流体分析--FLOTRAN培训

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1、ANSYSFLOTRANANSYSFLOTRAN培训教程美国ANSYS公司北京办事处2000/10/181目　录流体力学基础流体流动控制方程CFD求解特点CFD求解策略ANSYSFLOTRAN功能ANSYSFLOTRAN分析ANSYSFLOTRAN例题ANSYSFLOTRAN习题CFDANSYSFLOTRAN2流体力学基础流体、固体CFD层流、湍流可压缩流、不可压缩流Reynolds数、Mach数牛顿流体、非牛顿流体共轭传热分布阻力周期边界条件多组份输运自由表面移动壁面3流体力学基础……流体与固体固体：有固定的形状，在有限外力作用下变形有限

2、；流体：流有固定的形状，在有限外力作用下，变形无限不能抵抗剪切变形。——松驰时间——作用时间——流体——固体4流体力学基础……CFDComputationalFluidDynamics,计算流体动力学层流与湍流层流：流动有层次、稳定湍流：流动紊乱，有涡漩结构，不稳定，有随机性可压缩与不可压缩可压缩：流体的密度随着流动而改变。不可压缩：流体的密度不随流动而改变。5——惯性与粘性之比，是层流与湍流的判别准则；——流体速度除以声速，Ma<1为亚音速Ma>1为超音速，是可压缩与不可压缩的判别准则，Ma>0.7为可压缩。Reynolds数、Mach数

3、流体力学基础……6流体力学基础……牛顿与非牛顿流体牛顿流体：流体中的剪切应力与垂直于流动方向的速度梯度呈线性比例关系，如水、空气牛顿内摩擦定律非牛顿流体：流体中的剪切应力与速度梯度不呈线性关系如：血液、泥浆——幂律流体、Carreau流体、Bingham流体7流体力学基础……共轭传热求解域内既有流体，又有固体，且流固温度场耦合——方程病态，求解困难。分布阻力不需要建立详细的几何模而模拟其对流动的影响。周期性边界条件两个边界的边界条件完全相同，但未知8多组份传输流场只能进行单个动量方程的求解，流体只能有“一种”，如果是多种流体，将其作为一种流

4、体的多个组份。自由表面流体流动具有位置待定的自由面，自由面的边界条件：压力=外界压力，自由面上法向速度为零。自由面的确定方法：可变形网格；体积流体（VOF）——网格固定，求单元的体积组成VFRC，0表示空，1表示充满流体。移动壁面壁面的位移、速度已知，求解域变化，网格可变形。流体力学基础……9流体力学基础流体流动控制方程CFD求解特点CFD求解策略ANSYSFLOTRAN功能ANSYSFLOTRAN分析ANSYSFLOTRAN例题ANSYSFLOTRAN习题目录10流体流动控制方程运动描述：固体—Lagrang描述，物质坐标，追踪质点，位移

5、流体—Euler描述，空间坐标，控制体积，速度Euler加速度11质量守恒流体流动控制方程……动量守恒12能量定恒流体流动控制方程……状态方程未知数6方程数6可封闭求解13目录流体力学基础流体流动控制方程CFD求解特点CFD求解策略ANSYSFLOTRAN功能ANSYSFLOTRAN分析ANSYSFLOTRAN例题ANSYSFLOTRAN习题14CFD求解特点……CFD求解特点1对流限制（网格Re<2)，要求网格密度大，计算规模大2每个节点有6个方程，计算量大，一般有采用联立求解，而是采用逐个方程顺序耦合求解。3流速对流动性质及求解方法影响

6、大流动性质随流速变化：层流湍流不可压可压亚音速超音速4稳定性与收敛性15CFD求解特点……层流与湍流Re，动量方程中对流起主导作用，流动不稳定：对流项的处理，湍流模型对流项的处理对流特性：上下游的影响不同。有限元采用对称的权函数（影响函数），不区分上下游，与物理不符。对流项处理：细化网格（网格Re<2）迎风有限元：不对称权函数流线迎风（SUPG)）16CFD求解特点……湍流模型湍流速度、压力脉动，可表示为VelocityFluctuationsinTime2340123456Time(seconds)Velocity(mm/s)Actual

7、velocity(mm/s)Averagevelocity(mm/s)……17时均化速度Reynolds时均化方程脉动速度关联项使得时均方程不封闭，用湍流模型来封闭采用涡粘性假设湍流模型用来计算湍流粘性湍流模型：零方程、等。CFD求解特点……18CFD求解特点……不可压与可压：亚音速与超音速不可压：连续方程不含，耦合求解困难，可采用罚函数法、拟可压法、压力校正法。可压缩：边界条件：亚音速—抛物型方程，边界条件同不可压；超音速—双曲型方程，下游不影响上游，所以只给上游的速度、总温。激波：压力间断，激波捕获：细化网格，高分辩率算法：TVD、NN

8、D，FCT等。19CFD求解特点……CFD稳定性与收敛性稳定性：数值计算（非线性）误差的积累，误差随计算次数的增加而增大，数值不稳定。收敛性：数值解趋近于真解。稳定性分析方法：F