CFX邊界條件及CCL語(yǔ)言

1、 2005 ansys china, inc.3-1cfx 10.0邊界條件/cfx表達(dá)式語(yǔ)言講座 3 2005 ansys china, inc.3-2cfx 10.0l在計(jì)算域的所有外部邊界上都需要l盡量采用意義明確的名字（你不需要接受系統(tǒng)的默認(rèn)名字）l選擇邊界所在的域 (當(dāng)計(jì)算中有多個(gè)域的時(shí)候適用).邊界條件 2005 ansys china, inc.3-3cfx 10.0l邊界類(lèi)型 進(jìn)口，出口，開(kāi)放式，墻，對(duì)稱(chēng)面l位置 選擇相應(yīng)的二維幾何體或組合l坐標(biāo)系 如果有多于一個(gè)，請(qǐng)選擇合適的l坐標(biāo)類(lèi)型 只在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中可選。這個(gè)選項(xiàng)允許用戶(hù)指定基于靜止或旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的某些參數(shù)基本設(shè)定 2005

2、 ansys china, inc.3-4cfx 10.0l可選項(xiàng)取決于邊界類(lèi)型及域的設(shè)定 例如：超音速的可選性取決于域設(shè)定里面的熱傳遞模型 在右邊例子中，只模擬了湍流 (i.e. 沒(méi)有傳熱或多組分/多相流模擬）邊界條件詳細(xì)內(nèi)容 2005 ansys china, inc.3-5cfx 10.0l進(jìn)口 流體自進(jìn)口流入計(jì)算域: 用白色箭頭表示l出口 流體自出口流出計(jì)算域: 用黃色箭頭表示l開(kāi)放式邊界 根據(jù)當(dāng)?shù)貤l件，流體可以流入或流出計(jì)算域：用藍(lán)色雙向箭頭表示. 設(shè)定過(guò)程和進(jìn)口類(lèi)似，也需要設(shè)定流體方向和壓力l墻 用綠色的八角體表示. 非滑移/自由滑移, 熱傳遞性質(zhì)和墻壁的粗糙度等特性都可以設(shè)定l對(duì)

3、稱(chēng)面 流體在該面一側(cè)的特性是另一面的鏡像. 當(dāng)對(duì)稱(chēng)流動(dòng)存在時(shí)可以用來(lái)減少計(jì)算網(wǎng)格的數(shù)量.邊界類(lèi)型 2005 ansys china, inc.3-6cfx 10.0預(yù)設(shè)邊界條件可以通過(guò)對(duì)已知數(shù)據(jù)文件的插值來(lái)設(shè)定邊界條件.我們經(jīng)常使用以前的模擬結(jié)果或已知的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為當(dāng)前模擬的邊界條件cfxpre 可以用插分功能來(lái)根據(jù)讀入的數(shù)據(jù)生成cel 表達(dá)式. 當(dāng)我們采用“profile”方法設(shè)定邊界條件時(shí)，這些數(shù)據(jù)是自動(dòng)生成的. 2005 ansys china, inc.3-7cfx 10.0l創(chuàng)建一個(gè)邊界條件文件。這個(gè)可以用cfxpost當(dāng)中的輸出功能實(shí)現(xiàn)。從cfxpost中產(chǎn)生的邊界條件文件。帶顏色

4、的格中的信息是需要的，cfxpre會(huì)自動(dòng)讀入。施加預(yù)設(shè)邊界條件的步驟 2005 ansys china, inc.3-8cfx 10.0l在cfxpre中讀入邊界條件文件。這個(gè)可以通過(guò) toolsinitialize profile data 并選擇相應(yīng)的文件來(lái)實(shí)現(xiàn)。我們也可以載入多個(gè)邊界條件文件，每一個(gè)文件也可以應(yīng)用在多個(gè)地方。施加邊界條件文件的步驟 2005 ansys china, inc.3-9cfx 10.0l在邊界條件處勾選：use profile data l從下拉菜單中選擇合適的文件，然后點(diǎn)擊 generate values. 施加邊界條件文件的步驟 2005 ansys ch

