CFX前处理——求解器控制
ANSYS-CFX前处理 数值计算及实例
第5章CFX前处理数值计算及实例本章通过实例详细介绍了CFX进行泵水力部分数值计算的方法。
注意包括网格文件的导入方法、流模型的选择、计算域的定义、边界条件的设定、交界面的设定等CFX前处理的设置方法。
并通过实例讲解设定过程。
5.1 网格文件的导入：1）打开CFX软件。
在【ANSYS19.2】程序里选择【CFX19.2】并单击。
2）打开CFX前处理CFX-Pre 19.2，如图5.1-01所示，单击【CFX-Pre 19.2】。
图 5.1-013）在菜单栏中选择【File】→【New Case】→【General】，单击【OK】。
4）单击【File】→【Import】→【Mesh...】或者直接单击工具箱中图标。
在打开的导入网格对话框中，选择之前设置好的网格文件（主要包括IMP.cfx5、INLET.cfx5、OUTLET.cfx5、VOL.cfx5等四个文件），注意“Mesh Units”里选择“mm”，单击【Open】，将文件导入，如图5.1-02所示。
图 5.1-025.2 定义计算类型：这里需要定义计算类型是定常计算还是非定常计算。
双击左侧模型树上【Analysis Type】选项进入属性编辑，如图5.2-01所示。
如果是定常计算，将【Basic Settings】选择为【Steady State】，单击【OK】按钮，完成计算类型的定义。
注意实例选择定常计算类型。
图 5.2-015.3 定义计算域：首先需要对各个网格文件进行定义。
直接单击工具条上的，弹出对话框，并将对话框进行命名，如图5.3-01所示。
这里需要定义的有叶轮IMPELLER、进口水段INLET、出口水段OUTLET、蜗壳VOLUTE。
其中叶轮域为旋转域，其他为静止域定义方式一致。
图 5.3-011）定义叶轮计算域：单击工具条上的，在对话框里命名为IMPELLER，单击【OK】按钮，左侧控制树弹出选项卡，如图5.3-02所示。
CFX培训教材03求解器设置ppt课件
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求解器控制 – 收敛标准
收敛标准用于判别求解是否收敛，以及是否停止 求解器的运行 – 假定最大的迭代步数未达到
残差是求解方程应达到的精度 – 求解的过程是从初始解逐渐逼近理论上的精 确解，但是永远不能达到精确解 – 小的残差设置=高的方程求解精 – 高的方程精确求解≠整个求解的高精度 – 取决 于方程对真实系统的描述是否合适! – 残差是表征精度高低的一个量度，其它的量 度还有: • 监测点和不平衡量
设定守恒目标(Conservation Target)= 设定 全局的非平衡量目标
% Imbalance Flux In Flux Out Maximum Flux
非平衡量表征流体域内所有量(质量, 动量, 能量)的守恒性
• 对收敛解Flux In=Flux Out • 建议在求解的过程中，设置守恒目标和/或守恒监测 • 有了守恒目标, 求解器必须在既满足残差目标，又满足守恒目标下才能停止求解 (假
– 也可以选择物理时间步或者直接给一个时间步
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求解器控制– 方程的分类设置
方程的分类设置(Equation Class Settings)按钮 提供一个高级的选择，用于对某些方程进行特 别的求解控制
• 通常，每个文件应该是空间分离的 • 最好求解器输入文件的domains与
多初值文件的domains不重叠
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求解器控制 – 编辑
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CFX13_04_解算器设置讲解
•
•
In some cases a poor initial guess may cause the solver to fail during the first few iterations
The initial values can be set in 3 ways: 1. Solver automatically calculates the initial values 2. Initial values are entered by the user 3. Initial values are obtained from a previous solution Initial values can be set on a per-domain basis or globally for all domains
Initialization – Using a Previous Solution
• To use a previous solution as the initial guess enable the Initial Values Specification toggle when launching the Solver
– You can provide multiple initial values files
• When simulating a system you can provide previous solutions for each component of the system as the initial guess • Usually each file would correspond to a separate region of space • It is best if domains in the Solver Input File do not overlap with multiple initial values files
CFX软件介绍
ANSYS CFX——流体动力学分析技术的开拓者产品关键字精确的数值方法快速稳健的求解技术丰富的物理模型旋转机械流动分析的专有特征先进的网格剖分技术发展历史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AEA Technology 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CFX发展的重要里程，总是伴随着她对革命性的CFD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90%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优质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。
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。
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。
产品特色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。
CFX12_04_Solver_C
Initial Guess 50 iterations 100 iterations 150 iterations Final Solution
ANSYS, Inc. Proprietary © 2009 ANSYS, Inc. All rights reserved.
