ANSYS／FLOTRAN流体动力学(CFD)分析

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1、ANSYS/FLOTRAN流体动力学流体动力学(CFD)分析分析 Guidelines2001年10月1日1ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)目录 第一章第一章FLOTRAN计算流体动力学计算流体动力学(CFD)分析概述分析概述一、一、FLOTRANCFD分析的概念分析的概念二、二、FLOTRAN分析的种类分析的种类1、层流分析层流分析2、紊流分析、紊流分析3、热分析、热分析4、可压缩流分析、可压缩流分析5、非牛顿流分析、非牛顿流分析6、多组份传输分析、多组份传输分析Guidelines2001年10月1日2ANSYS培训教程 版本

2、5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)目录 第二章第二章FLOTRAN分析基础分析基础一、一、FLOTRAN单元的特点单元的特点1、FLUID141单元单元2、FLUID142单元单元3、FLUID单元的其他特征单元的其他特征二、使用二、使用FLOTRAN单元的一些限制及注意事项单元的一些限制及注意事项三三、FLOTRAN分析的主要步骤分析的主要步骤四、四、FLOTRAN分析中产生的一些文件分析中产生的一些文件五、提高收敛性和稳定性的常用的工具五、提高收敛性和稳定性的常用的工具六、六、FLOTRAN分析过程中应处理的问题分析过程中应处理的问题七、对一个七、对一个F

3、LOTRAN分析进行评价分析进行评价八、验证结果八、验证结果Guidelines2001年10月1日3ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)目录 第三章第三章FLOTRAN设置命令设置命令一、一、FLOTRAN求解控制命令求解控制命令二、二、FLOTRAN执行及输出控制命令执行及输出控制命令稳态控制参数设置稳态控制参数设置三、三、FLOTRAN执行及输出控制命令执行及输出控制命令瞬态控制参数设置瞬态控制参数设置四、四、FLOTRAN输出及保存文件控制输出及保存文件控制五、五、FLOTRAN输出收敛监测量的控制输出收敛监测量的控制六、六、F

4、LOTRAN流体类型及其特性的可变性控制流体类型及其特性的可变性控制七、七、FLOTRAN流体性质参数设定流体性质参数设定八、八、FLOTRAN分析的坐标系统的指定分析的坐标系统的指定九、九、FLOTRAN分析参考条件的设置分析参考条件的设置十、指定十、指定FLOTRAN分析的旋转坐标系统分析的旋转坐标系统十一、指定十一、指定FLOTRAN分析的重力加速度分析的重力加速度十二、设置有助于十二、设置有助于FLOTRAN求解稳定的参数求解稳定的参数Guidelines2001年10月1日4ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)目录 第三章第三

5、章FLOTRAN设置命令（续）设置命令（续）十十三、三、设定设定FLOTRAN自由度松弛系数自由度松弛系数十四、设定十四、设定FLOTRAN流体性质松弛因子流体性质松弛因子十五、设置十五、设置FLOTRAN分析的自由度限值分析的自由度限值十六、选择十六、选择FLOTRAN各自由度相应的求解器各自由度相应的求解器十七、对十七、对FLOTRAN各求解器的控制各求解器的控制十八、设置十八、设置FLOTRAN湍流模型的一些常数湍流模型的一些常数十九、重新设定十九、重新设定FLOTRAN各分析参数的值各分析参数的值二十、控制二十、控制FLOTRAN面积积分的阶次面积积分的阶次二十一、二十一、FLOTRA

6、N多组份疏运分析的设置及控制多组份疏运分析的设置及控制二十二、定义二十二、定义FLOTRAN的重启动（续算）控制的重启动（续算）控制二十三、设置并执行一个零迭代二十三、设置并执行一个零迭代FLOTRAN分析分析Guidelines2001年10月1日5ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)目录 第四章第四章FLOTRAN边界条件边界条件一、边界条件的类型一、边界条件的类型二、进口二、进口/出口边界条件出口边界条件三、三、对称边界条件对称边界条件四、固定壁面四、固定壁面五、移动壁面五、移动壁面六、内流六、内流七、外流七、外流八、周期边界八、

7、周期边界九、热边界条件九、热边界条件十、边界条件总结十、边界条件总结十一、边界条件的菜单形式十一、边界条件的菜单形式Guidelines2001年10月1日6ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)目录 第五章第五章FLOTRAN层流和湍流分析算例层流和湍流分析算例一、问题描述一、问题描述二、分析方法及假定二、分析方法及假定三、三、几何尺寸及流体性质几何尺寸及流体性质四、分析过程四、分析过程第第1步：进入步：进入ANSYS第第2步：设置分析选择步：设置分析选择第第3步：定义单元类型步：定义单元类型第第4步：生成分析区域的几何面步：生成分析区

8、域的几何面第第5步：定义单元形状步：定义单元形状第第6步：划分有限元网格步：划分有限元网格第第7步：生成并应用新的工具栏按钮步：生成并应用新的工具栏按钮第第8步：施加边界条件步：施加边界条件第第9步：求解层流步：求解层流Guidelines2001年10月1日7ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)目录 第五章第五章FLOTRAN层流和湍流分析算例（续）层流和湍流分析算例（续）四、分析过程四、分析过程第第10步：观察层流分析的结果步：观察层流分析的结果第第11步：确定流体粘性如何影响流场特性步：确定流体粘性如何影响流场特性第第12步：进行

