FLUENT教程9-Transient 瞬态分析
fluent瞬态结果导出ensight格式
fluent瞬态结果导出ensight格式瞬态流体力学仿真在各个工程领域中都扮演着重要的角色。
仿真结果的可视化和分析对于理解流动行为、优化设计以及做出决策都至关重要。
在流体力学仿真中，EnSight是一种常用的后处理软件，可用于导入、可视化和分析仿真结果。
本文将介绍如何将Fluent软件的瞬态结果导出为EnSight格式。
在Fluent中进行瞬态流场仿真后，我们需要将结果导出为EnSight格式，以便在EnSight中进行进一步的后处理。
以下是导出步骤：第一步是在Fluent软件中完成仿真计算。
确保您已经设置好了瞬态仿真的所有必要参数和边界条件。
完成仿真后，您将得到一个包含时间步骤的瞬态结果。
接下来，点击Fluent界面上的“File”菜单，在下拉菜单中选择“Export”。
在弹出的导出对话框中，选择EnSight格式作为导出文件的格式。
选择EnSight 格式后，将会出现一些额外的选项供您选择和调整。
首先，选择要导出的结果变量。
根据您的需求，可以选择导出速度、压力、温度等各种结果变量。
您可以根据需求自由选择或选择“全部”。
然后，选择导出时间步骤范围。
这是非常重要的，因为瞬态流场仿真通常涉及多个时间步骤。
您可以选择仅导出特定时间范围内的结果，也可以选择导出所有时间步骤。
接下来，选择是否导出网格数据。
如果您希望在EnSight中进行网格显示和分析，您可以选择导出网格数据。
如果只需要导出结果数据，可以取消选择此选项。
在导出对话框的底部，选择导出文件的存储位置和文件名。
确保您选择一个合适的位置和文件名，方便以后的访问和使用。
最后，点击“Export”按钮开始导出。
在导出完成后，您将得到一个包含导出结果的EnSight文件。
您可以在Fluent中关闭导出对话框，并在EnSight中打开该文件进行后处理。
在EnSight中打开导出的文件后，您将能够对瞬态结果进行各种后处理操作。
您可以对结果进行可视化、剖面分析、数据提取等。
ANSYS瞬态动力学分析步骤
ANSYS模态分析步骤第1步：载入模型Plot>V olumes，输入/units，SI（即统一单位M/Kg/S）。
若为组件，则进行布尔运算：Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Glue(或Add)>V olumes第2步：指定分析标题/工作名/工作路径，并设置分析范畴1 设置标题等Utility Menu>File>Change Title/ Change Jobname/ Change Directory2 设置分析范畴Main Menu>Preference，单击Structure，OK第3步：定义单元类型Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete，→Element Types对话框，单击Add→Library of Element Types对话框，选择Structural Solid，再右滚动栏选择Brick 20node 95，然后单击OK，单击Element Types对话框中的Close按钮就完成这项设置了。
第4步：指定材料性能Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models→Define Material Model Behavior，右侧Structural>Linear>Elastic>Isotropic，指定弹性模量EX、泊松系数PRXY；Structural>Density指定密度。
第5步：划分网格Main Menu>Preprocessor>Meshing>MeshTool，出现MeshTool对话框，一般采用只能划分网格，点击SmartSize，下面可选择网格的相对大小，保留其他选项，单击Mesh出现Mesh V olumes对话框，其他保持不变单击Pick All，完成网格划分。
瞬态分析
1 研究背景和意义
1 研究背景和意义
1 研究背景和意义
模态叠加法进行瞬态动力分析的基本步骤： （1）建造模型； （2）获取模态解； （3）获取模态叠加法瞬态分析解； （4）扩展模态叠加解； （5）观察结果。
2 问题描述
如图1所示为工作台与其四支撑力。计算在下列已知条件下该系统 的瞬态响应。
附录：数值计算程序(即命令流)
CM,_Y,AREA ASEL, , , , 1 CM,_Y1,AREA CHKMSH,'AREA' CMSEL,S,_Y
AMESH,_Y1 CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 TYPE, 2 MAT, 1 REAL, 2 ESYS, 0 SECNUM, LPLOT FLST,2,4,4,ORDE,2 FITEM,2,5 FITEM,2,-8 LMESH,P51X FINISH
瞬态分析
主要内容
1 研究背景和意义 2 问题描述 3 数值计算 4 结果分析 5 参考文献 附录：数值计算程序(即命令流)
变截面杆的拉伸分析
1
1 研究背景和意义
