如图10-77所示，直径为10mm圆柱，左端空气速度为100m/s，右端压力为0Pa，试求空气流过圆柱时的流场分布。
图10-77 圆柱绕流模型
操作步骤
1.启动ANSYS 14.5
双击桌面上的“Mechanical APDL Product Launcher”图标
，弹出“ANSYS配置”窗口，在“Simulation Environment”选择“ANSYS”，在“license”选择“ANSYS Multiphysics”，然后指定合适的工作目录，单击“Run”按钮，进入ANSYS用户界面。
2.指定工程名和分析标题
1）选择“Utility Menu＞File＞Change Jobname”命令，弹出“Change Jobname”对话框，修改工程名称为“cylinder”，如图10-78所示。单击“OK”按钮完成修改。
2）选择“Utility Menu＞File＞Change Title”命令，弹出“Change Title”对话框，修改标题为“Flow Analysis around the cylinder”，如图10-79所示。单击“OK”按钮完成修改。
3）选择“Utility Menu＞Plot＞Replot”命令，指定的标题“Flow Analysis around the cylinder”显示在窗口的左下方。
图10-78 “Change Jobname”对话框
图10-79 “Change Title”对话框
3.指定分析类型
选择“Main Menu＞Preference”命令，弹出“Preferences for GUI Filtering”对话框，勾选“FLOTRAN CFD”选项，如图10-80所示。单击“OK”按钮确认。
图10-80 “Preferences for GUI Filtering”对话框
4.定义单位
在ANSYS软件的主界面命令输入窗口中，输入“/UNIT，SI”，如图10-81所示。然后单击“Enter”键确认。
图10-81 输入单位命令
5.定义单元类型
1）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Element Type＞Add/Edit/Delete”命令，弹出“Element Types”对话框，如图10-82所示。
2）单击“Add…”按钮，弹出“Library of Element Types”对话框，在左边的列表中选择“FLOTRAN CFD”选项，选择流体单元类型，然后在右边列表中选择“3D FLOTRAN142”单元，如图10-83所示。单击“Library of Element Types”对话框的“OK”按钮，返回“Element Types”对话框。
3）单击“Close”按钮，关闭“Element Types”对话框，结束单元类型的添加。
图10-82 “Element Types”对话框
图10-83 “Library of Element Types”对话框
6.建立分析模型
1）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Areas＞Circle＞Solid Circle”命令，弹出“Solid Circular Area”对话框，在“WP X”和“WP Y”文本框中输入圆中心为（0，0），在“Radius”文本框中输入圆半径0.01，单击“OK”按钮创建圆面，如图10-84所示。
图10-84 创建圆面
2）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Areas＞Rectangle＞By Dimensions”命令，弹出“Create Rectangle by Dimensions”对话框，输入顶点坐标分别为（-0.3，-0.15），（0.5，0.15），单击“OK”按钮创建矩形面，如图10-85所示。
图10-85 几何尺寸创建矩形面
3）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Operate＞Subtract＞Areas”命令，弹出“Subtract Areas”对话框，用鼠标单击矩形，选中矩形单击“OK”按钮，再次弹出“Subtract Areas”对话框，用鼠标选择圆，然后再次单击“OK”按钮完成布尔减运算，如图10-86所示。
图10-86 布尔减运算
4）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Operate＞Extrude＞Areas＞Along Normal”命令，弹出“Extrude Area by Norm”对话框，用鼠标单击选择面，单击“OK”按钮，弹出“Extrude Area along Normal”对话框，在“Length of extrusion”文本框中输入0.5，单击“OK”按钮完成面拉伸生成体，如图10-87所示。
图10-87 拉伸生成体
7.划分网格
1）选择“Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞MeshTool”命令，弹出“MeshTool”对话框，选中“Smart Size”复选框，并将智能网格划分水平调整为1，选择网格划分器类型为“Free”（自由网格），单击“Mesh”按钮，弹出“Mesh Volume”对话框，单击“Pick All”按钮，系统自动完成网格划分，如图10-88所示。
图10-88 网格划分
2）单击“Mesh Tool”对话框中的“Close”按钮关闭网格划分工具。
8.施加边界条件
1）选择“Utility Menu＞Plot＞Areas”命令，显示直线和曲线。
2）选择“Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Fluid/CFD＞Velocity＞On Areas”命令，弹出实体选取对话框，选择左端面后，单击“OK”按钮，弹出“Apply VELO，load on areas”对话框，在“VX load value”文本框中输入数值100，在“VY a load value”文本框中输入0，在“VZ load value”文本框中输入0，单击“OK”按钮完成约束，如图10-89所示。
图10-89 施加入口流速
3）选择“Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Fluid/CFD＞Velocity＞On Lines”命令，弹出实体选取对话框，选择“Circle”拾取方式拾取圆孔的所有面，单击“OK”按钮，弹出“Apply VELO，load on areas”对话框，在“VX load value”文本框中输入数值0，在“VY a load value”文本框中输入0，在“VZ load value”文本框中输入0，单击“OK”按钮完成约束，如图10-90所示。
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图10-90 施加无滑移边界条件
