提示：文章写完后，目录可以自动生成，如何生成可参考右边的帮助文档

文章目录

  • 前言
  • 一、ANSYS仿真流体的一个基本流程？
  • 二、2D模型例子
    • 1.建模
    • 2.网格划分
    • 3.边界条件设置和求解
    • 4.结果后处理
    • 5. 网格区别对比
    • 6. 压力入口与速度入口对比
  • 三、3D模型例子
    • 1.建模
    • 2. 网格划分
    • 3. 边界设置与求解器
  • 总结

前言

提示：这里可以添加本文要记录的大概内容：

本文主要用来记叙在学习ANSYS过程中的一个小例子，是基于B站Up主重生之杨猛男https://www.bilibili.com/video/BV1qi4y147WV/?spm_id_from=autoNext；
https://www.bilibili.com/video/BV17r4y1w7kJ/?spm_id_from=333.788.recommend_more_video.3
两个视频跟做的笔记。

提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、ANSYS仿真流体的一个基本流程？

在学习之前，首先以我个人理解认为ANSYS是一个以workbench为主体的集成工具软件集合，包含了多种多样的工具，本文的例子是以ANSYS 2020R1为例整理，由于软件安装时间较长，且安装卸载步骤麻烦，建议大家在第一次安装时选择安装ANSYS 2020R2，R2版本中支持了全窗口汉化，对于英语不好的初学者友好了很多。
需要安装包的可以私信留言，看到了我会回复下载链接。
仅限ANSYS2020 R1与R2版本，其他的我也没有。

目前我学的较为浅显，本文就是作为一个笔记，方便后续查看，有不对的还请多包涵指正。
ANSYS仿真的基本流程分为前处理与后处理两部分，在workbench中首先使用拖拽或者新建来加入一个模块，在此我使用的FLUENT作为仿真工具。

在FLUENT模块中一共有5个设置窗口，也就是一般简单仿真的5个步骤，分别是
1.建模；
2.网格划分；
3.边界条件设置；
4.求解器求解；
5.结果后处理。
目前在我认知中，我认为1-4步为前处理，最后对于结果的保存或者图像绘制属于后处理内容。在下面的内容中，将以一个2D和3D的例子，分别来演示记录整体流程。
这里会加入我个人的一些不成熟的见解与尝试。

二、2D模型例子

1.建模

在Geometry上右键或双击来进行模型绘制，右键可以选择两种建模软件（SCG和DMG）。这里用的是第一个SCG，双击默认打开的就是第一个，不好用，但是一般的简单建模够用了，在复杂建模中，可以在Soildworks或者UG等专业建模软件中将模型建立好后导入。

打开后是这样的，可以开始画了，依据视频中的例子，先画一个2D平面的，我认为这个模仿的就是3D建模中的一个横截面的仿真过程。
简单画一个圆（R20mm）和一个长方形（50*25mm），注意单位，后面有统一单位的问题。

tips：在绘制矩形时，默认是对角确定矩形，选中图中的以中心定义矩形，可以更方便的绘制一个中心点和圆心同心的矩形。

之后退出草图绘制模式（退出划线模式，按下pull啥的都行），变成模型编辑模式，选中中间的圆，然后删除掉，就得到了一个挖孔的矩形。

至此完成一个简易的2D模型绘制。进入下一阶段，网格划分。

2.网格划分

继续右键点击Mesh，进行编辑或直接双击打开网格划分软件，这个软件好像也有好几个，默认打开的是Meshing，打开了等一会会自动将刚才画好的模型导入进来。

这些个坑爹软件快捷键和模型旋转方式不同，需要一个一个适应，手感可怕。
在这个步骤中，首先做各部分的命名分析。

选中要做边界的部分，按住ctrl可以多选，选择了上下边界和中间的圆弧，这个仿真拓展到3D中可以想象成是一个流体中间插了一根圆柱的棍子。
对各部分边界进行命名，将这三个边界，命名为墙。
在选取左右边界命名为进口和出口。

此时点击生成按钮就可以按照默认的网格大小自动划分网格，默认的网格较大，且较为粗糙。

点击左栏中的Mesh就可以对细节进行设置，在图中所示的位置就可以设置网格大小，注意这里此时是以m为单位。
这里可以更改单位，调整为mm,设置为0.5mm后重新生成网格。



此时的网格就细密了很多，但是发现中间会出现很多不规则的形变，在视频中有提到说对于规整的图形，可以用面覆盖的方式进行划分网格，在这里将对两种方法的仿真结果进行对比。

