Fluent Meshing(用戶手冊筆記)

5.1.3.3 數值擴散

在多維度情景中數值擴散是產生誤差的主要原因。

解決方法：

  1. 所有求解流體流動的實用數值格式都包含有限數量的數值擴散。這是因為數值擴散源于截斷誤差，截斷誤差是用離散形式表示流體流動方程的結果。

  2. 在ANSYS Fluent中采用二階和MUSCL離散化方案，可以減小數值擴散對解的影響

  3. 數值擴散量與網格的分辨率成反比。因此，處理數值擴散的一種方法是對網格進行細化。

  4. 當流體與網格對齊時，數值擴散最小

    這是與網格選擇最相關的。如果使用三角形/四面體網格，則流永遠無法與網格對齊。如果使用四邊形/六面體網格，可能會出現這種情況，但對于復雜的流則不會出現這種情況。它只是在一個簡單的流動，如通過長管道的流動，在其中你可以依靠四邊形/六面體網格來最小化數值擴散。在這種情況下，使用四邊形/六面體網格是有利的，因為與使用三角形/四面體網格相比，您將能夠用更少的單元格獲得更好的解決方案。

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

5.51 網格檢查報告

定義網格檢查所顯示的信息使用下面的文本命令

Mesh → check-verbosity

該命令提供三個可選參數：

  • 0

    顯示的信息量水平最低，只是用來提示你檢查正在被執行，當然，警告會被顯示出來。

  • 1

    這個水平會列出他執行時的單個檢查（例如檢查右撇子單元）。任何警告將會被立即顯示在輸出框里

  • 2

    此級別提供關于網格檢查的最大信息。報告將列出執行時的各個檢查(例如，檢查右撇子單元格);結果的任何警告都將顯示在生成它的復選框的下方。有關檢查失敗的其他詳細信息也將顯示，例如問題的位置或受影響的單元格.

5.5.2 修復網格

當網格檢查報告了問題或者你收到了警告信息，你可以在控制臺中打印出有問題的單元統計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網格：

mesh → repair-improve → repair

需要注意的是，默認情況下， repair 文本命令只會調整內部節點，如果你想調整網格邊界，需要在使用修復命令前使用下面的命令：

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

repair 文本命令可能會將退化單元轉化為多面體單元，如果你想確保在網格修復中不出現多面體，就必須要在修復網格前關閉該轉換：

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，直到網格質量提升到令你滿意為止。

如果網格檢查報告包括下面類似的警告信息：

WARNING: node on face thread 2 has multiple shadows.

它表示存在重復的影子節點。此錯誤僅發生在與周期性墻的網格中。您可以使用以下文字命令修復這樣的網格:

mesh → repair-improve →repair-periodic

5.7.1 轉換定義區域為多面體

轉換網格的整個區域使用菜單里的Mesh/Polyhedra /Convert Domain

需要注意，默認情況下，轉換過程中內部的流型區將會丟失，如果你想去保留他們，需要在轉換開始前輸入下面的命令：

mesh→ polyhedra→ options→ preserve-interior-zones

你將會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部表面會被保留。

5.7.1.1 局限性

  • 網格已經包含多面體的單元經不會被轉換
  • 包含懸掛點/懸掛邊的網格不會被轉換
  • 下列的操作工具將對多面體網格不適用
    • mesh/modify-zones/extrude-face-zone-delta 文本命令
    • mesh/modify-zones/extrude-face-zone-para 文本命令
    • 扁態平滑（skewness smoothing）
    • swapping

5.8.11 替換網格

全局網格替換執行菜單欄上的Mesh/Replace 會打開一個文件選擇框。

5.8.11.2 使用限制

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

第六章 單元區域與邊界條件

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，以便能夠使用適當的材料屬性。

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候選擇。

6.2.1.1 為流體域賦值

6.2.1.1.4指定層流域

當你計算一個湍流時，有時也需要在特定的流體區域關閉湍流模型。為了禁用湍流模型，需要在了流體對話框中打開層流域選項。如果你確切知道某些區域是層流狀態話這個選項會很有用。例如，如果你知道翼型上過渡點的位置，你可以創建一個層流/湍流過渡邊界，層流區與湍流區交界。這個特性允許你在機翼上模擬湍流過渡。

