A Pera pany ? PERA China ANSYS FLUENT 培训教材第九节:瞬态问题安世亚太科技(北京)有限公司 A Pera pany ? PERA China 动机?自然界几乎所有流动都是瞬态的–下列情况可以近似为稳态: ?忽略瞬态的脉动?引入整体的时间平均来消除瞬态影响? CFD 中使用稳态方法的好处是–更少的计算资源–更容易后处理和分析?许多应用要求使用瞬态求解:–气动(飞机、机车等) –涡脱落–旋转机械–动静干涉,失速,喘振, –多相流–自由液面,气泡动力学–变形域–内燃机燃烧,投放–瞬态换热–瞬态加热或冷却–…... A Pera pany ? PERA China 瞬态流动的根源?自然发生的瞬态流动–由于流体中不稳定性的增长或者非平衡的初场引发的瞬态流动–例如:自然对流,湍流涡,流动波(重力波、激波) ?强迫瞬态流动–时间平均的边界条件,源项引起的瞬态流动–例子:喷嘴的脉冲,旋转机械的动静干涉 Kelvin- Helmholtz Cloud Instability Buoyant Box Falling Into a Pool of Water A Pera pany ? PERA China 瞬态 CFD 分析?模拟指定时间内的瞬态流场–可以通过以下方法求解: ?稳态解–流场不再随时间变化?时间周期解–流场形态随时间脉动重复出现–目标可以简化为分析预定时间间隔的流动?自由表面流?移动的激波?等等?抽取关心的变量–特征频率(如: 斯德鲁哈尔数) –时间平均或/RMS 值–时间相关的参数(如,热固体的冷却时间,污染物的停留时间) –特殊数据(快速傅立叶变换) A Pera pany ? PERA China 瞬态流动模拟流程?激活瞬态求解器?设置物理模型和边界条件–允许设置瞬态边界条件– UDF 或分布文件?指定初场–最好用有物理意义的初场,如稳态流场?求解器设置,监测设置?设置动画和数据输出选择?选择时间步和最大迭代次数?设定时间步数?计算 A Pera pany ? PERA China 激活瞬态求解器?在 General 菜单下选择 Transient 按钮: ?开始执行迭代前,需要设置附加的控制–求解器设置–动画–数据输出/自动保存选项 A Pera pany ? PERA China 选择瞬态时间步长?在 Run Calculation 菜单中设置时间步长, ?t –? t 必须小到能解析和时间相关的特征。确定每个时间步的最大迭代步内能收敛–时间步大致可按照下面公式估计: –也可以选择能解析流动特征的时间步(在指定脉动周期的情况下) ?指定零时间步时迭代,求解器会仅仅在当前时间步下收敛?对许多瞬态流动, PISO 格式有助于加速收敛 A Pera pany ? PERA China 瞬态模型选择?自适应时间步长–基于局部截断误差自动调整时间步长–可以通过 UDF 指定?时间平均的统计–在使用 LES 时需要使用?在使用密度基求解器时, Courant 数定义了:–密度基显式求解器的全局时间步长–密度基隐式求解器的伪时间步长?真实时间步长仍然必须在迭代面板中定义 A Pera pany ? PERA China 瞬态流动模型–动画?必须在计算前设置动画–动画帧在计算中写出并存储 A Pera pany ? PERA China 创建动画的其他方法?另外一个创建动画的方法是利用 mands ?可以通过文本命令或宏定义在预定的迭代步或时间间隔, 执行哪些操作?这种方法在创建高质量的动画结果时有用–定义生成动画帧(云图、矢量图等)并存储文件的命令.–利用第三方软件把这些文件链接成动画文件(AVI, MPG, GIF, 等)
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