使用face mesh画的网格是这样的。

在此选择边缘对网格进行局部加密



设置为2倍加密，就成了这样。
tips：这里最大我就点到了3倍加密，再多不让了，不知道为什么，有知道的可以告诉我一下么？

这里就对网格划分结束了。
回到workbench界面如果出现这个闪电标志，则右键点击更新一下即可。

3.边界条件设置和求解

进入setup边界条件设置环节，双击或右键点击编辑。

根据我们的建模默认就是2D，选择双精度，设置CPU核心数和显卡数量（根据自己电脑情况设置）。


点开更多配置可以进行中文的设置，这样打开FLUENT求解器时就是中文了，R2版本则可以自动跟随变成中文R1需要额外设置。
进入求解器设置界面，等待一会，模型会自动加载出来。

绿色部分为我们中间放置的流体部分，蓝色和红色分别代表进口和出口，黑色边框为墙。

先看下报告质量，看体积是不是为负，负的说明前序环节出了问题。

在该例程中模拟的是水，因此设置重力加速度为9.81，这里取负是以参考系正方向为坐标系，因此y轴方向的重力加速度为负。

这里发现又是m为单位了，再次切换为mm

前面设置的矩形大小也就是这里的域范围，50变成了±25,25变成了-13到+12.

显示栏中可以设置各种显示的单位，默认出现的是全选，在后面的图形分析中可以设置单独显示某一平面方便观看。

勾选能量方程，因为存在重力加速度（存疑：不存在就不用了？）

设置粘性模型为K-epsilon（这个模型是啥后续补充）。
视频里说单一材料不用设置多相流，这个非专业，后续了解再说，现在甚至不知道多相流是啥，挖个坑。

设置流体材料，默认只有空气，在此有两种流体材料添加方法，分别是新建一个材料，和编辑现有材料。

视频里给出的方法是在编辑就材料的时候通过材料库对现有模型进行修改，然后选择COPY保存模型，不建议新建，需要设置一系列参数，但是我在实践过程中发现新建模型中也可以对材料库中的材料进行选择，因此，直接新建一个材料，选择为水-流体，点击复制就直接出现在左侧栏中了。

之后区域条件进行设置，首先设置流体填充

选择材料为刚才建立的water

设置完成后点击显示可以看到仅显示当前流体位置的网格，如果画面消失了，说明前面对于单位的设置不正确，重新设置单位后再显示即可。
之后对边界条件进行设置，首先设置壁面，因为是水，存在表面张力，因此，设置张力为0.07。

之后对出口边界条件进行设置

这里注意出口处可以选择类型，是压力型出口还是流出，如果是流出相当于无遮挡，与外界相通，如果是压力出口，则可以设置表压力，相当于此刻那个面上的压力值，按我个人理解应该是会由高压向低压扩散的过程，在此设置表压力为0。（这里是不是设置为0相当于给整个平面设置了一个基准源呢？）

到入口设置这里发现默认的入口设置是速度入口

如果设置成压力入口是不是会更好一点？后续将对比说明。设置入口速度为10m/s，并更改湍流方式。

接下来设置方法，这里的SIMPLE不是简单模型的意思，而是半隐式压力速度耦合 的缩写。

之后进行参数初始化，选择混合初始化，之后点击初始化。

显示初始化完成即可。

这里报了个警告，说是这个没有达到收敛条件，视频中说不用管，但是查了一下发现可能会因其后续的问题。
https://tieba.baidu.com/p/6094597280
帖子中说可以通过普通初始化解决，我进行普通初始化并无反应，编译栏中无任何显示。

之后进行计算，这里注意要开启自动保存，不然默认计算数据都会存在内存中，而不是存在本地文件中，在后续计算完成workbench中不会显示。

之后开始计算，设置迭代次数，这里这个迭代次数暂时还不清楚是干什么的。
这个迭代设置为0会无法进行下一步。
设置50次迭代结束后，结束计算，生成一个类似于残差收敛的曲线，继续点击计算还能再运行50次。

之后结束建立观察图像，建立等值线图
通过调整着色的带状和平滑可以出现不同的效果，这里选择动态压强。

再添加一个速度矢量，就可以生成矢量图了

可以对矢量表示的形式进行切换，比如切换成静态压力图

这里可以看到流体速度快的地方，静态压力是小的，这个符合伯努利原理中流体流速大的地方压强小的常识观点，但是切换至动态压力就不是了，动态压力矢量图与速度矢量图的分布是相同的，这里需要对静压力与动态压力的概念进行学习。
（后续知道了动压是和速度的平方成正比，动压=0.5密度速度的平方）

