ansys_CFX稳态仿真

ANSYS稳态和瞬态热模拟基本步骤基于ANSYS 9。

0一、稳态分析从温度场是否是时间的函数即是否随时间变化上，热分析包括稳态和瞬态热分析。

其中，稳态指的是系统的温度场不随时间变化，系统的净热流率为0，即流入系统的热量加上系统自身产生的热量等于流出系统的热量：（3-1）=0+-q q q流入生成流出在稳态分析中，任一节点的温度不随时间变化.基本步骤:（为简单起见，按照软件的菜单逐级介绍）1、选择分析类型点击Preferences菜单,出现对话框1。

对话框1我们主要针对的是热分析的模拟，所以选择Thermal.这样做的目的是为了使后面的菜单中只有热分析相关的选项.2、定义单元类型GUI：Preprocessor>Element Type〉Add/Edit/Delete 出现对话框2对话框2点击Add，出现对话框3对话框3在ANSYS中能够用来热分析的单元大约有40种，根据所建立的模型选择合适的热分析单元。

对于三维模型，多选择SLOID87:六节点四面体单元。

3、选择温度单位默认一般都是国际单位制，温度为开尔文(K）.如要改为℃，如下操作GUI：Preprocessor>Material Props>Temperature Units选择需要的温度单位。

4、定义材料属性对于稳态分析,一般只需要定义导热系数，他可以是恒定的，也可以随温度变化。

GUI: Preprocessor〉Material Props> Material Models 出现对话框4对话框4一般热分析，材料的热导率都是各向同性的，热导率设定如对话框5.对话框5若要设定材料的热导率随温度变化,主要针对半导体材料。

则需要点击对话框5中的Add Temperature选项，设置不同温度点对应的热导率，当然温度点越多，模拟结果越准确.设置完毕后,可以点击Graph按钮,软件会生成热导率随温度变化的曲线。

对话框5中，Material菜单，New Model选项，添加多种材料的热参数。

ANSYS CFX-Pre User Guide1、CFX-Pre Basics：1、Starting CFX-Pre：File >> New Case；General：通用CFX-Pre界面，用于所有类型CFD模拟；Turbomachinery：涡轮机械CFD模拟；Quick Setup：CFX-Pre简化，仅用于单计算域（single-domain）、单相（single-phase）问题模拟；不支持：多相（multiphase）、燃烧（combustion）、辐射（radiation）、高等湍流模型（advanced turbulence models）CFD模拟。

Library Template：模板库提供特定物理模拟模板；2、CFX-Pre W orkspace：Outline 结构：（1）Mesh：网格操作如：导入（import）、变换（transformation）、渲染（render）、可视化（show、hide）（2）Simulation：AnalysisAnalysis Type：稳态（steady）、瞬态（transient）分析，Domain：流体（fluid）、多孔介质（porous）、固体（solid）计算域，区域、类型、属性设置；Domain Interfaces：计算域、网格连接界面；Global Initialization：全局计算域初始化，单一计算域初始化于Domain中设置；Solver：求解单位（Solution Units）、求解控制（Solver Control）、输出控制（Output Control）；Coordinate Frame：默认笛卡尔坐标系，可创建新坐标系统；Materials、Reactions：材料、化学反应；Expressions、Functions、V ariables：表达式、自定义函数、变量、及子程序；（3）Simulation Control：分析求解控制、及求解结构序列（Configuration）设置；（4）Case Options：显示、标示设置；3、CFS-Pre 文件类型：（1）Case File（.cfx）：CFX-Pre数据文件，包括模拟物理学定义、计算区域设置、网格信息；（2）Mesh File：网格文件；（3）CFX-Solver Input Files（.def，.mdef）：CFX-Solver输入文件，单一结构输入文件（.def）；多结构输入文件（.mdef），需补充构造序列（Configuration Definition）定义文件（.cfg）；（4）CFS-Solver Results File（.res，.mres，.trn，.bak）：结果文件（.res单一结构，.mres多结构），多结构模拟.mres文件，同时可生成单一.res结果文件；中间结果文件（.trn瞬态结果文件，.bak备份文件），Output Control >> Trn Results、Backup设置；（5）CFX-Solver Error Results File（.err）：CFX-Solver求解失败错误信息文件；（6）Session File（.pre）：CFX-Pre录制CCL操作命令；（7）CCL File（CFX Command Language，.ccl）：CFX-Pre保存CCL 命令状态文件，较Session File，仅对当前CCL命令操作状态保存。

