Ansys/flotran流體分析

2017-03-03 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

一個(gè)典型的FLOTRAN分析有如下七個(gè)主要步驟:
1. 確定問題的區(qū)域。
2. 確定流體的狀態(tài)。
3. 生成有限元網(wǎng)格。
4. 施加邊界條件。
5. 設(shè)置FLOTRAN分析參數(shù)。
6. 求解。
7. 檢查結(jié)果。
第一步:確定問題的區(qū)域
用戶必須確定所分析問題的明確的范圍,將問題的邊界設(shè)置在條件已知的地方,如果并
不知道精確的邊界條件而必須作假定時(shí),就不要將分析的邊界設(shè)在靠近感興趣區(qū)域的地
方,也不要將邊界設(shè)在求解變量變化梯度大的地方。有時(shí),也許用戶并不知道自己的問
題中哪個(gè)地方梯度變化最大,這就要先作一個(gè)試探性的分析,然后再根據(jù)結(jié)果來修改分
析區(qū)域。這些在后面章節(jié)中都有詳述。
第二步:確定流體的狀態(tài)
用戶在此需要估計(jì)流體的特征,流體的特征是流體性質(zhì)、幾何邊界以及流場的速度幅值
的函數(shù)。FLOTRAN能求解的流體包括氣流和液流,其性質(zhì)可隨溫度而發(fā)生顯著變化,FLO
TRAN中的氣流只能是理想氣體。用戶須自己確定溫度對流體的密度、粘性、和熱傳導(dǎo)系
數(shù)的影響是否是很重要,在大多數(shù)情況下,近似認(rèn)為流體性質(zhì)是常數(shù),即不隨溫度而變
化,都可以得到足夠精確的解。
通常用雷諾數(shù)來判別流體是層流或紊流,雷諾數(shù)反映了慣性力和粘性力的相對強(qiáng)度,詳
見第四章。
通常用馬赫數(shù)來判別流體是否可壓縮,詳見第七章。流場中任意一點(diǎn)的馬赫數(shù)是該點(diǎn)流
體速度與該點(diǎn)音速之比值,當(dāng)馬赫數(shù)大于0.3時(shí),就應(yīng)考慮用可壓縮算法來進(jìn) 行求解;
當(dāng)馬赫數(shù)大于0.7時(shí),可壓縮算法與不可壓縮算法之間就會有極其明顯的差異。
第三步: 生成有限元網(wǎng)格
用戶必須事先確定流場中哪個(gè)地方流體的梯度變化較大,在這些地方,網(wǎng)格必須作適當(dāng)
的調(diào)整。例如:如果用了紊流模型,靠近壁面的區(qū)域的網(wǎng)格密度必須比層流模型密得多
,如果太粗,該網(wǎng)格就不能在求解中捕捉到由于巨大的變化梯度對流動(dòng)造成的顯著影響
,相反,那些長邊與低梯度方向一致的單元可以有很大的長寬比。
為了得到精確的結(jié)果,應(yīng)使用映射網(wǎng)格劃分,因其能在邊界上更好地保持恒定的網(wǎng)格特
性,映射網(wǎng)格劃分可由命令MSHKEY,1或其相應(yīng)的菜單Main Menu>Preproce ssor > -Mes
hing-Mesh>-entity-Mapped來實(shí)現(xiàn)。
第四步:施加邊界條件
可在劃分網(wǎng)格之前或之后對模型施加邊界條件,此時(shí)要將模型所有的邊界條件都考慮進(jìn)
去,如果與某個(gè)相關(guān)變量的條件沒有加上去,則該變量沿邊界的法向值的梯度將被假定
為零。求解中,可在重啟動(dòng)之間改變邊界條件的值,如果需改變邊界條件的值或不小心
忽略了某邊界條件,可無須作重啟動(dòng),除非該改變引起了分析的不穩(wěn)定。
第五步:設(shè)置FLOTRAN分析參數(shù)
為了使用諸如紊流模型或求解溫度方程等選項(xiàng),用戶必須激活它們。諸如流體性質(zhì)等特
定項(xiàng)目的設(shè)置,是與所求解的流體問題的類型相關(guān)的,該手冊的其他部分詳細(xì)描述了各
種流體類型的所建議的參數(shù)設(shè)置。
第六步:求解
通過在觀察求解過程中相關(guān)變量的改變率,可以監(jiān)視求解的收斂性及穩(wěn)定性。這些變量
包括速度、壓力、溫度、動(dòng)能 (ENKE自由度) 和動(dòng)能耗散率 (ENDS自由度) 等紊流量以
