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《数值计算与工程仿真》增刊—FLUENT 帮助文件 《数值计算与工程仿真》增刊版权归清洁能源技术论坛所有。www.myCFD.cn 1 目录 前 言……………………………………………………………………………… 1 第二十一章 凝固和熔化的建模（6.0 版本）………………………………… 2 23.1 凝固和熔化模型的概要和局限性………………………………………….3 23.2 凝固/熔化模型的理论………………………………………………………4 23.3 使用凝固和熔化模型……………………………………………………….5 第二十四章 通过创建界面来显示和预报数据………………………………… 14 24.1 使用界面…………………………………………………………………..14 24.2 区域界面…………………………………………………………………..15 24.3 分割界面…………………………………………………………………..16 24.4 点界面……………………………………………………………………..18 24.5 直线和斜线平面…………………………………………………………..21 24.6 平面………………………………………………………………………..25 24.7 二次曲面…………………………………………………………………..29 24.8 等值面……………………………………………………………………..31 24.9 剪切面……………………………………………………………………..33 24.10 变换表面…………………………………………………………………35 24.11 分组、重命名和删除表面………………………………………………37 《数值计算与工程仿真》增刊—FLUENT 帮助文件 《数值计算与工程仿真》增刊版权归清洁能源技术论坛所有。www.myCFD.cn 2 前 言 本次翻译工作是由清洁能源技术论坛的会员“过滤与分离者”于 2004 年 11 月提出的，经过几个月的翻译整理，最终汇集成稿，当然由于作者水平有 限，在翻译中还存在不少的问题，希望大家批评指正，以便我们进一步改进。 在翻译期间，得到“清洁能源技术论坛”各位会员的大力支持，具体的翻 译工作如下： wangujunli 21 章第一、二节 1－8 页 bruce 21 章第三节 9－14 页 summered 24 章第一至三节 1－7 页 jordanupc 24 章第四至五节 8－15 页（后由vvvms代替完成） jdaa0524 24 章第六至七节 16－23 页（后由xunbao 代替完成） xiongbin 24 章第八至九节 24－29 页 xamaomm 24 章第十至十一节 29－34 页 本次工作由 jackywzq、bitzhangjie、caohuali 和 sfsm 编辑整理完成，本次 工作还得到了“清洁能源技术论坛”论坛的 brightsun、caoqx、gaojm 等几位版 主的大力支持，在此对他们付出的心血和汗水表示衷心感谢。 （说明：第二十一章的前两节是依据 FLUENT6.1 版本翻译完成的，其余 的章节是依据 FLUENT6.0 版本翻译完成的） 清洁能源技术论坛 《数值计算与工程仿真》增刊—FLUENT 帮助文件 《数值计算与工程仿真》增刊版权归清洁能源技术论坛所有。www.myCFD.cn 3 第二十三章 凝固和熔化的建模（6.0 版本） 本章描述如何在 fluent 里建立凝固和熔化的模型。相关内容如下所示： z 23.1 凝固和熔化模型的概要和局限性 z 23.2 凝固和熔化模型的理论 z 21.3 使用凝固/熔化模型 23.1 凝固和熔化模型的概要和局限性 23.1.1 概要 fluent可以求解关于凝固和（或）熔化发生在一定温度（例如纯金属）或 超过一定温度范围（例如二元合金）流体流动的问题。Instead of tracking the liquid-solid front explicitly，fluent用热函-多孔性公式。