CFX培训教材05物理设置2.ppt

A Pera Global Company © PERA ChinaANSYS CFX 培训教材第五节：物理设置（2）安世亚太科技（北京）有限公司2021/7/11A Pera Global Company © PERA Chinan交界面（Domain Interfaces）一般用于:–连接非匹配网格(如hex 与 tet的连接)•网格可以在相同/不同的domain里•一个简单的网格文件里可能包含非匹配网格区域，需要Interface进行连接–Domain间有不同的参考坐标系•即使网格匹配–连接不同类型的domain(如. Fluid 与Solid) –创建一个domain的周期性边界条件交界面2021/7/12A Pera Global Company © PERA China插入 Domain Interfacesn右键点击Flow Analysis 创建domain的interface 或点击相应的工具栏按钮2021/7/13A Pera Global Company © PERA ChinanDomain的Interface创建好了以后，目录树上出现3个新的对象nInterface对象处于Flow Analysis层面–编辑该Interface，改变Interface类型n在每个domain内，都有Side 1或Side 2边界条件自动得到创建–通常不用编辑这些对象–当改变Interface对象，他们会自动更新Domain Interfaces 和边界对象The Interface objectThe Side 1 and Side 2 boundary conditions2021/7/14A Pera Global Company © PERA ChinanDomain Interfaces将两个面连接在一起–Side 1和Side 2n首先选择需要连接的domainn然后设置Side 1和Side 2上的面–Domain (Filter)将限定选择范围，以便于选择nInterface模型和网格连接方法决定通过Interface的数据的传输方法What?Domain Interfaces PanelHow?2021/7/15A Pera Global Company © PERA Chinan交界面模型有:n平移周期–模拟几何具有平移周期的情况–允许指定通过Interface的或者为质量流率或者为压力改变量–无需指定数量n旋转周期Rotational Periodicity–模拟旋转周期的几何n一般连接–用于所有其他的连接–A Frame Change/Mixing Model 和 a Pitch Change 适用于旋转域情况. 以后将讨论交界面模型2021/7/16A Pera Global Company © PERA Chinan1:1–仅仅用于在Side 1 和Side 2 的网格节点完全匹配–对Fluid – Solid 和 Solid – Solid interfaces，不推荐使用nGGI–两个side处的网格节点不完全匹配–两个side处的网格长度尺度尽量相同–通过Interface的量守恒–如果连接区域的尺寸与另一个不相同，连接区域将自动的捕捉重叠面作为Interface(最好完全重叠)–两个Interface之间可能有小的间隙或者相互浸入的情况下也可能进行GGI连接•间隙应该相对于小于网格长度尺度–求解时, GGI连接方式比 1:1连接方式需要更多的内存和CPU网格粘接方法2021/7/17A Pera Global Company © PERA China网格粘接方法nAutomatic–推荐的选项•在一些cases中，仅仅GGI选项可以–尝试1:1的连接方式, 否则选用GGI–Mesh Match Tolerance 设置：在 Edit > Options > Mesh 设定网格节点距离范围. 在这个范围内可以采用1:1的连接方式•默认值为0.005 (0.5%)，表示局部网格长度尺度的百分比–在某些情形下，即使网格节点满足1:1的匹配，也必须采用GGI连接方式•例如. Fluid – Solid interfaces, 因为GGI 在这样的模拟中更精确2021/7/18A Pera Global Company © PERA China多孔介质界面nDomain interfaces在设计多孔介质domain的情况下，始终采用GGI连接方式n通过交界面的总压未发生改变–静压在交界面上有非连续性的改变n通过交界面的总焓Total Enthalpy (总能量Total Energy)未发生变化Total PressureVelocityStatic Pressure2021/7/19A Pera Global Company © PERA ChinaAutomatic Domain Interfacesn当比较简单的网格由ANSYS Meshing创建的情况下，CFX-Pre会自动创建domain :–连接多个domain和组件的非匹配网格–右键点击 Mesh > View by > Region Type可以观察网格情况n保持automatic interfaces检查与创建!n也可以关掉automatic interfaces检查与创建：Case Options > General in the Outline tree•除了上述情况，需要手动创建Interface2021/7/110A Pera Global Company © PERA China源项n源项是求解输运方程的附件项n提供求解变量的一个源(或者汇), 例如.