5、ina, inc.3-10cfx 10.0l邊界條件的詳細(xì)錄入界面會(huì)有相應(yīng)改變，以適應(yīng)文件輸入。只有當(dāng)你點(diǎn)擊了apply以后，這些改變才會(huì)生效。施加邊界條件文件的步驟 2005 ansys china, inc.3-11cfx 10.0l邊界條件文件（以及別的邊界條件）可以通過(guò)在cfxpre的邊界條件編輯器中選擇繪圖選項(xiàng)來(lái)實(shí)現(xiàn)可視化。用戶(hù)可以根據(jù)邊界條件文件創(chuàng)建邊界的等值線(xiàn)或矢量圖。l每次求解器啟動(dòng)時(shí)，邊界條件文件將被讀入。也就是說(shuō)邊界條件文件可以在兩次模擬當(dāng)中進(jìn)行修改，而不必回到cfxpre當(dāng)中。施加邊界條件文件的步驟 2005 ansys china, inc.3-12cfx 10.0l在

6、多處地方施加邊界條件文件是可能的:對(duì)于有相同法向量 x, y 或 z的邊界, 可以把邊界條件輸出成2d 數(shù)據(jù)文件(比如，對(duì)兩個(gè)有相同法向z的邊界來(lái)說(shuō)，就輸出x和y方向的數(shù)據(jù)). 第一個(gè)邊界上的數(shù)據(jù)可以不經(jīng)修改用于第二個(gè)邊界上。如果兩個(gè)邊界沒(méi)有相同的法向，那么可以直接修改你的邊界條件文件使第一個(gè)邊界上的條件適合第二個(gè)邊界。在多處地方施加邊界條件文件 2005 ansys china, inc.3-13cfx 10.0l有些變量需要一個(gè)前綴來(lái)表明材料的名字 (例如 air.vf 就表示空氣的體積百分比)l非標(biāo)準(zhǔn)變量名和用戶(hù)定義的變量名標(biāo)準(zhǔn)變量名 2005 ansys china, inc.3-14

7、cfx 10.0l對(duì)一維的離散數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)間的拓?fù)潢P(guān)系可以通過(guò)對(duì)原始數(shù)據(jù)的坐標(biāo)排序來(lái)確定。排序后的原始數(shù)據(jù)就可以應(yīng)用線(xiàn)形插分。數(shù)據(jù)通過(guò)這種方式來(lái)分類(lèi)，所以是否提前特殊規(guī)定并不重要。l對(duì)于二維和三維的離散數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，“點(diǎn)云圖”的方法被用來(lái)實(shí)現(xiàn)插分。整個(gè)過(guò)程包括對(duì)被插分點(diǎn)最近的三個(gè)原始數(shù)據(jù)點(diǎn)的快速定位，以及根據(jù)它們離被插分點(diǎn)距離遠(yuǎn)近的一個(gè)反向加權(quán)的平均過(guò)程。 如果某一個(gè)原始數(shù)據(jù)點(diǎn)正好落在該插分點(diǎn)的位置上，那么我們就用這個(gè)原始數(shù)據(jù)點(diǎn)的值作為該插分點(diǎn)的值。l在求解過(guò)程當(dāng)中，根據(jù)離散和數(shù)值積分過(guò)程的具體要求，求解器需要各個(gè)不同位置上的值，比如在積分點(diǎn)上，節(jié)點(diǎn)上和各個(gè)面的中心點(diǎn)上。 在所有的情況下，這個(gè)需

8、要的位置都會(huì)被確定，原始的數(shù)據(jù)就會(huì)被插分到該位置。數(shù)據(jù)插分方法 2005 ansys china, inc.3-15cfx 10.0l當(dāng)邊界條件文件被cfxsolver讀入后，如果文件大小不超過(guò)16k，它會(huì)被寫(xiě)到.out文件的profile data 部分。16k是一個(gè)默認(rèn)值，這個(gè)默認(rèn)值是可以改變的。所有的文件里的數(shù)據(jù)都會(huì)被寫(xiě)入結(jié)果文件，并可以在dos環(huán)境下用cfx5dfile命令分離出來(lái) 從結(jié)果文件中分離出邊界條件文件 2005 ansys china, inc.3-16cfx 10.0l在當(dāng)前結(jié)果文件中找到相應(yīng)的數(shù)據(jù)文件，我們需要鍵入:cfx5dfile file_001.res list