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求解器控制 – 时间步
Auto Timescale
– 基于边界/初始条件或domain的长度尺度，求解器 计算出的时间步 – 对计算域长度尺度的估算有两种方式Conservative 或 Aggressive ，或可以给一个指定的值 – 流场改变时，时间步会在几步迭代后得到更新 – 可以设置一个最大时间步为时间步上限 – 时间步会趋向于保守的时间步值 – 时间步因子(Timescale factor) (默认值为1)是个乘 数因子，用于自动调节时间步
在稳态模拟计算中，时间步提供了非线性方程的松弛因子 一个稳态的模拟是从初始值到稳态解的瞬态演变过程
– 收敛的结果与所使用的时间步无关
Initial Guess 50 iterations 100 iterations 150 iterations Final Solution
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求解器控制 – 时间步 时间步在CFX的计算中，起 了非常重要的作用
– 如果时间步太大，收敛困难，甚 至会计算失败
– 如果时间步太小，收敛速度将降
低，时间代价较大
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求解器控制 – 时间步
对对流项占主导的流动，可以将流体在流体区域的驻留时间作为 时间步
求解器控制 – 时间步
时间步有三种：Auto Timescale, Physical
Timescale 或 Local Timescale Factor
Physical Timescale
– 指定时间步. 可以指定时间步为常数，也可 以指定为表达式

Ansys 高级流体动力学分析软件：CFX 介绍作为世界上唯一采用全隐式耦合算法的大型商业软件。

算法上的先进性，丰富的物理模型和前后处理的完善性使ANSYS CFX 在结果精确性，计算稳定性，计算速度和灵活性上都有优异的表现。

除了一般工业流动以外，ANSYS CFX 还可以模拟诸如燃烧，多相流，化学反应等复杂流场。

ANSYS CFX 还可以和ANSYS Structure 及ANSYS Emag 等软件配合，实现流体分析和结构分析，电磁分析等的耦合。

ANSYS CFX 也被集成在ANSYS Workbench 环境下，方便用户在单一操作界面上实现对整个工程问题的模拟。

特色功能∙先进的全隐式耦合多网格线性求解器 ∙收敛速度快（同等条件下比其他流体软件快1-2个数量级） ∙可以读入多种形式的网格，并能在计算中自动加密/稀疏网格 ∙优秀的并行计算性能 ∙强大的前后处理功能 ∙丰富的物理模型，可以真实模拟各种工业流动 ∙简单友好的用户界面，方便使用 ∙CCL 语言使高级用户能方便加入自己的子模块 ∙支持批处理操作 ∙支持多物理场耦合 ∙ 支持Workbench 集成 广州有道科技培训中心 ht t p ://w w w .020f e a .c o m客户价值∙能拥有从几何到网格到流体计算及后处理的整体解决方案 ∙前后接口丰富稳定，用户不用放弃原来熟悉的工具 ∙支持多物理场耦合，满足实际工程流体模拟需要 ∙能方便地加入自己编写的模型 ∙ Combustion and Chemical Reaction, 燃烧和化学反应模块。

