè)置
由于本案例是對(duì)半模進(jìn)行相關(guān)的仿真計(jì)算，因此需要在視圖處選擇對(duì)稱面作為鏡像平面。
展開 性能測(cè)試｜Fluent穩(wěn)態(tài)分析——旋轉(zhuǎn)機(jī)械流場(chǎng)仿真對(duì)比實(shí)測(cè)
前言
CFD是工業(yè)仿真領(lǐng)域重要的分支之一，也是高性能計(jì)算的主要應(yīng)用場(chǎng)景之一。本期選取了CFD領(lǐng)域的典型場(chǎng)景，穩(wěn)態(tài)仿真計(jì)算案例——基于MRF方法的旋轉(zhuǎn)機(jī)械流場(chǎng)分析，我們選用的軟件是CFD領(lǐng)域最常用的仿真軟件Fluent。我們來看下基于SimForge?高性能仿真云平臺(tái)的CFD穩(wěn)態(tài)計(jì)算，和其他仿真云平臺(tái)效率對(duì)比的情況。
模擬與網(wǎng)格
我們采用某品牌空調(diào)室外機(jī)作為穩(wěn)態(tài)分析的仿真模型，如下圖所示，左側(cè)與后側(cè)的進(jìn)口流域，以及前側(cè)的出口流域都考慮到計(jì)算中，并對(duì)空調(diào)內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化后進(jìn)行網(wǎng)格劃分，最終網(wǎng)格單元數(shù)868萬，其中，風(fēng)扇葉片的旋轉(zhuǎn)速度是850rpm。
求解設(shè)置
根據(jù)該款旋轉(zhuǎn)機(jī)械的相關(guān)參數(shù)，經(jīng)過理論計(jì)算得到該旋轉(zhuǎn)機(jī)械的最大速度為25.6m/s，折合馬赫數(shù)為0.075，為不可壓縮流動(dòng)，故選擇壓力基求解器，湍流模型選用了適用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的k-ε Realizable模型。對(duì)于動(dòng)區(qū)域計(jì)算模型，本次穩(wěn)態(tài)計(jì)算選擇了網(wǎng)格靜止不動(dòng)的MRF旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系法，計(jì)算迭代步數(shù)400步，相關(guān)設(shè)置如下。
仿真結(jié)果
迭代完成之后仿真云圖如下所示：
仿真平臺(tái)對(duì)比
我們進(jìn)行Fluent旋轉(zhuǎn)機(jī)械穩(wěn)態(tài)分析時(shí),“神工坊”高性能工業(yè)仿真平臺(tái)與其他兩家仿真云平臺(tái)的硬件參數(shù)如下表所示：
計(jì)算過程中三個(gè)平臺(tái)的一些輸出日志如下圖所示：
本次仿真并行規(guī)模分別選取了16核、32核、64核、128核（受限于另外兩個(gè)平臺(tái)無法進(jìn)行跨節(jié)點(diǎn)并行，并行規(guī)模無法進(jìn)一步擴(kuò)大），我們?cè)赟imForge?平臺(tái)進(jìn)行了256核等更大規(guī)模的并行計(jì)算，結(jié)果顯示計(jì)算用時(shí)會(huì)進(jìn)一步縮短。
展開 緊湊型熱交換器間斷翅片的湍流增強(qiáng)傳熱的流場(chǎng)FLUENT仿真分析 ￥299
仿真結(jié)果如下：
溫度場(chǎng)
壓力場(chǎng)
局部速度矢量圖
傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)流場(chǎng)仿真，基于fluent重疊網(wǎng)格制作（含全部幾何模型、網(wǎng)格及計(jì)算文件和全程錄屏教程） ￥200
本文針對(duì)這一難題提供了仿真方面的解決途徑，下面展示的是基于fluent重疊網(wǎng)格制作的傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)算例，內(nèi)容包含了幾何模型文件、網(wǎng)格文件和全部計(jì)算所需文件，還錄制了全程操作視頻可供學(xué)員跟著視頻逐步學(xué)習(xí)。
動(dòng)力裝置傾轉(zhuǎn)過程中的網(wǎng)格運(yùn)動(dòng)展示
動(dòng)力裝置傾轉(zhuǎn)過程中的網(wǎng)格運(yùn)動(dòng)展示
縱截面上的流線圖
縱截面速度矢量圖
全場(chǎng)流線
整體網(wǎng)格
致密的邊界層網(wǎng)格
全程操作錄屏
基于Hypermesh前處理與Fluent、Optistruct求解器的流固耦合分析（一）流場(chǎng)計(jì)算
?
一、概述
隨著計(jì)算科學(xué)以及數(shù)值分析方法的不斷發(fā)展，流固耦合或交互作用 （fluid structure coupling 或 fluid structure interaction）研究從 20 世紀(jì) 80 年代以來，受到了世界學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛 關(guān)注。流固耦合問題是流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，CFD）與固體力學(xué) （Computational Solid Mechanics，CSM）交叉而生成的一門力學(xué)分支，同時(shí)也是多學(xué)科或多物理場(chǎng)研究的一個(gè)重要分支，它是研究可變形固體在流場(chǎng)作用下的各種行為以及固體變形對(duì)流場(chǎng)影響這二者相互作用的一門科學(xué)。了解流固耦合對(duì)于許多產(chǎn)品的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。如果不考慮流體與固體之間的相互影響，則會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品性能被過高或過低估計(jì)。
流固耦合一般分為單向耦合與雙向耦合。如果結(jié)構(gòu)變形非常小，并且可以認(rèn)為結(jié)構(gòu)的變形幾乎不會(huì)對(duì)流場(chǎng)的各項(xiàng)參數(shù)產(chǎn)生影響，或產(chǎn)品本身不允許在流體的作用下發(fā)生較大的變形，這種情況下只需要先求解出流體與固體界面上的壓強(qiáng)數(shù)據(jù)，并將壓強(qiáng)數(shù)據(jù)傳導(dǎo)到固體的表面進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算。然而，如果結(jié)構(gòu)發(fā)生大變形，流體的速度和壓力場(chǎng)就會(huì)因此發(fā)生改變，此時(shí)我們需要將其作為雙向耦合問題進(jìn)行多物理場(chǎng)分析：流體流動(dòng)和壓力場(chǎng)會(huì)影響結(jié)構(gòu)變形，而結(jié)構(gòu)變形又反過來影響流體的流動(dòng)和壓力。實(shí)際工況中選擇進(jìn)行單向耦合分析還是雙向耦合分析需要根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品及作用工況進(jìn)行判斷。
本文將執(zhí)行一個(gè)單向流固耦合分析流程，先在Hypermesh前處理器進(jìn)行流體域的建立和CFD網(wǎng)格劃分，然后導(dǎo)入至Fluent求解器進(jìn)行流場(chǎng)計(jì)算，得到流體與固體界面的壓強(qiáng)信息，隨后將Fluent中計(jì)算得到的壓力信息映射至結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上，并使用Optistruct求解器進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)分析。
展開 FLUENT無人機(jī)流場(chǎng)模擬
7 結(jié)果后處理
進(jìn)入CFD-Post界面，顯示速度場(chǎng)云圖。
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流場(chǎng)中的自轉(zhuǎn)加公轉(zhuǎn)，全程操作視頻（包括fluent設(shè)置），全部模型+ICEM文件+fluent文件 ￥80
流場(chǎng)中的自轉(zhuǎn)加公轉(zhuǎn)，全程操作視頻（包括fluent設(shè)置），全部模型+ICEM文件+fluent文件
精通fluent6.3 流場(chǎng)分析
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