9、湍流分析步：进行湍流分析第第13步：对新的出口区划分网格步：对新的出口区划分网格第第14步：施加湍流分析的载荷步：施加湍流分析的载荷第第15步：改变步：改变FLOTRAN分析选项和流体性分析选项和流体性第第16步：进行求解步：进行求解第第17步：将流体速度结果以向量图和路径图的方式进行显示步：将流体速度结果以向量图和路径图的方式进行显示第第18步：绘制压力等值线图步：绘制压力等值线图Guidelines2001年10月1日8ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)第一章FLOTRAN 计算流体动力计算流体动力学学(CFD)分析概述分析概述

10、2001年10月1日9ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)在完成本章学习后，我们应该对流体动力学分析的基本概念在完成本章学习后，我们应该对流体动力学分析的基本概念有所了解，并知道它的基本分类。有所了解，并知道它的基本分类。ModuleObjective第第一一讲讲、FLOTRANCFD分析的概念分析的概念第第二二讲讲、FLOTRAN分析的种类分析的种类第第三三讲讲、层流分析层流分析第第四四讲讲、紊流分析、紊流分析第第五五讲讲、热分析、热分析第第六六讲讲、可压缩流分析、可压缩流分析第第七七讲讲、非牛顿流分析、非牛顿流分析第第八八讲讲、多组

11、份传输分析、多组份传输分析LessonObjectives目标 2001年10月1日10ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)一、一、FLOTRANCFD分析的概念分析的概念 T-1.FLOTRAN CFD 分析的概念分析的概念 ANSYS程程序序中中的的FLOTRANCFD分分析析功功能能是是一一个个用用于于分分析析二二维维及及三三维维流流体体流流动动场场的的先先进进的的工工具具，使使用用ANSYS中中用用于于FLOTRANCFD分析的分析的FLUID141和和FLUID142单元，可解决如下问题：单元，可解决如下问题：作用于气动翼作用

12、于气动翼(叶叶)型上的升力和阻力型上的升力和阻力 超音速喷管中的流场超音速喷管中的流场 弯管中流体的复杂的三维流动弯管中流体的复杂的三维流动同时，同时，FLOTRAN还具有如下功能：还具有如下功能：计算发动机排气系统中气体的压力及温度分布计算发动机排气系统中气体的压力及温度分布 研究管路系统中热的层化及分离研究管路系统中热的层化及分离 使用混合流研究来估计热冲击的可能性使用混合流研究来估计热冲击的可能性 用自然对流分析来估计电子封装芯片的热性能用自然对流分析来估计电子封装芯片的热性能 对对含含有有多多种种流流体体的的(由由固固体体隔隔开开)热热交交换换器器进进行行研研究究Objective20

13、01年10月1日11ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)二、二、FLOTRAN分析的种类分析的种类 T-2.FLOTRAN 分析的种类分析的种类 FLOTRAN可执行如下分析：可执行如下分析：层流或紊流层流或紊流 传热或绝热传热或绝热 可压缩或不可压缩可压缩或不可压缩 牛顿流或非牛顿流牛顿流或非牛顿流 多组份传输多组份传输这这些些分分析析类类型型并并不不相相互互排排斥斥，例例如如，一一个个层层流流分分析析可可以以是是传传热热的的或或者是绝热的，一个紊流分析可以是可压缩的或者是不可压缩的。者是绝热的，一个紊流分析可以是可压缩的或者是不可压

14、缩的。Objective2001年10月1日12ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)层流分析层流分析 T-2.FLOTRAN 分析的种类分析的种类 层层流流中中的的速速度度场场都都是是平平滑滑而而有有序序的的，高高粘粘性性流流体体（如如石石油油等等）的的低低速流动就通常是层流。速流动就通常是层流。Objective2001年10月1日13ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)紊流分析紊流分析 T-2.FLOTRAN 分析的种类分析的种类 紊紊流流分分析析用用于于处处理理那那些些由由

15、于于流流速速足足够够高高和和粘粘性性足足够够低低从从而而引引起起紊紊流流波波动动的的流流体体流流动动情情况况，ANSYS中中的的二二方方程程紊紊流流模模型型可可计计及及在在平平均均流流动动下下的的紊紊流流速速度度波波动动的的影影响响。如如果果流流体体的的密密度度在在流流动动过过程程中中保保持持不不变变或或者者当当流流体体压压缩缩时时只只消消耗耗很很少少的的能能量量，该该流流体体就就可可认认为为是是不不可可压压缩缩的的，不不可可压压缩缩流流的的温温度度方方程程将将忽忽略略流流体体动动能能的的变变化化和和粘粘性耗散。性耗散。Objective2001年10月1日14ANSYS培训教程 版本 5.5

16、 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)热分析热分析 T-2.FLOTRAN 分析的种类分析的种类 流流体体分分析析中中通通常常还还会会求求解解流流场场中中的的温温度度分分布布情情况况。如如果果流流体体性性质质不不随随温温度度而而变变，就就可可不不解解温温度度方方程程。在在共共轭轭传传热热问问题题中中，要要在在同同时时包包含含流流体体区区域域和和非非流流体体区区域域（即即固固体体区区域域）的的整整个个区区域域上上求求解解温温度度方方程程。在在自自然然对对流流传传热热问问题题中中，流流体体由由于于温温度度分分布布的的不不均均匀匀性性而而导导致致流流体体密密度度分分布布的的不

17、不均均匀匀性性，从从而而引引起起流流体体的的流流动动，与与强强迫迫对流问题不同的是，自然对流通常都没有外部的流动源。对流问题不同的是，自然对流通常都没有外部的流动源。Objective2001年10月1日15ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)可压缩流分析可压缩流分析 T-2.FLOTRAN 分析的种类分析的种类 对对于于高高速速气气流流，由由很很强强的的压压力力梯梯度度引引起起的的流流体体密密度度的的变变化化将将显显著著地地影影响响流流场场的的性性质质，ANSYS对对于于这这种种流流动动情情况况会会使使用用不不同同的的解解算算方方法。

