ANSYS CFX 14.0超級學習手冊

目　錄

第1章　流體力學與計算流體力學基礎　1
1.1　流體力學基礎　1
1.1.1　流體及其基本特性　1
1.1.2　流體運動的分類和描述方法　4
1.2　流體力學控制方程　4
1.2.1　物質導數(shù)　5
1.2.2　連續(xù)性方程　5
1.2.3　N-S方程　6
1.3　流體力學數(shù)值計算基礎　7
1.3.1　數(shù)值計算方法和分類　7
1.3.2　基于有限體積法的控制方程離散　8
1.4　CFD軟件結構及常用的CFD軟件　9
1.4.1　CFD軟件結構　9
1.4.2　常用的CFD軟件　10
本章小結　13

第2章　CFX軟件簡介　14
2.1　CFX的軟件構成　14
2.1.1　啟動CFX　15
2.1.2　前處理器　16
2.1.3　求解管理器　17
2.1.4　后處理器　18
2.2　CFX文件系統(tǒng)　19
本章小結　19

第3章　創(chuàng)建幾何模型　20
3.1　建立幾何模型概述　20
3.1.1　建模方法分類　20
3.1.2　DesignModeler建模方法　20
3.2　DesignModeler簡介　21
3.3　草圖模式　24
3.3.1　進入草圖模式　24
3.3.2　創(chuàng)建新平面　24
3.3.3　創(chuàng)建草圖　25
3.3.4　幾何模型的關聯(lián)性　25
3.3.5　草圖援引　26
3.4　創(chuàng)建3D幾何體　27
3.4.1　拉伸(Extrude)　27
3.4.2　旋轉(Revolve)　28
3.4.3　直接創(chuàng)建3D幾何體(Primitives)　29
3.4.4　填充(Fill)和包圍(Enclosure)　30
3.4.5　創(chuàng)建多體部件體　31
3.5　概念建模　32
3.5.1　從點生成線體　33
3.5.2　從草圖生成線體　33
3.5.3　從邊生成線體　33
3.5.4　定義橫截面　33
3.5.5　對齊橫截面　35
3.5.6　橫截面偏移　35
3.5.7　從線創(chuàng)建面體　36
3.5.8　從草圖生成面體　36
3.5.9　從面生成面體　36
3.6　導入外部CAD文件　37
3.6.1　非關聯(lián)性導入文件　37
3.6.2　關聯(lián)性導入文件　38
3.6.3　導入定位　39
3.6.4　創(chuàng)建場域幾何體　39
本章小結　39

第4章　網格劃分方法　40
4.1　網格生成方法簡介　40
4.2　ANSYS ICEM　CFD基礎　41
4.2.1　ICEM CFD的文件系統(tǒng)　41
4.2.2　ICEM CFD的鼠標和鍵盤操作　42
4.2.3　ICEM CFD的操作界面　42
4.2.4　ICEM CFD的菜單簡介　43
4.3　ANSYS ICEM CFD基本用法　44
4.3.1　導入外部幾何模型　44
4.3.2　幾何模型的創(chuàng)建　45
4.3.3　網格的自動生成　48
4.3.4　塊的生成與劃分　53
4.3.5　網格編輯　58
4.3.6　網格輸出　64
4.4　ANSYS ICEM CFD實例分析　65
4.4.1　啟動ICEM CFD并建立分析項目　65
4.4.2　幾何模型導入　66
4.4.3　模型建立　66
4.4.4　生成網格　69
4.4.5　網格檢查及編輯　71
4.4.6　網格輸出與保存　71
本章小結　72

第5章　CFX-Pre的前處理功能　73
5.1　新項目創(chuàng)建與網格導入　73
5.1.1　工程項目新建　73
5.1.2　網格導入　73
5.1.3　項目保存　74
5.2　庫設定　75
5.3　計算域設定　75
5.3.1　計算域創(chuàng)建　75
5.3.2　計算域設定　75
5.4　邊界條件設定　80
5.4.1　插入邊界條件　81
5.4.2　邊界條件類型　81
5.5　初始條件設定　85
5.6　求解器設定　86
5.7　輸出文件和監(jiān)控設定　87
本章小結　88