6.2.7.2 定義源的過程

為某個區域定義一個或多個源遵循以下步驟（記得去唯一使用國際單位）：

  1. 在流體或者固體對話框中打開Source Terms選項
  2. 在Source Terms標簽中指定源項。
    • 指定質量、動量、能量和其他不同的源需要單擊該源旁邊的Edit按鈕。打開該源的對話框，輸入需要定義的源的數量。
    • 記住，你不應該只定義一個質量源而不定義其他能量，動量源，這樣質量源需要被流體加速或加熱，這會導致速度或能量的階躍，根據源的大小，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量源、能量源或者湍流源是可接受的）
6.2.7.2.1 質量源

如果你的問題中只有一種組分，你可以為該組分定義一個質量源。

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

6.3.2.1.3 湍流強度

湍流強度I定義為相對于平均速的u_{avg}脈動速度u'的均方根。

小于10%的湍流強度通常被認為是低強度湍流，大于10%被認為是高強度湍流。完全發展的管流的核心湍流強度可以用下面的經驗公式計算。
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的物理量。在完全發展的管流中，l被管道的尺寸所限制，因為大渦流不能大于管道的尺寸。管道的相關尺寸L和管的物理尺寸l之間的計算關系如下：
l= {{0.07L} \over{C_{\mu}^{3/4}}}
其中L是管道的相關尺寸，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可根據水力直徑得出。

6.3.3 壓力進口邊界

壓力進口邊界條件用于定義流動個入口的壓力及其他標量，可適用于可壓縮與不可壓縮流體計算中。壓力進口邊界條件可以用在進口壓力已知，但流動率、速度不可知的情況。

6.3.3.1 設置壓力進口邊界

在Pressure Inlet對話面板中的Gauge Total Pressure輸入總壓力值，在Thermal選項卡中填入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，\gamma表示比熱比。

  • 如果Pressure Inlet對話框中的Reference Frame被設置為Absolute，總溫度、總壓力和流動方向也應該在絕對坐標系下，Fluent求解器會將其轉化成相對坐標系。
  • 如果如果Pressure Inlet對話框中的Reference Frame被設置為Relative to Adjacent Cell Zone，總溫度、總壓力和速度分量也相對于相鄰的細胞區，不需要改變。

對于歐拉多相模型，必須為各個相指定總溫度和速度分量。每個相的參考系(相對于相鄰細胞區或絕對細胞區)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，則壓力進口對話框中指定的溫度將被視為靜態溫度。
  • 對于混合多相模型，如果邊界允許可壓縮相和不可壓縮相的組合進入該區域，則壓力進口對話框中指定的溫度將被視為該邊界處的靜態溫度。如果邊界只允許一個可壓縮相進入該區域，則壓力進口對話框中指定的溫度將作為該邊界處的總溫度(相對/絕對)。總溫度將取決于在壓力進口對話框中選擇的參考系選項。
  • 對于歐拉多相模型，如果邊界允許域中存在可壓縮相和不可壓縮相的混合物，那么每個相的溫度將是總溫度或靜態溫度，這取決于該相是可壓縮的還是不可壓縮的。

如果入口流動時超音速的，或者打算用壓力入口邊界條件來對解進行初始化，那么必須指定靜壓（Supersonic/Initial Gauge Pressure）。如果流動是亞音速的，FLUENT會忽略Supersonic/Initial Gauge Pressure，它是由指定的駐點值來計算。

當流體為亞音速時，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合使用，根據等熵關系(可壓縮流)或伯努利方程(不可壓縮流)計算初值。因此，對于亞音速進氣道，一般應根據進氣道馬赫數(可壓縮流)或進氣道速度(不可壓縮流)的合理估計來確定。

6.3.3.1.1.5 設置湍流參數

首先在Pressure Inlet面板中的Turbulence選項組內選擇Specification Method，即湍流參數的定義方法，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 湍流強度設置

<其他進口邊界條件——待續>

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