Fluent13实战一:2D圆柱的定常流动

Fluent是CFD领域很常用的一个模拟软件,现在已经被Ansys公司收购,成为了其中的一个子软件,Ansys13将其整合在了Workbench的流程中,使之与其他Ansys公司的产品无缝连接,非常适合新手使用,下面通过一个简单的例子来看一下如何使用这个强大的工具。

首先打开ANSYS的Workbench软件,从左边的模块里面选取Fluid Flow(Fluent),注意下面也有一个独立的Fluent模块,不要混淆了。添加到右边的工作区后就会出现一个工作流,第一步就是选取你要分析的几何。

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第二步就是用Mesh软件打开你选择的几何,定义好各个边界的名称,注意,边界名称的定义非常重要,因为在接下来的Fluent模块中,软件会自动识别这边名称并设定好边界条件,当然你可以手动更改;定义边界的方法为用Edge选择几何的对应边缘,并使用Named Selection进行命名。

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定义好边界后在Workbench中右键单击Setup打开Flunet Launcher,采用系统默认设置,并进入Fluent主界面:

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Fluent的主界面非常简洁,左边是初始条件和计算参数设置区域,右边是几何及结果显示窗口,下半部分是信息显示窗口,在设置模型之前还有一些准备工作,包括几何的检查,单位的设置等,注意这个模型是旋转对称的,所以要点选Axisymmetric,Steady的意思就是定常流动,意思是在模拟过程中,他的输入参数是不变的,下面那个Transient就是瞬态,用来模拟短时间内流体各个参数的变化情况。

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在Model设置里面选择最简单的层流模型Lamninar,层流和湍流是由雷诺系数决定的。

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模型设置好后就是定义流体的材料,这里选择水,在Fluent database中可以直接选择,不用自己创建。

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然后是设置边界条件,边界条件的设置非常重要,会直接影响到模拟的结果,在这里,我先设置了压力进口和压力出口的边界条件,将中心轴设置为Axis

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压力入口压力设为60psi,出口设为0(我也不知道这样设置对不对,先跑跑看)

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接下来是求解器的设置了,求解器方法和控制都采用默认的先,我也不知道什么情况用什么方法

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监视这块确保Plot有选上,这种跑模拟的时候可以有个图看,右边那些是设置收敛精度的,求解器达到要求的精度就会停止。

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求解器初始化这里也选用默认的选项,注意在正式运行模拟前必须要点一下那个“初始化”按钮才行

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运行设置这里可以设置迭代次数,以便达到收敛要求,点check case看看是否有什么问题

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提示说在边界条件中设置轴边界,可是我已经设置过了啊?

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不管他,点选“运行”,不到1秒,出现错误,真悲催!

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信息栏出现以下错误信息:“iter continuity x-velocity y-velocity     time/iter

 reversed flow in 4 faces on pressure-outlet 6.

Error: Divergence detected in AMG solver: x-momentum

Error Object: #f”

到底是哪里出了问题了呢??

辛辛苦苦设置好运行环境,没想到不到一秒,软件就说有无法收敛的错误,运行不了,到底是怎么回事呢?仔细看下了一下软件报错的两个问题:

1. 请在中心线设置轴的边界条件。

2. X-momentum AMG求解器中无法收敛。

对于第一个警告,无法理解,明明是设置了Axis的边界条件,为什么还会出现这个问题,没办法,上网Google第二个错误吧,终于发现了一位大神的提醒:One reason could be that the geometry is not correct. Do a Mesh->Check to make sure you don’t get

Checking for nodes that lie below the x-axis.

WARNING: Invalid axisymmetric mesh: 6 nodes lie below the x-axis.

and

WARNING: Mesh check failed.

For axisymmetric, the axial direction should be x and radial is positive y. Even if the y starts with -1e-32, it will fail.

To fix this:

Use Mesh->Translate and move the geometry so ymin is +ve.

原来对于轴对称零件,轴的方向必须是x轴,我之前并没有检查这个,是不是这个原因呢,赶紧用Pro/E在建一个模型,这次将长边设在x轴上。

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其他设置条件不变,再跑一遍,这次成功了,在128次的时候收敛

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结果分析:

1. 将入口改为mass-flow-inlet,并设定质量流量为0.138kg/s,相当于2.2gpm,运行模拟得到速度云图

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可以看到在层流情况下,越往外流速最慢,最外面一层速度为0,这个是符合层流的特点的;中间水流速为0.11m/s,这和水流速公式计算结果是一致的(v=Q/S= 8.3×10-3/(60*3.14159*0.02^2)=0.11)

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