ANSYS 14.5/FLOTRAN流場分析從入門到精通

前言
第1章  FLOTRAN流體力學(xué)分析概述 1
1.1  FLOTRAN CFD分析的概念 2
1.2  FLOTRAN分析類型 2
1.2.1 層流分析 2
1.2.2 湍流分析 3
1.2.3 熱分析 3
1.2.4 可壓縮流動(dòng)分析 3
1.2.5 非牛頓流動(dòng)分析 3
1.2.6 多組分傳輸分析 3
1.2.7 自由表面分析 3
第2章  FLOTRAN分析的基本原理與基本屬性 4
2.1  FLOTRAN單元的特點(diǎn) 5
2.1.1 FLUID141單元 5
2.1.2 FLUID142單元 11
2.2  FLOTRAN單元的局限性 15
2.3  FLOTRAN分析步驟 17
2.3.1 確定問題的區(qū)域 17
2.3.2 確定流體的狀態(tài) 17
2.3.3 生成有限元網(wǎng)格 17
2.3.4 施加邊界條件 18
2.3.5 設(shè)置FLOTRAN分析參數(shù) 18
2.3.6 求解 18
2.3.7 檢查結(jié)果 18
2.4  FLOTRAN單元相關(guān)文件 18
2.4.1 結(jié)果文件 19
2.4.2 打印文件 19
2.4.3 殘差文件 19
2.4.4 重啟動(dòng)文件 20
2.4.5 FLOTRAN重啟動(dòng)分析（續(xù)算） 20
2.5  提高收斂性和穩(wěn)定性常用的工具 21
2.5.1 松弛因子 21
2.5.2 慣性松弛 21
2.5.3 修正的慣性松弛 21
2.5.4 人工粘性 22
2.5.5 速度限制 22
2.5.6 面積積分階次 22
2.6  評(píng)價(jià)FLOTRAN分析 23
2.7  驗(yàn)證結(jié)果 23
2.8  流體基本屬性 24
2.8.1 比熱容 24
2.8.2 密度和導(dǎo)熱系數(shù) 25
2.8.3 粘度 26
2.8.4 表面張力系數(shù) 27
2.8.5 壁面靜態(tài)接觸角 27
2.8.6 設(shè)置流體性質(zhì)的步驟 28
2.9  初始屬性和變化屬性 30
2.10  使用ANSYS非牛頓流體性質(zhì) 30
2.10.1 激活Power Law模型 30
2.10.2 激活Carreau模型 31
2.10.3 激活Bingham模型 31
2.11  用戶編程定義屬性 32
第3章  FLOTRAN特性 33
3.1  坐標(biāo)系 34
3.2  旋轉(zhuǎn)參考系 35
3.3  渦流 35
3.4  分布式阻力 36
3.5  FLOTRAN設(shè)置命令 37
3.5.1 FLOTRAN求解控制命令 37
3.5.2 FLOTRAN執(zhí)行及輸出控制命令——穩(wěn)態(tài)控制參數(shù)設(shè)置 37
3.5.3 FLOTRAN執(zhí)行及輸出控制命令——瞬態(tài)控制參數(shù)設(shè)置 38
3.5.4 FLOTRAN輸出及保存文件控制 40
3.5.5 FLOTRAN輸出收斂監(jiān)測量的控制 42
3.5.6 FLOTRAN流體類型及其特性的可變性控制 43
3.5.7 FLOTRAN流體性質(zhì)參數(shù)設(shè)定 44
3.5.8 FLOTRAN分析的坐標(biāo)系統(tǒng)的指定 45
3.5.9 FLOTRAN分析參考條件的設(shè)置 46
3.5.10 指定FLOTRAN分析的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系統(tǒng) 47
3.5.11 指定FLOTRAN分析的重力加速度 48
3.5.12 設(shè)置有助于FLOTRAN求解穩(wěn)定的參數(shù) 48
3.5.13 設(shè)定FLOTRAN自由度松弛因子 49
3.5.14 設(shè)定FLOTRAN流體性質(zhì)松弛因子 49
3.5.15 設(shè)置FLOTRAN分析的自由度限值 50
3.5.16 選擇FLOTRAN各自由度相應(yīng)的求解器 50
3.5.17 對FLOTRAN各求解器的控制 52
3.5.18 設(shè)置FLOTRAN湍流模型的一些常數(shù) 57
3.5.19 重新設(shè)定FLOTRAN各分析參數(shù)的值 58
3.5.20 控制FLOTRAN面積積分的階次(Quadrature Order) 59
3.5.21 FLOTRAN多組分疏運(yùn)分析的設(shè)置及控制 60
3.5.22 定義FLOTRAN的重啟動(dòng)（續(xù)算）控制 65
3.5.23 設(shè)置并執(zhí)行一個(gè)零迭代FLOTRAN分析 67
第4章  FLOTRAN CFD求解器和矩形方程 68
4.1  三對角矩陣算法 69
4.2  半直接求解 70
4.2.1 預(yù)條件廣義最小殘差（PGMR）求解器 71
4.2.2 預(yù)條件BICGStab(PBCGM)求解器 71
4.3  稀疏直接求解 72
第5章  不可壓縮流動(dòng)FLOTRAN分析及實(shí)例 73
5.1  激活湍流模型 74
5.1.1 雷諾數(shù) 74
5.1.2 層流和湍流的判斷 74
5.1.3 湍流比和入口參數(shù) 74
5.1.4 湍流模型 75
5.2  網(wǎng)格要求 77
5.3  流動(dòng)邊界條件 78
5.4  難點(diǎn)問題分析 81
5.5  問題描述 83
5.5.1 模型尺寸 83
5.5.2 理論假設(shè) 83
5.6  2-D管道流動(dòng)分析（層流模型） 84
5.6.1 前處理 84
5.6.2 求解 89
5.6.3 后處理 91