及有效粘性(EVIS)。一個(gè)分析通常需要多次重啟動(dòng)。
第七步:檢查結(jié)果
可對輸出結(jié)果進(jìn)行后處理,也可在打印輸出文件里對結(jié)果進(jìn)行檢查,此時(shí)用戶應(yīng)使用自
己的工程經(jīng)驗(yàn)來估計(jì)所用的求解手段、所定義的流體性質(zhì)、以及所加的邊界條件的可信
程度。
FLOTRAN分析中產(chǎn)生的一些文件
在ANSYS中進(jìn)行的大多數(shù)流體分析都是通過多次中斷和重啟動(dòng)來完成的,通常,
分析人員需要在各個(gè)重啟動(dòng)之間改變諸如松弛系數(shù)等參數(shù)或開關(guān)某些項(xiàng)(如求解溫度方
程的開關(guān))。每當(dāng)用戶繼續(xù)一個(gè)分析時(shí),ANSYS程序會自動(dòng)將數(shù)據(jù)附加在所有的由FLOT
RAN單元產(chǎn)生的文件中。下面將對FLOTRAN單元產(chǎn)生的所有文件進(jìn)行說明:
· 結(jié)果文件, Jobname. RFL,包含節(jié)點(diǎn)結(jié)果。
· 打印文件, Jobname.PFL,包含各量的收斂記錄及進(jìn)/出口狀態(tài)(如流量等)。
· 壁面文件, Jobname.RSW,包含壁面剪切應(yīng)力以及Y-Plus信息。
· 殘差文件, Jobname.RDF,包含節(jié)點(diǎn)殘差。
· 調(diào)試文件, Jobname.DBG,包含數(shù)學(xué)求解器的有關(guān)信息。
· 結(jié)果備份文件, Jobname.RFO,包含結(jié)果文件數(shù)據(jù)的一個(gè)拷貝。
· 重啟動(dòng)文件, Jobname.CFD,包含F(xiàn)LOTRAN的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
結(jié)果文件
FLOTRAN分析的結(jié)果并不自動(dòng)保存在ANSYS的數(shù)據(jù)庫中,在每次求解之后,程序會將一個(gè)
結(jié)果集附加在結(jié)果文件Jobname.RLF中。用戶可對結(jié)果文件的內(nèi)容及程序對結(jié)果文件的
更新頻率進(jìn)行控制,ANSYS命令手冊中對FLDATA5,OUTP命令的介紹就詳細(xì)說明了結(jié)果文件
會基于用戶的選擇而保存些什么內(nèi)容。
在一個(gè)穩(wěn)態(tài)FLOTRAN分析中,結(jié)果文件能保存多少個(gè)結(jié)果集是沒有限制的,在求解的初
期多保存幾個(gè)結(jié)果有很多好處:可以比較各結(jié)果集之間的變化、可以使用不同的選項(xiàng)或
松弛系數(shù)來從一個(gè)分析的較早狀態(tài)重新開始分析。
當(dāng)開始一個(gè)新分析時(shí)(在其第一次迭代之前),ANSYS程序會保存一個(gè)結(jié)果, 然后在當(dāng)
中斷發(fā)生時(shí)保存再保存結(jié)果,在這些事件之間,用戶還可通過設(shè)置將一些中間結(jié)果附在
結(jié)果文件里,這樣就可以從較早的分析狀態(tài)開時(shí),通過激活一些不同的選項(xiàng)和特征來重
新分析,例如,可以通過這種方式來提高分析的穩(wěn)定性。
使用 ANSYS 的覆蓋頻率選項(xiàng)是一個(gè)明智的方法,它就可以周期性地保存和更新一個(gè)臨
時(shí)的結(jié)果集,這樣,當(dāng)由于斷電或其他系統(tǒng)原因而發(fā)生求解中斷時(shí),總可以有一個(gè)可用
的結(jié)果集用于重新開始分析。設(shè)置覆蓋頻率的方式如下:
命令:FLDATA2,ITER,OVER,value
菜單: Main Menu>Solution>FLOTRAN Set Up>Execution Ctrl
設(shè)置附加頻率的方式如下:
命令:FLDATA2,ITER,APPE,value
菜單: Main Menu>Solution>FLOTRAN Set Up>Execution Ctrl