在ANSYS CFX 的燃烧和化学反应模块中包含了多种工业常用的流体及固体材料，用户可以方便定义。

可以模拟单步和多步反应。

可以用EDM 或FRC 模型来模拟燃烧，ANSYS CFX 里对部分反应也自带小火焰库，可以用Mixture Fraction 进行模拟。

∙ Radiation，辐射模块此模块用来设定流/固体表面的辐射特性。

CFX进行流场仿真的基本步骤1.几何建模：首先根据研究对象和流场仿真的目的，利用CAD软件创建物体的几何模型。

这个模型可以是实际物体的三维模型，也可以是理想情况下的简化模型。

2.网格生成：将几何模型转化为计算机可以理解和处理的网格模型。

在CFX中，可以使用网格生成工具来生成结构化或非结构化网格。

结构化网格由规则的网格单元组成，而非结构化网格则允许更高的灵活性和精度。

3.物理参数设定：针对流体和边界条件，设定相应的物理参数。

例如，需要设定流体的密度、粘度和温度等物性参数；以及管道进口、出口的压力、速度等边界条件。

4.求解模型：设定需要求解的流场模型，包括流体的动力学方程和能量方程。

CFX支持多种流场模型，例如雷诺平均流动（RANS）模型、湍流模型等。

此外，CFX还可以模拟瞬态流动、多相流动等特殊情况。

5.数值计算：利用CFX的数值计算算法和数值方法，对设定的流场模型进行数值计算。

CFX使用有限体积法进行离散化和求解。

这个步骤将对整个网格进行计算，并将结果输出为流场变量（如速度、温度、压力等）的分布。

6.后处理：对数值计算结果进行处理和分析。

CFX提供了多种后处理工具，可以对流场分布进行可视化、动画演示、剖面分析等。

用户可以根据需要进行对结果数据的处理和解读。

7.结果验证和优化：对数值计算结果进行验证和优化。

可以与实验数据进行比较，验证数值计算的准确性。

如果结果不准确，可以进一步调整模型参数、网格分辨率等，重新计算，直到得到符合要求的结果。

8.结果解读和报告：对数值计算结果进行解读，并生成相应的报告。

根据结果，对流场的特性进行分析和解释，提供流动性能和效率的评估，为实际应用提供参考和指导。

需要注意的是，CFX进行流场仿真的基本步骤是一个循环迭代的过程。

在步骤6和7中，可能需要多次调整和优化，直到得到满足要求的结果。

并且，不同的流动问题可能需要根据具体情况进行适当的修改和调整。

第１期
曾亚森等：基于细８ ＣＦＸ喷雾流化干燥数值模拟与流动特性
３５
图１０气相静态压力分布场云图
４结论
图１１ 气相静态压力分布矢量图
目１２颗粒运动轨迹图
（１）利用喷雾流化干燥的ＣＦＤ模型模拟干燥传热过程，得到了干燥塔内气粒两相流速度场、温度场， 压力场分布数据与规律，解决了由于难于动态测量上述参数而不能清楚了解该干燥过程的难题。
Ｔ＇ｍｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｎｄｔｙ，
１９９９，５（２）：１８６—１８９． ［３Ｊ Ｈａｎｓ—Ｊｊ曙Ｂａ ｔ，Ｊｏｒｇ Ｂｒｏｆｉｏ，Ｒａｌｆ Ｈｅｒｔｚｔｈｄｅｒ．Ｈｅｅｔ ｔｒｓｌ僦ｅｒ ａｎｄ ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ ｉｎ
ｅｎｄ∞
０ｆ Ｔｈｅｎｍｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０００，９（２）：１２９—１３４．
Ｖｄ．１９ Ｎｏ．１ Ｆ曲．２００９
基于Ａｎｓｙｓ ＣＦＸ喷雾流化干燥数值模拟与流动特性。
曾亚森，罗宇玲
（茂名学院机电工程学院，广东茂名５２５０∞）
摘要：采用Ａｎ８ｙ８ ＣＦＸ １０进行干燥塔喷雾流化干燥模拟实验，从模拟实验结果分析干燥塔内流动特性与规律。先建立干燥
塔ＣＦＤ模型，论述干燥模拟的求解过程，主要确定边界条件与喷雾流化干燥系统分析条件，并从干燥过程模拟结果得到干
万方数据
第１期
曾亚森等：基于蛔８ Ｃ重Ｘ喷雾流化干燥数值模拟与流动特性
３３
ＣＦＤ，加载模拟模型，生成网格；（３）打开娜ＣⅨ一ｐｉｅ，导入网格文件；（４）设 射等，可通过以下步骤完成稳态或瞬态模拟分析：（１）利用三维设计软件（如Ｐｒｏ／ＥＮＧＩＮＥＥＲ、ＣＡＴＩＡ、ＵＣ等）
建立模拟模型；（２）用ＩＣＥＭ 置边界条件，如速度、压力、温度、流量等流体进口和出口参数；（５）输入材料特性，选择模拟参数，如稳态或 瞬态，可压缩流体或不可压缩流体；（６）设置完成后，打开Ａｎｓ），８ ＣＦＸ—ｓｌｏｖｅｒ开始求解运算，并动态地、交互 式地显示模拟过程中的流场；（７）设计评估功能与设计交流模块，改进优化设计方案。 ２．２建立喷雾流化干燥塔ＣＦＤ模拟模型