第6章　CFX-Solver求解　89
6.1　激活求解管理器　89
6.2　模擬計算的定義　90
6.3　求解界面介紹　91
6.3.1　工作界面的組成　91
6.3.2　任務欄功能簡介　92
本章小結　93

第7章　CFX后處理　94
7.1　啟動后處理器　94
7.2　后處理器工作界面　95
7.3　創(chuàng)建位置　95
7.3.1　生成點　95
7.3.2　生成點云　97
7.3.3　生成線　98
7.3.4　生成平面　99
7.3.5　生成體　100
7.3.6　生成等值面　101
7.3.7　生成區(qū)域值面　102
7.3.8　生成型芯區(qū)域　103
7.3.9　生成旋轉面　103
7.3.10　生成自定義面　104
7.4　創(chuàng)建對象　105
7.4.1　創(chuàng)建矢量　105
7.4.2　創(chuàng)建云圖　107
7.4.3　創(chuàng)建流線　107
7.4.4　創(chuàng)建粒子軌跡　108
7.4.5　創(chuàng)建體繪制　109
7.4.6　創(chuàng)建文本對象　109
7.4.7　其他創(chuàng)建對象　110
7.5　創(chuàng)建數(shù)據(jù)　111
7.5.1　創(chuàng)建變量　111
7.5.2　創(chuàng)建表達式　112
7.5.3　創(chuàng)建表格和圖表　113
7.6　生成報告　116
本章小結　118

第8章　內部流動分析　119
8.1　不可壓縮黏性流體的內部流動概述　119
8.1.1　內部流動的定義和特點　119
8.1.2　圓管內層流　120
8.1.3　圓管內湍流　121
8.1.4　內部流動分析流程　122
8.1.5　計算模型　123
8.2　U形管道內部流動分析　123
8.2.1　問題描述　123
8.2.2　分析過程　124
8.2.3　啟動WorkBench并建立分析項目　124
8.2.4　導入網格文件　124
8.2.5　流體域設定　126
8.2.6　入口邊界設定　127
8.2.7　出口邊界設定　128
8.2.8　壁面邊界設定　129
8.2.9　求解控制設定　130
8.2.10　求解　131
8.2.11　建立顯示平面　132
8.2.12　生成壓強云圖　133
8.2.13　生成速度矢量圖　134
8.2.14　生成流線圖　135
8.2.15　保存和退出　136
8.2.16　案例小結　136
8.3　彎管混合器內部流動分析　136
8.3.1　問題描述　136
8.3.2　分析過程　137
8.3.3　啟動WorkBench并建立分析項目　137
8.3.4　導入創(chuàng)建幾何體　137
8.3.5　劃分網格　138
8.3.6　前處理界面　140
8.3.7　水的屬性設定　140
8.3.8　流體域設定　143
8.3.9　入口邊界設定　143
8.3.10　出口邊界設定　145
8.3.11　壁面邊界設定　145
8.3.12　初始條件設定　146
8.3.13　求解控制設定　147
8.3.14　求解　147
8.3.15　修改模型顯示　148
8.3.16　建立顯示平面　149
8.3.17　生成流線圖　150
8.3.18　生成溫度云圖　151
8.3.19　保存和退出　152
8.3.20　案例小結　152
8.4　靜止混合器內部流動分析　152
8.4.1　問題描述　152
8.4.2　分析過程　153
8.4.3　啟動WorkBench并建立分析項目　153
8.4.4　導入網格文件　153
8.4.5　水的屬性設定　155
8.4.6　流體域設定　156
8.4.7　入口邊界設定　158
8.4.8　出口邊界設定　159
8.4.9　壁面邊界設定　160
8.4.10　初始條件設定　161
8.4.11　求解控制設定　162
8.4.12　求解　162
8.4.13　編輯輪廓顯示　163
8.4.14　建立顯示點　163
8.4.15　生成流線圖　164
8.4.16　建立顯示平面　165
8.4.17　生成溫度云圖　166
8.4.18　生成動畫　167
8.4.19　保存和退出　168
8.4.20　案例小結　169
8.5　離心泵分析　169
8.5.1　問題描述　169
8.5.2　分析過程　169
8.5.3　啟動WorkBench并建立分析項目　169
8.5.4　導入創(chuàng)建幾何體　170
8.5.5　設置分析介質的物理屬性　170
8.5.6　流體區(qū)域的參數(shù)設定　171
8.5.7　邊界條件的設置　172
8.5.8　計算初始化　173
8.5.9　求解控制　173
8.5.10　求解　173
8.5.11　第一次后處理　174
8.5.12　空穴模型的使用　175
8.5.13　第二次后處理　177
8.5.14　案例小結　178
本章小結　179