–添加到能力输运方程的源，代表一个热源–源/汇添加到动量方程，代表添加/移除系统中的一个效果. 如，泵 /透平机械n经常将源项当做“黑匣子”使用–产生源项的过程不需要模拟•例如. 用源项的方法，取代真实的fan效果SourceViscous workConvectionTransientConductionEnergy Transport Equation2021/7/111A Pera Global Company © PERA Chinan可以在3D, 2D 或 1D处添加源n创建3D 的sub domain 可以指定一个值作为3D的体源n2D的边界源(Boundary sources)可以指定源的流量(每单位面积)n点源(Source points)是作用于单个网格单元的源3D, 2D & 1D SourcesSolid heater with Energy source termDispersion of an Additional Variable from a Point Source2021/7/112A Pera Global Company © PERA China3D Sources – 子域n点击右键Domain > Insert > Subdomain，添加 Subdomain–一个域可以包括多个子域–多个子域不能扩展为多个域•域可以创建多个分离的子域•在在 Basic Settings 指定指定 Location–可以是域中的任意可以是域中的任意3D网格区域网格区域, 包括整包括整个域个域–当创建几何和网格的时候，需要考虑源当创建几何和网格的时候，需要考虑源项区域项区域•通常需要创建一个分离的通常需要创建一个分离的3D固体几何和固体几何和网格网格2021/7/113A Pera Global Company © PERA China3D Sources – 子域•在在Sources按钮上，可以设置每个方程的源项按钮上，可以设置每个方程的源项–动量源项动量源项(Momentum Sources)有不同的面板有不同的面板•源可以是常数或者表达式源可以是常数或者表达式–汇：设置为负值汇：设置为负值•源选项源选项:–Source: 一个量一个量/单位体积单位体积, 如如 [W/m^3]–Total Source: subdomain上给定一个总量上给定一个总量, 如如. [W]•当源项为所求解变量的函数的时候，选项当源项为所求解变量的函数的时候，选项Source Coefficient 应该勾选上应该勾选上 (可以提高求解收敛性可以提高求解收敛性)–例如例如. 能量源项是温度的函数能量源项是温度的函数2021/7/114A Pera Global Company © PERA China3D Sources – Momentum Sourcesn动量源项可以用作:–通常的动量源: 类似于其它方程源大小的设置–Loss Model: 当模化多孔介质, 孔筛等时候，可以定义动量的损失•基于 Darcy’s 定律, 定义压力降与速度的关系，通过渗透率(Permeability) 和损失系数(Loss Coefficient) 的关系，确定一个线性的或者二次方的阻力系数Kperm = 渗透率系数 Kloss = 损失系数m /Kperm = 线性阻抗系数 Kloss r / 2 = 二次方阻抗系数–压力降是通过对渗透率或线性阻抗系数的控制，进而对流速进行放大或缩小实现的压力降是通过对渗透率或线性阻抗系数的控制，进而对流速进行放大或缩小实现的•在层流中尤其如此在层流中尤其如此–压力降是通过对损失系数或二次方阻抗系数的控制，进而对流速压力降是通过对损失系数或二次方阻抗系数的控制，进而对流速2 进行放大或缩小实现的进行放大或缩小实现的•在湍流流动中尤其如此在湍流流动中尤其如此2021/7/115A Pera Global Company © PERA China2D Sources – Boundary Sourcesn2D源于边界条件紧密相连n每个边界条件都有个Sources 按钮n除了选择指定Flux (源每单位面积) 或者指定总源(Total Source) (边界上总的量) 外，其它的与3D源的设置完全相同n在边界上不能设置动量(Momentum )源2021/7/116A Pera Global Company © PERA China1D Sources – Source Pointsn1D源的创建：右键点击domain > Insert > Source Point, 