ANSYSWorkbench18.0实例解析：实例分析过程

1.启动Workbench 18.0

在“开始”菜单中执行ANSYS 18.0→Workbench 18.0命令。

2.创建流体动力学分析

（1）在工具箱【Toolbox】的【Analysis Systems】中双击或拖动流体动力学分析【Fluid Flow（CFX）】到项目分析流程图，如图11-83所示。

（2）在Workbench的工具栏中单击【Save】，保存项目实例名为Combustor.wbpj。工程实例文件保存在D：\AWB\Chapter11文件夹中。

3.导入几何模型

在流体分析上，右键单击【Geometry】→【Import Geometry】→【Browse】→找到模型文件Combustor.agdb，打开导入几何模型。模型文件在D：\AWB\Chapter11文件夹中。

4.进入Meshing网格划分环境

（1）在流体力学分析上，右键单击【Mesh】→【Edit】进入Meshing网格划分环境。

（2）在Meshing的主菜单【Units】中设置单位为Metric（mm，kg，N，s，mV，mA）。

5.划分网格

（1）在导航树里单击【Mesh】→【Details of“Mesh”】→【Sizing】→【Size Function】=Curva-ture，【Relevance Center】=Fine；【Quality】→【Smoothing】=High，其他默认。

（2）在标准工具栏中单击，选择圆柱外表面与两端面交线，然后右键单击【Mesh】→【Insert】→【Sizing】，【Edge Sizing】→【Details of“Edge Sizing”-Sizing】→【Definition】→【Type】=Number of Divisions，【Number of Divisions】=5；【Advanced】→【Size Function】=U-niform，【Behavior】=Hard，【Bias Type】=No Bias，其他默认，如图11-84所示。

图11-83 创建CFX燃烧室燃烧和辐射分析

图11-84 定义圆柱外表面与两端面交线处尺寸

（3）在标准工具栏中单击，选择圆柱外表面分别与两侧面交线，然后右键单击【Mesh】→【Insert】→【Sizing】，【Edge Sizing】→【Details of“Edge Sizing”-Sizing】→【Defini-tion】→【Type】=Number of Divisions，【Number of Divisions】=40；【Advanced】→【Size Func-tion】=Uniform，【Behavior】=Hard，【Bias Type】=，【Bias Factor】=4，其他默认，如图11-85所示。

（4）在标准工具栏中单击，选择圆柱两侧面交线，然后右键单击【Mesh】→【Insert】→【Sizing】，【Edge Sizing】→【Details of“Edge Sizing”-Sizing】→【Definition】→【Type】=Number of Divisions，【Number of Divisions】=40；【Advanced】→【Size Function】=Uniform，【Behav-ior】=Hard，【Bias Type】=，【Bias Factor】=4，其他默认，如图11-86所示。

（5）在标准工具栏中单击，选择圆柱两端面与两侧面交线，共8条线，然后右键单击【Mesh】→【Insert】→【Sizing】，【Edge Sizing】→【Details of“Edge Sizing”-Sizing】→【Defini-tion】→【Type】=Number of Divisions，【Number of Divisions】=40；【Advanced】→【Size Func-tion】=Uniform，【Behavior】=Hard，【Bias Type】=，【Bias Factor】=4，其他默认，如图11-87所示。

图11-85 定义圆柱外表面分别与两侧面交线处尺寸

图11-86 定义圆柱两侧面交线处尺寸

（6）在标准工具栏中单击，选择喷口端面与两侧面交线，然后右键单击【Mesh】→【Insert】→【Sizing】，【Edge Sizing】→【Details of“Edge Sizing”-Sizing】→【Definition】→【Type】=Number of Divisions，【Number of Divisions】=5；【Advanced】→【Size Function】=Uniform，【Behavior】=Hard，【Bias Type】=No Bias，其他默认，如图11-88所示。

图11-87 定义圆柱两端面与两侧面交线处尺寸

图11-88 定义喷口端面与两侧面交线处尺寸

（7）在标准工具栏中单击，选择模型，右键单击【Mesh】→【Insert】→【Method】，单击【Automatic Method】→【Details of“Automatic Method”-Method】→【Definition】→【Method】=MultiZone，其他选项默认。

（8）生成网格：右键单击【Mesh】→【Gen-erate Mesh】，图形区域显示程序生成的单元网格模型，如图11-89所示。

（9）网格质量检查：在导航树里单击【Mesh】→【Details of“Mesh”】→【Quality】→【Mesh Metric】=Jacobian Ratio（Gauss Points），显示Jacobian Ratio（Gauss Points）规则下网格质量详细信息，平均值处在好水平范围内，展开【Statistics】显示网格和节点数量。