打印文件( Jobname.PFL)
Jobname.PFL文件包含了所有FLOTRAN輸入?yún)?shù)的完整記錄,該信息每在發(fā)出一個(gè)求解命
令時(shí)就保存一次以完整地記錄整個(gè)分析歷程。同時(shí),所有激活了的變量的收斂過程也記
錄了下來,還有一個(gè)對結(jié)果的總結(jié),即每個(gè)性質(zhì)和自由度的最大最小值,這些記錄的頻
率都由用戶自己設(shè)定。所記錄的其他量還有:各記錄量的平均值、質(zhì)量流的邊界、質(zhì)量
平衡的計(jì)算、所有熱傳導(dǎo)和熱源的相關(guān)信息。
節(jié)點(diǎn)殘差文件
節(jié)點(diǎn)殘差文件,即Jobname.RDF,顯示了當(dāng)前解的收斂好壞程度。在求解過程的每一個(gè)
階段,流場、性質(zhì)場、溫度場都用于對每個(gè)自由度計(jì)算系數(shù)矩陣和強(qiáng)迫函數(shù),如果解完
全收斂,這些矩陣和強(qiáng)迫函數(shù)將會生成一個(gè)與產(chǎn)生它們的速度場一樣的速度場,同時(shí),
矩陣方程的殘差也會變得很小。要得到一個(gè)殘差文件,必須至少執(zhí)行一次迭代。
當(dāng)求解過程發(fā)生振蕩時(shí),殘差的幅值將顯示分析的錯(cuò)誤所在。(矩陣的主對角元素對殘
差作歸一化處理)這種歸一化使用戶可對自由度的值及其殘差作比較。
對每一個(gè)激活了的自由度計(jì)算殘差并將其存入殘差文件的方式如下:
命令:FLDATA5,OUTP,RESI,TRUE
菜單:Main Menu>Solution>FLOTRAN Set Up>Additional Out>Residual File
要讀取殘差文件,可通過菜單Main Menu>General Postproc>FLOTRAN 2.1A或命令 FLRE
AD來實(shí)現(xiàn)。
重啟動(dòng)文件
通常,FLOTRAN在一個(gè)重啟動(dòng)的起始處計(jì)算數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),對于一個(gè)大模型,這種計(jì)算將消
耗大量的時(shí)間,為了避免這種重新計(jì)算,可要求FLOTRAN將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)保存在重啟動(dòng)文件
Jobname.CFD中,FLOTRAN從ANSYS的數(shù)據(jù)庫中產(chǎn)生該文件。
對 Jobname.CFD文件的讀和寫的方式如下:
命令: FLDATA32,REST,RFIL,T
菜單: Main Menu>Preprocessor>FLOTRAN Set Up>Restart Options>CFD
Restart File
可將RFIL狀態(tài)設(shè)置為開(ON)或關(guān)(OFF),若設(shè)為開,則FLOTRAN開始執(zhí)行分析時(shí)將讀入
重啟動(dòng)文件,若此時(shí)重啟動(dòng)文件不存在,則將產(chǎn)生一個(gè)重啟動(dòng)文件。
如果在改變了邊界條件之后再進(jìn)行重啟動(dòng)分析,則必須覆蓋掉業(yè)已存在的.CFD 文件以
使得ANSYS能用新的邊界條件進(jìn)行重新分析,覆蓋.CFD文件的方式如下:
命令: FLDATA32,REST, WFIL,T
菜單: Main Menu>Preprocessor>FLOTRAN Set Up>Restart Options>CFD Rest
art File
這就使FLOTRAN在下一載荷步產(chǎn)生一個(gè)新的重啟動(dòng)文件,并自動(dòng)將RFIL狀態(tài)設(shè)置為關(guān)閉。
當(dāng)新的重啟動(dòng)文件產(chǎn)生之后,用FLDATA32,REST,RFIL,T命令使隨后的重啟動(dòng)能使用新的
重啟動(dòng)文件。
FLOTRAN重啟動(dòng)分析(續(xù)算)
用戶可在結(jié)果文件 Jobname.RFL中任意一個(gè)解集的基礎(chǔ)上開始一個(gè)重啟動(dòng)分析, 重啟
