文档介绍：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
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
…...
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
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)
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
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
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
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
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
创建动画的其他方法
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)