18、法。Objective2001年10月1日16ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)非牛顿流分析非牛顿流分析 T-2.FLOTRAN 分析的种类分析的种类 应应力力与与应应变变率率之之间间成成线线性性关关系系的的这这种种理理论论并并不不能能足足以以解解释释很很多多流流体体的的流流动动，对对于于这这种种非非牛牛顿顿流流体体，ANSYS程程序序提提供供了了三三中中粘粘性性模模式式和一个用户自定义子程序。和一个用户自定义子程序。Objective2001年10月1日17ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Ga

19、o(011001)多组份传输分析多组份传输分析 T-2.FLOTRAN 分析的种类分析的种类 这这种种分分析析通通常常是是用用于于研研究究有有毒毒流流体体物物质质的的稀稀释释或或大大气气中中污污染染气气体体的的传传播播情情况况，同同时时，它它也也可可用用于于研研究究有有多多种种流流体体同同时时存存在在（但但被被固固体相互隔开）的热交换分析。体相互隔开）的热交换分析。Objective2001年10月1日18ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)第二章FLOTRAN分析基础分析基础 2001年10月1日19ANSYS培训教程 版本 5.5

20、XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)本章学习，我们简单介绍本章学习，我们简单介绍FLOTRAN分析的基础知识，以助分析的基础知识，以助于大家对以后的于大家对以后的FLOTRAN分析有个大体的概念。分析有个大体的概念。ModuleObjective第第一一讲讲、FLOTRAN单元的特点单元的特点第第二二讲讲、FLUID141单元单元第第三三讲讲、FLUID142单元单元第第四四讲讲、FLUID单元的其他特征单元的其他特征第第五五讲讲、使用、使用FLOTRAN单元的一些限制及注意事项单元的一些限制及注意事项第第六六讲讲、FLOTRAN单元使用中的一些限制单元使用中的一些限制

21、第第七七讲讲、FLOTRAN分析的主要步骤分析的主要步骤第第八八讲讲、FLOTRAN分析中产生的一些文件分析中产生的一些文件第第九九讲讲、提高收敛性和稳定性的常用的工具、提高收敛性和稳定性的常用的工具第第十十讲讲、FLOTRAN分析过程中应处理的问题分析过程中应处理的问题LessonObjectives目标 2001年10月1日20ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)一、一、FLOTRAN单元的特点单元的特点 T2-1.FLOTRAN单元的特点单元的特点 ANSYS中中的的FLOTRAN单单元元，即即FLUID141和和FLUID142

22、，用用于于解解算算单单相相粘粘性性流流体体的的二二维维和和三三维维流流动动、压压力力和和温温度度分分布布。对对于于这这些些单单元元，ANSYS通通过过质质量量、动动量量和和能能量量三三个个守守恒恒性性质质来来计计算算流流体体的的速速度分量、压力、以及温度。度分量、压力、以及温度。Objective2001年10月1日21ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)FLUID141单元单元 T2-1.FLOTRAN单元的特点单元的特点 FLUID141单元具有下列特征：单元具有下列特征：维数：二维维数：二维形状：四节点四边形或三节点三角形形状：四

23、节点四边形或三节点三角形自自由由度度：速速度度、压压力力、温温度度、紊紊流流动动能能、紊紊流流能能量量耗耗散散、多多达达六六种流体的各自质量所占的份额种流体的各自质量所占的份额ObjectiveFLUID141单元单元 2001年10月1日22ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)FLUID142单元单元 T2-1.FLOTRAN单元的特点单元的特点 FLUID142单元具有下列特征：单元具有下列特征：维数：三维维数：三维形状：形状：四节点四面体或八节点六面体四节点四面体或八节点六面体自自由由度度：速速度度、压压力力、温温度度、紊紊流流动

24、动能能、紊紊流流能能量量耗耗散散、多多达达六六种流体的各自质量所占的份额种流体的各自质量所占的份额ObjectiveFLUID142单元单元 2001年10月1日23ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)FLUID单元的其他特征单元的其他特征 T2-1.FLOTRAN单元的特点单元的特点 FLUID单元的其他特征包括：单元的其他特征包括：用于模拟紊流的二方程紊流模式用于模拟紊流的二方程紊流模式 有有很很多多推推导导结结果果，诸诸如如：流流场场分分析析中中的的马马赫赫数数、压压力力系系数数、总总压压、剪剪应应力力、壁壁面面处处的的y-plu

25、s、以以及及流流线线函函数数；热热分分析析中中的的热热流流、热热交换（膜）系数等。交换（膜）系数等。流流体体边边界界条条件件，包包括括：速速度度、压压力力、紊紊流流动动能能以以及及紊紊流流能能量量耗耗散散率率。用用户户无无需需提提供供流流场场进进口口处处紊紊流流项项的的边边界界条条件件，因因FLOTRAN对此提供的缺省值适用对此提供的缺省值适用于绝大多数分析。于绝大多数分析。热边界条件，包括：温度、热流、体积热源、热交换（膜）系数。热边界条件，包括：温度、热流、体积热源、热交换（膜）系数。用用户户可可使使用用的的坐坐标标系系有有：的的卡卡尔尔坐坐标标系系、柱柱坐坐标标系系、极极坐坐标标系系和和

