FLOTRANCFD分析的步骤详解

一个典型的FLOTRAN分析包括以下7个步骤。

1.确定问题的区域

用户必须确定所分析问题的范围，将问题的边界设置在条件已知范围内。如果并不知道精确的边界条件而必须做假定时，就不要将分析的边界设定在靠近感兴趣区域的地方，也不要将边界设在求解变量变化梯度大的地方。有时，用户不知道要求问题中哪个地方梯度变化最大，需要先做一个试探性的分析，然后根据结果来修改分析区域。

2.确定流体的状态

用户要估计流体的特征。流体的特征是流体性质、几何边界以及流场的速度幅值的函数。FLOTRAN能求解的流体包括气流和液流，其性质可随温度而发生显著变化，但FLOTRAN中的气流只能是理想气流，用户需自己确定温度对流体的密度、黏性和热导率的影响是否是很重要。在大多数情况下，可近似认为流体性质是常数，即不随温度而变化，均可得到足够精确的解。

通过用雷诺数可判别流体是层流或湍流，因为雷诺数反映了惯性力和黏性力的相对强度。通常用马赫数来判别流体是否可压缩。流场中任意一点的马赫数是该点流体速度与该点音速之比值。当马赫数大于0.3时，就应考虑用可压缩算法来进行求解；当马赫数大于0.7时，可压缩算法与不可压缩算法之间就会有极其明显的差异。

3.生成有限元网格

用户必须先确定流场中哪个地方流体的梯度变化较大，从而在这些地方对网格进行适当调整。例如：如果用了湍流模型，靠近壁面的区域网格密度必须比层流模型密得多，如果太粗，该网格就不能在求解中捕捉到由于巨大的变化梯度对流动造成的显著影响；相反，那些长边与低梯度方向一致的单元可以有很大的长宽比。

为了得到精确的结果，应使用映射网格划分，因其能在边界上更好地保持恒定的网格特性。有些情况下，用户希望用六面体单元去捕捉高梯度区域的细节，而在非关键区域使用四面体单元，这时可令ANSYS软件在界面处自动生成金字塔单元。

对流动分析，尤其是湍流，在近壁处使用金字塔单元可能导致错误的结果，因此不应使用这种单元。楔形单元有利于划分三角形网格然后拖动生成复杂的曲面。快速求解时，可在近壁处使用楔形单元；但准确求解时，应使用六面体单元。(www.xing528.com)

4.施加边界条件

可在划分网格之前或之后对模型施加边界条件，此时要将模型所有的边界条件都考虑进去，如果与某个变量相关的边界条件没有加上去，则该变量沿边界的法向值的梯度将被假定为零。求解中，可在重启动之前改变边界条件的值；如果需改变边界条件的值或不小心忽略了某个边界条件，可不必重启动，除非改变导致分析的不稳定性。

5.设置FLOTRAN分析参数

使用湍流模型或求解温度方程等选项之前，用户必须激活它们。流体性质等特定项目的设置与所求解的流体问题类型相关。

6.求解

通过观察求解过程相关变量的改变率，可以监控求解的收敛性及稳定性。这些变量包括速度、压力、温度、动能（ENKE自由度）和动能耗散率（ENDS自由度）等湍流量以及有效黏性（EVIS）。注意一个分析通常需要多次重启动。

7.检查结果

可对输出结果进行后处理，也可在打印输出文件里对结果进行检查，此时用户应根据工程经验来估计所用的求解手段、所定义的流体性质以及所加的边界条件的可信度。