瞬态动力学分析用于确定结构在任意时间随载荷变化作用 下响应的一种分析方法，也称为时间历程分析。ANSYS瞬态动 力学分析可以考虑材料、接触、几何非线性，也就是说允许各 种非线性行为。 瞬态动力学分析可采用三种方法：完全（Full）法，缩减 （Reduced）法及模态叠加法。 Full法采用完整的系统矩阵计算瞬态响应，它是3中方法中 功能最强的，允许包含各类非线性特性（塑性、大变形、大应 变等）。 Reduced法通常采用主自由度和减缩矩阵来压缩问题的规 模。主自由度的位移被计算出来后，解可以被扩展到出事的完 整DOF集上。 Mode Superposition法通过对模态分析得到的振型（特征 值）乘上因子并求和来计算出结构的响应。
fluent瞬态中间时刻计算结果
当谈到计算结果的中间时刻，fluent瞬态模拟是一个非常重要的主题。
在工程领域中，fluent瞬态模拟被广泛应用于流体动力学、传热、化学反应等领域。
而在这些领域中，对于计算结果的中间时刻也具有非常重要的意义。
在本文中，我们将针对fluent瞬态模拟中计算结果的中间时刻进行全面评估和探讨，以便更深入地理解这一主题。
让我们来理解什么是fluent瞬态模拟。
fluent是一种流体动力学计算软件，它能够模拟流体流动、传热、物质传输等现象。
而瞬态模拟则是指在一定的时间范围内对这些现象进行数值模拟，从而得到计算结果。
在瞬态模拟中，中间时刻的计算结果往往对于理解流体运动、温度分布等物理现象至关重要。
那么，为什么需要关注fluent瞬态模拟中的中间时刻计算结果呢？中间时刻的计算结果可以帮助我们更加全面地了解流体运动和传热现象。
在很多工程设计和科学研究中，我们需要对流体运动过程中的各个时刻进行详细分析，以便更好地优化设计或者理解物理规律。
中间时刻的计算结果也可以为我们提供更多的信息，帮助我们更准确地预测未来的发展趋势。
在一些特定的工程问题中，对于流体流动或者传热过程的预测非常关键，而中间时刻的计算结果能够提供更加可靠的预测依据。
在实际的fluent瞬态模拟中，如何获取准确且有意义的中间时刻计算结果也是一个挑战。
我们需要选择合适的时间步长和计算方法，以保证计算结果的准确性和稳定性。
我们需要注意数值耗散和数值扩散等问题，这些数值误差可能会对中间时刻的计算结果产生较大影响。
在一些特定的工程问题中，如何处理边界条件、网格剖分等也会对中间时刻的计算结果产生影响。
在进行fluent瞬态模拟时，我们需要全面考虑这些因素，以获得可靠且有意义的中间时刻计算结果。
对于fluent瞬态模拟中的中间时刻计算结果，我个人认为需要更加强调其在工程应用中的重要性。
在很多工程问题中，我们往往需要对流体流动、传热等现象进行详细的分析和预测，而中间时刻的计算结果可以为我们提供更多的信息和更可靠的依据。
Fluent中用户自定义函数应用举例
第10章应用举例本章包含了FLUENT中UDFs的应用例子。
10.1 边界条件10.2源项10.3物理属性10.4反应速率（Reacting Rates）10.5 用户定义标量（User_Defined Scalars）10.1边界条件这部分包含了边界条件UDFs的两个应用。
两个在FLUENT中都是作为解释式UDFs被执行的。
10.1.1涡轮叶片的抛物线速度入口分布要考虑的涡轮叶片显示在Figure 10.1.1中。
非结构化网格用于模拟叶片周围的流场。
区域从底部周期性边界延伸到顶部周期性边界，左边是速度入口，右边是压力出口。
Figure 10.1.1: The Grid for the Turbine Vane Example常数x速度应用于入口的流场与抛物线x速度应用于入口的流场作了比较。
当采用分段线性分布的型线的应用是有效的对边界型线选择，多项式的详细说明只能通过用户定义函数来完成。
常数速度应用于流场入口的结果显示在Figure 10.1.2和Figure 10.1.3中。
当流动移动到涡轮叶片周围时初始常速度场被扭曲。
Figure 10.1.2: Velocity Magnitude Contours for a Constant Inlet x VelocityFigure 10.1.3: Velocity Vectors for a Constant Inlet x Velocity现在入口x速度将用以下型线描述：这里变量y在人口中心是0.0，在顶部和底部其值分别延伸到0745。
这样x速度在.0入口中心为20m/sec，在边缘为0。
UDF用于传入入口上的这个抛物线分布。
C源代码（vprofile.c）显示如下。
函数使用了Section 5.3中描述的Fluent提供的求解器函数。
/***********************************************************************//* vprofile.c *//* UDF for specifying steady-state velocity profile boundary condition *//***********************************************************************/#include "udf.h"DEFINE_PROFILE(inlet_x_velocity, thread, position){real x[ND_ND]; /* this will hold the position vector */real y;face_t f;begin_f_loop(f, thread){F_CENTROID(x,f,thread);y = x[1];F_PROFILE(f, thread, position) = 20. - y*y/(.0745*.0745)*20.;}end_f_loop(f, thread)}函数，被命名为inlet_x_velocity,使用了DEFINE_PROFILE定义并且有两个自变量：thread 和position。