基于ANSYSCFX空调教室温度场仿真模拟和节能改造本文从网络收集而来，上传到平台为了帮到更多的人，如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载本文档（有偿下载），另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意！随着能源的日益紧张，以及雾霾天气和温室效应带来的社会和环境问题的日渐突出，党和国家对节能工作的重视程度不断提高，已经将其列入“十二五”工作重点，提出了“建设节约型社会”的号召。

教育部也积极响应，提出了“建设节约型高校”的口号，高校节能工作也在全国各地蓬勃开展起来。

高校作为培养高素质人才的摇篮，提倡节约的意义也就显得更加重大而深远。

教室作为高校教学的重要场所，教室能耗约占学校总能耗的40%。

南方教室能耗主要由照明和制冷两部分组成，节俭能耗可以考虑科学的管理、节能材料的运用、建筑的优化设计等等。

其中，做好建筑节能设计，对节俭教室制冷能耗具有重要的意义。

2 教室温度场仿真建模ANSYS CFX是全球第一个通过ISO9001质量认证的大型商业CFD软件，CFX已经遍及航空航天、能源、石油化工、机械制造、汽车、生物技术、水处理、防火安全、冶金、环保等领域。

本文使用ANSYS CFX仿真软件数值模拟空调教室温度场变化情况，并有针对性地对空调教室做节能改造。

物理模型建模假设条件：空调教室的气密性良好，门窗等无空气泄漏；空调教室内气流为低速不可压缩流动，可忽略由流体粘性力做功引起的好散热；空调教室内空气密度符合Boussinesq假设；空调教室内气体流动为稳态湍流；空调教室外墙为绝热边界。

实际模型为北纬260的福建地区的高校空调教室：图2-1 空调教室物理模型模型网格划分与边界条件设定运用ANSYSl2．0中模块ICEM网格生成软件来完成网格的划分，TetraMeshing四面体网格适合对结构复杂的几何模型进行快速高效的网格划分，网格划分时，勾选smooth mesh即对网格进行即光顺操作。

是在气流入口、气流出口和窗玻璃面进行加密网格划分。

– 收敛的结果与所使用的时间步无关
Initial Guess 50 iterations 100 iterations 150 iterations Final Solution
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– 如果时间步太小，收敛速度将降低， 如果时间步太小，收敛速度将降低， 时间代价较大
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4-15
April 28, 2009 Inventory #002598
Solver Settings
Solver Settings
初始化
• • • •
Training Manual
迭代求解的过程需要在计算前对所有的求解变量指定一个初始值
合理的初值可以减少求解时间
在个别情况下， 在个别情况下，不合理的初值可能在计算开始的几步就导致求解失败
设置初值的3个方法 设置初值的 个方法: 个方法
1. 求解器自动计算初值 2. 手动输入初值 3. 以计算结果作为初值
Training Manual
Unsteady
Advection
Diffusion
Generation
• 三种可供选择的格式：High Resolution, 三种可供选择的格式： Upwind 和 Specified Blend
– 后续将有讨论
• 默认的High Resolution格式，一般不作修改 默认的 格式， 格式
φip = φ up + β ∇φ ⋅ ∆r
– 这里 ∇φ 是变量梯度，∆r 是上游节点到插值节点的矢量 是变量梯度， – 换言之 ip 点的值等于 上游的值 一基于梯度的修正 换言之, 点的值等于up上游的值 上游的值+一基于梯度的修正 – 0<β<1… 0<β<1 β<1