9、-profile-files (這個(gè)命令會(huì)列出結(jié)果文件中所有的邊界條件文件，每行列一個(gè)) l如果要找到某個(gè)特定的邊界條件文件，鍵入:cfx5dfile file_001.res read-profile-file .csvl或者: cfx5dfile file_001.res extract-profile-file .csv從結(jié)果文件中分離出邊界條件文件 2005 ansys china, inc.3-17cfx 10.0lcel cfx expression language cel 是一種說(shuō)明性的編譯語(yǔ)言，可以讓用戶(hù)不借助外掛fortran子程序而對(duì)模擬進(jìn)行強(qiáng)化 可以涉及 cfx 內(nèi)部變

10、量 are evaluated by the cfx solver and cfxpostcfx expression language 2005 ansys china, inc.3-18cfx 10.0lcel是說(shuō)明性的 描述一個(gè)表達(dá)式的名字和定義（也可以加入注釋等） 語(yǔ)句的格式必須符合提前設(shè)定好的語(yǔ)法。這個(gè)語(yǔ)法和大多數(shù)的編程語(yǔ)言中的數(shù)學(xué)表達(dá)式是非常類(lèi)似的l語(yǔ)句必須包含下列: 一個(gè)數(shù)字（如果需要，也可以帶單位） 一個(gè)或多個(gè)表示常數(shù)，系統(tǒng)變量，用戶(hù)自定義變量，函數(shù)或其它c(diǎn)el表達(dá)式，用 +, , * , / 和 分隔。也可以用括號(hào)來(lái)進(jìn)行分組。cel statements 2005 ansys

11、 china, inc.3-19cfx 10.0l變量和表達(dá)式應(yīng)區(qū)分大小寫(xiě)l用括號(hào)來(lái)規(guī)定運(yùn)算的優(yōu)先級(jí)l對(duì)加減運(yùn)算，表達(dá)式的單位必須統(tǒng)一 1.0 mm + 0.45 yds (valid) 2.5 s m1 (3.0 m s1)1 (valid) 1.0 mm + 0.3 kg (invalid)表達(dá)式規(guī)則 2005 ansys china, inc.3-20cfx 10.0l分?jǐn)?shù)冪和小數(shù)冪是允許的 a(1/2) (valid) 1.00.5 (valid) l符合運(yùn)算的表達(dá)式單位并不需明確寫(xiě)出靠計(jì)算結(jié)果確定 (a kg m3 * b m s1) has units of kg m2 s1表達(dá)式

12、規(guī)則 2005 ansys china, inc.3-21cfx 10.0l系統(tǒng)中定義了很多系統(tǒng)變量以供調(diào)用l這些系統(tǒng)變量可以被用在任意表達(dá)式l系統(tǒng)變量中已經(jīng)包含了單位l變量列表可以: 通過(guò)在pre里點(diǎn)擊 system variables 或在expression editor里點(diǎn)擊functions 按鈕來(lái)列出 在cfxpost里通過(guò)觀(guān)察所有可選變量的方法列出系統(tǒng)變量 2005 ansys china, inc.3-22cfx 10.0 xdirection 1 in reference coordinate frameydirection 2 in reference coordinate

13、 framezdirection 3 in reference coordinate framerradial spatial location, r = (x2+y2)0.5thetaangle, arctan(y/x)ttimeuvelocity in the x coordinate directionvvelocity in the y coordinate directionwvelocity in the z coordinate directionp(absolute) pressureketurbulent kinetic energyedturbulent eddy diss