FLUENT教程9-Transient 瞬态分析
– 动画帧在计算中写出并存储
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创建动画的其他方法
另外一个创建动画的方法是 利用Execute Commands 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
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
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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:
– 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）
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瞬态模拟的技巧
压力-速度耦合采用 PISO 格式，比标准SIMPLE 格式更易收敛 选择合适的时间步长以至每个时间步长内能收敛三个量级 每个时间步的迭代次数大约20次，减少时间步长比增加每步的迭 代次数要好。 记住对瞬态问题，精确的初场和边界条件一样重要，初场一定要 符合真实物理条件 在计算前定义希望得到的动画
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fluent瞬态计算残差曲线
瞬态计算残差曲线1. 瞬态计算的介绍瞬态计算是一种针对瞬时电力系统运行状态进行分析的方法，通常用于分析系统在故障发生、开关操作等瞬时事件下的动态响应。
在这种计算中，残差曲线是一种重要的分析工具，用来反映系统在瞬时事件后的电压、电流等各种变量的变化过程，对系统的稳定性和可靠性具有重要的参考价值。
2. 瞬态计算的重要性瞬态计算可以帮助电力系统工程师快速准确地了解系统在瞬时事件后的运行状态，为系统的优化设计和故障分析提供重要依据。
通过对残差曲线的分析，可以发现系统中可能存在的振荡、过电压、欠电压等问题，为改进系统的稳定性和可靠性提供重要参考。
3. 残差曲线的计算方法残差曲线通常是通过瞬态计算软件进行模拟计算得到的。
在进行瞬态计算时，需要考虑系统的各种参数和组件的动态特性，如发电机、变压器、线路、负荷等。
通过对系统进行仿真计算，得到系统在不同瞬时事件下的电压、电流等变化情况，然后绘制残差曲线进行分析。
4. 残差曲线的分析方法在得到残差曲线后，需要对其进行深入的分析。
首先需要比较残差曲线与基准曲线的差异，进而找出系统的动态响应特点。
同时还需要分析残差曲线上可能存在的振荡、过电压、欠电压等现象，并进一步确定系统的稳定性和可靠性。
在分析时需要考虑系统的动态特性、结构特点以及各种电气设备的特性。
5. 残差曲线的应用残差曲线的应用范围非常广泛，包括电网规划、电气设备设计、电力系统运行等方面。
通过对残差曲线的分析，可以及时发现系统中可能存在的问题并进行改进优化，保障系统的安全稳定运行。
在系统故障分析和故障定位中，残差曲线也具有重要的作用，可以帮助工程师快速准确地分析和定位故障。
6. 结语瞬态计算残差曲线是一种重要的分析工具，对电力系统的稳定性和可靠性具有重要的参考价值。
通过对残差曲线的计算和分析，可以及时发现系统中可能存在的问题并进行改进优化，为系统的安全稳定运行提供重要支持。
在今后的工作中，我们需要进一步加强对残差曲线的研究和应用，提高电力系统的稳定性和可靠性。
fluent在复杂传热情况下的参数设置
扩散通量。方程右边前三项分别为导热项，组分扩散项和粘性耗散项。 S h 是包括化学反应
5
热和其它体积热源的源项。其中，
E
=
h−
p
+
u
2 i
2－7
ρ2
对 于 理 想 气 体 ， 焓 定 义 为 ： h = ∑ m j′h j′ ； 对 于 不 可 压 缩 气 体 ， 焓 定 义 为 ： j′
h
=
∑ m j′h j′
Fluent 求解焓方程时，组分扩散项都已经包括。用 segregated solver 求解，如果想不考 虑该项，可以在组分模型面板（Species Model Panel）中关闭能量扩散项。如果采用了非绝 热的 PDF 燃烧模型，方程中并不明确出现该项，应为导热和组分扩散项合并为一项了。当 用 coupled solver 求解时，能量方程总会考虑该项。
FLUENT 命令的一般形式为： FLUENT [version] [-help] [options]
FLUENT 求解方法的选择