第9章　外部流動分析　180
9.1　外部繞流概述　180
9.1.1　外部繞流定義　180
9.1.2　邊界層　180
9.1.3　邊界層分離　181
9.1.4　邊界層分離現(xiàn)象典型實例　182
9.1.5　繞流物體的阻力與升力　183
9.1.6　外部繞流分析流程　184
9.2　空氣繞流建筑物分析　185
9.2.1　問題描述　185
9.2.2　分析過程　186
9.2.3　啟動WorkBench并建立分析項目　186
9.2.4　導入網格文件　186
9.2.5　流體域設定　188
9.2.6　入口邊界設定　188
9.2.7　出口邊界設定　189
9.2.8　對稱邊界設定　190
9.2.9　無滑移壁面邊界設定　191
9.2.10　自由滑移壁面邊界設定　191
9.2.11　求解控制設定　192
9.2.12　求解　193
9.2.13　生成壓強云圖　193
9.2.14　生成速度云圖　194
9.2.15　生成速度矢量圖　195
9.2.16　生成流線圖　196
9.2.17　生成對稱顯示　197
9.2.18　生成對稱平面　199
9.2.19　生成對稱平面上的速度云圖　200
9.2.20　保存和退出　202
9.2.21　案例小結　202
9.3　機翼外部氣體流動分析　202
9.3.1　問題描述　202
9.3.2　分析過程　203
9.3.3　啟動WorkBench并建立分析項目　203
9.3.4　導入網格文件　203
9.3.5　流體域設定　205
9.3.6　入口邊界設定　206
9.3.7　出口邊界設定　207
9.3.8　對稱邊界設定　208
9.3.9　無滑移壁面邊界設定　208
9.3.10　自由滑移壁面邊界設定　209
9.3.11　域交界面設定　210
9.3.12　初始條件設定　211
9.3.13　求解控制設定　212
9.3.14　求解　212
9.3.15　生成馬赫數(shù)云圖　213
9.3.16　生成壓強云圖　214
9.3.17　生成溫度云圖　215
9.3.18　生成速度矢量圖　216
9.3.19　生成自定義壓強矢量　218
9.3.20　保存和退出　219
9.3.21　案例小結　220
9.4　飛機機翼的壓力計算　220
9.4.1　問題描述　220
9.4.2　分析過程　220
9.4.3　啟動WorkBench并建立分析項目　220
9.4.4　導入創(chuàng)建幾何體　221
9.4.5　網格參數(shù)設置　221
9.4.6　修改網格　221
9.4.7　區(qū)域設置　222
9.4.8　邊界條件設置　223
9.4.9　求解控制設置　224
9.4.10　求解　225
9.4.11　后處理　225
9.4.12　案例小結　226
本章小結　226

