Ansys.Fluid的案例
【資料】FLUENT13.0官方Tutorial模型文件
ANSYS_Fluid_Dynamics_Tutorial_Inputs.part1
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ANSYS_Fluid_Dynamics_Tutorial_Inputs.part2
下載地址：http://d.119g.com/f/A71B665DE0AD436C.html
ANSYS_Fluid_Dynamics_Tutorial_Inputs.part3
下載地址：http://d.119g.com/f/E92CC6F059D97609.html
展開 鈍板層流分離流動
參考資料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual
算例說明
本案例介紹了鈍板層流流動分離和再附著過程模擬，并對再附著長度進行了實驗驗證。基于板厚的雷諾數為227。
計算域：平板厚度90mm，長度1500mm
物質屬性：密度1kg/m3，粘度1.7894E-5kg/m-s
邊界條件：入口流速為0.045133m/s
網格劃分
采用矩形網格，網格數量為31750，由于對稱，所以畫了一半的計算域
計算設置
本次計算為穩態層流計算。
物質屬性
計算物質設置為空氣，設置它的密度和粘性
邊界條件
設置入口流速
設置壓力出口
計算結果
計算域速度場云圖
計算值與實驗值對比
沿臺階下游壁面的X方向剪切應力（這里X坐標已除以板厚度）
從上圖可以看出，X方向剪切力重新回到0時，X坐標值為4.1866，則再附著長度為4.19。
參考文獻
J.C. Lane, R.I. Loehrke, “Leading Edge Separation from a Blunt Plate at Low
Reynolds Number”, Transactions of ASME, Vol. 102, pp. 494-496, 1980
參考資料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual
展開 ANSYS經典模塊下FLUID80單元流固耦合地震動力分析
在ANSYS經典模塊下，考慮液體-固體之間的相互作用，常用的二維分析單元類型有Fludi29和Fluid79單元，三維的分析單元類型為Fluid30和Fluid80單元，通過查閱Help文檔，我們可以了解到79單元和80單元可以用來模擬液體的晃動問題，29和30則不能實現。對于以上分析單元類型，在模擬流體性質時，不同單元其使用方法也不盡相同。具體用法和材料定義與求解設置的不同之處，感興趣的可以查閱官方文檔或網上搜尋。
下面以Fluid80單元為例，做一個鋼板水池流固耦合的地震動力分析算例，供參考，不足指出請詳細指正。
鋼板水池幾何模型
鋼板模型-實體單元來模擬，也可以采用shell181來模擬。
水體模型-采用Fluid80單元模擬
有限元網格劃分
設置邊界條件和自由度耦合
2. 結果分析
2.1 模態分析
模態分析主要目的是為測得結構的固有頻率、周期和振型，每一階模態都有特定的固有頻率、阻尼比和模態振型。通過模態分析方法搞清楚了結構物在某一易受影響的頻率范圍內的各階主要模態的特性，就可以預言結構在此頻段內在外部或內部各種振源作用下產生的實際振動響應。
下面不同水深工況模態分析自振頻率分析結果。
2.1.1 1/2水深工況下的自振頻率分析
2.1.2 3/4水深工況下的自振頻率分析
2.1.3 滿水深工況下的自振頻率分析
3.