– 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
CFX11_05_SolverControl
• 物理时间尺度
• 指定时间步. 通常为一个常数，但有时也可以通过CEL编辑一 个变量 • 可以比自动时间尺度更快的收敛
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CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary
Inventory #002445 5-10
Version 1.3
CFX前处理 求解器控制
讲座 5
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CFX 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary
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Version 1.3
求解器控制 • 在求解过程中控制求解器的 行为 – 差分格式 – 收敛控制 – 收敛准则 – 计算时间控制 – 方程组设置 – 高级选项
初始猜测 50 迭代步 100迭代步 150迭代步 结果
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Inventory #002445 5-6
Version 1.3
时间步选择
• 为了获得成功的收敛性, 时间步的选择在其中起着非常重要 的角色.
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Version 1.3
逝去时间控制
• 逝去时间控制 – 设置最大的计算时间
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CFX分析问题的主要过程
Step I: 几何模型和网格划分
定义几何
定义关心的区域（2D或3D)
创建网格
Step II: 设置物理问题和条件- CFX-Pre
定义域
定义流体域.
创建流体域 (流体,固体,导热固体,多孔介质)
设置流体属性 (粘性, 导热系数,比热,等…)
选择物理模型 (湍流模型, 可压缩流, 浮力流, 多相流, 等…)
定义边界条件和初场
几何体的所有外部表面都要定义。
定义求解参数
定义求解参数和输出选项
Step III: 求解- CFX-Solve
求解控制方程组
Step IV: 后处理- CFX-Post
.cfx –CFX-Pre产生的case文件
.pre – CFX-Pre session 文件
.def –CFX-Pre产生的包括物理问题及网格的定义文件，对求解器来讲是输入文件。
可以用CFX-Post打开来检查网格。
.res –求解器产生的结果文件，包括网格、计算结果和.def 文件中的其它信息
.out –求解器产生的文本文件，记录了求解过程。
CFX培训教材03求解器设置汇总
注: 这章的重点在稳态模拟的求解器设置. 瞬态模拟的设置在后续章节.
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初始化
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，不合理的初值可能在计算开始的几步就导致求解 失败
求解器控制 – 对流格式理论
求解数据储存在节点(nodes)上, 但是在计算控制体面上的变量流时， 会用到面上的变量值
上游节点值(fup)会被插值到控制体的面上节点 :
fip = f up + b f r
– 这里 是上游节点到插值节点的矢量 fip f = f 是变量梯度， up + b f r – 换言之, ip 点的值等于up上游的值+一基于梯度的修正
0<b<1…
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求解器控制 – 对流格式理论
fip = f up + b f r
如果b = 0 得到迎风(upwind)对流格式, 即
Flow is misaligned with mesh
Theory
1
0
无修正
– 求解收敛性较好，但仅有一阶精度 – 通常用这种方法作初步计算
ANSYS CFX 培训教材 第三节：求解器设置
安世亚太科技（北京）有限公司
A Pera Global Companization 求解器控制Solver Control
输出控制Output Control
求解器管理Solver Manager
设置初值的3个方法:
1. 求解器自动计算初值
2. 手动输入初值