（10）单击主菜单【File】→【Close Meshing】。

图11-89 网格划分

6.进入CFX环境

（1）返回Workbench主界面，单击保存，右键单击流体动力学分析【Mesh】，从弹出的菜单中选择【Update】升级，把数据传递到下一单元中。

（2）在流体动力学分析上，右键单击流体【Setup】，从弹出的菜单中单击【Edit…】，进入CFX工作环境。

7.创建材料

（1）在导航树上右键单击【Materials】→【Insert】→【Material】，弹出材料命名菜单，输入airmixture，确定；在airmixture信息栏里【Basic Settings】标签下【Option】=Reacting Mixture，【Material Group】=Gas Phase Combustion，【ReactionsList】=Methane Air WD1 NO PDF。

（2）单击弹出【Reactions List】对话框，单击打开库数据（在【Reactions List】对话框右上方）弹出【Select Library Data to Import】对话框，然后选择【Meth-ane Air WD1 NO PDF】→【OK】，再次选择【Methane Air WD1 NO PDF】→【OK】，如图11-90所示。最后单击【OK】，关闭air mixture信息栏。

图11-90 创建材料

8.创建域

（1）在导航树上双击默认域【Default Domain】进入域详细设置窗口，在基本设置选项【Location】=DE-FAULTDOMAIN，【Material】=air mixture，【Morphologyoption】→【Options】=Continuous Fluid，【Reference Pressure】=1atm，其他默认。

（2）转到【Fluid Models】→【Combustion】=Eddy Dissipation.，选择【Eddy Dissipation Model Coefficient B】→【EDM Coeff】=0.5，【Components models】→【Component】=N2，【Op-tion】=Constraint，其他默认。

（3）转到【Initialization】，选择【Domain Initialization】，【Turbulence】→【Option】=Inten-sity and Length Scale，【Components models】→【Component】=CO2，【Option】=Automatic with value，【Mass Fraction】=0.01；【Components models】→【Component】=H20，【Option】=Auto-matic with value，【Mass Fraction】=0.01；【Components models】→【Component】=NO，【Op-tion】=Automatic with value，【Mass Fraction】=0.01；【Components models】→【Component】=O2，【Option】=Automatic with value，【Mass Fraction】=0.23，单击【OK】确定，如图11-91所示。

图11-91 设置流体区域

9.边界条件设置

（1）在工具栏中单击边界条件，从弹出的【Insert Boundary】中，输入名称为“VEL_IN_AIR”确定，【Bas-ic Setting】→【Boundary Type】=Inlet，【Location】=VEL_IN_AIR；【Boundary Details】→【Mass And Momentum】→【Option】=Normal Speed，【Normal Speed】=0.5m/s，【Turbulence】→【Option】=Intensity and Length Scale，【Fractional Intensity】=0.1，【EddyLength Scale】=0.44m，【Static Tempera-ture】=300K，【Components models】→【Component】=O2，【Option】=Mass Fraction，【Mass Fraction】=0.23，其他默认，单击【OK】关闭任务窗口，如图11-92、图11-93所示。

图11-92 设置空气入口边界

图11-93 空气入口边界设置效果

（2）在工具栏中单击边界条件，从弹出的【Insert Boundary】中，输入名称为“VEL_IN_METHANE”确定，【Basic Setting】→【Boundary Type】=Inlet，【Location】=VEL_IN_METHANE；【Boundary Details】→【Mass And Momentum】→【Option】=Normal Speed，【Normal Speed】=80m/s，【Turbulence】→【Option】=Intensity and Length Scale，【Fractional Intensity】=0.1，【Eddy Length Scale】=0.01m，【Static Temperature】=300K，【Components models】→【Component】=CH4，【Option】=Mass Fraction，【Mass Fraction】=1，其他默认，单击【OK】关闭任务窗口，如图11-94、图11-95所示。

图11-94 设置燃料入口边界

图11-95 燃料入口边界设置效果

（3）在工具栏中单击边界条件，从弹出的【Insert Boundary】中，输入名称为“PRESSURE OUTLET”确定，【Basic Setting】→【Boundary Type】=Outlet，【Location】=PRESSURE_OUTLET；【Boundary Details】→【Mass And Momentum】→【Option】=Average Static Pressure，【Relative Pressure】=0，其他默认，单击【OK】关闭任务窗口，如图11-96、图11-97所示。

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图11-96 设置出口边界

图11-97 出口边界设置效果

（4）在工具栏中单击边界条件，从弹出的【Insert Boundary】中，输入名称为“SYM1”确定，【Basic Setting】→【Boundary Type】=Symmetry，【Location】=SYM1，其他默认，单击【OK】关闭任务窗口，如图11-98、图11-99所示。

图11-98 设置对称边界1

图11-99 对称边界1设置效果

（5）在工具栏中单击边界条件，从弹出的【Insert Boundary】中，输入名称为“SYM2”确定，【Basic Setting】→【Boundary Type】=Symmetry，【Location】=SYM2，其他默认，单击【OK】关闭任务窗口，如图11-100、图11-101所示。