14、ipationttemperaturesstrnrshear strain ratedensitydenstiyrnodimnondimensional radius (rotating frame only)viscositydynamic viscositycpspecific heat capacity at constant pressurecondthermal conductivityenthalpyspecific enthalpybetathermal expansivityspeedofsoundlocal speed of sound in fluidsubdomainsu

15、bdomain variable (1.0 in subdomain, 0.0 elsewhere)mean diametermean diameterdeneffeffective densityav nameadditional variable namemfmass fraction系統(tǒng)變量 2005 ansys china, inc.3-23cfx 10.0l根據(jù)模擬的類(lèi)型和創(chuàng)建的表達(dá)式的形式，cfx5 系統(tǒng)變量和用戶(hù)定義的表達(dá)式會(huì)變?yōu)榭蛇x或不可選l在某些情況下，系統(tǒng)變量會(huì)成為邏輯上不可選 時(shí)間 (t) 在穩(wěn)態(tài)模擬時(shí)不可選 溫度 (t) 在系統(tǒng)沒(méi)有傳熱問(wèn)題的時(shí)候不可選l在其它情況下，某

16、些系統(tǒng)變量還問(wèn)因?yàn)樗x的物理模型的原因變成不可選系統(tǒng)變量 2005 ansys china, inc.3-24cfx 10.0l一些數(shù)學(xué)上的函數(shù)和操作符在cel里也可以運(yùn)用 用戶(hù)也可以通過(guò)fortran語(yǔ)言創(chuàng)建自己的函數(shù)function operands dimensions xoperands valuesresults dimensionssin(x) angle any dimensionlesscos(x) angle any dimensionlesstan(x) * angle any dimensionlessasin(x) dimensionless 1 x 1 angleac

17、os(x) dimensionless 1 x 1 angleatan(x) dimensionless any angleexp(x) dimensionless any dimensionlessloge(x) dimensionless 0 x dimensionlesslog10(x) dimensionless 0 x dimensionlessabs(x) any any xsqrt(x) any 0 x x0.5min(x,y) * any any xmax(x,y) * any any xstep(x) * dimensionless any dimensionless*ste

18、p(x) is 0 for negative x, 1 for positive x and 0.5 for x=0.* note that tan(x) is undefined for np/2 where n=1, 3, 5 . .* both x and y must have the same dimensions.內(nèi)置函數(shù)/常數(shù) 2005 ansys china, inc.3-25cfx 10.0內(nèi)置運(yùn)算符/函數(shù)和常數(shù)l在cel里一些常用的數(shù)學(xué)常數(shù)也可以被用來(lái)創(chuàng)建新的表達(dá)式: e constant: 2.7182818 g acceleration due to gravity:

19、9.806 m s2 pi constant: 3.1415927 r universal gas constant: 8314.5 m2 s2 k1l用戶(hù)可以定義自己的1d線(xiàn)性或3d云圖式的插分函數(shù) 在輸入的數(shù)據(jù)點(diǎn)之間線(xiàn)性插分，然后輸出一個(gè)單個(gè)的值 輸入的單位和輸出的單位由用戶(hù)決定l如果用戶(hù)需要的函數(shù)在cel里沒(méi)有，或者需要使用某些特定的變量（比如梯度），用戶(hù)可以通過(guò)鏈接到一個(gè)fortran函數(shù)庫(kù)來(lái)自定義函數(shù) 2005 ansys china, inc.3-26cfx 10.0cfxpre 從文件讀入 在expression editor里創(chuàng)建 在需要的地方直接輸入修改求解器的ccl文件 編

20、輯 .def 或 .res 文件 通過(guò)dos控制行修改 后處理中的表達(dá)式可以通過(guò)這種方式定義，讓求解器使用定義表達(dá)式的方法 2005 ansys china, inc.3-27cfx 10.0數(shù)學(xué)表達(dá)式l粘性剪切流體的粘度:這兒 代表剪切應(yīng)力率cel 等效表達(dá)式l粘度寫(xiě)成溫度的函數(shù)k = 10.0 kg m1 s0.5n = 1.5visct = k * sstrnr (n1)orvisct = k*(min(uppers,(sstrnr+lowers)(n-1)這兒 sstrnr 是一個(gè)系統(tǒng)函數(shù)，表示剪切應(yīng)力率1nkcel 例子: 可變粘度 2005 ansys china, inc.3-2