動(dòng)位置的設(shè)置可基于解集號(NSET)、迭代數(shù)(ITER)、載荷步/子步號(LSTP)或瞬態(tài)分析
的時(shí)間(TIME),方式如下:
命令: FLDATA32,REST,lable,value
其中,lable為上面的NSET、ITER、LSTP、TIME等
菜單:Main Menu>Preprocessor>FLOTRAN Set Up>Restart Options>
Restart/Iteratio(或Restart/Load step, Restart/Set, 等)
當(dāng)重啟動(dòng)一個(gè)分析時(shí),ANSYS將原始的結(jié)果文件拷貝到Jobname.RSO中并將重啟動(dòng)點(diǎn)、所
有在重啟動(dòng)點(diǎn)之前的結(jié)果集、所有的后續(xù)結(jié)果集放在新的結(jié)果文件中。如果在 FLDATA3
2,REST命令中的value值是一個(gè)負(fù)值,則將不產(chǎn)生Jobname.RSO文件,而重啟動(dòng)的點(diǎn)將由
value的絕對值來指定。
提高收斂性和穩(wěn)定性的常用的工具
ANSYS程序提供幾個(gè)有助于收斂和求解穩(wěn)定的工具,理論手冊對其機(jī)理有詳述。
松弛系數(shù)
松弛系數(shù)是一個(gè)其值介于0和1之間的小數(shù),它表示舊結(jié)果與附加在舊結(jié)果上以形成新結(jié)
果的最近一次計(jì)算量之間的變化量。設(shè)置松弛系數(shù)的方式如下:
命令:FLDATA25,RELX,lable,value
菜單: Main Menu>Preprocessor>FLOTRAN SetUp>Relax/Stab/Cap>DOF Relaxation
Main Menu>Preprocessor>FLOTRAN SetUp>Relax/Stab/Cap>Prop Relaxation
Main Menu>Solution>FLOTRAN SetUp>Relax/Stab/Cap>DOF Re
laxation
Main Menu>Solution>FLOTRAN SetUp>Relax/Stab/Cap>Prop R
elaxation
注:命令手冊中對該命令的自由度和性質(zhì)量有詳述。
慣性松弛
對某個(gè)自由度的方程組的慣性松弛就是使其矩陣的主對角占優(yōu)以保持求解的穩(wěn)定性。如
果當(dāng)一個(gè)解在收斂過程中沒有發(fā)生舍入誤差,則慣性釋放的值不會影響到求解的最終結(jié)
果。但是通常的求解過程都會發(fā)生舍入誤差,故慣性松弛可能對結(jié)果產(chǎn)生影響。用戶可
對動(dòng)量方程(MOME)、紊流方程(TURB)。壓力方程(PRES) 和溫度方程(TEMP)施加
慣性松弛,其方式如下:
命令:FLDATA26,STAB,lable,value
菜單:Main Menu>Preprocessor>FLOTRAN SetUp>Relax/Stab/Cap>Stability Parms
Main Menu>Solution>FLOTRAN SetUp>Relax/Stab/Cap>Stability Parms
慣性松弛系數(shù)是以所加項(xiàng)的分母的形式出現(xiàn)的,故其值越小,所起作用越大,其典型值
介于1.0(作用中等)到1.0×10-7(作用很大)之間。
人工粘性
人工粘性用于在梯度較大的區(qū)域平抑速度解。它有助于可壓縮問題的收斂,也有助于對
有分布阻力的不可壓縮問題的速度解進(jìn)行平抑。對于不可壓縮問題,應(yīng)使人工粘性的幅
值與有效粘性的幅值處于相同的數(shù)量級。施加人工粘性的方式如下:
命令:FLDATA26,STAB,VISC,value
菜單:Main Menu>Preprocessor>FLOTRAN SetUp>Relax/Stab/Cap>Stability Parms
Main Menu>Solution>FLOTRAN SetUp>Relax/Stab/Cap>Stability Parms
速度限值