26、轴轴对对称称坐坐标标系系。如如果果所所计计算算的的问问题题是是轴轴对对称称的的，激激活活旋旋转转（swirl）选项即可算出垂直于对称平面的速度分量。选项即可算出垂直于对称平面的速度分量。Objective2001年10月1日24ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)二、使用二、使用FLOTRAN单元的一些限单元的一些限制及注意事项制及注意事项 T2-2.FLOTRAN单元的特点单元的特点 FLOTRAN单元的一些局限性：单元的一些局限性：在同一次分析中不能改变求解的区域在同一次分析中不能改变求解的区域 单元不支持自由流面边界条件单元不支持

27、自由流面边界条件 ANSYS程程序序的的某某些些特特征征不不能能同同FLOTRAN单单元元一一起使用起使用 使用使用FLOTRAN单元时不能使用某些命令或菜单单元时不能使用某些命令或菜单 当当使使用用ANSYS的的图图形形用用户户界界面面时时，程程序序将将只只能能显显示示那那些些在在菜菜单单和和对对话话框框中中的的FLOTRANSetUp部部分分要要求求了了的的特特征征和选项。和选项。Objective2001年10月1日25ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)FLOTRAN单元使用的一些限制单元使用的一些限制 T2-2.FLOTRAN

28、单元的特点单元的特点 当当使使用用FLOTRAN单单元元时时，要要避避免免使使用用ANSYS的的某某些些特特征征和和命命令令，至至少少，要要注注意意到到在在使使用用FLOTRAN单单元元时时与与别别的的分分析析稍稍微微有有些些不不同同，当当使使用用了了无无效效的的命命令令时时，程程序序会会给给出出相相应应的的警警告告或或错错误误信信息息。使使用用FLOTRAN单单元元要要注注意意如如下下几几点点（下下面面所所列列命命令令相相应应的的菜菜单单路路径径请请参参见见ANSYS命命令令手手册册或或联联机机帮帮助助中中的的“CommandsandTheirLocationintheGUI”FLOTRAN

29、单元不能和其他单元联合使用。单元不能和其他单元联合使用。节点坐标系必须与总体坐标系一致。节点坐标系必须与总体坐标系一致。/CLEAR命命 令令 并并 不不 破破 坏坏 业业 已已 存存 在在 的的 FLOTRAN结结 果果 文文 件件（Jobname.RFL），这这有有助助于于防防止止用用户户不不小小心心破破坏坏那那些些花花了了很很多多时时间间和和精精力力才才求求得得的的结结果果，用用户户必必须须在在操操作作系系统统里里才才能能删删除除那那些些无用的结果文件。无用的结果文件。Objective2001年10月1日26ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao

30、(011001)FLOTRAN单元使用的一些限制单元使用的一些限制(续续)T2-2.FLOTRAN单元的特点单元的特点 CP命命令令通通过过对对自自由由度度进进行行耦耦合合来来形形成成周周期期边边界界条条件件，ANSYS命命令令手手册册对对CP命命令令的的描描述述是是可可以以只只对对某某些些自自由由度度进进行行耦耦合，但作合，但作FLOTRAN分析时，周期分析时，周期边界的所有自由度都将被耦合。边界的所有自由度都将被耦合。用用户户不不能能对对同同一一个个单单元元中中的的节节点点进进行行耦耦合合，相相邻邻单单元元间间节节点点耦耦合合也也很困难。很困难。ADAPT命令不适用于命令不适用于FLOTR

31、AN分析。分析。不不能能用用ANTYPE命命令令来来引引入入FLOTRAN的的瞬瞬态态分分析。析。FLOTRAN分分析析不不支支持持自自动动时时间间步步长长功功能能，详详见见“FLOTRAN瞬态分析瞬态分析”。如如果果用用户户通通过过BFCUM、BFDELE或或BFUNIF来来定定义节点热源，则义节点热源，则ANSYS会会在内部用在内部用BFE命令来代替。命令来代替。不不能能使使用用LDREAD,FORC命命令令来来电电磁磁载载荷荷转转换换到到FLOTRAN分析中，而必须分析中，而必须使用相应的宏来进行转换。使用相应的宏来进行转换。Objective2001年10月1日27ANSYS培训教程

32、版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)FLOTRAN单元使用的一些限制单元使用的一些限制(续续)T2-2.FLOTRAN单元的特点单元的特点 FLOTRAN分分 析析 不不 能能 使使 用用 CE、CECMOD、CEDELE和和DEINTF命令。命令。FLOTRAN分析不能使用分析不能使用CNVTOL命令来设置收敛容差。命令来设置收敛容差。不能用不能用DSYM命令来定义命令来定义FLOTRAN的对称和反对称边界条件。的对称和反对称边界条件。FLOTRAN不支持旋转坐标系中的角加速度向量。不支持旋转坐标系中的角加速度向量。在在FLOTRAN分分析析中中，使使用

33、用FLDATA4,TIME命命令令而而不不是是DELTIM命令来定义命令来定义一个载荷步的时间。一个载荷步的时间。对对于于FLOTRAN分分析析，不不能能使使用用DESOL命命令令或或PRESOL命命令令来来修修改节点的热改节点的热（HEAT）、）、流（流（FLOW）、）、或流密（或流密（FLUX）结果。结果。FLOTRAN分分析析不不允允许许将将积积分分点点结结果果外外推推到到节节点点上上（ERESX命命令令）。FLOTRAN分析不允许通过镜象操作来形成单元。分析不允许通过镜象操作来形成单元。FLOTRAN分分析析不不能能用用KBC命命令令来来施施加加渐渐变变载载荷荷，而而必必须须用用多多个

