Fluent Meshing(用戶手冊(cè)筆記)

5.1.3.3 數(shù)值擴(kuò)散

在多維度情景中數(shù)值擴(kuò)散是產(chǎn)生誤差的主要原因。

解決方法：

  1. 所有求解流體流動(dòng)的實(shí)用數(shù)值格式都包含有限數(shù)量的數(shù)值擴(kuò)散。這是因?yàn)閿?shù)值擴(kuò)散源于截?cái)嗾`差，截?cái)嗾`差是用離散形式表示流體流動(dòng)方程的結(jié)果。

  2. 在ANSYS Fluent中采用二階和MUSCL離散化方案，可以減小數(shù)值擴(kuò)散對(duì)解的影響

  3. 數(shù)值擴(kuò)散量與網(wǎng)格的分辨率成反比。因此，處理數(shù)值擴(kuò)散的一種方法是對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化。

  4. 當(dāng)流體與網(wǎng)格對(duì)齊時(shí)，數(shù)值擴(kuò)散最小

    這是與網(wǎng)格選擇最相關(guān)的。如果使用三角形/四面體網(wǎng)格，則流永遠(yuǎn)無法與網(wǎng)格對(duì)齊。如果使用四邊形/六面體網(wǎng)格，可能會(huì)出現(xiàn)這種情況，但對(duì)于復(fù)雜的流則不會(huì)出現(xiàn)這種情況。它只是在一個(gè)簡(jiǎn)單的流動(dòng)，如通過長(zhǎng)管道的流動(dòng)，在其中你可以依靠四邊形/六面體網(wǎng)格來最小化數(shù)值擴(kuò)散。在這種情況下，使用四邊形/六面體網(wǎng)格是有利的，因?yàn)榕c使用三角形/四面體網(wǎng)格相比，您將能夠用更少的單元格獲得更好的解決方案。

  5. 如果你想對(duì)垂直于墻的梯度有更高的分辨率，你可以在墻附近創(chuàng)建高縱橫比的棱鏡層

5.51 網(wǎng)格檢查報(bào)告

定義網(wǎng)格檢查所顯示的信息使用下面的文本命令

Mesh → check-verbosity

該命令提供三個(gè)可選參數(shù)：

  • 0

    顯示的信息量水平最低，只是用來提示你檢查正在被執(zhí)行，當(dāng)然，警告會(huì)被顯示出來。

  • 1

    這個(gè)水平會(huì)列出他執(zhí)行時(shí)的單個(gè)檢查（例如檢查右撇子單元）。任何警告將會(huì)被立即顯示在輸出框里

  • 2

    此級(jí)別提供關(guān)于網(wǎng)格檢查的最大信息。報(bào)告將列出執(zhí)行時(shí)的各個(gè)檢查(例如，檢查右撇子單元格);結(jié)果的任何警告都將顯示在生成它的復(fù)選框的下方。有關(guān)檢查失敗的其他詳細(xì)信息也將顯示，例如問題的位置或受影響的單元格.

5.5.2 修復(fù)網(wǎng)格

當(dāng)網(wǎng)格檢查報(bào)告了問題或者你收到了警告信息，你可以在控制臺(tái)中打印出有問題的單元統(tǒng)計(jì)來查看問題的具體信息。通過下面的文本命令：

mesh → repair-improve → report-poor-elements

通過下面命令來修復(fù)網(wǎng)格：

mesh → repair-improve → repair

需要注意的是，默認(rèn)情況下， repair 文本命令只會(huì)調(diào)整內(nèi)部節(jié)點(diǎn)，如果你想調(diào)整網(wǎng)格邊界，需要在使用修復(fù)命令前使用下面的命令：

mesh →repair-improve → allow-repair-at-boundaries

repair 文本命令可能會(huì)將退化單元轉(zhuǎn)化為多面體單元，如果你想確保在網(wǎng)格修復(fù)中不出現(xiàn)多面體，就必須要在修復(fù)網(wǎng)格前關(guān)閉該轉(zhuǎn)換：

mesh → repair-improve → include-local-polyhedra-conversion-in-repair

如果你只想去嘗試提升糟糕的單元質(zhì)量，你可以使用下面的命令：

mesh →repair-improve →improve-quality

也可以多次使用improve-quality 文本命令，直到網(wǎng)格質(zhì)量提升到令你滿意為止。

如果網(wǎng)格檢查報(bào)告包括下面類似的警告信息：

WARNING: node on face thread 2 has multiple shadows.

