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FLUENT教程9-Transient 瞬态分析

作者:888扑克手机版 发布时间:2020-08-01 13:21 点击数:

  优酷有相应的视频 ANSYS FLUENT 培训教材 第九节:瞬态问题 安世亚太科技(北京)有限公司 A Pera Global Company ? PERA China 动机 ?自然界几乎所有流动都是瞬态的 – 下列情况可以近似为稳态: ? 忽略瞬态的脉动 ? 引入整体的时间平均来消除瞬态影响 ?CFD中使用稳态方法的好处是 – 更少的计算资源 – 更容易后处理和分析 ?许多应用要求使用瞬态求解: – 气动(飞机、机车等) – 涡脱落 – 旋转机械 – 动静干涉,失速,喘振, – 多相流– 自由液面,气泡动力学 – 变形域– 内燃机燃烧,投放 – 瞬态换热 – 瞬态加热或冷却 – …... A Pera Global Company ? PERA China 瞬态流动的根源 ?自然发生的瞬态流动 – 由于流体中不稳定性的增长或者非平衡的初场引发的瞬态流动 – 例如:自然对流,湍流涡,流动波(重力波、激波) ?强迫瞬态流动 – 时间平均的边界条件,源项引起的瞬态流动 – 例子:喷嘴的脉冲,旋转机械的动静干涉 Kelvin-Helmholtz Cloud Instability Buoyant Box Falling Into a Pool of Water A Pera Global Company ? PERA China 瞬态CFD分析 ?模拟指定时间内的瞬态流场 – 可以通过以下方法求解: ? 稳态解 – 流场不再随时间变化 ? 时间周期解 – 流场形态随时间脉动重复出现 – 目标可以简化为分析预定时间间隔的流动 ? 自由表面流 ? 移动的激波 ? 等等 ?抽取关心的变量 – 特征频率 (如:斯德鲁哈尔数) – 时间平均或/RMS值 – 时间相关的参数(如,热固体的冷却时间,污染物的停留时间) – 特殊数据(快速傅立叶变换) A Pera Global Company ? PERA China 瞬态流动模拟流程 ?激活瞬态求解器 ?设置物理模型和边界条件 – 允许设置瞬态边界条件–UDF 或分布文件 ?指定初场 – 最好用有物理意义的初场,如稳态流场 ?求解器设置,监测设置 ?设置动画和数据输出选择 ?选择时间步和最大迭代次数 ?设定时间步数 ?计算 A Pera Global Company ? PERA China 激活瞬态求解器 ?在 General 菜单下选择Transient 按钮: ?开始执行迭代前,需要设置附加的控制 – 求解器设置 – 动画 – 数据输出 /自动保存选项 A Pera Global Company ? PERA China 选择瞬态时间步长 ?在Run Calculation菜单中设置时间步长, ?t – ?t 必须小到能解析和时间相关的特征。确定每个时间步的最大迭 代步内能收敛 – 时间步大致可按照下面公式估计: – 也可以选择能解析流动特征的时间步(在指定脉动周期的情况 下) ?指定零时间步时迭代,求解器会仅仅在当前时间步下收敛 ?对许多瞬态流动,PISO格式有助于加速收敛 A Pera Global Company ? PERA China 瞬态模型选择 ?自适应时间步长 – 基于局部截断误差自动调整时间步长 – 可以通过 UDF指定 ?时间平均的统计 – 在使用 LES 时需要使用 ?在使用密度基求解器时,Courant 数定 义了: – 密度基显式求解器的全局时间步长 – 密度基隐式求解器的伪时间步长 ? 真实时间步长仍然必须在迭代面板中 定义 A Pera Global Company ? PERA China 瞬态流动模型 – 动画 ?必须在计算前设置动画 – 动画帧在计算中写出并存储 A Pera Global Company ? PERA China 创建动画的其他方法 ?另外一个创建动画的方法是 利用Execute Commands ?可以通过文本命令或宏定义 在预定的迭代步或时间间 隔,执行哪些操作 ?这种方法在创建高质量的动 画结果时有用 – 定义生成动画帧(云图、 矢量图等)并存储文件的 命令. – 利用第三方软件把这些文 件链接成动画文件(AVI, MPG, GIF, 等) A Pera Global Company ? PERA China 执行迭代 ?最通常的时间推进格式是迭代格式 – 求解器在当前时间步收敛然后推 进到下一个时间步 – 当Max Iterations/Time Step 达到 时,或者收敛标准满足时,时间 推进到下一步 – 各时间步依次收敛直至达到总时 间步 ?必须定义初始化 – 设置流体域的初始质量和流场的 初始状态 ?非迭代时间推进法 (NITA) 可以用于 更快速的计算时间 A Pera Global Company ? PERA China 收敛行为 ?瞬态计算的残差图不一定能说明收敛 ?下图显示了简单问题的瞬态计算残差图 ?时间步长的选择应该使得在一个时间步内残差下降三个量级 – 这将确保瞬态行为被解析 A Pera Global Company ? PERA China 瞬态模拟的技巧 ?压力-速度耦合采用 PISO 格式,比标准SIMPLE 格式更易收敛 ?选择合适的时间步长以至每个时间步长内能收敛三个量级 ?每个时间步的迭代次数大约20次,减少时间步长比增加每步的迭 代次数要好。 ?记住对瞬态问题,精确的初场和边界条件一样重要,初场一定要 符合真实物理条件 ?在计算前定义希望得到的动画 A Pera Global Company ? PERA China


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