速度限值使所求解量不能超出用戶所定義的值,可對速度、壓力和溫度自由度進(jìn)行限制
(VX、VY、VZ、PRES、TEMP),方式如下:
命令:FLDATA31,CAPP
菜單:Main Menu>Preprocessor>FLOTRAN SetUp> Relax/Stab/Cap>Results Capping
Main Menu>Solution>FLOTRAN SetUp>Relax/Stab/Cap>Results Capping
速度限值可消除速度尖峰的不利影響,這種速度尖峰通常發(fā)生在收斂過程中的較早階段
。它還特別適合用于可壓縮流分析,因這類分析中速度尖峰通常使動(dòng)能項(xiàng)大到產(chǎn)生負(fù)的
靜溫。
當(dāng)對壓力進(jìn)行限值時(shí),所限的值是由壓力方程解算出來的壓力而不是松弛后的壓力,故
當(dāng)限值后作重啟動(dòng)時(shí),壓力值仍有可能超出限值。
注意:當(dāng)有速度限值時(shí),質(zhì)量有可能不守恒。
面積積分階次(Quadrature Order)
缺省的用于計(jì)算單元面積積分的階次是單點(diǎn)積分,用戶可對其進(jìn)行控制。對于軸對稱問
題,求解時(shí),該值自動(dòng)設(shè)為2,因?yàn)楫?dāng)面積積分階次為2時(shí),可使含有異常形狀單元的問
題收斂到更精確的解。用下面的方式改變動(dòng)量、壓力、熱或紊流項(xiàng)的面積積分階次:
命令:FLDATA30,QUAD,lable,value
其中,lable為要改變的單元積分,value為積分點(diǎn)的數(shù)目。
菜單:Main Menu>Preprocessor>FLOTRAN SetUp> Mod Res/Quad Ord> CFD Quad
Orders
Main Menu>Solution>FLOTRAN SetUp>Mod Res/Quad Ord>CFD Qua
d Orders
FLOTRAN分析過程中應(yīng)處理的問題
確定總體迭代的數(shù)目
FLOTRAN分析是一個(gè)非線性的序列求解過程,故每次分析首先得確定要讓程序執(zhí)行多少
次迭代。一次總體迭代就是對所有相關(guān)的控制方程按序列進(jìn)行求解,并且在求解過程中
流體性質(zhì)會隨時(shí)更新。在瞬態(tài)分析中,時(shí)間步循包含了總體迭代循環(huán)。在一個(gè)總體迭代
中,程序首先獲得動(dòng)量方程的近似解,再在質(zhì)量守恒的基礎(chǔ)上將動(dòng)量方程的解作為強(qiáng)迫
函數(shù)來求解壓力方程,然后用壓力解來更新速度,以使速度場保持質(zhì)量守恒。如果要求
了程序求解溫度,則程序會同時(shí)求解溫度方程并更新與溫度相關(guān)的流體性質(zhì)。最后,如
果激活了紊流模型,則程序?qū)⑶蠼馕闪鞣匠滩⒂梦闪鲃?dòng)能及其耗散率來計(jì)算有效粘性和
熱傳導(dǎo)系數(shù),有效粘性和熱傳導(dǎo)系數(shù)將分別代替層流粘性和熱傳導(dǎo)系數(shù)以在平均流上模
擬紊流的影響。用下面的方式定義總體迭代的數(shù)目:
命令:FLDATA2,ITER,EXEC,value(value即為迭代數(shù))
菜單:Main Menu>Preprocessor>FLOTRAN SetUp> Execution Ctrl
Main Menu>Solution>FLOTRAN SetUp>Execution Ctrl
收斂監(jiān)測
在FLOTRAN求解過程中,程序在每一個(gè)總體迭代里對每一個(gè)自由度計(jì)算出一個(gè)收斂監(jiān)測
量,這些自由度包括:速度(VX、VY、VZ)、壓力(PRES)、溫度(TEMP)、紊流動(dòng)能(ENK
E)、動(dòng)能耗散率(ENDS)、以及激活了的多組份傳輸方程(SP01 ~SP06)。收斂監(jiān)測
量就是兩次迭代之間結(jié)果改變量的歸一化值,若以F表示任一自由度,則該自由度的收斂
監(jiān)測量可由下式表示:
收斂監(jiān)測量表示變量在當(dāng)前迭代(kth)的結(jié)果和前一次迭代((k-1)th)的結(jié)果之間差