Inventory #002445 13-3
Version 1.3
如何设定瞬态模拟?
• 瞬态问题通常通过求解很多 离散时间点上的稳态结果来 实现
Timesteps = 2 s Initial Time = 0 s Total Time = 20 s or Maximum Number of Timesteps = 10 Coefficient Loops = 5 Transient Results Time Interval = 5 s
Inventory #002445 13-5
Version 1.3
如何设定瞬态问题 1. Simulation Type
3/23/2007 © 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.
CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary
Inventory #002445 13-6
====================================================================== TIME STEP = 52 SIMULATION TIME = 5.00E-03 CPU SECONDS = 1.57E+03 (THIS RUN: 2 5.00E-03 1.57E+03) ---------------------------------------------------------------------COEFFICIENT LOOP ITERATION = 1 ---------------------------------------------------------------------| Equation | Rate | RMS Res | Max Res | Linear Solution | +----------------------+------+---------+---------+------------------+ | U-Mom-manifold | 1.08 | 1.4E-04 | 1.7E-03 | 9.5E-02 OK| | V-Mom-manifold | 4.25 | 9.6E-04 | 1.8E-02 | 1.2E-02 OK| | W-Mom-manifold | 0.88 | 1.0E-04 | 2.2E-03 | 6.6E-02 OK| | P-Mass-manifold | 4.88 | 2.3E-04 | 9.7E-03 | 9.7 2.1E-02 OK| ---------------------------------------------------------------------COEFFICIENT LOOP ITERATION = 2 CPU SECONDS = 1.86E+03 ---------------------------------------------------------------------| Equation | Rate | RMS Res | Max Res | Linear Solution | +----------------------+------+---------+---------+------------------+ | U-Mom-manifold | 1.35 | 1.9E-04 | 3.0E-03 | 4.7E-02 OK| | V-Mom-manifold | 0.29 | 2.8E-04 | 4.3E-03 | 3.1E-02 OK| | W-Mom-manifold | 1.79 | 1.8E-04 | 5.0E-03 | 4.3E-02 OK| | P-Mass-manifold | 0.13 | 3.0E-05 | 8.6E-04 | 9.7 6.5E-02 OK| +----------------------+------+---------+---------+------------------+ ----------------------------------------------------------------------

CFX进行流场仿真的基本步骤CFX 进行流场仿真的基本步骤：一、前处理建立过程1、创建新题目File->New simulation->General2、导入网格（Import Mesh）File->Import mesh->wholecell2.cdb(选择ansys文件类型)3、定义模拟类型（Simulation Type）Simulation Type：steady state 点击OK4、创建计算域（Domain）●计算区域定义内部方程和希望求解的网格区域可以是流体或固体由一个或多个3D子域构成Material Selection 选择材料>可以定义多组份流>列出追踪粒子(如果可以)Defines Domain Models 定义区域模型>Reference Pressure 参考压力>Buoyant / Non Buoyant 浮力/ 无浮力（重力）>Domain motion: Stationary / Rotating 区域运动: 静止/ 旋转Defines Fluid/Solid Models 定义求解的流体/固体模型(内部方程和变量) >Heat Transfer 传热(流/固)>Turbulence Model 湍流模型(流)>Turbulent Wall Functions 湍流壁面函数(流)>Reaction or Combustion Model 燃烧或化学反应模型(流/固) >Thermal Radiation Model 热辐射模型(流/固)General options :Fuild models :Initialisation:5、指定边界条件（Boundary Condition）●5种常用的边界类型INLET: 只能流入区域OUTLET: 只能流出区域OPENING: 可以流入或流出区域WALL: 没有流动, 法向流速为0SYMMETRY: 镜像●Interfaces 交界面(GGI, Frame Change, Periodicity) 属于边界条件, 但在给定的区域外定义(下一节)6、给出初始条件（Initial Conditions）7、定义求解控制（Solver Control）●通过使用求解参数控制CFX-5 求解器求解过程, 需要设定的求解控制项Convergence Control （收敛控制）>maximum number of iterations （最大迭代步数）>timescale selection （步长）Advection Scheme （方程精度阶数相关）Convergence criteria （收敛标准）>MAX or RMS residual （残差）>conservation target （收敛目标）8、定义输出数据（Output File & Monitor Points）9、写入定义文件（.def File）并求解●Write Solver File 面板允许你指定输出的File name（文件名）选择将要执行的操作>Start the Solver Manager -启动Solver Manager>Start the Solver in batch -批处理求解>Write the .def file only -只输出.def 文件>Open the .def file in CFX-Post -在CFX-Post中打开.def 文件。

