ANSYS 11.0/FLOTRAN流场分析实例指导教程

前言

第1章FLOTRAN流体分析概述

1.1FLOTRANCFD分析的概念

1.2FLOTRAN分析类型

1.2.1层流分析

1.2.2湍流分析

1.2.3热分析

1.2.4可压缩流动分析

1.2.5非牛顿流动分析

1.2.6多组份传输分析

1.2.7自由表面分析

第2章FLOTRAN分析的基本原理

2.1FLOTRAN单元的特点

2.1.1FLUID141单元

2.1.2FLUID142单元

2.2FLOTRAN单元的局限性

2.3FLOTRAN分析步骤

2.3.1确定问题的区域

2.3.2确定流体的状态

2.3.3生成有限元网络

2.3.4施加边界条件

2.3.5设置FLOTRAN分析参数

2.3.6求解

2.3.7检查结果

2.4FLOTRAN单元相关文件

2.4.1结果文件

2.4.2打印文件

2.4.3残差文件

2.4.4重启动文件

2.4.5FLOTRAN重启动分析（续算）

2.5提高收敛性和稳定性的常用的工具

2.5.1松弛系数

2.5.2惯性松弛

2.5.3修正的惯性松弛

2.5.4人工粘性

2.5.5速度限制

2.5.6面积积分阶次

2.6评价FLOTRAN分析

2.7验证结果

第3章FLOTRAN流体的基本属性

3.1流体基本属性

3.1.1比热容

3.1.2密度和导热系数

3.1.3粘度

3.1.4表面张力系数

3.1.5壁面静态接触角

3.1.6设置流体性质的步骤

3.2初始属性和变化属性

3.3使用ANSYS非牛顿流体性质

3.3.1激活PowerLaw模型

3.3.2激活Carreau模型

3.3.3激活Bingham模型

3.4用户编程定义属性

第4章FLOTRAN特性

4.1坐标系

4.2旋转参考系

4.3涡流

4.4分布式阻力

4.5FLOTRAN设置命令

4.5.1FLOTRAN求解控制命令

4.5.2FLOTRAN执行及输出控制命令一稳态控制参数设置

4.5.3FLOTRAN执行及输出控制命令一瞬态控制参数设置

4.5.4FLOTRAN输出及保存文件控制

4.5.5FLOTRAN输出收敛监测量的控制

4.5.6FLOTRAN流体类型及其特性的可变性控制

4.5.7FLOTRAN流体性质参数设定

4.5.8FLOTRAN分析的坐标系统的指定

4.5.9FLOTRAN分析参考条件的设置

4.5.10指定FLOTRAN分析的旋转坐标系统

4.5.11指定FLOTRAN分析的重力加速度

4.5.12设置有助于FLOTRAN求解稳定的参数

4.5.13设定FLOTRAN自由度松弛系数

4.5.14设定FLOOTRAN流体性质松弛因子

4.5.15设置FLOTRAN分析的自由度限值

4.5.16选择FLOTRAN各自由度相应的求解器

4.5.17对FLOTRAN各求解器的控制

4.5.18设置FLOTRAN湍流模型的一些常数

4.5.19重新设定FLOTRAN各分析参数的值

4.5.20控制FLOTRAN面积积分的阶次（QuadratureOrder）

4.5.21FLOTRAN多组份疏运分析的设置及控制

4.5.22定义FLOTRAN的重启动（续算）控制

4.5.23设置并执行一个零迭代FLOTRAN分析

第5章FLOTRAN求解器和矩阵方程

5.1三对角矩阵算法

5.2半直接求解

5.2.1预条件广义最小残差(PGMR)求解器

5.2.2预条件BICGStab(PBCGM)求解器

5.3稀疏直接求解

第6章层流和湍流不可压缩流动FLOTRAN分析及实例

6.1激活湍流模型

6.1.1雷诺数

6.1.2层流和湍流的判断

6.1.3湍流比和入口参数

6.1.4湍流模型

6.2网格要求

6.3流动边界条件

6.4难点问题分析

6.5问题描述

6.5.1模型尺寸

6.5.2理论假设

6.62-D管道流动分析(层流模型)

6.6.1前处理

6.6.2求解

6.6.3后处理

6.72-D管道流动分析(增加来流速的层流模型)

6.7.1前处理

6.7.2求解过程

6.7.3后处理

6.82-D管道流动分析(增加出口段长度的层流模型)

6.8.1前处理

6.8.2求解过程

6.8.3后处理

6.92-D管道湍流流动分析(增加出口段长度的湍流模型)

