FLUID142单元简介

1.FLUID142单元特征

维数：三维.

形状：四节点四面体或八节点六面体。

自由度：速度、压力、温度、湍流动能、湍流能量耗散、多达6种流体的各自质量所占的份额。

2.FLUID142单元描述（同2.1.1节FLUID141单元描述）

3.FLUID142输入数据

图2-2“FLUID142几何形状”显示了此单元的几何形状、节点位置和坐标系。通过8个节点和材料性质定义单元。通过对节点M、N、O和P定义相同的节点数可形成一个四面体形状的单元，也可以形成一个楔形单元和一个棱锥形单元。根据KEYOPT（3）的值选择的坐标系可以是笛卡尔坐标系，也可以是柱坐标系。

图2-2 FLUID142几何形状

节点和单元载荷描述了单元载荷。对于一个流体-固体交互分析，可以使用SF系列命令（SF、SFA、SFE或SFL）和FSIN表面载荷标签来应用流体-固体交互标记，也必须在载荷传递发生的固体交界面处应用相同的交界面数。

1）FLUID142流体单元（同2.1.1节FLUID141流体单元）。仅当包括一个分布阻力（FLUID142分布阻力）、一个风扇模型（FLUID142风扇模型）、一个壁面粗糙度（FLUID142壁面粗糙度）或一个ALE公式在内时，才需要常数，见表2-3。

2）FLUID142分布阻力。为了估计多空介质（例如过滤器）效应或其他实际上没有建立那些特征的几何形状模型的流动区域特征效应，分布阻力是一种便利的方法。分布阻力是一个人为施加的、与没有明确建模的几何形状相关的不可恢复的损失。具有分布阻力的任何一个流体单元都有一个大于1的实常数。

流动的阻力被建模成一个分布阻力，可归因于这些因数中的一个或一个组合：局部压头损失（K），摩擦系数（f）或渗透性（C）。总压梯度为这三个项之和，对于X方向公式参见FLUID141分布阻力。

表2-3 FLUID142实常数

（续）

为了计算粘度，ANSYS提供了一个自定义子程序。

如果分布阻力区域内部速度场中存在大的速度梯度，通过在此区域内设ENKEDOF为0，设ENDSDOF为1来使湍流模型无效。

3）FLUID142风扇模型（同2.1.1节FLUID141风扇模型）。

4）FLUID142非流体单元（同2.1.1节FLUID141非流体单元）。

4.FLUID142输出数据（同2.1.1节FLUID141输出数据）

与单元相关的解输出表现为节点数的形式。附加的中间性质和得到的数量补充了自由度

表2-4描述了一个节点基上输出的量，意义与表2-2相同。

5.FLUID142假设和限制

●单元必须没有任何负体积或零体积。

●必须定义单元的连通性，以使与前四个节点（六面体单元）或前三个节点（四面体单元）相关的由右手准则定义的法线指向单元。

●通过确定复制的节点形成四面体时，FLOTRAN单元就会忽略重复的节点，并且使几何图形基于节点I、J、K和M上。

表2-4 FLUID142单元输出定义(www.xing528.com)

●只支持线性单元。

●不能和任一其他ANSYS单元一起使用FLUID142。

●并不是所有的ANSYS命令都和FLUID142的使用相关。

●FLOTRANCFD分析是高度非线性的。

●在某些情况下，收敛很难达到，并且要求使用稳定性和松弛参数。

●高度湍流情况可能会受益于预处理（一个线性分析的流场的初始化），尤其是当使用粗糙有限元网格时。

●必须确定能否保证使用湍流及（或）可压缩选项。湍流选项要求壁面附近为细化的网格，并且在冲击波发生的任一区域附近推荐使用细化的网格。如果在粗糙网格区域存在较大的梯度，就要调整网格后再进行运算。

●对于一个流动分析，尤其是湍流，由于在求解过程中会产生错误，不应该在壁面附近使用棱锥型单元。

●对于可压缩流动热分析及R-θ和R-θ-Z坐标系，不支持面对面的辐射（RDSF）。

●对于一个二维FSI分析，FLOTRAN单元必须是按逆时针排序。对于一个二维FSI分析，单元必须按正体积排序。如果单元顺序不恰当，就需要重新建立网格。

在公式中作了以下假设：

●节点坐标系和球坐标系必须保持相同。

●在分析过程中，不能改变问题区域和有限元网格。

●流体为单相流体。

●非流体的导热系数可随温度而变化。也支持非流体导热系数的正交各向异性变化。

●不允许出现自由表面。

●气体的状态方程遵循理想气体定理，这种情况没有考虑是否使用了不可压缩或可压缩运算法则。当马赫数大于5时，理想气体定理是无效的。

●在不可压缩选项中，压力作用在流体上的功、粘性耗散及动能项在能量方程中是忽略不计的。不可压缩能力方程是一个热输送方程。

●在可压缩绝热情况下，假定停滞（总）温度是恒定的，并通过减去一个动能项从中计算出静态温度。

●对于FLOTRAN单元不允许在载荷情况下操作。

6.FLUID142单元的其他特征

●用于模拟湍流的二方程湍流模式.

●有很多推导结果，诸如：流场分析中的马赫数、压力系数、总压、切应力、壁面处的Y-plus、流线函数，热分析中的热流、热交换（膜）系数等。

●流体边界条件，包括：速度、压力、湍流动能，以及湍流能量耗散率。用户无需提供流场入口处湍流项的边界条件，因FLOTRAN对此提供的默认值适用于绝大多数分析。

●热边界条件，包括：温度、热流、体积热源、热交换（膜）系数。

用户可使用的坐标系有：笛卡尔坐标系、柱坐标系、极坐标系和轴对称坐标系。如果所计算的问题是轴对称的，激活旋转（swirl）选项即可算出垂直于对称平面的速度分量。