第10章　傳熱流動分析　228
10.1　傳熱概述　228
10.1.1　導熱的基本定律　228
10.1.2　導熱問題的數(shù)學描述　229
10.1.3　對流傳熱過程和對流傳熱系數(shù)　231
10.1.4　輻射傳熱過程　231
10.1.5　傳熱分析流程　231
10.2　軸承蓋傳熱分析　232
10.2.1　問題描述　232
10.2.2　分析過程　232
10.2.3　啟動WorkBench并建立分析項目　232
10.2.4　導入網格文件　233
10.2.5　域設定　235
10.2.6　內孔熱源邊界設定　236
10.2.7　外壁對流換熱邊界設定　237
10.2.8　內腔對流換熱邊界設定　238
10.2.9　絕熱邊界設定　239
10.2.10　初始條件設定　240
10.2.11　求解控制設定　240
10.2.12　求解　240
10.2.13　建立顯示平面　241
10.2.14　生成溫度云圖　242
10.2.15　保存和退出　243
10.2.16　案例小結　243
10.3　銅盤管熱交換分析　243
10.3.1　問題描述　243
10.3.2　分析過程　244
10.3.3　啟動WorkBench并建立分析項目　244
10.3.4　導入網格文件　244
10.3.5　銅導電率設定　246
10.3.6　碳酸鈣材料設定　246
10.3.7　流體域設定　248
10.3.8　固體域設定　249
10.3.9　熱盤管邊界設定　250
10.3.10　入口邊界設定　251
10.3.11　開放式出口邊界設定　252
10.3.12　域交界面設定　253
10.3.13　求解控制設定　255
10.3.14　求解　256
10.3.15　修改模型顯示　256
10.3.16　生成溫度云圖　257
10.3.17　建立圓柱面表達式　258
10.3.18　建立變量　259
10.3.19　建立圓柱顯示面　259
10.3.20　創(chuàng)建直線　260
10.3.21　生成溫度輪廓圖　261
10.3.22　保存和退出　262
10.3.23　案例小結　263
10.4　室內溫度的計算　263
10.4.1　問題描述　263
10.4.2　分析過程　263
10.4.3　啟動WorkBench并建立分析項目　263
10.4.4　導入通風管道網格文件　264
10.4.5　設置計算模型　264
10.4.6　通風管道邊界條件設置　264
10.4.7　通風管道輸出控制的設定　264
10.4.8　插入監(jiān)測點　265
10.4.9　通風管道計算求解　265
10.4.10　輸出通風管道的計算文件　266
10.4.11　導入辦公室網格文件　266
10.4.12　物理參數(shù)設定　266
10.4.13　辦公室邊界條件設置　267
10.4.14　計算控制設置　270
10.4.15　辦公室輸出控制設置　270
10.4.16　辦公室計算求解　270
10.4.17　后處理　271
10.4.18　案例小結　272
10.5　散熱板傳熱計算　272
10.5.1　問題描述　272
10.5.2　分析過程　273
10.5.3　啟動WorkBench并建立分析項目　273
10.5.4　導入創(chuàng)建幾何體　273
10.5.5　建立流體區(qū)域　273
10.5.6　建立新的分析材料　274
10.5.7　建立新的固體區(qū)域　275
10.5.8　建立能源點　275
10.5.9　邊界條件的設定　276
10.5.10　求解控制設定　277
10.5.11　增設輻射模型　277
10.5.12　定義配置　278
10.5.13　求解　278
10.5.14　后處理　279
10.5.15　案例小結　280
本章小結　280