6.9.1前处理

6.9.2求解过程

6.9.3后处理

第7章FLOTRAN热分析及实例

7.1FLOTRAN热分析简介

7.1.1FLOTRAN热分析的功能

7.1.2FLOTRAN热分析的基本要求

7.2FLOTRAN热分析求解

7.2.1FLOTRAN热分析的求解内容

7.2.2FLOTRAN热分析方法

7.2.3FLOTRAN热分析的基本步骤

7.3求解方法

7.3.1连续流体性质

7.3.2强制对流

7.3.3自然对流

7.3.4共轭传热

7.4层流流体受均匀壁面热通量

7.4.1问题描述

7.4.2前处理

7.4.3求解

7.4.4后处理

7.5空腔中空气的热稳态层流分析

7.5.1问题描述

7.5.2前处理

7.5.3求解

7.5.4后处理

第8章VOF模型分析及实例

8.1VFRC载荷

8.1.1初始VFRC载荷

8.1.2建立VFRC载荷的边界

8.2输入设置

8.2.1外界条件

8.2.2VFRC公差

8.2.3VOF时间步

8.3通过障碍物的水流流动初步发展分析

8.3.1问题描述

8.3.2前处理

8.3.3求解

8.3.4后处理

8.4大坝VOF分析

8.4.1问题描述

8.4.2前处理

8.4.3求解理

8.4.4后处理

8.5震荡液滴的VOF模型分析

8.5.1问题描述

8.5.2前处理

8.5.3求解

8.5.4后处理

第9章可压缩流动FLOTRAN分析及实例

9.1可压缩流动FLOTRAN分析简介

9.1.1物理性质计算

9.1.2边界条件

9.1.3结构和非结构网格

9.1.4求解方案

9.2喷管内超音速可压缩流动分析

9.2.1问题描述

9.2.2前处理

9.2.3求解

9.2.4后处理

第10章动网格的ALE分析及实例

10.1ALE方法简介

10.2对称扭转ALE分析

10.2.1问题描述

10.2.2前处理

10.2.3求解

10.2.4后处理

10.3容积可变式容器的ALE／VOF分析

10.3.1问题描述

10.3.2前处理

10.3.3求解

10.3.4后处理

10.4动圆柱的ALE分析

10.4.1问题描述

10.4.2前处理

10.4.3求解

10.4.4后处理

10.4.5思考与讨论

第11章多组分传输分析及实例

11.1混合类型

11.2多组分传输分析的基本步骤

11.3两相热交换分析及实例

11.3.1问题描述

11.3.2前处理

11.3.3求解

11.3.4后处理

11.43种气体混合分析及实例

11.4.1问题描述

11.4.2前处理

11.4.3求解

11.4.4二次前处理

11.4.5二次求解

11.4.6后处理

第12章声学分析及实例

12.1声学分析步骤

12.1.1建立模型

12.1.2划分网格

12.1.3设置边界条件并计算

12.2流固耦合声学分析

12.2.1问题描述

12.2.2前处理

12.2.3求解

12.2.4后处理

12.3房间内的声学分析

12.3.1问题描述

12.3.2前处理

12.3.3求解

12.3.4后处理

参考文献

　　本书共分12章，内容包括：FLOTRAN流体分析概述；FLOTRAN分析的基本原理；FLOTRAN流体的基本属性；FLOTRAN特性；FLOTRAN求解器和矩阵方程等。本书适合于流体力学专业本科高年级或研究生作为自学教材，也可以作为流体力学研究人员和工程技术人员的参考学习资料。　　全书共12章。第1章全面介绍了ANSYS／FLOTRAN的基本概念和分析类型，使读者对ANSYS／FLOTRAN有初步的了解；第2章主要介绍了ANSYS／FLOTRAN分析的基本原理，具体内容包括FLOTRAN单元特点，FLOTRAN分析步骤，FLOTRAN分析工具，以及如何进行分析评价等；第3章介绍FLOTRAN流体的基本属性，主要包括比热容，密度和导热系数、粘度、表面张力系数以及壁面静态接触角等；第4章介绍了FLOTRAN特性，包括坐标系、旋转参考系、涡流和分布式阻力的设置方法以及FLOTRAN命令的设置；第5章介绍了LOTRANCFD求解器和矩阵方程，主要包括三对角矩阵算法、半直接共轭方向法和高斯消去法3种算法；第6章介绍了层流和湍流不可压缩流动FLOTRAN分析及实例：第7章介绍了FLOTRAN热分析及实例；第8章介绍了VOF模型分析及实例；第9章介绍了可压缩流动FLOTRAN分析及实例；第10章介绍了动网格的ALE分析及实例；第11章介绍了多组分传输分析及实例；第12章介绍了声学分析及实例。在各专题的讲解中介绍了相应的基本概念、理论以及利用ANSYS软件进行分析的基本过程，还介绍了相关的求解步骤。　　本书适合于流体力学专业本科高年级或研究生作为自学教材，也可以作为流体力学研究人员和工程技术人员的参考学习资料。