5.6.4 命令流模式 94
5.7  2-D管道流動(dòng)分析（增加來流速的層流模型） 98
5.7.1 前處理 98
5.7.2 求解過程 104
5.7.3 后處理 106
5.7.4 命令流模式 110
5.8  2-D管道流動(dòng)分析（增加出口段長度的層流模型） 110
5.8.1 前處理 110
5.8.2 求解過程 116
5.8.3 后處理 117
5.8.4 命令流模式 120
5.9  2-D管道湍流流動(dòng)分析（增加出口段長度的湍流模型） 121
5.9.1 前處理 121
5.9.2 求解過程 126
5.9.3 后處理 128
5.9.4 命令流模式 131
第6章  可壓縮流動(dòng)FLOTRAN分析及實(shí)例 132
6.1  可壓縮流動(dòng)FLOTRAN分析簡介 133
6.1.1 物理性質(zhì)計(jì)算 133
6.1.2 邊界條件 134
6.1.3 結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格 135
6.1.4 求解方案 135
6.2  噴管內(nèi)超音速可壓縮流動(dòng)分析 136
6.2.1 問題描述 136
6.2.2 前處理 136
6.2.3 求解 146
6.2.4 后處理 153
6.2.5 命令流模式 154
第7章  VOF模型分析及實(shí)例 155
7.1  VFRC載荷 156
7.1.1 初始VFRC載荷 156
7.1.2 建立VFRC載荷的邊界 156
7.2  輸入設(shè)置 157
7.2.1 外界條件 157
7.2.2 VFRC公差 158
7.2.3 VOF時(shí)間步 159
7.3  通過障礙物的水流流動(dòng)初步發(fā)展分析 159
7.3.1 問題描述 159
7.3.2 前處理 160
7.3.3 求解 173
7.3.4 后處理 176
7.3.5 命令流模式 178
7.4  大壩VOF分析 178
7.4.1 問題描述 178
7.4.2 前處理 179
7.4.3 求解 185
7.4.4 后處理 187
7.4.5 命令流模式 190
7.5  振蕩液滴的VOF模型分析 190
7.5.1 問題描述 190
7.5.2 前處理 191
7.5.3 求解 197
7.5.4 后處理 199
7.5.5 命令流模式 201
第8章  FLOTRAN熱分析及實(shí)例 202
8.1  FLOTRAN熱分析簡介 203
8.1.1 FLOTRAN熱分析的功能 203
8.1.2 FLOTRAN熱分析的基本要求 203
8.2  FLOTRAN熱分析求解 205
8.2.1 FLOTRAN熱分析的求解內(nèi)容 205
8.2.2 FLOTRAN熱分析方法 205
8.2.3 FLOTRAN熱分析的基本步驟 206
8.3 求解方法 207
8.3.1 連續(xù)流體性質(zhì) 207
8.3.2 強(qiáng)制對流 208
8.3.3 自然對流 208
8.3.4 共軛傳熱 209
8.4  層流流體受均勻壁面熱通量 210
8.4.1 問題描述 210
8.4.2 前處理 211
8.4.3 求解 219
8.4.4 后處理 222
8.4.5 命令流模式 228
8.5  空腔中空氣的熱穩(wěn)態(tài)層流分析 228
8.5.1 問題描述 228
8.5.2 前處理 228
8.5.3 求解 234
8.5.4 后處理 236
8.5.5 命令流模式 240
第9章  動(dòng)網(wǎng)格的ALE分析及實(shí)例 241
9.1  ALE方法簡介 242
9.2  對稱扭轉(zhuǎn)ALE分析 243
9.2.1 問題描述 243
9.2.2 前處理 245
9.2.3 求解 255
9.2.4 后處理 257
9.2.5 命令流模式 259
9.3  容積可變式容器的ALE/VOF分析 259
9.3.1 問題描述 259
9.3.2 前處理 260
9.3.3 求解 268
9.3.4 后處理 270
9.3.5 命令流模式 272
9.4  動(dòng)圓柱的ALE分析 272
9.4.1 問題描述 272
9.4.2 前處理 272
9.4.3 求解 283
9.4.4 后處理 287
9.4.5 命令流模式 289
9.4.6 思考與討論 289
第10章  多組分傳輸分析及實(shí)例 291
10.1  混合類型 292
10.2  多組分傳輸分析的基本步驟 293
10.3  兩相熱交換分析及實(shí)例 295
10.3.1 問題描述 295
10.3.2 前處理 295
10.3.3 求解 305
10.3.4 后處理 311
10.3.5 命令流模式 313
10.4  三種氣體混合分析及實(shí)例 313
10.4.1 問題描述 313
10.4.2 前處理 314
10.4.3 求解 325
10.4.4 二次前處理 326
10.4.5 二次求解 335
10.4.6 后處理 338
10.4.7 命令流模式 341
第11章  聲學(xué)分析及實(shí)例 342
11.1  聲學(xué)分析步驟 343
11.1.1 建立模型 343
11.1.2 劃分網(wǎng)格 344
11.1.3 設(shè)置邊界條件并計(jì)算 345
11.2  流固耦合聲學(xué)分析 348
11.2.1 問題描述 348
11.2.2 前處理 348
11.2.3 求解 359
11.2.4 后處理 361
11.2.5 命令流模式 365
11.3  房間內(nèi)的聲學(xué)分析 365
11.3.1 問題描述 365
11.3.2 前處理 365
11.3.3 求解 379
11.3.4 后處理 380
11.3.5 命令流模式 381

式