液固混合 区被看作多孔性等于液体区域的多孔介质区域，并且，适当的动量下降被加到 动量方程里来说明由于固相材料引起的压力损失。Sinks项同时也被加到湍流 方程来说明固相区多孔性的减少。 fluent提供下列凝固和熔化模型的性能： z 计算在纯金属固-液凝固/熔化，同时也可以在二元金属中计算。 z 连续铸造加工过程的模型（例如拉伸固体材料脱离主体） z 固体材料和表面之间的热量的接触抵抗模型（例如由于空气间隙的出现） z 在凝固和熔化过程中相之间的传递模型。 z 关于大量的凝固/熔化的后加工（例如液相和拖曳速度） 这些模型允许fluent模拟相当广泛的凝固/熔化的问题，包括熔化、冻 结、晶相生长和连续铸造。这些用于计算物理方程在23.2节讲述，并且在23.3 节中介绍了关于凝固/熔化的设置和求解问题。 23.1.2 局限性 正如在23.1节所提到的，fluent中的公式可以用来求解在纯金属和合金中 的凝固/熔化模型。在fluent中液体所占份额对于温度的关系是一个控制准 则；例如线性关系（方程23.2-3）。其他一些关系也是可能的[258]，但是在 fluent不是普遍用的。 《数值计算与工程仿真》增刊—FLUENT 帮助文件 《数值计算与工程仿真》增刊版权归清洁能源技术论坛所有。www.myCFD.cn 4 在fluent中凝固/熔化模型的局限性如下： z 在凝固/熔化模型中只能用非耦合的求解器；不能用耦合的求解器。 z 凝固/熔化模型不能用于可压缩流体。 z 关于多相的模型（vof，mixture和Eulerian）,只有VOF模型可以用在凝固/ 熔化中。 z 除了组分扩散，不能指定材料属性在分离固体和液体材料。 z 当用凝固/熔化模型连接组分传输反应模型时，这里没有限制反应的机制在 仅有液体区；例如，在任何地方反应被求解。 23.2 凝固/熔化模型的理论 enthalpy-porosity[274, 275, 276]技术被应用于fluent中的凝固和熔化 处理过程中。在这项技术中，深化界面没有被很明显的跟踪。取而代之，大量 的液体分数（液体分数显示那些流体组成的单元体积）被联合到每个单元在整 个区域内。这个液体所占份额在热平衡的基础上通过反复计算被估计。 糊状的地方是流体分数在0-1之间的区域。这些糊状的地方在模拟过程中 假冒为在多孔性从1-0递减的凝固材料中的多孔介质。当这些材料完全凝固成 一个单元时，多孔性变为0因此速度也降为0。 在这一节中，我们可以对凝固和熔化有个大概的了解。enthalpy- porosity技术的细节请参考[276]。 23.2.1 能量方程 材料的焓能过明显的焓值、h 和潜热∆H来计算： 其中 h 并且 参考焓 参考温度 《数值计算与工程仿真》增刊—FLUENT 帮助文件 《数值计算与工程仿真》增刊版权归清洁能源技术论坛所有。www.myCFD.cn 5 定压比热 流体分数， ，被定义为 方程23.2-3被做为尺度。 潜热内容可以查阅相关的材料的潜热性能表，L： 潜热的值从0（对固体）到L（对液体）之间变化。 在关于组分分离的多组分的凝固实例中;例如，在组分传输的凝固或熔化 过程中，固相线和液相线被用来代替组分计算(公式23.2-5 和 23.2-6)。 Ki是溶质i的分离系数，是固体和与液体界面的浓度比率，Yi是溶持i的质 量分数，mi是液相线表面考虑Yi之后的梯度。它被假设为混合物的最后一种组 分材料是溶剂并且其它的组分是溶质。 对于凝固/熔化的问题，能量方程可以写作： 其中 焓 (见公式23.2-1) 密度 《数值计算与工程仿真》增刊—FLUENT 帮助文件 《数值计算与工程仿真》增刊版权归清洁能源技术论坛所有。www.myCFD.cn 6 流体速度 =源项 求解温度的过程是本质的在反复求解能量方程(公式 23.2-7)和流体组分方程 (公式23.2-3).直接用公式23.2.3直接更新流体阻力通常导致能量方程非常不 好的收敛性。