Fluent Meshing(用户手册笔记)

5.1.3.3 数值扩散

在多维度情景中数值扩散是产生误差的主要原因。

解决方法：

所有求解流体流动的实用数值格式都包含有限数量的数值扩散。这是因为数值扩散源于截断误差，截断误差是用离散形式表示流体流动方程的结果。
在ANSYS Fluent中采用二阶和MUSCL离散化方案，可以减小数值扩散对解的影响
数值扩散量与网格的分辨率成反比。因此，处理数值扩散的一种方法是对网格进行细化。
当流体与网格对齐时，数值扩散最小

这是与网格选择最相关的。如果使用三角形/四面体网格，则流永远无法与网格对齐。如果使用四边形/六面体网格，可能会出现这种情况，但对于复杂的流则不会出现这种情况。它只是在一个简单的流动，如通过长管道的流动，在其中你可以依靠四边形/六面体网格来最小化数值扩散。在这种情况下，使用四边形/六面体网格是有利的，因为与使用三角形/四面体网格相比，您将能够用更少的单元格获得更好的解决方案。
如果你想对垂直于墙的梯度有更高的分辨率，你可以在墙附近创建高纵横比的棱镜层

5.51 网格检查报告

定义网格检查所显示的信息使用下面的文本命令

Mesh → check-verbosity

该命令提供三个可选参数：

0

显示的信息量水平最低，只是用来提示你检查正在被执行，当然，警告会被显示出来。
1

这个水平会列出他执行时的单个检查（例如检查右撇子单元）。任何警告将会被立即显示在输出框里
2

此级别提供关于网格检查的最大信息。报告将列出执行时的各个检查(例如，检查右撇子单元格);结果的任何警告都将显示在生成它的复选框的下方。有关检查失败的其他详细信息也将显示，例如问题的位置或受影响的单元格.

5.5.2 修复网格

当网格检查报告了问题或者你收到了警告信息，你可以在控制台中打印出有问题的单元统计来查看问题的具体信息。通过下面的文本命令：

mesh → repair-improve → report-poor-elements

通过下面命令来修复网格：

mesh → repair-improve → repair

需要注意的是，默认情况下， repair 文本命令只会调整内部节点，如果你想调整网格边界，需要在使用修复命令前使用下面的命令：

mesh →repair-improve → allow-repair-at-boundaries

repair 文本命令可能会将退化单元转化为多面体单元，如果你想确保在网格修复中不出现多面体，就必须要在修复网格前关闭该转换：

mesh → repair-improve → include-local-polyhedra-conversion-in-repair

如果你只想去尝试提升糟糕的单元质量，你可以使用下面的命令：

mesh →repair-improve →improve-quality

也可以多次使用improve-quality 文本命令，直到网格质量提升到令你满意为止。

如果网格检查报告包括下面类似的警告信息：

WARNING: node on face thread 2 has multiple shadows.

它表示存在重复的影子节点。此错误仅发生在与周期性墙的网格中。您可以使用以下文字命令修复这样的网格:

mesh → repair-improve →repair-periodic

5.7.1 转换定义区域为多面体

转换网格的整个区域使用菜单里的Mesh/Polyhedra /Convert Domain

需要注意，默认情况下，转换过程中内部的流型区将会丢失，如果你想去保留他们，需要在转换开始前输入下面的命令：

mesh→ polyhedra→ options→ preserve-interior-zones

你将会被提示输入一系列字符，只有这些包含所指定字符串名称的内部表面会被保留。

5.7.1.1 局限性

网格已经包含多面体的单元经不会被转换
包含悬挂点/悬挂边的网格不会被转换
下列的操作工具将对多面体网格不适用
- mesh/modify-zones/extrude-face-zone-delta 文本命令
- mesh/modify-zones/extrude-face-zone-para 文本命令
- 扁态平滑（skewness smoothing）
- swapping

5.8.11 替换网格

全局网格替换执行菜单栏上的Mesh/Replace 会打开一个文件选择框。

5.8.11.2 使用限制

当前网格的边界条件映射到替换网格中具有相同名称区域。
替换的网格一般是ANSYS Fluent mesh（.msh）文件，你也可以选择一个ANSYS Fluent case（.cas）文件代替，但需要注意，该方法只会使用cas文件中网格信息，其他会被忽略。
使用cas文件来替换网格的时候，必须先删除其中定义的非共形网格接口（non-conformal mesh interfaces）。

第六章单元区域与边界条件

6.2.1 流体条件

流体域是一组单元的合集，所有的活动方程都在这里求解。唯一需要向流体单元输入的是流体材料的类型。你必须指明流体域包含哪种材料，以便能够使用适当的材料属性。

需要注意

如果你采用多相流模型，就不必在流体域中指定材料，你可以在定义流体相的时候选择。

6.2.1.1 为流体域赋值

6.2.1.1.4指定层流域

当你计算一个湍流时，有时也需要在特定的流体区域关闭湍流模型。为了禁用湍流模型，需要在了流体对话框中打开层流域选项。如果你确切知道某些区域是层流状态话这个选项会很有用。例如，如果你知道翼型上过渡点的位置，你可以创建一个层流/湍流过渡边界，层流区与湍流区交界。这个特性允许你在机翼上模拟湍流过渡。