4）选择“Utility Menu＞Select＞Entities”命令，弹出“Select Entities”对话框，选择拾取对象为“Areas”，拾取方式为“By Location”，选中“Y coordinates”单选按钮，在“Min，Max”文本框中输入坐标值−0.15，单击“OK”按钮完成面选取，如图10-91所示。
图10-91 通过位置拾取面
5）选择“Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Fluid/CFD＞Velocity＞On Lines”命令，弹出实体选取对话框，单击“Pick All”按钮选择所有面，弹出“Apply VELO，load on areas”对话框，在“VX load value”下的文本框中输入数值0，在“VY a load value”下的文本框中输入0，在“VZ load value”下的文本框中输入0，单击“OK”按钮完成约束，如图10-92所示。
图10-92 施加无滑移边界条件
6）选择“Utility Menu＞Select＞Everything”命令，选取所有图元、单元和节点。
7）选择“Utility Menu＞Select＞Entities”命令，弹出“Select Entities”对话框，选择拾取对象为“Areas”，拾取方式为“By Location”，选中“Y coordinates”单选按钮，在“Min，Max”文本框中输入坐标值0.15，单击“OK”按钮完成面选取，如图10-93所示。
图10-93 通过位置拾取面
8）选择“Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Fluid/CFD＞Velocity＞On Lines”命令，弹出实体选取对话框，单击“Pick All”按钮选择所有面，弹出“Apply VELO，load on areas”对话框，在“VX load value”下的文本框中输入数值0，在“VY a load value”下的文本框中输入0，在“VZ load value”下的文本框中输入0，单击“OK”按钮完成约束，如图10-94所示。
9）选择“Utility Menu＞Select＞Everything”命令，选取所有图元、单元和节点。
10）选择“Utility Menu＞Select＞Entities”命令，弹出“Select Entities”对话框，选择拾取对象为“Areas”，拾取方式为“By Location”，选中“Z coordinates”单选按钮，在“Min，Max”文本框中输入坐标值0，单击“OK”按钮完成面选取，如图10-95所示。
11）选择“Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Fluid/CFD＞Velocity＞On Lines”命令，弹出实体选取对话框，单击“Pick All”按钮选择所有面，弹出“Apply VELO，load on areas”对话框，在“VX load value”下的文本框中输入数值0，在“VY a load value”下的文本框中输入0，在“VZ load value”下的文本框中输入0，单击“OK”按钮完成约束，如图10-96所示。
图10-94 施加无滑移边界条件
图10-95 通过位置拾取面
图10-96 施加无滑移边界条件
12）选择“Utility Menu＞Select＞Everything”命令，选取所有图元、单元和节点。
13）选择“Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Fluid/CFD＞Velocity＞On Lines”命令，弹出实体选取对话框，选择前面，单击“OK”按钮，弹出“Apply VELO，load on areas”对话框，在“VX load value”下的文本框中输入数值0，在“VY a load value”下的文本框中输入0，在“VZ load value”下的文本框中输入0，单击“OK”按钮完成约束，如图10-97所示。
14）选择“Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Fluid/CFD＞Pressure DOF＞On Areas”命令，弹出实体选取对话框，选择右侧端面后，单击“OK”按钮，弹出“Apply PRES on areas”对话框，在“Pressure value”文本框中输入数值0，单击“OK”按钮完成约束，如图10-98所示。
图10-97 施加无滑移边界条件
图10-98 施加出口压力
9.定义流体性质
1）选择“Main Menu＞Solution＞FLOTRAN Setup＞Fluid Properties”命令，弹出“Fluid Properties”对话框，在“Density”下拉列表中选择“AIR-SI”，在“Viscosity”下拉列表中选择“AIR-SI”，如图10-99所示。单击“OK”按钮完成。
2）系统弹出“CFD Flow Properties”对话框，保持默认，如图10-100所示。单击“OK”按钮完成。
图10-99 “Fluid Properties”对话框
图10-100 “CFD Flow Properties”对话框
10.设置求解控制选项
选择“Main Menu＞Solution＞FLOTRAN Set Up＞Execution Ctrl”命令，弹出“Steady State Control Settings”对话框，在“Global iterations”文本框中输入60，如图10-101所示。单击“OK”按钮完成迭代次数设置。
图10-101 设置迭代次数
11.求解
1）选择“Main Menu＞Solution＞Run FLOTRAN”命令，开始求解，并在窗口中显示迭代过程曲线，如图10-102所示。
图10-102 迭代过程曲线
2）求解完成后弹出“Note”对话框，如图10-103所示。单击“Close”按钮关闭。
图10-103 “Note”对话框
12.后处理显示结果
1）选择“Main Menu＞General Postproc＞Read Results＞Last Set”命令，读取最后一个迭代计算结果。
2）绘制流场速度分布图。选择“Main Menu＞General PostProc＞Plot Results＞Vector＞Predefined”命令，弹出“Vector Plot of Predefined Vectors”对话框，选择“DOF solution＞Velocity V”选项，单击“OK”按钮绘制流场速度分布图，如图10-104所示。
图10-104 流场速度分布图
3）绘制总压力（动压和静压）分布图。选择“Main Menu＞General PostProc＞Plot Results＞Contour Plot＞Nodal Solution”命令，弹出“Contour Nodal Solution Data”对话框，选择“Nodal Solution＞Other FLOTRAN Quantities＞Total stagnation pressure”选项，单击“OK”按钮绘制流场总压力分布图，如图10-105所示。
图10-105 流场总压力分布图
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