Fluent软件的工作原理是应用了有限元的思想,将连续的空间离散成一定数量的控制体,从而使得流体力学中的偏微分方程组得以求解。因此,在Fluent求解之前,必须要进行一些准备工作,这一类工作我们简单的称之为前处理。 图1 Fluent仿真必须划分网格 很显然,前处理是Fluent仿真的必要前提条件,也是我们流体工程师的“基本功”。 前处理的输入条件是外部的CAD系统,通常是产品设计中的3D几何模型,当然,工程师也可以自己直接在前处理的过程中建立几何模型。 ★ 前处理的最终目的:获得网格。 2、对应的命名系统必须完善(Domain/Boundary); 3、不同的求解器应有不同的网格格式(扩展名不一致,最常用的是*.msh)。 每名Fluent 工程师从最开始了解软件的时候,都必须要先从网格软件学起,有的人学习了Gambit,有的人则学习了ICEM 。随着仿真学习的深入,大家又进一步了解了其他相关的前处理工具,比如说: 图2 常用的流体仿真前处理工具 这些软件中,有的专精于几何处理,有的专注纯网格划分,还有的擅长一体化前处理流程。总之,不管最终选择了那款软件,原则上都可完成流体仿真的前处理工作。当然,仿真的本质仍旧是工程,高效快速的前处理进程才是首要的。 1、分别在不同的软件中处理几何和网格 2、在单独的软件中直接完成整个前处理工作 图3 先几何,后网格的前处理思路 图4 一体化前处理流程,直接读入CAD文件 对于大多数工程师来讲,这两种方式都是能够完成任务的。但对于Fluent初学者或希望提升能力的流体工程师而言,第1种是推荐的方式。因为使用多个软件,可以有效利用它们在各自环节上的专项特点,高效实现功能和流程上的优势互补,从而使前处理的整体工作效率更高。当然,第1种前处理方式对工程师的要求也相对更高,因为需要掌握更多的软件功能。 ● 自动四面体网格划分 图5 不同的网格选择方式对应的工作量比重 从工业品的实际仿真角度来讲,都会选择自动四面体网格划分,因为工作效率更高。除非有专用的场景或特殊的需求,才会使用手动的六面体网格。 图6 SCDM具备强大的几何处理能力 通过SCDM将几何处理完毕之后,网格划分的工作就变得相对简单了。对于四面体自动生成网格的方式,通常建议使用Workbench Meshing来完成。 该软件是ANSYS旗下应用最为广泛的网格划分工具,具备有多物理场网格划分的功能,可以在流体、结构、电磁、显示动力学、水动力学等物理场仿真的流程中,出色的完成对应的功能,划分区分各自求解器特征的有针对性的网格。 ● Workbench Meshing与scdm配合使用,可以快速生成共节点的体网格; ● Workbench Meshing 可以快速生成混合网格,提升计算效率和仿真精度。 图7 常用的三种Fluent网格划分工具 当然,如果有高级的网格需求,或者有部分SCDM难以处理的问题,则可以使用Fluent Meshing进行网格划分。这个软件功能强大,效率极高,但学习起来难度较大,不适合仿真新手。 以上就是关于Fluent仿真前处理的内容概述,它是每个算例都脱离不开的“基本功”。 在2018年的热身赛上 王燊超的一次停球失误直接导致对手威尔士的进球 可以认为是基本功不扎实的一种表现 对于Fluent工程师也一样,前处理能力在某种程度上就是我们最为重要的基本功。如果基本功不扎实,网格处理的不好,就有可能会出现非物理解、仿真不收敛、计算结果发散等问题,这些情况对整个仿真案例的影响都是巨大的。 前处理的能力不光可以限定Fluent工程师仿真能力的下限,也是可以决定仿真能力上限的。 通常,资深的流体仿真工程师,往往都具备着“看家本领”级别的前处理能力。包括但不限于以下几个方面: ● 能够快速定位几何出现错误的区域(如:面缝隙、面破损、面错误等); ● 能够快速修复几何错误,并与初始几何形状偏差不大; ● 能够快速定位需要简化的区域(如实体之间的缝隙、细长的小面等),并且不会出现遗漏; ● 能够快速完成简化几何(或相关网格)的任务; ● 能够高效准确消除质量差的网格; ● 最终获得的网格能够有效捕捉到大梯度区域和精细几何细节,网格总量控制在硬件承受能力之内; ● 能够在特定的场景(需求)下,高效的完成全六面体网格划分; ● 掌握软件的高级功能,(如周期网格,网格复制、拼接,新增边界层网格等); 前处理图片1:Mosaic技术的Poly-Hexcore网格 前处理图片2:Mosaic技术的Prism-Poly-Hexcore网格 前处理图片3:活塞缸仿真中的动网格重构Prism-Tet 前处理图片4:复杂机箱散热问题前处理网格Tet 前处理图片5:飞行器的气动分析网格Hex 前处理图片6:燃烧仿真分析前处理网格Poly Tips :如何提升仿真前处理的能力呢?有以下三个建议: 2、要勤加练习,多做实际的案例,注重积累才能不断进步; 3、牢记目标很重要,任何的软件操作必须在明确的目的之下进行 自2019年2月26日起,每周二晚上19点,特殊情况除外,我将在仿真大课堂直播,首播期间,我会为大家提供15-30分钟在线免费答疑,希望和大家一起学习ANSYS Fluent 前处理。 请大家关注安世亚太官方订阅号的直播课程信息发布。 以上是ANSYS CFD流体仿真分析专家,安世亚太高级流体工程师张杨老师的系列课程排期表。 1、用户得到: ① 掌握ANSYS CFD前处理的工作流程; ② 掌握SCDM在前处理中的工作思路; ③ 掌握Workbench Meshing在前处理中的工作思路; ④ 掌握Fluent Meshing& ICEM CFD在前处理中的基本思路; ⑤ 学习复杂几何前处理的工作步骤及对策; ⑥ 学习复杂几何简化的目标及思路。 ⑦ 加入Fluent 交流群抱团学习软件和行业应用应用 ⑧ 加入讲师VIP学习群,获得算例模型、资料和课后答疑机会 2、讲师简介: 张杨,ANSYS CFD流体仿真分析专家, 安世亚太高级流体工程师。毕业于北京理工大学流体力学相关专业(本科+硕士)现任安世亚太北京分公司高级流体工程师,具备多年的流体仿真实战经验。 具备多年的 CAE 仿真工作经验,擅长 ANSYS 流体产品的行业应用,主要包括航空航天、电力能源、生物力学、电子封装等。精通 ANSYS Fluent、CFX、ICEM CFD 等软件的高级功能,尤其擅长复杂几何的网格处理与大规模仿真计算分析,有多个行业的咨询项目经验。 3、温馨提示: 1、以上课表为目前暂定主题,可能会根据学员需求做出调整,以最终发布的海报主题为准。 2、首播时间为每周二(19:00-20:30),首播期间,讲师提供15-30分钟免费内答疑,课程因特殊情况延期会提前通知大家。 3、本系列课采用首播提供15-20分钟答疑时间,讲师可以通过软件进行展示。 作者:张杨,安世亚太高级流体工程师 |
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