34、个载荷步来逐载荷步来逐渐改变载荷。渐改变载荷。Objective2001年10月1日28ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)FLOTRAN单元使用的一些限制单元使用的一些限制(续续)T2-2.FLOTRAN单元的特点单元的特点 FLOTRAN分分析析不不允允许许用用LCCALC、LCDEF、LCFA、LCFI等等命令来作不同载荷状况之间的运算操作。命令来作不同载荷状况之间的运算操作。NCNV命命令令中中的的收收敛敛工工具具不不能能用用于于FLOTRAN中中相相互互独独立立的的求求解器。解器。FLOTRAN分分析析不不允允许许用用NEQU

35、IT命命令令来来定定义义非非线线性性分分析析的的平平衡衡迭代数。迭代数。FLOTRAN分分析析要要求求节节点点坐坐标标系系必必须须是是总总体体的的卡卡尔尔坐坐标标系系，故故不不能能 用用 N命命 令令、NMODIF命命 令令、和和 NROTAT命命 令令 的的 旋旋 转转（rotational）域。域。FLOTRAN分分析析中中，FLDATA2,ITER命命令令和和FLDATA4,TIME命命令令用来控制一用来控制一个载荷步中的总体迭代数。个载荷步中的总体迭代数。FLOTRAN分析不允许用户自定义单元。分析不允许用户自定义单元。FLOTRAN分分析析中中，FLDATA2,ITER命命令令和和F

36、LDATA4,TIME命命令令用来对写入用来对写入数据库中的结果进行控制。数据库中的结果进行控制。Objective2001年10月1日29ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)FLOTRAN单元使用的一些限制单元使用的一些限制(续续)T2-2.FLOTRAN单元的特点单元的特点 PRNLD命命令令不不能能用用于于FLOTRAN分分析析中中，因因其其不不能能将将边边界界条条件件作为可打印的作为可打印的单元节点载荷来保存。单元节点载荷来保存。FLOTRAN分析中没有节点反力解。分析中没有节点反力解。部部分分和和预预定定义义求求解解选选项项（

37、PSOLVE命命令令定定义义）不不适适用用于于FLOTRAN各自独立各自独立的求解器。的求解器。TIME命令不能用在命令不能用在FLOTRAN分析中。分析中。FLOTRAN用用FLDATA1,SOLU命命令令而而不不是是TIMINT命命令令来来定定义义瞬瞬态载荷态载荷步。步。FLOTRAN用用FLDATA4,TIME命命令令而而非非TRNOPT命命令令来来定定义义瞬瞬态分析选项。态分析选项。Objective2001年10月1日30ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)三、三、FLOTRAN分析的主要步骤分析的主要步骤 T2-3.FLOT

38、RAN分析的主要步骤分析的主要步骤 一个典型的一个典型的FLOTRAN分析有如下七个主要步骤：分析有如下七个主要步骤：1.确定问题的区域。确定问题的区域。2.确定流体的状态。确定流体的状态。3.生成有限元网格。生成有限元网格。4.施加边界条件。施加边界条件。5.设置设置FLOTRAN分析参数。分析参数。6.求解。求解。7.检查结果。检查结果。Objective2001年10月1日31ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)第一步：确定问题的区域第一步：确定问题的区域 T2-3.FLOTRAN分析的主要步骤分析的主要步骤 用用户户必必须须确确

39、定定所所分分析析问问题题的的明明确确的的范范围围，将将问问题题的的边边界界设设置置在在条条件件已已知知的的地地方方，如如果果并并不不知知道道精精确确的的边边界界条条件件而而必必须须作作假假定定时时，就就不不要要将将分分析析的的边边界界设设在在靠靠近近感感兴兴趣趣区区域域的的地地方方，也也不不要要将将边边界界设设在在求求解解变变量量变变化化梯梯度度大大的的地地方方。有有时时，也也许许用用户户并并不不知知道道自自己己的的问问题题中中哪哪个个地地方方梯梯度度变变化化最最大大，这这就就要要先先作作一一个个试试探探性性的的分分析析，然后再根据结果来修改分析区域。这些在后面章节中都有详述。然后再根据结果来

40、修改分析区域。这些在后面章节中都有详述。Objective2001年10月1日32ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)第二步：确定流体的状态第二步：确定流体的状态 T2-3.FLOTRAN分析的主要步骤分析的主要步骤 用用户户在在此此需需要要估估计计流流体体的的特特征征，流流体体的的特特征征是是流流体体性性质质、几几何何边边界界以以及及流流场场的的速速度度幅幅值值的的函函数数。FLOTRAN能能求求解解的的流流体体包包括括气气流流和和液液流流，其其性性质质可可随随温温度度而而发发生生显显著著变变化化，FLOTRAN中中的的气气流流只只能

41、能是是理理想想气气体体。用用户户须须自自己己确确定定温温度度对对流流体体的的密密度度、粘粘性性、和和热热传传导导系系数数的的影影响响是是否否是是很很重重要要，在在大大多多数数情情况况下下，近近似似认认为为流流体性质是常数，即不随温度而变化，都可以得到足够精确的解。体性质是常数，即不随温度而变化，都可以得到足够精确的解。通通常常用用雷雷诺诺数数来来判判别别流流体体是是层层流流或或紊紊流流，雷雷诺诺数数反反映映了了惯惯性性力力和和粘粘性力的相对强度。性力的相对强度。通通常常用用马马赫赫数数来来判判别别流流体体是是否否可可压压缩缩。流流场场中中任任意意一一点点的的马马赫赫数数是是该该点点流流体体速速

42、度度与与该该点点音音速速之之比比值值，当当马马赫赫数数大大于于0.3时时，就就应应考考虑虑用用可可压压缩缩算算法法来来进进行行求求解解；当当马马赫赫数数大大于于0.7时时，可可压压缩缩算算法法与与不不可压缩算法之间就会有极其明显的差可压缩算法之间就会有极其明显的差异。异。Objective2001年10月1日33ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)第三步：第三步：生成有限元网格生成有限元网格 T2-3.FLOTRAN分析的主要步骤分析的主要步骤 用用户户必必须须事事先先确确定定流流场场中中哪哪个个地地方方流流体体的的梯梯度度变变化化较较