在fluent中通常用voller 和swaminathan[277]来更新流体阻 力。对于纯金属其中Tsolidus 和Tliquidus是相等的，一个基于定比热的方 法，在[276]中给出代替上式。 23.2.2 动量方程 在enthalpy-porosity技术把糊状区域（部分凝固的区域）看作为多孔介 质。每个单元的多孔性在单元中设置相等的流体阻力。对于全凝固的区域，多 孔性为0，这些区域的速度也为0。动量的损失是由于在糊状区域的多孔性的减 少造成的如下式： β是流体体积分数，ε是一个小于0.0001数，防止被0除，Amush是一个糊状区域 的连续数， 是固体速度由于拉凝固材料出范围（也指牵连速度）。 糊状区域的常数是测试阻尼的振幅的尺度；这个值越大，当凝固时的速度 到0越是梯度大。非常大的值可能造成凝固振荡。 在连续的铸造处理过程中，牵连速度包括来说明凝固材料从主体区的连续 性运动。在式23.2-8出现一个项，允许一个新的凝固材料在牵连速度下运动。 如果凝固材料没有被从空上主体区拉出，即 关于牵连速度的详细资料 将在23.2.5节中给出。 23.2.3 湍流方程 Sink更能说明在固体区域出现糊状和凝固区。Sink项和动量方程的sink项 《数值计算与工程仿真》增刊—FLUENT 帮助文件 《数值计算与工程仿真》增刊版权归清洁能源技术论坛所有。www.myCFD.cn 7 非常相似。（式23.2-8） Φ代表被（k,ε,ω,等）求解的湍流数量，在糊状区是一个常数，Amush和式 23.2-8的意义相同。 23.2.4 组分方程 在凝固/熔化的情况下的组分方程，下边的组分方程这下式求解 的如下： 在些Yi是在一个单元中平均组分质量数： Yi;liq和Yi;sol和分割系数Ki的关系如下 Yi;sol = KiYi;liq (23.2- 13) 是流体的的速度， 是固体（曳）的速度。如果曳速度并不包括在解 中，那么 设置为0。流体速度可以从平均速度(如流体方程定义)求出： 《数值计算与工程仿真》增刊—FLUENT 帮助文件 《数值计算与工程仿真》增刊版权归清洁能源技术论坛所有。www.myCFD.cn 8 23.2.5 连续铸造的牵连速度 在连续的铸造过程中，凝固区被连续的拉出计算区域，如图23.2.1。结 果，固体有一个有限的速度在考虑enthalpy-porosity方程时。 正如在23.2.2节中讲的，enthalpy-porosity中处理固-液的糊状区被看作 多孔性等于 流体的分数的多孔介质。一个合适的sink项在动量方程中来说明 糊状区由于多孔结构造成的压力下降。对于连续的铸造应用，在熔化的流体和 固体之间的相对速度在动量损失项（23.2-8）中应用，而不是绝对的流体速 度。 准确计算固体牵连速度是依赖于Young's模数和Poisson's固体和施加到固体上 作用的比率。Fluent用Laplacian方程求解基于凝固区边界速度的固体区的牵 连速度的大约值，如下 Fluent计算牵连速度时用如下的边界条件： 一个速度进口，一个固定的边界，或者一个动的边界，specified velocity 被用。 在其它的边界（包括液体和凝固材料的液-固交界面），0速度梯度被采 用。 牵连速度只在固体区域计算。 当然在fluent中还允许用一个特定的长数或者自己定义一个牵连速度，代 《数值计算与工程仿真》增刊—FLUENT 帮助文件 《数值计算与工程仿真》增刊版权归清洁能源技术论坛所有。www.myCFD.cn 9 替上边的那个。相关细节见23.3.2节 23.2.6 Contact Resistance at Walls Fluent’s的凝固/熔化模型可以说明在外壁和凝固材料之间形成气孔，用 一个附加的传热阻力在liquid fraction小于1的外壁和单元之间。这个接触阻 力说明改善和外壁附近的流体传导性。结果，这个外壁是可以有热通量的，如 图23.2.2，被写为： T，Tw和L如图23.2.2，K是流体的热传导率，β是液体的体积分数，Rc是接触阻 力（单位与热传导系数成反比）。 