展開 空腔內的輻射換熱計算
參考資料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual
網格劃分
采用矩形網格，網格數量為8000。
計算設置
本次計算假定各向同性散射和輻射平衡，不考慮流場計算。
物質屬性
計算物質設置為空氣，設置它的散射系數為0.5/m
熱輻射模型
選擇DO熱輻射模型
邊界條件
設置墻體的溫度值
計算結果
計算域溫度云圖
計算值與實驗值對比
熱通量對比圖表
參考文獻
G.D Raithby, E.H. Chui. “A Finite Volume Method for Predicting a Radiant Heat Transfer in Enclosoures with Participating Media”. Journal of Heat Transfer. Volume 112, pp. 415-423, 1990
展開 
管道內非牛頓流體流動
參考資料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual
算例說明
本案例介紹了管道內非牛頓流體流動過程。
計算域：管道長0.1m，直徑2.5mm
物質屬性：密度為1000kg/m3，粘度采用Power law，其中參數k=0，n=0.4
邊界條件：入口平均速度為2m/s
網格劃分
采用矩形網格，網格數量為16000
計算設置
本次計算為穩態軸對稱流動。
物質屬性
計算物質的密度和粘性
邊界條件
設置入口流速，流速值有profile文件讀入
profile文件下載地址：https://pan.baidu.com/s/1ibZQTgwKEV-iOhqeMBAfEg 密碼: 88qz
設置出口為壓力出口邊界條件
壁面皆為無滑移邊界條件
計算結果
計算域速度云圖
計算域壓力云圖
計算值與實驗值對比
管道壓降數值對比圖表
參考文獻
W.F. Hughes and J.A. Brighton. Schaum's Outline of Theory and Problems of Fluid Dynamics. McGraw-Hill Book Co., Inc., New York, NY. 1991.
展開 三角腔中的層流流動
參考資料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual
算例說明
本案例模擬了由三角腔頂壁運動引起的層流，側壁是靜止的。
計算域：h=4m，頂部寬帶為2m
物質屬性：物質密度為1 kg/m3，粘度為0.01kg/m-s
邊界條件：頂部壁面移動速度為2m/s
網格劃分
采用矩形和三角形混合網格，網格數量為4504
計算設置
本次計算為穩態計算。
物質屬性
計算物質設置密度等參數
湍流模型
選擇為層流
邊界條件
設置頂板移動速度
求解控制
（1）求解方法
（2）松弛因子
計算結果
計算域云圖展示
速度云圖
計算值與實驗值對比
歸一化x方向速度對比值
參考文獻
R. Jyotsna, S.P. Vanka. “Multigrid Calculation of Steady, Viscous Flow in a Triangular Cavity”. J. Comp. Phys., Vol 122, pp. 107-117, 1995.
展開 通風機箱內回流模擬
參考資料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual
算例說明
本案例介紹了通風機箱內回流模擬，本次計算為穩態計算，雷諾數大約為5000.
計算域：高3m，長9m，入口長度為0.168m，出口長度為0.48m
物質屬性：密度1.225kg/m3，粘度1.7894E-5kg/m-s
邊界條件：入口流速為0.45m/s
網格劃分
采用矩形網格，網格數量為13728
計算設置
本次計算為穩態湍流計算。
物質屬性
計算物質設置為空氣，設置它的密度和粘性
湍流模型
選擇湍流模型
邊界條件
設置入口流速及湍流參數
設置壓力出口
計算結果
計算域速度場云圖
計算值與實驗值對比
y=2.916高度處水平速度值對比圖表
注意：這里用到的是歸一化數據，fluent計算數據的y軸坐標水平速度值要除以入口速度0.455。
參考文獻
A. Restivo, Turbulent Flow in Ventilated Rooms, Ph.D. Thesis, University of London, UK, 1979.
展開 180度彎管內湍流流動
參考資料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual
算例說明
本案例介紹了180度彎管內湍流流動模擬，本次計算為穩態計算。
計算域：管道半徑為14mm，管道轉彎半徑為125mm
物質屬性：密度997kg/m3，粘度8.899E-4kg/m-s
邊界條件：入口平均流速為1.42m/s
網格劃分
采用六面體網格，網格數量為409696
計算設置
本次計算為穩態湍流計算。
物質屬性
計算物質設置為水，設置它的密度和粘性
湍流模型
選擇SST k-omega湍流模型
邊界條件
設置入口流速及湍流參數
入口速度由udf計算求得，udf文件下載地址： https://pan.baidu.com/s/1vpyzw2PXHxgLiUXd9jT_2Q 密碼: jrg1
設置壓力出口
計算結果
計算域速度場云圖
計算值與實驗值對比
距離出口1.555m處（拐彎段與直線段相連處）速度值對比圖表
參考文獻
T. Takamasa, A. Tomiyama. “Three-dimensional gas-liquid two-phase bubbly flow
in a C-shaped tube”. NURETH-9. San Francisco, USA. pp. 1-17. 1999.