ANSYS稳态和瞬态分析步骤简述稳态和瞬态分析是工程领域中常用的计算分析方法，用于对系统的运行状态和响应进行评估和优化。

本文将简述ANSYS软件中稳态和瞬态分析的步骤。

稳态分析通常用于评估系统在稳定运行情况下的性能。

稳态分析步骤主要包括几何创建、材料定义、加载和边界条件设定、求解和结果分析。

1.几何创建：稳态分析的第一步是通过ANSYS中的CAD工具创建系统的几何模型。

可以使用ANSYS自带的几何建模工具或导入外部CAD文件。

根据具体问题的要求，可以创建二维或三维模型。

2.材料定义：在稳态分析中，需要确定系统中各个组件的材料特性。

可以从ANSYS软件的材料库中选择标准材料，也可以自定义材料特性。

对于复杂材料特性的模拟，可以使用ANSYS中的材料建模工具进行进一步定义。

3.加载和边界条件设定：在进行稳态分析前，需要确定系统的加载和边界条件。

加载可以是体力加载（如重力、力、压力等）或表面力加载（如热通量、表面摩擦等）。

边界条件设定包括约束和支撑条件，如固定支座、滑动支座等。

4.求解：稳态分析中，需要对系统的方程进行求解，得到系统在稳态运行状态下的响应。

ANSYS中使用有限元法进行求解，将系统离散为有限个单元，并对每个单元进行数学建模，建立线性方程组。

然后采用迭代算法求解方程组，得到系统的稳态响应。

5.结果分析：稳态分析完成后，可以对求解结果进行分析和评估。

ANSYS提供了丰富的结果展示和分析工具，可以对应力、位移、应变等进行可视化展示，也可以进行数据提取和报表输出。

瞬态分析通常用于评估系统在动态或瞬时加载下的响应。

瞬态分析步骤与稳态分析类似，但在加载和求解方面略有不同。

1.几何创建：瞬态分析的几何创建步骤与稳态分析相同。

2.材料定义：瞬态分析时，需要对系统的材料特性进行定义，与稳态分析相同。

3.加载和边界条件设定：在瞬态分析中，加载可以是冲击、脉冲或周期性加载等。

边界条件设定与稳态分析类似。

4.求解：瞬态分析中，需要对系统的动态方程进行求解。

使用ANSYSCFX进行流体力学模拟入门一、流体力学介绍流体力学是研究流体的运动规律以及液体和气体在外力作用下的行为的科学。

在工程领域中，流体力学模拟是一种有效的分析方法，可以预测和理解流体的行为，以帮助设计和优化流体系统。

在本文中，我们将介绍使用ANSYS CFX进行流体力学模拟的入门知识。

二、ANSYS CFX简介ANSYS CFX是一种流体力学模拟软件，它可以对各种流动和传热问题进行模拟和分析。

它利用计算流体动力学（CFD）技术，通过数值方法对流体力学问题进行求解。

CFX具有强大的求解器和后处理功能，可以模拟复杂的流体现象，并提供详细的结果分析。

三、CFD模拟基本步骤1. 几何建模：在进行流体力学模拟之前，需要创建一个几何模型，用于描述流体系统的形状和边界条件。

可以使用ANSYS DesignModeler等工具进行几何建模。

2. 网格生成：为了进行数值求解，需要将几何模型离散化为网格。

网格的质量和细度对模拟结果有很大影响，因此需要根据具体问题进行合理的网格划分。

ANSYS CFX提供了自动网格生成工具，也支持导入其他网格生成软件生成的网格。

3. 物理模型：根据具体问题，选择合适的物理模型和边界条件。

ANSYS CFX提供了各种模型和边界条件选项，如湍流模型、传热模型、流体材料属性等。

根据具体需求进行设置。

4. 数值求解：在设定好物理模型和边界条件后，可以进行数值求解。

ANSYS CFX提供了强大的求解器，可以根据设定自动求解流体力学问题。

求解过程需要进行收敛准则的设置，以确保数值计算稳定。

5. 后处理：模拟完成后，可以对结果进行后处理和分析。

ANSYS CFX提供了丰富的后处理工具，可以进行流场可视化、数据提取和结果分析等操作。

可以根据需求生成报告和图表，以帮助理解和解释模拟结果。

四、案例分析：CFD模拟流过汽车的空气流动以汽车流动为例，介绍使用ANSYS CFX进行CFD模拟的基本步骤和注意事项。

基于ANSYSICEMCFD和CFX数值仿真技术发表时间：2009-5-17 作者: 许蕾*罗会信来源: 万方数据关键字: CAE ANSYS CFD CFX 数值仿真为了准确方便地计算和分析流体的传热和流动情况，以分析某浸入式水口浇钢温度场和流场为例介绍了一种基于ANSYS ICEM CFD和CFX数值仿真技术在连续铸钢过程中的应用。

