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创建几何数据共享方法与实例演练

2023-10-20 理论教育 版权反馈
【摘要】：图14-49 FEM工具图14-50 快捷菜单1Step2：此时将弹出图14-51所示的“打开”对话框，文件类型保持默认格式即可，然后选择Geom几何文件，单击“打开”按钮。图14-51 “打开”对话框Step3：此时双击项目B中的B2：Geometry项，弹出图14-52所示的DM几何建模平台，在几何建模平台中可以看出三维几何模型已经被成功导入。图14-66 快捷菜单7图14-67 命名3Step18：此时在Outline窗口中单击Named Selections选项，在绘图窗口中将显示图14-68所示的所有命名的几何表面及属性。

Step1：回到Workbench窗口中，添加图14-49所示的Fluid Flow（Fluent）流程，并单击项目A中的A4：Solution项，将其直接拖曳到项目B中的B4：Setup项，此时将在A4栏和B4栏之间创建一条连接线，表示A4栏中的结果数据传递到B4栏中作为激励。

右键选择A2：Geometry项，在弹出的图14-50所示的快捷菜单中依次选择Import Geometry→Browse选项。

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图14-49 FEM工具

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图14-50 快捷菜单1

Step2：此时将弹出图14-51所示的“打开”对话框，文件类型保持默认格式即可，然后选择Geom几何文件，单击“打开”按钮。

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图14-51 “打开”对话框

Step3：此时双击项目B中的B2：Geometry项，弹出图14-52所示的DM几何建模平台，在几何建模平台中可以看出三维几何模型已经被成功导入。

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图14-52 DM平台

注：在做流体分析时，前处理中的几何与几何之间的面接触不能有连接属性，为了避免这种事情的发生，在建立几何时（无论是从外部几何文件中导入，还是在DM或者ANSYS SpaceClaim中建立），必须选中所有几何（特别是流体与固体相接处的几何），然后通过右键弹出的快捷菜单选择Form a new part命令，形成一个组件，这样在后续分析中就不会报错了。

Step4：关闭DM几何建模窗口，返回到Workbench平台中，双击项目B中的B3：Mesh项，此时将弹出图14-53所示的ANSYS ICEM CFD网格划分与属性设置窗口。

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图14-53 网格划分

Step5：固体属性设置。在Outline窗口中依次选择Geometry→GIS中的COPPER和AL两个几何模型，下面弹出图14-54所示的Details of“Multiple Selection”详细设置面板，在Material→Fluid/Solid栏中选择Solid选项，将两个几何设置为固体结构。

Step6：流体属性设置。在Outline窗口中依次选择Geometry→GIS中的INNER和MIDDLE两个几何模型，下面弹出图14-55所示的Details of“Multiple Selection”详细设置面板，在Material→Fluid/Solid栏中选择Fluid选项，将两个几何设置为流体结构。

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图14-54 属性设置1

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图14-55 属性设置2

Step7：网格设置。在Outline窗口中右键选择Mesh，在弹出的图14-56所示的快捷菜单中依次选择Insert→Sizing选项，此时将在Mesh选项下面创建Sizing网格尺寸设置选项。

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图14-56 快捷菜单2

Step8：在Outline窗口中选择Mesh下的Body Sizing选项，在下面出现的如图14-57所示的Details of“Body Sizing”-Sizing详细设置面板中作如下设置：在Geometry栏中确保几何名称为COPPER和AL的两个几何被选中，此时在Geometry栏中将出现2Bodies字样；在Type→Element Size栏中输入网格大小为5.e-003m，其余保持默认即可。

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图14-57 网格大小

Step9：网格设置。在Outline窗口中右键选择Mesh，在弹出的图14-58所示的快捷菜单中依次选择Insert→Method选项，此时将在Mesh选项下面创建Method网格尺寸设置选项。

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图14-58 快捷菜单3

Step10：在Outline窗口中选择Mesh下的Automatic Method选项，下面出现图14-59所示的Details of“Automatic Method”详细设置面板中作如下设置：在Geometry栏中确保四个几何均被选中，此时在Geometry栏中将出现4Bodies字样；在Definition→Method栏选择Tetrahedrons选项，对所有几何进行四面体网格划分，其余保持默认即可，此时Mesh的Automatic Method选项将显示为Patch Conforming Method。

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图14-59 网格设置

Step11：在Outline窗口中右键选择Mesh，在弹出的图14-60所示的快捷菜单中选择Generate Mesh命令，此时将开始进行网格划分，最终划分完的网格如图14-61所示。