《数值计算与工程仿真》增刊—FLUENT 帮助文件 《数值计算与工程仿真》增刊版权归清洁能源技术论坛所有。www.myCFD.cn 10 23.3 使用凝固和熔化模型 21.3.1 设置程序 21.3.2 为连续浇铸建模的程序 21.3.3 求解程序 21.3.4 后处理 23.3.1 设置程序 建立一个有关凝固/熔化问题的程序如下所示。（注意：这个程序只包括凝 固/熔化模型必须的步骤；你还需要像通常一样设定其他的参数，如边界条件 等等。） 1、激 活 凝 固 / 熔 化 模 型 ， 在 Solidification and Melting 面 板 上 激 活 Solidification/Melting（图 31.3.1） Define Models Solidification & Melting... Fluent 会自动激活能量方程，所以不需要在激活凝固/熔化模型前访问 Energy 面板。 2、在 Paramenters 下面定义 Mushy Zone Constant（方程 21.2－6 中的 Amush）。 对于多数的计算来说推荐采用 104－107 之间的值。Mushy Zone Constant 数值 越高，阻尼曲线越陡，并且当材料凝固的时候速度回落的越快。在液体区域， 当控制体在较小波动下的凝固和熔化交替时，过大的数值可以引起解的波动。 《数值计算与工程仿真》增刊—FLUENT 帮助文件 《数值计算与工程仿真》增刊版权归清洁能源技术论坛所有。www.myCFD.cn 11 3、如果想在方程里包含牵连速度（如 21.2.2 和 21.2.4 部分所述）， 激活 Parameters 下的 Include Pull Velocities 选项。 4、如果引入牵连速度，并且希望 Fluent 像 21.2.4 部分介绍的那样使用指 定的速度边界条件计算他们（使用方程 21.2.8），可以激活选项 Compute Pull Velocities 选项，并指定 Flow Iterations Per Pull Velocity Iteration。 ！！并不一定非要让 Fluent 计算牵连速度，其他参见 21.3.2 部分。 Flow Iterations Per Pull Velocity Iteration 的缺省值 1意味着求解 器每次迭代都要求解牵连速度。如果增大这个数值，那么在求解过程中牵连速 度求解频率就会降低。液体部分的方程近似收敛的时候可以增大 Flow Iterations Per Pull Velocity Iteration 值。（也就是，液－固交接面的 位置不怎么变化）。虽然修正牵连速度会引起残差升高，但是这样操作可以使 计算加速。 5、在 Materials 面板上，定义 Melting Heat（方程 21.2－3 中的 L）， Solidus Temperature（方程 21.2－3 中的 Tsolidus），和 Liquidus Temperature （方程 21.2－3 中的 Tliquidus）。 Define Materials... 6、设定边界条件。 Define Boundary Conditions... 在通常的边界条件下还要考虑下面几点： 如果要解决边壁和一个和它临近的已经凝固的区域之间的空气间隙问题 （如 21.2.5 部分所述），可以为 Wall 面板上 Thermal Conditions 下的 Contact Resistance（阿飞哪根成 21.2－9 中的 Rc）定义一个非零值，一个性 质文件，或者一个用户自定义方程。 如果要定义一个关于壁面边界温度的面张力梯度，可以使用壁面 Shear Condition 中的 Marangoni Stress 选项。具体参见 6.13.1。 如果想让 Fluent 计算牵连速度，那么应该注意在计算中是如何定义速度 条件的。 21.3.2 部分中还有模拟连续浇铸更多的说明。查看 21.3.3 和 21.3.4 可以得 到有关求解凝固/熔化模型和后处理结果的更多内容。 