43、大大，在在这这些些地地方方，网网格格必必须须作作适适当当的的调调整整。例例如如：如如果果用用了了紊紊流流模模型型，靠靠近近壁壁面面的的区区域域的的网网格格密密度度必必须须比比层层流流模模型型密密得得多多，如如果果太太粗粗，该该网网格格就就不不能能在在求求解解中中捕捕捉捉到到由由于于巨巨大大的的变变化化梯梯度度对对流流动动造造成成的的显显著著影影响响，相相反反，那那些些长长边边与与低低梯梯度度方方向向一一致致的的单单元元可可以以有有很很大大的的长长宽宽比。比。为为了了得得到到精精确确的的结结果果，应应使使用用映映射射网网格格划划分分，因因其其能能在在边边界界上上更更好好地地保保持持恒恒定定的的网

44、网格格特特性性，映映射射网网格格划划分分可可由由命命令令MSHKEY,1或或其其相应的菜单相应的菜单MainMenuPreprocessor-Meshing-Mesh-entity-Mapped来实现。来实现。Objective2001年10月1日34ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)第四步：施加边界条件第四步：施加边界条件 T2-3.FLOTRAN分析的主要步骤分析的主要步骤 可可在在划划分分网网格格之之前前或或之之后后对对模模型型施施加加边边界界条条件件，此此时时要要将将模模型型所所有有的的边边界界条条件件都都考考虑虑进进去去，如

45、如果果与与某某个个相相关关变变量量的的条条件件没没有有加加上上去去，则则该该变变量量沿沿边边界界的的法法向向值值的的梯梯度度将将被被假假定定为为零零。求求解解中中，可可在在重重启启动动之之间间改改变变边边界界条条件件的的值值，如如果果需需改改变变边边界界条条件件的的值值或或不不小小心心忽忽略略了了某某边边界界条条件件，可可无无须须作作重重启启动动，除除非非该该改改变变引引起起了了分分析析的的不稳定。不稳定。Objective2001年10月1日35ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)第五步：设置第五步：设置FLOTRAN分析参数分析参数

46、 T2-3.FLOTRAN分析的主要步骤分析的主要步骤 为为了了使使用用诸诸如如紊紊流流模模型型或或求求解解温温度度方方程程等等选选项项，用用户户必必须须激激活活它它们们。诸诸如如流流体体性性质质等等特特定定项项目目的的设设置置，是是与与所所求求解解的的流流体体问问题题的的类类型型相相关关的的，该该手手册册的的其其他他部部分分详详细细描描述述了了各各种种流流体体类类型型的的所所建建议议的的参数设置。参数设置。Objective2001年10月1日36ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)第六步：求解第六步：求解 T2-3.FLOTRAN分

47、析的主要步骤分析的主要步骤 通通过过在在观观察察求求解解过过程程中中相相关关变变量量的的改改变变率率，可可以以监监视视求求解解的的收收敛敛性性及及稳稳定定性性。这这些些变变量量包包括括速速度度、压压力力、温温度度、动动能能(ENKE自自由由度度)和和动动能能耗耗散散率率(ENDS自自由由度度)等等紊紊流流量量以以及及有有效效粘粘性性（EVIS）。一个分析通常需要多次重启动。一个分析通常需要多次重启动。Objective2001年10月1日37ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)第七步：检查结果第七步：检查结果 T2-3.FLOTRAN分

48、析的主要步骤分析的主要步骤 可可对对输输出出结结果果进进行行后后处处理理，也也可可在在打打印印输输出出文文件件里里对对结结果果进进行行检检查查，此此时时用用户户应应使使用用自自己己的的工工程程经经验验来来估估计计所所用用的的求求解解手手段段、所所定定义义的流体性质、以及所加的边界条件的可信程度。的流体性质、以及所加的边界条件的可信程度。Objective2001年10月1日38ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)四、四、FLOTRAN分析中产生的文件分析中产生的文件 T2-4.FLOTRAN分析中产生的文件分析中产生的文件 在在ANSY

49、S中中进进行行的的大大多多数数流流体体分分析析都都是是通通过过多多次次中中断断和和重重启启动动来来完完成成的的，通通常常,分分析析人人员员需需要要在在各各个个重重启启动动之之间间改改变变诸诸如如松松弛弛系系数数等等参参数数或或开开关关某某些些项项（如如求求解解温温度度方方程程的的开开关关）。每每当当用用户户继继续续一一个个分分析析时时，ANSYS程程序序会会自自动动将将数数据据附附加加在在所所有有的的由由FLOTRAN单单元元产产生生的的文文件件中中。下下面面将将对对FLOTRAN单单元元产产生生的的所所有有文文件件进进行说明行说明:结果文件，结果文件，Jobname.RFL，包含节点结果。包

50、含节点结果。打打印印文文件件，Jobname.PFL，包包含含各各量量的的收收敛敛记记录录及及进进/出出口口状状态态(如流量等如流量等)。壁壁面面文文件件，Jobname.RSW，包包含含壁壁面面剪剪切切应应力力以以及及Y-Plus信息。信息。残差文件，残差文件，Jobname.RDF，包含节点残差。包含节点残差。调试文件，调试文件，Jobname.DBG，包含数学求解器的有关信息。包含数学求解器的有关信息。结结果果备备份份文文件件，Jobname.RFO，包包含含结结果果文文件件数数据据的的一一个拷贝。个拷贝。重重启启动动文文件件，Jobname.CFD，包包含含FLOTRAN的的数数据据结

