Fluent对称边界仿真与后处理技巧

本例依托Workbench工程平台进行建模、画网格、仿真计算及后处理,对含对称边界的矩形进行仿真,采用CFD-Post软件进行结果后处理。

本案例可重点关注结果后处理部分。

这是Workbench的工作窗口拖动流体分析模块进入工作区。


将分析模块拖动到工作区域中的绿框内。


点击A1模块,在右侧设置界面中的分析类型设置为2D,右侧设置面板可在View中选择properties打开。


右键A2模块选择进入DesignModeler软件(后称为DM)编辑模型。


如图所示为DM软件的工作界面


点击XYPlane坐标轴并点击z轴正视


在Units中将单位更改为mm


在Sketching中点击Rectangle绘制一个矩形


点击Dimensions,选择General,在长方形的长和宽上拉伸出尺寸。


设置V1为10mm,H2为50mm。


点击Surfaces From Sketches,生成二维几何体。


点击草图,然后选择Apply,点击Generate生成几何体。


点击Surface Body,选中几何体,选择几何体的类型为Fluid。关闭DM软件,回到Wrokbench软件中。


此时A2模块后为对勾


右键A3模块,进入Meshing软件进行网格划分。


如图所示为Mesh软件的工作界面


右键左侧的Mesh,插入一个网格大小


选择所建的工作面,点击Apply,流体域为10mm×50mm的大小,将网格尺寸设置为1mm


选择边线选择按钮,选中边线创建名称,分别给上下左右四条边线命名为Pipe wall、Aixs、inlet、outlet,


右键Mesh点击Generate Mesh生成网格。


生成的网格如图所示


选择网格质量显示


如图为单元网格质量检查


如图所示为网格扭曲度检查


如图所示为纵横比的检查


点击Quality中Mesh Metric中的不同选项可以看到质量分布的柱状图


点击Statistics,可以观察到网格的节点和数量,其中本案例中节点为550个,网格数量为490个。


关闭Meshing软件,回到Workbench软件中,右键A3单元格选择更新网格,更新完成后A3单元格后会显示对勾图标。


右键A4单元格选择进入Fluent求解器进行计算


进入Fluent软件之前可以选择双精度选项和并行计算,本项目采用单核运算,点击OK进入Fluent软件。


如图所示为Fluent软件的工作界面。


点击Scale将尺寸设置为mm


选择本案例分析为2维对称计算,在Time栏中选择Axisymmetric,点击Mesh中的Check检查网格,GUI框内显示网格检查的结果,并未出现负体积的网格。


经计算本项目为层流选择层流计算


新建液体水材料


编辑计算域为液体水材料,点击确认


点击Operating Conditions操作条件为正常的大气压101325Pa


设计边界条件,入口为0.005m/s的速度入口


出口为压力出口,内部为内部体,一条对称轴,一条为管壁wall


设置计算方法


设置残差值为1e-6。10的-6次方


设置初始化方式为进口初始化,点击初始化


设置迭代步数为1000,点击进行计算。


如图所示计算完成


点击Results按钮中选择云图,选择速度云图,点击Display,结果如图所示。


选择它的压力云图结果如图所示


点击Plots中的XY Plot双击,选择速度曲线,选择Axis线条,点击Plot即可绘制出速度曲线


点击Curves可以更改线条的颜色和种类,点击Apply,并重新绘制,结果如图所示。


观察到结果,速度并未稳定,选择将进口速度值更改为0.0005进行计算,结果如图所示,速度达到稳定。


关闭Fluent返回到Workbench中,此时A4、A5单元格后均有对号的符号


右键A6单元格进入CFD-Post软件进行结果后处理分析


如图所示为CFD-Post软件的工作界面


点击Z轴正视,新建一个云图


云图区域选择periodic 1


选择压力云图并Apply如图所示


选择速度云图并Apply如图所示


将速度云图条数改为8


将速度云图条数改为15


在View中勾选Apply Reflection/Mirroring,选择ZX Plane为对称面并应用,云图将对称到下方


从云图1复制一个云图2


选择云图1,取消勾选View中Apply Reflection/Mirroring选项,进行Apply显示,将会显示两个云图,曲线Wireframe边框显示,如图所示


双击Desult Legrnd View 1 选择Appearance更改坐标尺的大小和数字,选择Fixed,保留数字为6位数,结果如下图所示


取消云图的显示,创建一个矢量图


选择应用区域,Apply显示后如图所示


相同的操作,镜像一个云图显示全局


在Symbol中可以调节符号的形状和大小


关闭矢量图创建一个流线图,从入口开始,线条点设置成40,Apply应用如图所示


在Geometry中修改线条数为20在Symbol中修改线宽为4,结果如图所示


点击快速动画选项在管域中对流场进行动画处理


在Options中可以更改符号的大小和间距,本案例中设置如图,勾选白色背景框,选择导出视频的清晰度


选择循环次数为1,保存视频文件类型和位置,点击开始进行计算导出。


保存好的视频转为GIF如下所示


转到位置菜单,插入一条直线


建立坐标为0.025,0,0和0.025,0.01,0两个坐标点来确认中的直线,沿径向的速度变化输入坐标


插入图表以在图表中绘制速度变化图


选择Data Series 中的Location,选择Line1,X轴选择Y坐标,Y轴选择Velocity,即可绘制出中间线上径向的速度曲线。


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