它表示存在重復(fù)的影子節(jié)點(diǎn)。此錯(cuò)誤僅發(fā)生在與周期性墻的網(wǎng)格中。您可以使用以下文字命令修復(fù)這樣的網(wǎng)格:

mesh → repair-improve →repair-periodic

5.7.1 轉(zhuǎn)換定義區(qū)域?yàn)槎嗝骟w

轉(zhuǎn)換網(wǎng)格的整個(gè)區(qū)域使用菜單里的Mesh/Polyhedra /Convert Domain

需要注意，默認(rèn)情況下，轉(zhuǎn)換過程中內(nèi)部的流型區(qū)將會(huì)丟失，如果你想去保留他們，需要在轉(zhuǎn)換開始前輸入下面的命令：

mesh→ polyhedra→ options→ preserve-interior-zones

你將會(huì)被提示輸入一系列字符，只有這些包含所指定字符串名稱的內(nèi)部表面會(huì)被保留。

5.7.1.1 局限性

  • 網(wǎng)格已經(jīng)包含多面體的單元經(jīng)不會(huì)被轉(zhuǎn)換
  • 包含懸掛點(diǎn)/懸掛邊的網(wǎng)格不會(huì)被轉(zhuǎn)換
  • 下列的操作工具將對(duì)多面體網(wǎng)格不適用
    • mesh/modify-zones/extrude-face-zone-delta 文本命令
    • mesh/modify-zones/extrude-face-zone-para 文本命令
    • 扁態(tài)平滑（skewness smoothing）
    • swapping

5.8.11 替換網(wǎng)格

全局網(wǎng)格替換執(zhí)行菜單欄上的Mesh/Replace 會(huì)打開一個(gè)文件選擇框。

5.8.11.2 使用限制

  • 當(dāng)前網(wǎng)格的邊界條件映射到替換網(wǎng)格中具有相同名稱區(qū)域。
  • 替換的網(wǎng)格一般是ANSYS Fluent mesh（.msh）文件，你也可以選擇一個(gè)ANSYS Fluent case（.cas）文件代替，但需要注意，該方法只會(huì)使用cas文件中網(wǎng)格信息，其他會(huì)被忽略。
  • 使用cas文件來替換網(wǎng)格的時(shí)候，必須先刪除其中定義的非共形網(wǎng)格接口（non-conformal mesh interfaces）。

第六章 單元區(qū)域與邊界條件

6.2.1 流體條件

流體域是一組單元的合集，所有的活動(dòng)方程都在這里求解。唯一需要向流體單元輸入的是流體材料的類型。你必須指明流體域包含哪種材料，以便能夠使用適當(dāng)?shù)牟牧蠈傩浴?/p>

需要注意

如果你采用多相流模型，就不必在流體域中指定材料，你可以在定義流體相的時(shí)候選擇。

6.2.1.1 為流體域賦值

6.2.1.1.4指定層流域

當(dāng)你計(jì)算一個(gè)湍流時(shí)，有時(shí)也需要在特定的流體區(qū)域關(guān)閉湍流模型。為了禁用湍流模型，需要在了流體對(duì)話框中打開層流域選項(xiàng)。如果你確切知道某些區(qū)域是層流狀態(tài)話這個(gè)選項(xiàng)會(huì)很有用。例如，如果你知道翼型上過渡點(diǎn)的位置，你可以創(chuàng)建一個(gè)層流/湍流過渡邊界，層流區(qū)與湍流區(qū)交界。這個(gè)特性允許你在機(jī)翼上模擬湍流過渡。

6.2.7.2 定義源的過程

為某個(gè)區(qū)域定義一個(gè)或多個(gè)源遵循以下步驟（記得去唯一使用國(guó)際單位）：

  1. 在流體或者固體對(duì)話框中打開Source Terms選項(xiàng)
  2. 在Source Terms標(biāo)簽中指定源項(xiàng)。
    • 指定質(zhì)量、動(dòng)量、能量和其他不同的源需要單擊該源旁邊的Edit按鈕。打開該源的對(duì)話框，輸入需要定義的源的數(shù)量。
    • 記住，你不應(yīng)該只定義一個(gè)質(zhì)量源而不定義其他能量，動(dòng)量源，這樣質(zhì)量源需要被流體加速或加熱，這會(huì)導(dǎo)致速度或能量的階躍，根據(jù)源的大小，這種階躍可能可見也可能不能被察覺。（需要注意的是只定義動(dòng)量源、能量源或者湍流源是可接受的）
6.2.7.2.1 質(zhì)量源

如果你的問題中只有一種組分，你可以為該組分定義一個(gè)質(zhì)量源。

如果超過一個(gè)組分，你可以為每個(gè)組分定義質(zhì)量源。定義不包括最后一個(gè)組分的質(zhì)量源，但需要定義總質(zhì)量源，最后一個(gè)組分的質(zhì)量源Fluent會(huì)通過總質(zhì)量源和每個(gè)組分質(zhì)量源算出。

6.3.2.1.3 湍流強(qiáng)度

湍流強(qiáng)度I定義為相對(duì)于平均速的u_{avg}脈動(dòng)速度u'的均方根。

小于10%的湍流強(qiáng)度通常被認(rèn)為是低強(qiáng)度湍流，大于10%被認(rèn)為是高強(qiáng)度湍流。完全發(fā)展的管流的核心湍流強(qiáng)度可以用下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。
I\equiv {{u'} \over {u_{{avg}}}}=0.16\left[Re_{D_H}\right]^{-1/8}