51、结构。构。Objective2001年10月1日39ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)结果文件结果文件 T2-4.FLOTRAN分析中产生的文件分析中产生的文件 FLOTRAN分析的结果不自动保存，在每次求解之后，程序会将一个结果集分析的结果不自动保存，在每次求解之后，程序会将一个结果集附加在结果文件附加在结果文件Jobname.RLF中。用户可对结果文件的更新频率进行控中。用户可对结果文件的更新频率进行控制，制，ANSYS命令手册中对命令手册中对FLDATA5,OUTP命令的介绍就详细说明了结命令的介绍就详细说明了结果文件会基于用户

52、的选择而保存些什么内容。果文件会基于用户的选择而保存些什么内容。在在稳稳态态分分析析中中，在在求求解解的的初初期期多多保保存存几几个个结结果果可可以以比比较较各各结结果果集集之之间间的的变变化化、可以使用不同的选项或松弛系数来从一个分析的较早状态重新开始分析。可以使用不同的选项或松弛系数来从一个分析的较早状态重新开始分析。当当开开始始一一个个新新分分析析时时（第第一一次次迭迭代代之之前前），ANSYS程程序序会会保保存存一一个个结结果果,然然后后在在当当中中断断发发生生时时保保存存再再保保存存结结果果，在在这这些些事事件件之之间间，用用户户还还可可通通过过设设置置将将一一些些中中间间结结果果附

53、附在在结结果果文文件件里里，这这样样就就可可以以从从较较早早的的分分析析状状态态开开时时，通过激活一些不同的选项和特征来重新分析。通过激活一些不同的选项和特征来重新分析。设置覆盖频率的方式如下：设置覆盖频率的方式如下：命令：命令：FLDATA2,ITER,OVER,value菜单：菜单：MainMenuSolutionFLOTRANSetUpExecutionCtrl设置附加频率的方式如下：设置附加频率的方式如下：命令：命令：FLDATA2,ITER,APPE,value菜单：菜单：MainMenuSolutionFLOTRANSetUpExecutionCtrlObjective2001年1

54、0月1日40ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)打印文件打印文件 T2-4.FLOTRAN分析中产生的文件分析中产生的文件 打打印印文文件件Jobname.PFL文文件件包包含含了了所所有有FLOTRAN输输入入参参数数的的完完整整记记录录，该该信信息息每每在在发发出出一一个个求求解解命命令令时时就就保保存存一一次次以以完完整整地地记记录录整整个个分分析析历历程程。同同时时，所所有有激激活活了了的的变变量量的的收收敛敛过过程程也也记记录录了了下下来来，还还有有一一个个对对结结果果的的总总结结，即即每每个个性性质质和和自自由由度度的的最最

55、大大最最小小值值，这这些些记记录录的的频频率率都都由由用用户户自自己己设设定定。所所记记录录的的其其他他量量还还有有：各各记记录录量量的的平平均均值值、质质量量流流的的边边界界、质质量量平平衡衡的的计计算算、所所有有热热传传导导和和热源的相关信息。热源的相关信息。Objective2001年10月1日41ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)节点残差文件节点残差文件 T2-4.FLOTRAN分析中产生的文件分析中产生的文件 节节点点残残差差文文件件Jobname.RDF，显显示示了了当当前前解解的的收收敛敛好好坏坏程程度度。在在求求解解过

56、过程程的的每每一一个个阶阶段段，流流场场、性性质质场场、温温度度场场都都用用于于对对每每个个自自由由度度计计算算系系数数矩矩阵阵和和强强迫迫函函数数，如如果果解解完完全全收收敛敛，这这些些矩矩阵阵和和强强迫迫函函数数将将会会生生成成一一个个与与产产生生它它们们的的速速度度场场一一样样的的速速度度场场，同同时时，矩矩阵阵方方程程的的残残差差也也会会变变得得很很小小。要要得得到到一一个个残残差差文文件件，必必须须至至少少执执行一次迭代。行一次迭代。当当求求解解过过程程发发生生振振荡荡时时，残残差差的的幅幅值值将将显显示示分分析析的的错错误误所所在在。（矩矩阵阵的的主主对对角角元元素素对对残残差差作

57、作归归一一化化处处理理）这这种种归归一一化化使使用用户户可可对对自自由度的值及其残差作比较。由度的值及其残差作比较。对每一个激活了的自由度计算残差并将其存入残差文件的方式如下：对每一个激活了的自由度计算残差并将其存入残差文件的方式如下：命令：命令：FLDATA5,OUTP,RESI,TRUE菜菜 单单：Main MenuSolutionFLOTRAN Set UpAdditionalOutResidualFile要要 读读 取取 残残 差差 文文 件件，可可 通通 过过 菜菜 单单 MainMenuGeneralPostprocFLOTRAN2.1A或命令或命令FLREAD来实现。来实现。Ob

58、jective2001年10月1日42ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)重启动文件重启动文件 T2-4.FLOTRAN分析中产生的文件分析中产生的文件 通通常常，FLOTRAN在在一一个个重重启启动动的的起起始始处处计计算算数数据据结结构构，对对于于大大模模型型，这这种种计计算算将将消消耗耗大大量量的的时时间间。为为了了避避免免它它，可可要要求求FLOTRAN将将数数据据结结构构保保存存在在重重启启动动文文件件 Jobname.CFD中中，FLOTRAN从从ANSYS的数据库中产生该文件。的数据库中产生该文件。对对Jobname.CF