展開 軸對稱后體分離流動
參考資料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual
算例說明
本案例介紹了流體流過軸對稱后體（比如船體尾部）流動分離現象。
計算域：后體長度1 m，最大半徑0.04556 m
物質屬性：密度1 kg/m3，粘度1E-6kg/m-s
邊界條件：入口速度5.9 m/s
網格劃分
采用矩形網格，網格數量為4950。
計算設置
本次計算為軸對稱穩態湍流模擬。
物質屬性
計算物質設置為空氣，設置它的密度和粘性
湍流模型
設置湍流模型為SST k-omega
邊界條件
設置入口為速度入口
速度參數由profile文件導入，下載地址： https://pan.baidu.com/s/1z2cVXnTSJVOjVHtkasX6_g 密碼: cw2q
設置壓力出口
設置上側壁面為速度邊界
計算結果
計算域壓力場云圖
計算值與實驗值對比
沿壁面的壓力系數數值對比
參考文獻
T.T. Huang, N.C. Groves, “Propeller/stern boundary layer interaction on axisymmetric bodies: Theory and experiment”. David W. Taylor Naval Ship Research and Development Center Report. 76-0113. 1976.
展開 旋轉與靜止同心圓筒之間的流動
參考資料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual
算例說明
本案例模擬了兩個圓柱之間的穩態層流流動，內圓柱以一定的速度轉動，而外圓柱則保持靜止。
計算域：內圓柱半徑17.8mm，外圓柱半徑46.28mm
物質屬性：密度為1kg/m3，粘度為0.0002kg/m-s
邊界條件：內圓柱旋轉角速度為1 rad/s
網格劃分
采用矩形網格，網格數量為1200
由于周期性，這里計算域只建立一半的模型
計算設置
本次計算為穩態計算。
物質屬性
計算物質設置為空氣，設置它的密度等參數
湍流模型
選擇為層流
邊界條件
（1）設置周期性邊界
在文本框中輸入一下命令，建立周期性邊界
（2）設置內壁面的旋轉速度
求解控制
（1）求解方法
（2）松弛因子
計算結果
計算域云圖展示
速度云圖
計算值與實驗值對比
對比不同半徑位置周向速度值對比
參考文獻
F. M. White. Viscous Fluid Flow. Section 3-2.3. McGraw-Hill Book Co., Inc.. New York, NY. 1991.
展開 后臺階湍流流動模擬
參考資料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual
算例說明
本案例介紹了后臺階湍流流動的數值模擬。臺階高度H，入口距離臺階4H，出口距離臺階30H。
計算域：臺階高度1m，計算域長度為34m，高度為9m
物質屬性：密度為1kg/m3，粘度為0.0001kg/m-s
邊界條件：入口速度由profile定義
網格劃分
采用矩形網格，網格數量為6800
計算設置
本次計算為穩態計算。
物質屬性
計算物質設置為空氣，設置它的密度等參數
湍流模型
選擇無粘流動
邊界條件
入口邊界條件，速度及湍流參數由profile文件讀入
profile文件下載地址：https://pan.baidu.com/s/1AaFMcgNXo0k8wQKAFqhm9g 密碼: 5is9
出口邊界采用壓力出口邊界條件
計算結果
計算域壓力和速度云圖
計算值與實驗值對比
臺階后壁面上表面摩擦系數對比圖表
參考文獻
D.M. Driver, H.L. Seegmiller, "Features of a Reattaching Turbulent Shear Layer in Divergent Channel Flow". AIAA Journal,Vol 23, pp. 163-171, 1985
展開 
超音速氣流繞凸角流動
參考資料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual
算例說明
本案例介紹了來流馬赫數為2.5的超音速氣流繞凸角流動。
計算域：凸角角度為195°