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图14-60 快捷菜单4

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图14-61 网格划分

Step12：在绘图窗口中选择所有几何实体的一个侧面，在弹出的快捷菜单中选择Create Named Selection选项，如图14-62所示。

Step13：在弹出的Selection Name对话框中输入Selection，如图14-63所示。

Step14：在绘图窗口中选择所有几何实体的另一个侧面，在弹出的快捷菜单中选择Create Named Selection选项，如图14-64所示。

Step15：在弹出的Selection Name对话框中输入Selection1，如图14-65所示。

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图14-62 快捷菜单5

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图14-63 命名1

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图14-64 快捷菜单6

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图14-65 命名2

Step16：在绘图窗口中选择所有几何实体的外表面，在弹出的快捷菜单中选择Create Named Selection选项，如图14-66所示。

Step17：在弹出的Selection Name对话框中输入wall，如图14-67所示。

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图14-66 快捷菜单7

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图14-67 命名3

Step18：此时在Outline窗口中单击Named Selections选项，在绘图窗口中将显示图14-68所示的所有命名的几何表面及属性。

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图14-68 显示

Step19：关闭Mesh网格划分平台，在平台中右键选择项目A中的A4：Solution项，从弹出的快捷菜单中选择Update选项，执行数据更新操作，如图14-69所示，更新完成后如图14-69右侧流程图所示。

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图14-69 数据更新1

Step20：在平台中右键选择项目B中的B3：Mesh项，从弹出的快捷菜单中选择Update选项，执行几何网格数据更新操作，如图14-70所示。

Step21：在平台中右键选择项目B中的B4：Setup项，此时弹出图14-71所示的Fluent启动界面，在启动界面中进行如下设置：Option中勾选Double Precision复选框，采用双精度计算；在Processing Option中选择Parallel（Local Machine）单选按钮，采用并行计算格式；在Solver Processes中输入2，表示采用两核进行计算，并单击OK按钮。

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图14-70 数据更新2

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图14-71 Fluent启动界面

Step22：此时弹出图14-72所示的Fluent操作与设置界面，界面的最左侧为Setup模型树区域，中间的区域为相关命令详细设置区域，右侧上面为图形界面，右侧下面为TUI界面。

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图14-72 Fluent界面

Step23：单击图14-73所示的General选项，此时在中间区域显示General详细设置面板，在面板中勾选Gravity复选框，然后在Y方向输入-9.806。

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图14-73 General设置

Step24：双击图14-74所示的Models→Energy选项，此时弹出Energy详细设置面板，在其中勾选Energy Equation复选框，并单击OK按钮。

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图14-74 Energy窗口

Step25：双击图14-75所示的Models→Viscous选项，此时在弹出的Viscous Model详细设置面板中作如下设置：在Model栏中选择k-epsilon（2eqn）单选按钮；在k-epsilon Model栏中选择Standard单选按钮；在Near-Wall Treatment栏中选择Standard Wall Functions单选按钮；在Options栏中勾选Full Buoyancy Effects复选框选项，并单击OK按钮。

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图14-75 模型设置1(www.chuimin.cn)

Step26：双击图14-76所示的Models→Radiation（Surface to Surface）选项，此时在弹出的Radiation Model详细设置面板中作如下设置：在Model栏中选择Surface to Surface（S2S）单选按钮；在View Factors and Clustering栏中单击Compute/Write/Read按钮；在弹出的Select File对话框中保持几何文件名默认即可，单击OK按钮。

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图14-76 模型设置2

此时在Fluent界面的右下角TUI窗口中显示部分计算过程，如图14-77所示，当出现Completed 100%reading of view factor字样时，表明辐射计算完成。

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图14-77 TUI显示

Step27：双击图14-78所示的Materials选项，在中间Materials详细设置面板中作如下设置：Materials栏中双击Fluid选项。

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图14-78 air属性设置

在弹出的Create/Edit Materials窗口中作如下设置：在Name栏中输入air名称；在Material Type栏中选择fluid选项；在Properties栏的Density中选择Boussinesq选项，并输入密度为1.225；在Cp栏中输入1006.43；在Thermal Conductivity栏中输入0.0242；在Viscosity栏中输入1.7894e-05；在Thermal Expansion Coefficient栏中输入0.00366，单击Change/Create按钮。

Step28：双击图14-79所示的Materials选项，此时在中间的Materials详细设置面板中作如下设置：Materials栏中双击solid选项，在弹出的Create/Edit Materials对话框中单击右侧的Fluent Database按钮；在弹出的Fluent Database Material对话框的Fluent Solid Materials栏中选择Copper（CU）选项，然后单击Copy按钮，再单击Change/Create按钮，此时copper材料将被添加到材料库中。

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图14-79 添加材料

Step29：双击图14-80所示的Cell Zone Conditions选项，此时在中间的Cell Zone Conditions详细设置面板中作如下设置：单击选中gis-al选项，然后单击Edit按钮，在弹出的Solid对话框的Material Name栏中选择材料为aluminum，并单击OK按钮，完成材料设置。

Step30：双击图14-81所示的Cell Zone Conditions选项，在中间的Cell Zone Conditions详细设置面板中作如下设置：单击选中gis-copper选项，然后单击Edit按钮，在弹出的Solid对话框的Material Name栏中选择材料为copper，并单击OK按钮，完成材料设置。

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图14-80 材料设置1

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图14-81 材料设置2

Step31：双击图14-82所示的Cell Zone Conditions选项，在中间的Cell Zone Conditions详细设置面板中作如下设置：单击选中gis-inner选项，然后单击Edit按钮，在弹出的Solid对话框的Material Name栏中选择材料为air，并单击OK按钮，完成材料设置。