该方法是利用ANSYS ICEM CFD进行流体数值仿真的前处理操作，然后将生成的网格导入到CFx中施加边界条件进行求解计算，这可以大大提高数值仿真效率。

此种方法对CAE 1r程分析人员具有很大的借鉴意义。

CFD(Computational Fluid Dynamics)是计算流体力学的简称，其核心就是基于现代计算流体力学的有限单元分析技术。

众所周知在计算流体力学中，其计算网格的质量好坏、边界条件的施加以及求解器的求解方法等都将直接影响流体数值仿真的精确程度。

目前市面上广泛使用的流体分析软件非常多，有的十分繁琐。

本文提供了一种使用流体软件ANSYS CFX与其前处理软件——ANSYS ICEM CFD 相结合数值仿真方法，可以大大提高工程分析的效率。

1 ANSYS ICEM CFD和CFX简介CFX是目前处于世界领先地位的CFD软件之一，广泛用于模拟各种流体流动、传热、燃烧和化学反应等问题。

CFX的前处理模块是ICEMCFD，它提供广泛的CAD 和CAE软件接口，可以快速生成多种形式的网格。

它在生成网格时，可实现边界层网格自动加密、流场变化剧烈区域网格局部加密、分离流模拟等，这大大提高了数值仿真的精度。

下面以计算浸入式水口浇钢温度场和流场为例来说明在ANSYS ICEM CFD和CFX中的数值仿真技术。

2 运用ICEM OFD建立CAE模型2.1 几何模型的导入及清理ICEM CFD提供了广泛的CAD软件接口，当几何实体模型建好以后可以通过ICEM CFD中的File／Import Geometry直接导入CATIA V4、STEP、IGES、UG、PROE等格式的CAD几何模型文件。

2-29 CFX 10.0
© 2005 ANSYS, Inc.
固体时间长度

固体时间长度应该远远大于流体时间长度 (通常选择流体 时间范围的10到100倍）
- 在固体域中，能量方程通常非常稳定 - 固体时间长度比流体要大得多


流体时间长度一般用 L/V 来估计 固体时间长度由下列式子自动计算 L2/α where: α=λ/ρcp
2-10 CFX 10.0
© 2005 ANSYS, Inc.
流体子域

流体子域允许添加下列源项 (取决于在创建域的时候设 定的物理模型):
- 能量 - 质量 (连续性) - 动量 - 通过设定合适的系数，可以模拟线性或二次函数式的阻力 - 辐射 - 只适用于单相，可以选择 Discrete Transfer 或 Monte Carlo 模型 - 附加变量 - 流体组分 - 湍流
- 对流体边界没有什么需要特殊考虑的地方 - 对固体的外部面必须施加固体边界条件（即那些不和流体域相连的 面）

求解器控制:
- 固体时间长度控制必须用以下两种方式当中的一种定义:
- Auto Timescale with optional Solid Timescale Factor - Physical Timescale with required Solid Timescale
速度矢量 静压 温度 湍流变量 其他
2-8 CFX 10.0
© 2005 ANSYS, Inc.
子域
CFX-Pre
2-9
© 2005 ANSYS CHINA, Inc.
CFX 10.0
子域

在指定3D区域施加源项 创建子域前必须有一个域已经存在 一个域中可以包含多个子域 流体子域必须处于流体域中 固体子域必须处于固体域中 源（和汇）可以是常数或CEL表达式 设定子域一开始需要给子域命名，并选择它所在的域

CFX 是全球第一个通过ISO9001质量认证的大型商业CFD 软件，是英国AEATechnology 公司为解决其在科技咨询服务中遇到的工业实际问题而开发，诞生在工业应用背景中的CFX 一直将精确的计算结果、丰富的物理模型、强大的用户扩展性作为其发展的基本要求，并以其在这些方面的卓越成就，引领着CFD 技术的不断发展。

目前，CFX 已经遍及航空航天、旋转机械、能源、石油化工、机械制造、汽车、生物技术、水处理、火灾安全、冶金、环保等领域，为其在全球6000多个用户解决了大量的实际问题。

回顾C F X 发展的重要里程，总是伴随着她对革命性的C F D 新技术的研发和应用。

1995年，CFX 收购了旋转机械领域著名的加拿大ASC 公司，推出了专业的旋转机械设计与分析模块—CFX-Tascflow ，CFX-Tascflow 一直占据着80%以上的旋转机械CFD 市场份额。

同年，CFX 成功突破了CFD 领域的在算法上的又一大技术障碍，推出了全隐式多网格耦合算法，该算法以其稳健的收敛性能和优异的运算速度，成为CFD 技术发展的重要里程碑。