图11-100 设置对称边界2

图11-101 对称边界2设置效果

（6）在工具栏中单击边界条件，从弹出的【Insert Boundary】中，输入名称为“WALL1”确定，【Basic Setting】→【Boundary Type】=Wall，【Location】=WALL1，【Boundary Details】→【Mass And Momentum】→【Option】=No Slip Wall，【Heat Transfer】→【Option】=Ad-iabatic，其他默认，单击【OK】关闭任务窗口，如图11-102、图11-103所示。

图11-102 墙壁面1设置

图11-103 墙壁面1的设置效果

（7）在工具栏中单击边界条件，从弹出的【Insert Boundary】中，输入名称为“WALL2”确定，【Basic Setting】→【Boundary Type】=Wall，【Location】=WALL2，【Boundary Details】→【Mass And Momentum】→【Option】=No Slip Wall，【Heat Transfer】→【Option】=Ad-iabatic，其他默认，单击【OK】关闭任务窗口，如图11-104、图11-105所示。

图11-104 墙壁面1设置

图11-105 墙壁面1的设置效果

10.求解控制

在导航树里，右键单击【Solver Control】→【Edit】进入求解控制窗口，【Max.Iterations】=300，【Timescale Control】=Local Timescale Factor，【Timescale Factor】=500，【Residual Type】=RMS，【Residual Target】=0.001，选择【Conservation Target】→【Value】=0.01，其他设置默认，单击【OK】关闭任务窗口，如图11-106所示。

11.输出控制

（1）在导航树里，右键单击【Output Control】→【Edit】进入输出控制窗口，转到【Moni-tor】，选择【Monitor Objects】，在【Monitor Pointsand Expressions】下单击，从弹出的【Insert Monitor Point】中，输入名称为“co2_out”确定，【Option】=Expression，【Expression Value】=massFlowAve（CO2.mf）@PRESSURE OUTLET，如图11-107所示。

（2）在【Monitor Points and Expressions】下单击，从弹出的【Insert Monitor Point】中，输入名称为“h2o_out”确定，【Option】=Expression，【Expression Value】=massFlowAve（H2O.mf）@PRESSURE OUTLET，如图11-108所示。

图11-106 求解设置

图11-107 CO₂监测点求解设置

图11-108 H₂O监测点求解设置

（3）在【Monitor Points and Expressions】下单击，从弹出的【Insert Monitor Point】中，输入名称为“no_out”确定，【Option】=Expression，【Expression Value】=massFlowAve（NO.mf）@PRESSURE OUTLET，如图11-109所示，单击【OK】关闭任务窗口。

图11-109 NO监测点求解设置

12.运行求解

（1）单击【File】→【Close CFX-Pre】退出环境，然后回到Workbench主界面。

（2）右键单击【Solution】→【Edit】，当【Solver Manager】弹出时，选择【Double Precision】，【Parallel Environment】→【Run Mode】=Platform MPI Local Parallel，Partitions为8（根据计算机CPU核数定），其他设置默认，在【Define Run】面板上单击【Start Run】运行求解。

（3）当求解结束后，系统会自动弹出提示窗，单击【OK】。

（4）查看监控曲线：在CFX-Solver Manager环境界面中，单击【Workspace】→【New Mo-nitor】，名称默认，单击【OK】，在监控属性对话框中单击【IMBALANCE】→【Default Do-main】，然后选择所有，单击【OK】确定，如图11-110所示。可以看到不平衡残差收敛曲线，如图11-111所示。

图11-110 不平衡监测属性设置

图11-111 不平衡残差收敛曲线

（5）单击【File】→【Close CFX-Solver Manager】退出环境，然后回到Workbench主界面。

13.后处理

（1）在流体动力学分析上，右键单击【Results】→【Edit…】，进入【CFX-CFD-Post】环境。

（2）插入云图：在工具栏中单击【Contour】并确定，其设置默认，【Domains】=Default Domain，【Location】=SYM1，【Variable】=CO2.Massfraction，【Range】=Local，其他为默认，单击【Apply】，可以看到CO₂质量分数分布云图，如图11-112、图11-113所示。

图11-112 插入云图设置

图11-113 CO₂质量分数分布云图

（3）插入云图：在工具栏中单击【Contour】并确定，其设置默认，【Domains】=Domain1，【Location】=SYM1，【Variable】=H2O.Mass fraction，【Range】=Local，其他为默认，单击【Apply】，可以看到H₂O质量分数分布云图，图11-114所示。

图11-114 H₂O质量分数分布云图

14.保存与退出

（1）退出流体动力学分析后处理环境：单击菜单【File】→【Close CFD-Post】退出环境，返回到Workbench主界面，此时主界面的分析流程图中显示的分析已完成。

（2）单击Workbench主界面上的【Save】按钮，保存所有分析结果文件。

（3）退出Workbench环境：单击Workbench主界面的菜单【File】→【Exit】退出主界面，完成分析。