至此完成求边界设置与解器部分。进入后处理部分。

4.结果后处理

首先依旧是检查单位，统一单位为mm。

设置好后界面是下图中所示。

此时发现图变成了立体的，但是实际上新增加的是两个面，我现在的理解是类似于正面和背面。

插入一个云图，设置如下

第一个域，可以选择全域或是流体域，或者是单模型的域。
第二个是云图的位置，选择在那个面上的云图，在此选择的是对称面1，就是正面。然后再选择要显示的云图变量，选成压力，这里没有动压的选项，应该是静压，动压的计算公式在后续会添加。

可以通过设置显示范围，来看出口与入口处的压力，之前设置的出口压力是0，因此切换至出口层时，压力显示就是0


这里也可以设置成向量形式。勾选掉云图，就可以只显示向量图。

这里着重说一下关于看某个区域内的动态值变化，以线为例。

添加一个线，然后设置线的参数，可以设置线所在的表面及连线方式，这里选择的是两点确认一条直线，可设置起始点与结束点，这里的cut是相交法取线，sample是取样法取线，本次设置取样点多一些，后面画出来的图连续性会更好，关于后处理还找到了一个网站作为参考资料备选。
http://www.1cae.com/a/ansys-fluent/59/fluent-cfd-10210.htm
在新建一个chart，用于画图

这里可以设置这个图所显示的内容，将其选为该直线

直线位置如图中所示，点击绘制按钮，可议会制出当前直线中设置采样点数的图（下图中采样点设置为默认的10点）

点击直线空间，可以修改采样点数，将其修改为1000，就是在这条直线上，取1000个采样点（目前看来最大就是1000）。

然后我们自定义一个公式来显示动态压力。
首先定义一个表达式，以动压公式为例：
Dy_Press=0.5ρ(密度)v2v^{2}v2(速度平方)；

新建一个表达式，将表达式输入进去，使用系统内带的参数，在表达式输入时会自动变成斜体。


在变量里新建一个变量，去个名字，然后选择表达式输出，表达式就选成刚才设置的动压表达式。点击应用后，会出现一个用户自定义的变量区域

这次再回到chart菜单中就可以看到动压的变量了

重新绘制图像，就可以得到新变量下的曲线。

在云图中同样可以获得新变量下生成的云图。

后处理目前学到的一些简单功能就是这样。

5. 网格区别对比

这部分是对比一下不同网格下的仿真结果，上述结果都是基于面覆盖型网格的仿真，这次不采用面覆盖型网格，而是采用原始默认的网格来做网格划分，观察不同网格划分的仿真结果有什么不同。

相同图像，采用了默认网格划分方式，0.5mm网格，在内边缘部分进行了3倍加密。
求解器与边界设置与前述一致。
求解结果如下：

面覆盖网格是这样的

两种表格划分方式还是可以看出明显区别的，在后续还将继续探究一下在不同使用情况下的表格划分方式选择。

6. 压力入口与速度入口对比

这里在后处理中发现压力和速度在跑完仿真后是可以进行相互换算的，也就没有对比的必要了，就是两种不同的参数输入方式。

这里可以看出最开始设置的是入口速度为10m/s，由于伯努利效应使得两端点通道较窄的部分出现了速度加快的情况，但是最大也就到10.016m/s的速度。

出口速度则变化较为明显，再将出口换算为压力，则可看出依旧维持在初始的0表压力数值附近。

三、3D模型例子

这里继续以这个形状的拉伸模型为例，不用视频中的管子了，对整体操作步骤进行一个记录，重复部分不在叙述，主要说的是2D设置与3D设置中不同的地方。

1.建模


绘制一个方盒，中间插了一根柱子。50mm25mm6mm。

2. 网格划分

选中要封闭的面，设置为wall，分别设置进口与出口。

依旧设定0.5mm的网格，在内边与内侧墙上分别设置3倍局部加密网格。



使用这个可以看到整体的剖视图


通过剖视图可以看到元件内部的网格划分情况。
完成网格划分。

3. 边界设置与求解器


这里自动变为了3D。
依旧是蓝色红色分别代表流入和流出。

依旧是设施之前的步骤，然后开始计算，3D计算50次迭代过程明显慢了很多。

计算过程中主要占用的还是CPU和内存，难道之前的GPU设置没用？

这是画了个啥？哈哈，是漏了么？等研究研究，先放着存着

总结

第一次操作，肯定有好多不对的地方，先放这里存在，有高人指点或者后面学了新的再补充。

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