6.3.2.1.4 湍流尺度和水力直徑

湍流尺度l是和攜帶湍流能量的大渦尺度有關(guān)的物理量。在完全發(fā)展的管流中，l被管道的尺寸所限制，因?yàn)榇鬁u流不能大于管道的尺寸。管道的相關(guān)尺寸L和管的物理尺寸l之間的計(jì)算關(guān)系如下：
l= {{0.07L} \over{C_{\mu}^{3/4}}}
其中L是管道的相關(guān)尺寸，1/C_{\mu}^{3/4}（大部分情況下取1）保證一二方程湍流模型湍流尺度因子定義一致。在非圓截面管道中，L可根據(jù)水力直徑得出。

6.3.3 壓力進(jìn)口邊界

壓力進(jìn)口邊界條件用于定義流動(dòng)個(gè)入口的壓力及其他標(biāo)量，可適用于可壓縮與不可壓縮流體計(jì)算中。壓力進(jìn)口邊界條件可以用在進(jìn)口壓力已知，但流動(dòng)率、速度不可知的情況。

6.3.3.1 設(shè)置壓力進(jìn)口邊界

在Pressure Inlet對(duì)話面板中的Gauge Total Pressure輸入總壓力值，在Thermal選項(xiàng)卡中填入Total Temperature。

不可壓縮流體的總壓定義：
p_0=p_s+\frac 12\rho|\overrightarrow v|^2
可壓縮流體的總壓定義：
p_0=p_s\left(1+\frac{\gamma-1}{2}M^2\right)^{\gamma/(\gamma-1)}
其中p0為總壓里，ps為靜壓，M為馬赫數(shù)，\gamma表示比熱比。

  • 如果Pressure Inlet對(duì)話框中的Reference Frame被設(shè)置為Absolute，總溫度、總壓力和流動(dòng)方向也應(yīng)該在絕對(duì)坐標(biāo)系下，F(xiàn)luent求解器會(huì)將其轉(zhuǎn)化成相對(duì)坐標(biāo)系。
  • 如果如果Pressure Inlet對(duì)話框中的Reference Frame被設(shè)置為Relative to Adjacent Cell Zone，總溫度、總壓力和速度分量也相對(duì)于相鄰的細(xì)胞區(qū)，不需要改變。

對(duì)于歐拉多相模型，必須為各個(gè)相指定總溫度和速度分量。每個(gè)相的參考系(相對(duì)于相鄰細(xì)胞區(qū)或絕對(duì)細(xì)胞區(qū))與為混合物相選擇的參考系相同。注意，總壓力值必須在混合物中指定。

  • 如果流體是不可壓縮的，則壓力進(jìn)口對(duì)話框中指定的溫度將被視為靜態(tài)溫度。
  • 對(duì)于混合多相模型，如果邊界允許可壓縮相和不可壓縮相的組合進(jìn)入該區(qū)域，則壓力進(jìn)口對(duì)話框中指定的溫度將被視為該邊界處的靜態(tài)溫度。如果邊界只允許一個(gè)可壓縮相進(jìn)入該區(qū)域，則壓力進(jìn)口對(duì)話框中指定的溫度將作為該邊界處的總溫度(相對(duì)/絕對(duì))?？倻囟葘⑷Q于在壓力進(jìn)口對(duì)話框中選擇的參考系選項(xiàng)。
  • 對(duì)于歐拉多相模型，如果邊界允許域中存在可壓縮相和不可壓縮相的混合物，那么每個(gè)相的溫度將是總溫度或靜態(tài)溫度，這取決于該相是可壓縮的還是不可壓縮的。

如果入口流動(dòng)時(shí)超音速的，或者打算用壓力入口邊界條件來對(duì)解進(jìn)行初始化，那么必須指定靜壓（Supersonic/Initial Gauge Pressure）。如果流動(dòng)是亞音速的，F(xiàn)LUENT會(huì)忽略Supersonic/Initial Gauge Pressure，它是由指定的駐點(diǎn)值來計(jì)算。

當(dāng)流體為亞音速時(shí)，ANSYS Fluent忽略超聲速/初始表壓，在這種情況下，由指定的滯止量計(jì)算超聲速/初始表壓。如果你選擇基于壓力入口條件初始化解，超音速/初始表壓將與指定的滯止壓力結(jié)合使用，根據(jù)等熵關(guān)系(可壓縮流)或伯努利方程(不可壓縮流)計(jì)算初值。因此，對(duì)于亞音速進(jìn)氣道，一般應(yīng)根據(jù)進(jìn)氣道馬赫數(shù)(可壓縮流)或進(jìn)氣道速度(不可壓縮流)的合理估計(jì)來確定。

6.3.3.1.1.5 設(shè)置湍流參數(shù)

首先在Pressure Inlet面板中的Turbulence選項(xiàng)組內(nèi)選擇Specification Method，即湍流參數(shù)的定義方法，如K and Epsilon、Intensity and Length Scale、Intensity and Viscosity Ratio、Intensity and Hydraulic Diameter等。

具體定義參考6.3.2.1.3 湍流強(qiáng)度設(shè)置

<其他進(jìn)口邊界條件——待續(xù)>

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