值的總和除以當(dāng)前值的總和,這種求和是在所有節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行的,并且使用的是差值的絕
對值。
在批處理或交互式運(yùn)行過程中,當(dāng)求解進(jìn)行時(shí), 程序的“圖形求解跟蹤(GST)” 功能
將實(shí)時(shí)顯示出所計(jì)算的收斂監(jiān)測量,GST的缺省值在交互運(yùn)行時(shí)是開(ON), 而在批處
理運(yùn)行時(shí)是關(guān)(OFF)。用戶可用下面的方式定義其開關(guān):
命令:/GST
菜單:Main Menu>Solution>Output Ctrls>Grph Solu Track
圖2-1是兩個(gè)典型的GST圖形。圖2-1(b)是一個(gè)FLOTRAN的瞬態(tài)分析過程,圖中的每一
個(gè)尖峰表示了一個(gè)新時(shí)間步的開始。
在初始階段可能出現(xiàn)的一些振蕩之后,收斂監(jiān)測量的大小將隨著分析過程的收斂而逐漸
減小,但其減小的程度將依賴于幾個(gè)因素,諸如:
· 幾何邊界的復(fù)雜程度
· 高梯度區(qū)域有限元網(wǎng)格的精度
· 紊流的嚴(yán)重程度(由雷諾數(shù)確定)
· 出口邊界處流場的發(fā)展是否充分
當(dāng)使用圖形求解跟蹤(GST)功能時(shí),還應(yīng)注意:
· 不單是FLOTRAN分析有GST功能,非線性的結(jié)構(gòu)分析、非線性的熱分析和非線性的電
磁場分析都有GST功能。詳見各自的分析指導(dǎo)手冊。
· GST可同時(shí)顯示多達(dá)10條的跟蹤曲線,如果用戶的模型有多于10個(gè)的自由度, 則GST將
只顯示前10個(gè)自由度的收斂跟蹤曲線。
· 當(dāng)GST開始顯示時(shí),程序會彈出一個(gè)帶STOP按鈕的對話框,用戶可在任意時(shí)刻通過點(diǎn)
取該STOP按鈕來中斷求解過程,而后要進(jìn)行重啟動(dòng)分析時(shí),可通過執(zhí)行命令SOLVE或其相
應(yīng)的菜單Main Menu>Solution>Run Flotran來實(shí)現(xiàn)。
圖2-1 由GST顯示的收斂監(jiān)測量
(a) 穩(wěn)態(tài)求解
(b) 瞬態(tài)求解
中斷一個(gè)FLOTRAN分析
用戶可以定義一個(gè)基于壓力和溫度收斂監(jiān)測量的目標(biāo)值來中斷一個(gè)FLOTRAN分析,定義
方式如下:
命令:FLDATA3,TERM,PRES,value
FLDATA3,TERM,TEMP,value
菜單:Main Menu>Preprocessor>FLOTRAN SetUp> Execution Ctrl
Main Menu>Solution>FLOTRAN SetUp>Execution Ctrl
壓力和溫度的收斂缺省值都是1.0×10-8,如果沒有激活溫度方程的求解,則程序只檢
測壓力的收斂值是否滿足要求,而若同時(shí)激活了流體方程和溫度方程的求解,則二者的
收斂標(biāo)準(zhǔn)都必須同時(shí)滿足。在滿足了壓力和溫度的收斂條件或總體平衡迭代數(shù)達(dá)到了所
要求的值后,FLOTRAN求解過程就自動(dòng)中斷。
要中斷一個(gè)正在以批處理方式或后臺方式執(zhí)行的FLOTRAN分析,則需在當(dāng)前工作目錄下
生成一個(gè)Jobname.ABT文件 ,該文件的第一行應(yīng)含有terminate字樣 ,且該字樣的起始
位置應(yīng)是第一行的第一列。在每一次總體迭代之前,FLOTRAN都會在當(dāng)前目錄下搜尋Job
name.ABT文件,如果程序找到該文件并發(fā)現(xiàn)其含有terminate字樣,則立即完成該次總體
迭代并正常中斷程序的執(zhí)行,而且將結(jié)果寫入結(jié)果文件中。
對一個(gè)FLOTRAN分析進(jìn)行評價(jià)
分析員必須回答的兩個(gè)問題是:
1. 所作的分析是何時(shí)結(jié)束的?