物質屬性：理想氣體，比熱為1006.43J/kg-K，摩爾數為28.966
邊界條件：來流壓力為202636.9 Pa，馬赫數為2.5，溫度為300K，墻壁為絕熱條件
網格劃分
采用矩形網格，網格數量為8154
計算設置
本次計算為穩態湍流計算，求解選擇密度基。
物質屬性
計算域內流體物質為空氣，設置它的密度、比熱、摩爾數等參數
湍流模型
本次計算為無粘計算
能量方程
激活能量方程
邊界條件
計算域左側為來流入口，設為壓力遠場邊界條件
計算域右側為出口，設為壓力出口
計算域上方設為壓力遠場邊界條件，同左側入口
設置求解方法和松弛因子
計算結果
計算域速度場云圖
計算值與實驗值對比
監測點（1.84716，-0.185447）位置處馬赫數對比
展開 擴散器中的分離湍流流動
參考資料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual
算例說明
本案例介紹了在二維擴散器中流體逐漸分離和再附著的湍流流動。模型由一個軸對稱擴散器和一個沿著中心線的圓柱體組成。
計算域：圓柱直徑140mm，計算域長1100mm
物質屬性：密度1kg/m3，粘度1.5e-5kg/m-s
邊界條件：入口流速為30m/s
網格劃分
采用矩形網格，網格數量為28800
計算域范圍
計算設置
本次計算為穩態軸對稱湍流計算。
物質屬性
計算物質設置為空氣，設置它的密度和粘性
湍流模型
選擇SST k-omega湍流模型
邊界條件
設置入口流速及湍流參數
設置壓力出口
設置計算域外部壁面剪切應力為0
計算結果
計算域速度場云圖
計算值與實驗值對比
中心圓柱壁面處表面摩擦系數對比圖表
參考文獻
D.M. Driver. “Reynolds shear stress measurements in a separated boundary layer flow”. AIAA-91-1787. 1991.
展開 兩種不同密度流的湍流混合
參考資料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual
算例說明
本案例介紹了兩種不同密度流的湍流混合。
計算域：40m*0.56m
物質屬性：清水密度1015 kg/m3，鹽水密度1030kg/m3，混合物動力擴散系數1e-9m2/s
邊界條件：清水流入速度為0.52m/s，鹽水流入速度為0.32m/s
網格劃分
采用矩形網格，網格數量為488000
計算設置
本次計算為穩態湍流計算，考慮重力影響。
物質屬性
混合物屬性參數
清水物質屬性
鹽水物質屬性
湍流模型
湍流模型選擇標準k-epsilon模型，考慮浮力影響
多組分模型
邊界條件
計算域左側上部清水速度入口
計算域左側下部鹽水速度入口
右側出口為壓力出口
管道上部壁面剪切應力為0，下部壁面為無滑移邊界
計算結果
計算域鹽水質量百分比云圖
計算值與實驗值對比
x=10m位置處截面上鹽水質量百分比數據對比
展開 波紋通道內的湍流流動
參考資料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual
算例說明
本案例模擬了一個周期性的流動區域內的湍流流動，下壁呈一個正弦波狀，壁上壁面為直壁。
計算域：正弦周期條件的振幅為0.1m，波長1.0m
物質屬性：物質密度為1 kg/m3，粘度為0.0001kg/m-s
邊界條件：入口質量流量為0.816 kg/s，壓力梯度為-0.01687141 Pa/m
網格劃分
采用矩形網格，網格數量為7200
計算設置
本次計算為穩態周期性流動。
物質屬性
計算物質設置密度等參數
湍流模型
選擇為Realizable k-E湍流模型
邊界條件
設置周期性邊界條件
計算結果
計算域云圖展示
速度云圖
計算值與實驗值對比
在下壁面波峰位置處，x方向速度對比值
參考文獻
J.D. Kuzan, “Velocity Measurements for Turbulent Separated and Near-Separated Flows Over Solid Waves”. Ph.D. thesis. Department of Chemical Engineering, University of Illinois, Urbana, IL, 1986.
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