1， 非耦合求解 2， 耦合隐式求解 3， 耦合显式求解 非耦合求解方法主要用于不可压缩或压缩性不强的流体流动。耦合求解则可以用在高速 可压缩流动。FLUENT 默认设置是非耦合求解，但对于高速可压流动，有强的体积力（浮 力或离心力）的流动，求解问题时网格要比较密，建议采用耦合隐式求解方法，可以耦合求 解能量和动量方程，能比较快地得到收敛解。缺点是需要的内存比较大（是非耦合求解迭代 时间的 1.5-2 倍）。如果必须要耦合求解，但是你的机器内存不够，这时候可以考虑用耦合 显式解法器求解问题。该解法器也耦合了动量，能量及组分方程，但内存却比隐式求解方法 小。缺点是收敛时间比较长。 这里需要指出的是非耦合求解的一些模型在耦合求解解法器里并不都有。耦合解法器没 有的模型包括：多相流模型，混合分数/PDF 燃烧模型，预混燃烧模型，污染物生成模型， 相变模型，Rosseland 辐射模型，确定质量流率的周期性流动模型及周期性换热模型等。
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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
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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:
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
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– 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
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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
Kelvin-Helmholtz Cloud Instability
Buoyant Box Falling Into a Pool of Water
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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
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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
– 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)
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执行迭代
最通常的时间推进格式是迭代格式 – 求解器在当前时间步收敛然后推 进到下一个时间步 – 当Max Iterations/Time Step 达到 时，或者收敛标准满足时，时间 推进到下一步 – 各时间步依次收敛直至达到总时 间步 必须定义初始化 – 设置流体域的初始质量和流场的 初始状态 非迭代时间推进法 (NITA) 可以用于 更快速的计算时间
必须在计算前设置动画
– 动画帧在计算中写出并存储
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创建动画的其他方法
另外一个创建动画的方法是 利用Execute Commands 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
a
收敛行为
瞬态计算的残差图不一定能说明收敛 下图显示了简单问题的瞬态计算残差图 时间步长的选择应该使得在一个时间步内残差下降三个量级
– 这将确保瞬态行为被解析
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瞬态模拟的技巧
压力-速度耦合采用 PISO 格式，比标准SIMPLE 格式更易收敛 选择合适的时间步长以至每个时间步长内能收敛三个量级 每个时间步的迭代次数大约20次，减少时间步长比增加每步的迭 代次数要好。 记住对瞬态问题，精确的初场和边界条件一样重要，初场一定要 符合真实物理条件 在计算前定义希望得到的动画
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
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瞬态流动模型 – 动画
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– 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）
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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
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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 – …...