2. 所作的分析是否是正確的?
這兩個(gè)問題是相互關(guān)聯(lián)的,因?yàn)?如果沒有正確地設(shè)置和正確地分析一個(gè)流體問題,它
一般都是不會收斂的。
如果所輸入的初始參數(shù)和所有的邊界條件都是正確的,則當(dāng)所有變量的收斂監(jiān)測量都停
止增長,以及所有求解量的平均、最大、最小值都不再升降時(shí),求解過程就算是完成了
。然而,這并不能保證所求解的結(jié)果是唯一正確的,因?yàn)樽匀唤绫旧聿⒉槐ＷC存在唯一
解。振蕩問題(例如:柱體繞流的旋渦脫落問題)用穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)求解技術(shù)都不能得到一
個(gè)穩(wěn)定的解。要驗(yàn)證一個(gè)分析是穩(wěn)定的或是振蕩的,可以通過對它執(zhí)行大量的迭代求解
來實(shí)現(xiàn)。
ANSYS將求解變量的平均、最小、最大值保存在文件Jobname.RFL中,該文件同時(shí)還保存
了FLOTRAN的輸入數(shù)據(jù)和計(jì)算出的收斂監(jiān)測量、所有自由度的結(jié)果總結(jié)、層流特性和有效
特性。可用下面的方式來規(guī)定ANSYS進(jìn)行結(jié)果總結(jié)的頻率:
命令:FLDATA5,OUTP,SUMF,value
菜單:Main Menu>Preprocessor>FLOTRAN SetUp>Additional Out>RFL Out Derived
Main Menu>Solution>FLOTRAN SetUp>Additional Out>RFL Out Derived
驗(yàn)證結(jié)果
驗(yàn)證求解結(jié)果的可靠性是所有分析人員的責(zé)任,如果一個(gè)FLOTRAN分析得到了非預(yù)期的
結(jié)果,則應(yīng)進(jìn)行下列所示的一些操作,這些操作的大部分都可以在開始一個(gè)分析前完成
。即使只進(jìn)行了零次迭代,ANSYS也會生成一個(gè)Jobname.RFL文件并檢查所有的輸入數(shù)據(jù)
。
1. 檢查作為結(jié)果總結(jié)的一部分而打印出來的質(zhì)量平衡情況。內(nèi)部檢查將確定是否有任
何的可能會通過模型的質(zhì)量流,允許質(zhì)量流的邊界條件是:
· 確定的速度邊界條件
· 確定的壓力邊界條件
· 未確定的邊界(這有可能是由于用戶忘了施加邊界條件而致)
ANSYS會將進(jìn)口和出口邊界編號列表,而這些應(yīng)與所希望的條件相對應(yīng)。
2. 在ANSYS里檢查邊界條件,以保證其正確性。
3. 檢查所定義的流體性質(zhì)及其隨溫度的可變動(dòng)性正確與否,這可在.RFL文件中方便地
檢查。
4. 檢查用以建立模型的單位制與用以定義流體性質(zhì)的單位制是否一致。
5. 有時(shí),還需確認(rèn)與所選選項(xiàng)相聯(lián)系的方程的求解是否正確(例如:可壓縮流中的壓
力方程)。
6. 如果求解發(fā)散,可能的原因還有:有限元網(wǎng)格不夠精細(xì)、或者鄰近出口處流場梯度
太大,要解決這些問題,可以使用一些諸如慣性松弛等有助于收斂的手段,本手冊的后
面將詳述各種松弛技術(shù)。
7. 如果僅僅只有某個(gè)特定的量產(chǎn)生發(fā)散,則可將該量重新初始化到一個(gè)單值, 并作重
啟動(dòng)分析,方式如下:
命令:FLDATA29,MODV
菜單:Main Menu>Preprocessor>FLOTRAN SetUp> Mod Res/Quad Or
d>Modify Results
Main Menu>Solution>FLOTRAN SetUp> Mod Res/Quad Ord>
Modify Results

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