或采用工具栏按钮•除了只能使用总源除了只能使用总源(Total Source) 选项指定源选项指定源外，其它的设置与外，其它的设置与3D源相同源相同•不能设置动量点源不能设置动量点源•点源实际上是一个点源实际上是一个3D的网格的网格–网格越小点源效果越好网格越小点源效果越好2021/7/117A Pera Global Company © PERA Chinan附加变量是不参与反应的标量组分，在流场中参与输运–对流场结果没有直接影响–可以对附加变量设置边界条件和源项n例子:–作为染色剂或烟的跟踪•这是输运型附加变量，随流动而输运，但不影响流动–pH 值•这是代数型附加变量，是其它流场变量的函数，不要求解输运方程附加变量Additional Variables2021/7/118A Pera Global Company © PERA China创建附加变量1.附加变量(AV)的创建：在Expressions, Functions and Variables 下点击右键>Additional Variables> Insert>Additional Variables, 或采用工具栏按钮•变量类型：变量类型： –Specific: AV基于每单位质量基于每单位质量(per-unit-mass)求解求解–Volumetric: AV基于每单位体积基于每单位体积(per-unit-volume)求解求解–Unspecified: AV以一个代数表达式定义以一个代数表达式定义•Units: 描述描述AV的单位的单位•Tensor Type: 标量或矢量标量或矢量12021/7/119A Pera Global Company © PERA China创建附加变量2.创建好AV 后，需要将其添加到域中–激活AV ：domain > Fluid Models panel3.在边界条件和初值中必须设置AV (代数表达式AV除外)232021/7/120A Pera Global Company © PERA China附加变量的选项n在域中激活AV时，需要指定求解方程的类型 :n输运方程(Transport Equation)–求解完全的输运方程–AV的输运方程包括对流项(convection)和扩散项(diffusion)•设置动力扩散系数(Kinematic Diffusivity )控制层流扩散(laminar diffusion)•始终计算湍流扩散(Turbulent diffusion)瞬态项瞬态项水平对流项水平对流项扩散想扩散想源项源项2021/7/121A Pera Global Company © PERA China附加变量的选项n扩散项输运方程(Diffusive Transport Equation)–不考虑水平对流项– 模化扩散过程n泊松方程(Poisson Equation)–不考虑水平对流和瞬态项–在电磁学(electromagnetics)中多有应用瞬态项瞬态项扩散项扩散项源项源项扩散项扩散项源项源项•代数方程代数方程(Algebraic Equation) /向量代数方程向量代数方程( Vector Algebraic Equation)–以一个表达式以一个表达式(标量标量)或三个表达式或三个表达式 (向量向量) 定义定义domain里的里的 AV值值2021/7/122A Pera Global Company © PERA China附加变量的技巧nAV的一些局限:–CEL函数中只能是变量(areaAve(), voulmeInt(),等)，而不能是表达式 .如areaAve(Velocity*Density)@Inlet是无效的，因为Velocity*Density是一个表达式而不是变量–可以创建一个代数AV=该表达式，然后将该AV嵌入CEL函数中n创建一个AV显示流体在流体域内的停留时间—经常在后处理中应用–创建一个输运AV “Age”， 单位为[s]•进口和初值应该设置为零•通过domain的AV源项值应设为2021/7/123A Pera Global Company © PERA China一般选项n在目录树下方的 Case Options 里包含，Graphics Style 和 Labels and MarkersnGeneral 里包含一系列有用的选项:–Automatic Default Domain 和Automatic Default Interfaces:•自动创建功能的控制–Automatic Physics Update:•默认的CFX-Pre 功能，强迫所有domains采用相同的物理设置. 在有些情况下，希望在不同的domain采用不同的物理设置. 通常，当domains不直接连接的时候会用到这种设置方, 例如. 被固体区域隔开、流体介质不同的两个流体区域.2021/7/124谢谢A Pera Global Company © PERA China2021/7/125A Pera Global Company © PERA China 结束语结束语若有不当之处，请指正，谢谢！若有不当之处，请指正，谢谢！。