21、8cfx 10.0在 cfxprelexpression editor 有一個(gè)calculate的功能，可以用來(lái)測(cè)試表達(dá)式，或者畫(huà)出一維的結(jié)果 有些值可能需要手工輸入，因?yàn)橄到y(tǒng)變量沒(méi)有值。在求解器中l(wèi)當(dāng)需要值的時(shí)候，該表達(dá)式就會(huì)被檢驗(yàn) 初始值: 在計(jì)算開(kāi)始的時(shí)候 隨時(shí)間變化的邊界條件: 在每一個(gè)時(shí)間步的開(kāi)始 流體特性: 在兩個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)之間的內(nèi)循環(huán)里 累積量: 在每一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的開(kāi)始檢驗(yàn)表達(dá)式 2005 ansys china, inc.3-29cfx 10.0l表達(dá)式編輯器 在cfx中開(kāi)發(fā)和管理表達(dá)式的一個(gè)有效的工具 從很多面板上以及主菜單的create選項(xiàng)上都可以進(jìn)入表達(dá)式編輯器表達(dá)式編輯器

22、 2005 ansys china, inc.3-30cfx 10.0l下面例子演示了如何把粘度設(shè)定為溫度的函數(shù). 粘度和溫度之間的關(guān)系是：te10cel 例子 2005 ansys china, inc.3-31cfx 10.0l或者，你可以用任何的文字編輯器編寫(xiě)出含有上述函數(shù)式的文本文件，然后用表達(dá)式編輯器讀入l例子: c1 = 10. k1 # constantc2 = 1. kg/ms # constantvis = c2*exp(c1*t) # viscositycel 例子 2005 ansys china, inc.3-32cfx 10.0cel 例子 (邊界條件)l下面例子演示

23、了如何用速度的u和v分量給一個(gè)旋轉(zhuǎn)的強(qiáng)設(shè)上角速度: 2005 ansys china, inc.3-33cfx 10.0l在指定位置允許對(duì)非邏輯合成變量進(jìn)行計(jì)算.l例子: 計(jì)算在等值面上cp 的面積平均: areaave(cp)iso1 經(jīng)過(guò)某一個(gè)位置的某種流體的流量: oil.massflow()slice1l注意:“” 必須作用于某一個(gè)幾何位置.流體中的某相或某個(gè)組分可以通過(guò)下面方式選取 .對(duì)于高級(jí)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，在求解器中對(duì)合成變量進(jìn)行操作也是可能的。這些變量可以被輸入到表達(dá)式中，也可以在solver manager中被觀(guān)測(cè)（詳見(jiàn)文獻(xiàn)中關(guān)于output control的描述）合成變量 2005

24、 ansys china, inc.3-34cfx 10.0l系統(tǒng)中有一些已經(jīng)定義好了的合成變量l0 或 1 取決于具體的函數(shù)參看幫助文檔lif 1 argument: 可以是post當(dāng)中的一個(gè)表達(dá)式; 在求解器當(dāng)中只允許以變量形式存在 返回值得單位取決于宗數(shù)的單位合成變量 2005 ansys china, inc.3-35cfx 10.0expressions: reqt = 350 k tempout = areaave(t)outlet tcfilter = step(tempout/1k-reqt/1k) tctemp = 400k*tcfilter+285k*(1-tcfilter

25、) tcflow = 10m/s*tcfilter+2m/s*(1-tcfilter)endboundary : tempcontrol boundary type = inlet location = tempcontrol coord frame = coord boundary conditions : mass and momentum : option = normal speed normal speed = tcflow end heat transfer : option = static temperature static temperature = tctemp end endend合成變量 2005 ansys china, inc.3-36cfx 10.0在cfx