6.2.7.2 定义源的过程

为某个区域定义一个或多个源遵循以下步骤（记得去唯一使用国际单位）：

在流体或者固体对话框中打开Source Terms选项
在Source Terms标签中指定源项。
- 指定质量、动量、能量和其他不同的源需要单击该源旁边的Edit按钮。打开该源的对话框，输入需要定义的源的数量。
- 记住，你不应该只定义一个质量源而不定义其他能量，动量源，这样质量源需要被流体加速或加热，这会导致速度或能量的阶跃，根据源的大小，这种阶跃可能可见也可能不能被察觉。（需要注意的是只定义动量源、能量源或者湍流源是可接受的）

6.2.7.2.1 质量源

如果你的问题中只有一种组分，你可以为该组分定义一个质量源。

如果超过一个组分，你可以为每个组分定义质量源。定义不包括最后一个组分的质量源，但需要定义总质量源，最后一个组分的质量源Fluent会通过总质量源和每个组分质量源算出。

6.3.2.1.3 湍流强度

湍流强度 $I$ 定义为相对于平均速的 $u_{avg}$ 脉动速度 $u'$ 的均方根。

小于10%的湍流强度通常被认为是低强度湍流，大于10%被认为是高强度湍流。完全发展的管流的核心湍流强度可以用下面的经验公式计算。
$I\equiv {{u'} \over {u_{{avg}}}}=0.16\left[Re_{D_H}\right]^{-1/8}$

6.3.2.1.4 湍流尺度和水力直径

湍流尺度 $l$ 是和携带湍流能量的大涡尺度有关的物理量。在完全发展的管流中， $l$ 被管道的尺寸所限制，因为大涡流不能大于管道的尺寸。管道的相关尺寸 $L$ 和管的物理尺寸 $l$ 之间的计算关系如下：
$l= {{0.07L} \over{C_{\mu}^{3/4}}}$
其中 $L$ 是管道的相关尺寸， $1/C_{\mu}^{3/4}$ （大部分情况下取1）保证一二方程湍流模型湍流尺度因子定义一致。在非圆截面管道中， $L$ 可根据水力直径得出。

6.3.3 压力进口边界

压力进口边界条件用于定义流动个入口的压力及其他标量，可适用于可压缩与不可压缩流体计算中。压力进口边界条件可以用在进口压力已知，但流动率、速度不可知的情况。

6.3.3.1 设置压力进口边界

在Pressure Inlet对话面板中的Gauge Total Pressure输入总压力值，在Thermal选项卡中填入Total Temperature。

不可压缩流体的总压定义：
$p_0=p_s+\frac 12\rho|\overrightarrow v|^2$
可压缩流体的总压定义：
$p_0=p_s\left(1+\frac{\gamma-1}{2}M^2\right)^{\gamma/(\gamma-1)}$
其中p₀为总压里，p_s为静压，M为马赫数， $\gamma$ 表示比热比。

如果Pressure Inlet对话框中的Reference Frame被设置为Absolute，总温度、总压力和流动方向也应该在绝对坐标系下，Fluent求解器会将其转化成相对坐标系。
如果如果Pressure Inlet对话框中的Reference Frame被设置为Relative to Adjacent Cell Zone，总温度、总压力和速度分量也相对于相邻的细胞区，不需要改变。

对于欧拉多相模型，必须为各个相指定总温度和速度分量。每个相的参考系(相对于相邻细胞区或绝对细胞区)与为混合物相选择的参考系相同。注意，总压力值必须在混合物中指定。

如果流体是不可压缩的，则压力进口对话框中指定的温度将被视为静态温度。
对于混合多相模型，如果边界允许可压缩相和不可压缩相的组合进入该区域，则压力进口对话框中指定的温度将被视为该边界处的静态温度。如果边界只允许一个可压缩相进入该区域，则压力进口对话框中指定的温度将作为该边界处的总温度(相对/绝对)。总温度将取决于在压力进口对话框中选择的参考系选项。
对于欧拉多相模型，如果边界允许域中存在可压缩相和不可压缩相的混合物，那么每个相的温度将是总温度或静态温度，这取决于该相是可压缩的还是不可压缩的。

如果入口流动时超音速的，或者打算用压力入口边界条件来对解进行初始化，那么必须指定静压（Supersonic/Initial Gauge Pressure）。如果流动是亚音速的，FLUENT会忽略Supersonic/Initial Gauge Pressure，它是由指定的驻点值来计算。

当流体为亚音速时，ANSYS Fluent忽略超声速/初始表压，在这种情况下，由指定的滞止量计算超声速/初始表压。如果你选择基于压力入口条件初始化解，超音速/初始表压将与指定的滞止压力结合使用，根据等熵关系(可压缩流)或伯努利方程(不可压缩流)计算初值。因此，对于亚音速进气道，一般应根据进气道马赫数(可压缩流)或进气道速度(不可压缩流)的合理估计来确定。

6.3.3.1.1.5 设置湍流参数

首先在Pressure Inlet面板中的Turbulence选项组内选择Specification Method，即湍流参数的定义方法，如K and Epsilon、Intensity and Length Scale、Intensity and Viscosity Ratio、Intensity and Hydraulic Diameter等。

具体定义参考6.3.2.1.3 湍流强度设置

<其他进口边界条件——待续>