第11章　化學反應與燃燒分析　281
11.1　化學反應與燃燒分析概述　281
11.1.1　化學反應與燃燒模型簡介　281
11.1.2　化學反應及燃燒分析流程　281
11.2　酸堿中和反應分析　282
11.2.1　問題描述　282
11.2.2　分析過程　283
11.2.3　啟動WorkBench并建立分析項目　283
11.2.4　導入網格文件　283
11.2.5　稀硫酸設定　285
11.2.6　氫氧化鈉和硫酸鈉設定　286
11.2.7　混合溶液設定　286
11.2.8　pH變量設定　287
11.2.9　其他表達式導入　288
11.2.10　流體域設定　289
11.2.11　化學反應子域設定　291
11.2.12　水入口邊界設定　293
11.2.13　稀硫酸入口邊界設定　293
11.2.14　氫氧化鈉入口邊界設定　294
11.2.15　出口邊界設定　295
11.2.16　對稱邊界設定　296
11.2.17　初始條件設定　297
11.2.18　求解控制設定　298
11.2.19　求解　298
11.2.20　建立顯示平面　299
11.2.21　生成各物質質量分數(shù)云圖　300
11.2.22　生成混合溶液的pH云圖　301
11.2.23　保存和退出　302
11.2.24　案例小結　302
11.3　燃氣渦輪發(fā)動機燃燒反應分析　303
11.3.1　問題描述　303
11.3.2　分析過程　303
11.3.3　啟動WorkBench并建立分析項目　304
11.3.4　導入網格文件　304
11.3.5　反應混合物設定　306
11.3.6　流體域設定　307
11.3.7　燃料入口邊界設定　309
11.3.8　空氣主入口邊界設定　310
11.3.9　空氣側入口邊界設定　311
11.3.10　出口邊界設定　312
11.3.11　葉片表面區(qū)域設定　313
11.3.12　葉片壁面邊界條件設定　315
11.3.13　初始條件設定　316
11.3.14　求解控制設定　317
11.3.15　求解　317
11.3.16　修改模型顯示　318
11.3.17　建立顯示平面　319
11.3.18　生成NO質量分數(shù)云圖　321
11.3.19　計算出口處的NO質量分數(shù)　321
11.3.20　生成速度矢量圖　322
11.3.21　生成輻射強度云圖　324
11.3.22　保存和退出　325
11.3.23　案例小結　326
本章小結　326

第12章　多相流分析　327
12.1　多相流概述　327
12.1.1　多相流定義和分類　327
12.1.2　歐拉多相流模擬　328
12.1.3　CFX歐拉多相流設置建議　330
12.1.4　拉格朗日多相流　331
12.1.5　CFX拉格朗日多相流設置建議　331
12.1.6　多相流分析流程　332
12.2　氣升式反應器內的氣-液兩相流動分析　332
12.2.1　問題描述　332
12.2.2　分析過程　332
12.2.3　啟動WorkBench并建立分析項目　333
12.2.4　導入網格文件　333
12.2.5　流體域設定　335
12.2.6　空氣和水入口邊界設定　337
12.2.7　出口邊界設定　338
12.2.8　導流筒邊界設定　339
12.2.9　對稱邊界設定　341
12.2.10　默認壁面邊界編輯　342
12.2.11　初始條件設定　343
12.2.12　求解控制設定　344
12.2.13　求解　345
12.2.14　生成水的速度矢量圖　345
12.2.15　生成空氣的速度矢量圖　347
12.2.16　生成SymP1面上空氣的體積分數(shù)云圖　347
12.2.17　生成導流筒壁面上空氣的體積分數(shù)云圖　349
12.2.18　生成整體模型顯示　352
12.2.19　保存和退出　353
12.2.20　案例小結　353
12.3　帶有蝶閥的圓管內的固-液兩相流動分析　353
12.3.1　問題描述　354
12.3.2　分析過程　354
12.3.3　啟動WorkBench并建立分析項目　354
12.3.4　導入網格文件　355
12.3.5　沙粒(完全耦合)材料設定　356
12.3.6　沙粒(單向耦合)材料設定　358
12.3.7　流體域設定　358
12.3.8　入口速度表達式設定　361
12.3.9　入口邊界設定　363
12.3.10　出口邊界設定　365
12.3.11　對稱邊界設定　365
12.3.12　管壁面邊界設定　366
12.3.13　默認壁面邊界編輯　367
12.3.14　初始條件設定　368
12.3.15　求解控制設定　369
12.3.16　求解　370
12.3.17　生成蝶閥腐蝕率密度云圖　371
12.3.18　生成管壁腐蝕率密度云圖　371
12.3.19　生成粒子跟蹤圖　372
12.3.20　生成動畫　375
12.3.21　保存和退出　376
12.3.22　案例小結　376
本章小結　377