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图14-82 材料设置3

Step32：双击图14-83所示的Cell Zone Conditions选项，在中间的Cell Zone Conditions详细设置面板中作如下设置：单击选中gis-middle选项，然后单击Edit按钮，在弹出的Solid对话框的Material Name栏中选择材料为air，并单击OK按钮，完成材料设置。

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图14-83 材料设置4

Step33：单击图14-84所示的Boundary Conditions下面的wall（wall）选项，此时在中间的Boundary Conditions详细设置面板中作如下设置：单击选中wall选项，并在Type栏中选择wall选项，然后单击Edit按钮。

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图14-84 对流设置

在弹出的Wall对话框中作如下设置：切换到Thermal选项卡中；在Thermal Conditions栏中选择Convection单选按钮；在Material Namen栏中选择aluminum选项；在Heat Transfer Coefficient栏中输入6.3；在Free Stream Temperature栏中输入300，并单击OK按钮。

Step34：依次选择File→EM Mapping→Volumetric Energy Source选项，如图14-85所示，在弹出的Maxwell Mapping Volumetric对话框中选择Fluent Cell Zones栏下的gis-al和gis-copper两个几何，并单击OK按钮。

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图14-85 选择模型

Step35：在TUI提示窗口中显示Fluent generated‘Input_to_Ansoft.xml’file successfully字样，表示数据传递成功，此时经过一段时间的计算，在图14-86所示的TUI显示窗口中显示出计算结果。Maxwell中计算的aluminum几何的损耗为9.16435917285307w/m，在Fluent中建立的模型中导体的长度为0.1m，所以计算出来Fluent中的损耗应该是0.916435917285307w，这与图14-86中提示的9.169e-01（Watt）一致。

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图14-86 计算与校核

Step36：双击Solution下的Solution Methods选项，在中间出现的如图14-87所示的Solution Methods详细设置面板中作如下设置：在Scheme栏中选择SIMPLE选项；在Gradient栏中选择Least Squares Cell Based选项；在Pressure栏中选择Second Order选项；在Momentum栏中选择Second Order Upwind选项；在Turbulent Kinetic Energy栏中选择First Order Upwind选项；在Turbulent Dissipation Rate栏中选择First Order Upwind选项。

Step37：双击Solution下的Solution Initialization选项，在中间出现的如图14-88所示的Solution Initialization详细设置面板中作如下设置：在Initialization Methods栏中选择Standard Initialization单选按钮；在Compute from栏中选择all-zones选项；并单击Initialize按钮进行初始化。

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图14-87 Solution Methods设置

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图14-88 Solution Initialization设置

Step38：双击Solution下的Run Calculation选项，在中间出现的如图14-89所示的Run Calculation详细设置面板中作如下设置：在Number of Iterations栏输入中500；单击Calculate按钮进行计算。

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图14-89 Run Calculation设置

Step39：此时程序将开始计算，计算完成后弹出图14-90所示的Information提示框，表示计算完成。

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图14-90 提示框

Step40：选择Results下面的Graphics→Contours选项，在弹出的如图14-91所示的Contours详细设置对话框中作如下设置：在Contours of栏中选择Velocity选项；在Surfaces栏中选择所有带Selection字样的选项，单击Display按钮。

Step41：此时将显示图14-92所示的GIS内部空气的流动云图。

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图14-91 设置1

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图14-92 流动云图

Step42：选择Results下面的Graphics→Contours选项，在弹出的如图14-93所示的Contours详细设置对话框中作如下设置：在Contours of栏中选择Pressure选项；在Surfaces栏中选择所有带Selection字样的选项，单击Display按钮。

Step43：此时将显示图14-94所示的GIS温度分布云图。

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图14-93 设置2

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图14-94 温度分布云图1

Step44：选择Results下面的Graphics→Vectors选项，在弹出的如图14-95所示的Vectors详细设置对话框中作如下设置：在Vectors of栏中选择Velocity选项；在Surfaces栏中选择所有带interior字样的选项，单击Display按钮。

Step45：此时将显示图14-96所示的GIS流速矢量云图。

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图14-95 设置3

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图14-96 流速矢量云图

Step46：选择Results下面的Graphics→Vectors选项，在弹出的如图14-97所示的Vectors详细设置对话框中作如下设置：在Vectors of栏中选择Velocity选项；在Color by栏中选择Temperature选项；在Surfaces栏中选择所有带interior字样的选项，单击Display按钮。

Step47：此时将显示图14-98所示的GIS温度矢量云图。

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图14-97 设置4

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图14-98 温度矢量云图

Step48：返回到Workbench平台中，双击B6栏，在后处理中分别添加温度分布云图选项、压力分布云图选项及流速分布矢量图选项，如图14-99～图14-101所示。

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图14-99 温度分布云图2

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图14-100 压力分布云图

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图14-101 流速分布矢量图

Step49：返回到Workbench窗口，单击978-7-111-56727-1-Part03-707.jpg（保存）按钮保存文件，然后单击978-7-111-56727-1-Part03-708.jpg（关闭）按钮退出。

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