CFX 一直和许多工业和大型研究项目保持着广泛的合作，这种合作确保了CFX 能够紧密结合工业应用的需要，同时也使得CFX 可以及时加入最先进的物理模型和数值算法。

作为CFX 的前处理器，ICEM CFD 优异的网格技术进一步确保CFX 的模拟结果精确而可靠。

2003年，CFX 加入了全球最大的CAE 仿真软件ANSYS 的大家庭中并正式更名为ANSYS CFX 。

我们的用户将会得到包括从固体力学、流体力学、传热学、电学、磁学等在内的多物理场及多场耦合整体解决方案。

ANSYS CFX 将永远和我们的用户伙伴一起，用最先进的技术手段，不断揭开我们身边真实物理世界的神秘面纱。

产品关键词发展历史● 精确的数值方法● 快速稳健的求解技术● 丰富的物理模型● 领先的流固耦合技术● 集成环境与优化技术● 专业的旋转机械流动分析模块● 先进的网格技术ANSYS CFX产品特色ANSYS CFX是全球第一个在复杂几何、网格、求解这三个CFD传统瓶径问题上均获得重大突破的商业CFD软件。

BERL燃烧器分析
CFX

速度矢量，以温度着色 低温、密度大、涡旋的空 气沿外壁喷出
由于气流的角动量 有利于稳定火焰

明显的回流区

ANSYS CHINA 2004
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BERL燃烧器分析
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下游27mm处径向速 度分布（计算与实测 值） 模拟值与实测值吻合 很好
燃烧模拟-不同工况
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关闭部分烧嘴对炉膛内速度场温度场的影响
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燃烧模拟-煤颗粒运动轨迹
CFX
ANSYS CHINA 2004
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Nox排放预测（不同工况） CFX
Coen公司焙烧炉改造
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CFX分析故障原因 燃油的燃烧模拟
跟踪燃油液滴的运动 燃油液滴的挥发 挥发物的燃烧反应

湍流效应 辐射传热 浮力
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Coen公司焙烧炉改造
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不合理的喷管位 置
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BERL燃烧器分析
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三维模拟结果
温度云图

火焰形状与观测结果吻 合很好，证明了以上分 析
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CFX 10.0
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初始值
• 通常我们把一个相应的稳态分析的结果作为初始值，会有利于瞬态计算 的收敛 – 如果一个瞬态计算是从一个初始猜测开始的，那么系统可能需要更 长的时间才能收敛 – 刚开始若干步的瞬态结果可能不真实 – 刚开始若干步可能需要更小的时间步长来避免计算不稳定 如果需要从一个初始猜测开始计算，那么我们将不能使用automatic选项 – 用户需要对初始猜测提供明确的值 – 通常我们采用‘Automatic with Value’选项
CFX 10.0
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输出瞬态结果文件
• 当后处理需要时（比如：动 画），我们需要输出瞬态的 结果文件 • 选项
– 最小输出
• 只输出有限的几个变量值，不输 出任何网格信息
– 最大输出
• 网格信息，流场信息，网格粘结 控制面信息，边界面上的变量信 息，相间质量流量，混合场和后 处理场
– 只输出边界层信息
• 只适用于混合场
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输出瞬态的统计结果
• 当我们需要从一个非稳态的分析 中得到“平均”结果时 • 选项:
– – – – – – 最小值 最大值 代数平均 均方根 标准方差 以上所有
• 输出变量列表 • 开始/终止时的循环列表（可选） • 也可以提供重新开始计算以后的 信息
– – – – – – 水箱注水 污染物扩散 波动的边界条件 涡的产生和发展 振动流 二次循环区
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如何求解瞬态问题？
• 瞬态问题通常通过求解很多离散时间点上的稳态结果 来实现 • 每个稳态结果是通过该时间点内一定数量的内部循环 来达到的。该循环叫做: “coefficient loops”. 它们代 表了每一个时间步长内的循环步数。. • 当前时间点上的稳态结果的计算是以上一个时间点上 稳态结果为初值。两个时间点之间的间隔成为我们瞬 态时间步长: “Transient Time Step” • 该过程会一直被重复，直到模拟时间达到总体时间 “Total Time”。 • 因此我们不应感到奇怪。瞬态模拟所需要的CPU时间 要远远大于稳态模拟。