59、D文件的读和写的方式如下：文件的读和写的方式如下：命令：命令：FLDATA32,REST,RFIL,T菜菜单单：Main MenuPreprocessorFLOTRAN Set UpRestartOptionsCFDRestartFile可可将将RFIL状状态态设设置置为为ON或或OFF，若若设设为为ON，则则FLOTRAN开开始始执执行行分分析析时时将将读读入入重重启启动动文文件件，若若文文件件不不存存在在，将将产产生生一一个个重重启启动动文件。文件。Objective2001年10月1日43ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)重启动

60、文件（续）重启动文件（续）T2-4.FLOTRAN分析中产生的文件分析中产生的文件 如如果果在在改改变变了了边边界界条条件件之之后后再再进进行行重重启启动动分分析析，则则必必须须覆覆盖盖掉掉已已存存在在的的.CFD文文件件，以以使使得得ANSYS能能用用新新的的边边界界条条件件进进行行重重新新分分析析，覆盖覆盖.CFD文件的方式如下：文件的方式如下：命令：命令：FLDATA32,REST,WFIL,T菜菜单单：Main MenuPreprocessorFLOTRAN Set UpRestartOptionsCFDRestartFile这这就就使使FLOTRAN在在下下一一载载荷荷步步产产生生一

61、一个个新新的的重重启启动动文文件件，并并自自动动将将RFIL状状态态设设置置为为关关闭闭。当当新新的的重重启启动动文文件件产产生生之之后后，用用FLDATA32,REST,RFIL,T命命令令使使随随后后的的重重启启动动能能使使用用新新的的重重启启动动文件。文件。Objective2001年10月1日44ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)FLOTRAN重启动分析（续算）重启动分析（续算）T2-4.FLOTRAN分析中产生的文件分析中产生的文件 用用户户可可在在结结果果文文件件Jobname.RFL中中任任意意一一个个解解集集的的基基础

62、础上上开开始始一一个个重重启启动动分分析析，重重启启动动位位置置的的设设置置可可基基于于解解集集号号(NSET)、迭迭代代数数(ITER)、载载荷荷步步/子子步步号号(LSTP)或或瞬瞬态态分分析析的的时时间间(TIME)，方方式式如下：如下：命令：命令：FLDATA32,REST,lable,value其中，其中，lable为上面的为上面的NSET、ITER、LSTP、TIME等等菜菜 单单：Main MenuPreprocessorFLOTRAN Set UpRestartOptionsRestart/Iteratio（或（或Restart/Loadstep,Restart/Set,等）等

63、）当当 重重 启启 动动 一一 个个 分分 析析 时时，ANSYS将将 原原 始始 的的 结结 果果 文文 件件 拷拷 贝贝 到到Jobname.RSO中中并并将将重重启启动动点点、所所有有在在重重启启动动点点之之前前的的结结果果集集、所所 有有 的的 后后 续续 结结 果果 集集 放放 在在 新新 的的 结结 果果 文文 件件 中中。如如 果果 在在 FLDATA32,REST命命令令中中的的value值值是是一一个个负负值值，则则将将不不产产生生Jobname.RSO文件，而文件，而重启动的点将由重启动的点将由value的绝对值来指定。的绝对值来指定。Objective2001年10月1日

64、45ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)五、提高收敛和稳定性的常用工具五、提高收敛和稳定性的常用工具 T2-5.提高收敛和稳定性的常用工具提高收敛和稳定性的常用工具 ANSYS程程序序提提供供几几个个有有助助于于收收敛敛和和求求解解稳稳定定的的工工具具，理理论论手手册册对对其其机理有详述。机理有详述。松弛系数松弛系数惯性松弛惯性松弛人工粘性人工粘性速度限值速度限值面积积分阶次面积积分阶次Objective2001年10月1日46ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)松弛系数松弛系数

65、 T2-5.提高收敛和稳定性的常用工具提高收敛和稳定性的常用工具 松松弛弛系系数数是是一一个个其其值值介介于于0和和1之之间间的的小小数数，它它表表示示旧旧结结果果与与附附加加在在旧旧结结果果上上以以形形成成新新结结果果的的最最近近一一次次计计算算量量之之间间的的变变化化量量。设设置置松松弛系数的方式如下：弛系数的方式如下：命令：命令：FLDATA25,RELX,lable,value菜菜 单单：MainMenuPreprocessorFLOTRANSetUpRelax/Stab/CapDOFRelaxationMain MenuPreprocessorFLOTRAN SetUp Relax/

66、Stab/Cap PropRelaxationMainMenuSolutionFLOTRANSetUpRelax/Stab/CapDOFRelaxationMainMenuSolutionFLOTRAN SetUp Relax/Stab/CapPropRelaxation注：命令手册中对该命令的自由度和性质量有详述。注：命令手册中对该命令的自由度和性质量有详述。Objective2001年10月1日47ANSYS培训教程 版本 5.5 XJTU MSSV By:Haich Gao(011001)惯性松弛惯性松弛 T2-5.提高收敛和稳定性的常用工具提高收敛和稳定性的常用工具 对对某某个个自自由由度度的的方方程程组组的的惯惯性性松松弛弛就就是是使使其其矩矩阵阵的的主主对对角角占占优优以以保保持持求求解解的的稳稳定定性性。如如果果当当一一个个解解在在收收敛敛过过程程中中没没有有发发生生舍舍入入误误差差，则则惯惯性性释释放放的的值值不不会会影影响响到到求求解解的的最最终终结结果果。但但是是通通常常的的求求解解过过程程都都会会发发生生舍舍入入误误差差，故故惯惯性性松松弛弛可可能能对对结结果果产