第13章　多孔介質分析　378
13.1　多孔介質　378
13.1.1　多孔介質定義及特點　378
13.1.2　CFX多孔介質　379
13.1.3　多孔介質分析流程　381
13.2　催化轉換器分析　381
13.2.1　問題描述　381
13.2.2　分析過程　381
13.2.3　啟動WorkBench并建立分析項目　381
13.2.4　導入催化層部分網格文件　382
13.2.5　導入進口管網格文件　383
13.2.6　設置同一區(qū)　384
13.2.7　流體域設定　386
13.2.8　多孔介質相關參數(shù)的表達式設定　387
13.2.9　多孔介質域設定　388
13.2.10　入口邊界設定　391
13.2.11　出口邊界設定　392
13.2.12　催化層默認壁面邊界設定　393
13.2.13　域交界面設定　394
13.2.14　初始條件設定　395
13.2.15　求解控制設定　395
13.2.16　離散選項設定　396
13.2.17　求解　397
13.2.18　修改模型顯示　397
13.2.19　建立顯示平面　398
13.2.20　建立用戶平面　400
13.2.21　創(chuàng)建折線　403
13.2.22　生成沿Z軸方向的壓降圖　405
13.2.23　生成壓強云圖　407
13.2.24　生成速度矢量圖　407
13.2.25　保存和退出　408
13.2.26　案例小結　409
13.3　多孔介質催化層分析　409
13.3.1　問題描述　409
13.3.2　分析過程　409
13.3.3　啟動WorkBench并建立分析項目　409
13.3.4　導入創(chuàng)建幾何體　410
13.3.5　設置分析介質的物理屬性　410
13.3.6　開啟湍流模型　410
13.3.7　邊界條件的設置　411
13.3.8　輸出控制的設定　413
13.3.9　求解　413
13.3.10　后處理　414
13.3.11　案例小結　416
本章小結　417

第14章　穩(wěn)態(tài)分析　418
14.1　穩(wěn)態(tài)概述　418
14.1.1　穩(wěn)態(tài)分析簡介　418
14.1.2　穩(wěn)態(tài)分析流程　418
14.2　管內葉片氣體流動分析　419
14.2.1　案例介紹　419
14.2.2　啟動CFX并建立分析項目　419
14.2.3　導入網格　419
14.2.4　邊界條件設定　420
14.2.5　初始條件設定　422
14.2.6　求解控制設定　422
14.2.7　計算求解　423
14.2.8　結果后處理　424
14.2.9　案例小結　427
14.3　彎管內液體流動分析　427
14.3.1　案例介紹　427
14.3.2　啟動CFX并建立分析項目　427
14.3.3　導入網格　428
14.3.4　邊界條件設定　428
14.3.5　初始條件設定　431
14.3.6　求解控制設定　431
14.3.7　計算求解　431
14.3.8　結果后處理　433
14.3.9　案例小結　435
本章小結　436

第15章　非穩(wěn)態(tài)分析　437
15.1　非穩(wěn)態(tài)概述　437
15.1.1　非穩(wěn)態(tài)分析簡介　437
15.1.2　非穩(wěn)態(tài)分析流程　437
15.2　浮力驅動分析　438
15.2.1　問題描述　438
15.2.2　分析過程　438
15.2.3　啟動WorkBench并建立分析項目　438
15.2.4　導入網格文件　439
15.2.5　流體域設定　440
15.2.6　分析類型設定　441
15.2.7　熱壁面邊界設定　442
15.2.8　冷壁面邊界設定　443
15.2.9　對稱邊界設定　444
15.2.10　初始條件設定　444
15.2.11　輸出控制設定　445
15.2.12　求解控制設定　446
15.2.13　求解　447
15.2.14　調整視圖　447
15.2.15　生成溫度云圖　448
15.2.16　創(chuàng)建點　450
15.2.17　生成溫度隨時間變化的曲線圖　451
15.2.18　保存和退出　453
15.2.19　案例小結　453
15.3　容器內部水位及水流速度計算　454
15.3.1　問題描述　454
15.3.2　分析過程　454
15.3.3　啟動WorkBench并建立分析項目　454
15.3.4　導入分析網格　455
15.3.5　前處理界面　455
15.3.6　設定分析形式　455
15.3.7　水和空氣的屬性設定　456
15.3.8　邊界條件的設置　457
15.3.9　計算結果儲存設置　459
15.3.10　求解　461
15.3.11　后處理　461
15.3.12　案例小結　463
本章小結　463

參考文獻　464