23.3.2 为连续浇铸建模的程序 如 21.2.2 和 21.2.4 所述，可以在凝固/熔化计算中引入牵连速度来模拟连 续浇铸。在 Fluent 里有三种方法模拟连续浇铸： 《数值计算与工程仿真》增刊—FLUENT 帮助文件 《数值计算与工程仿真》增刊版权归清洁能源技术论坛所有。www.myCFD.cn 12 1、定义常牵连速度或变牵连速度 使用这种方法（缺省），不要激活 Compute Pull Velocities 选项。如果 采用这样方法，在求解初始化时需要为牵连速度 patch 常数或者定义场函数。 Solve Initialize Patch... Patch 数值的具体操作请参见 22.13.2。注意：因为被 patch 的数值只有在液 体体积参数 β 小于 1的时候才使用，所以为整个区域的牵连速度 patch 数值是 可以的。 2、在计算过程中，Fluent 基于指定的速度边界条件计算牵连速度（使用 方程 21.2－8）。用这种方法激活 Compute Pull Velocities 选项。这个方法 很耗费计算机资源，只有当牵连速度很依赖液－固界面的时候才推荐使用。使 用 Fluent 计算牵连速度只需要 21.3.1 部分列举的输入或设置程序无需多加。 3、只使用 Fluent 计算牵连速度一次，然后在剩下的计算中使用那些数 据。用这种方法，Fluent 计算牵连速度完成一次迭代后，关闭 Compute Pull Velocities 选项继续计算。Fluent 将会使用在第一次迭代中的引入牵连速度计算 出来的数值完成剩下的计算 23.3.3 求解程序 在求解耦合流体流动和热传递问题之前，应该 patch 一个初始温度或者求 解稳态传导作为初始条件。然后耦合问题可以稳态求解也可以非稳态求解。然 而，因为这些问题非线性特点，在多数问题里推荐使用非稳态方法。在 Solution Controls 面板里可以定义用于液体部分方程的 under-relaxation factor。 Solve Controls Solution... 在 Under-Relaxation Factors 下面的 Liquid Fraction Update 图框里定义需 要的数值。这个数值为下面的方程设定 βα 值，下面的方程用于在更新从某一 次迭代（n）到下一次迭代（n+1）的液体部分。 βαββ β ∆+=+ nn 1 (21.3.1) 这里的 β∆ 是液体体积的预变量。在许多问题里没有必要改变 βα 的缺省值，然 而，如果收敛困难，减小这个数值可能有利于求解收敛。收敛困难可能出现在 稳态计算，连续浇铸模拟和使用大混合区域常数模拟中。 《数值计算与工程仿真》增刊—FLUENT 帮助文件 《数值计算与工程仿真》增刊版权归清洁能源技术论坛所有。www.myCFD.cn 13 23.3.4 后处理 对于凝固/熔化计算，可以给下面的几个选项作图或者得到相关数据表。 这些操作可以在后处理面板上的下拉菜单中的 Solidification/Melting 实现。 z 液体体积 z Contact resistivity z X，Y，Z 或者轴向，径向，旋转牵连速度 前两项对所有的凝固/熔化问题都适用，其他的只有引入牵连速度(计算或 定义)的时候才会出现。要获得详尽的场函数和有关它们定义的说明请参见 27 章。25 章和 26 章解释了如何为数据作图，作表。 图 21.3.2 演示的是连续晶体结晶模拟的 filled contours 图 注：mushy zone――翻译成混合区域； pull velocity――翻译成牵连速度； 《数值计算与工程仿真》增刊—FLUENT 帮助文件 《数值计算与工程仿真》增刊版权归清洁能源技术论坛所有。www.myCFD.cn 14 第二十四章 通过创建界面来显示和预报数据 FLUENT 允许用户通过选择区域中的一部分来对流场进行观察。我们把这 些部分称为界面，创建界面的方法有很多种。对于三维问题，由于无法直接显 示出整个区域的矢量图和等值线图等，或对于整个区域创建一个 XY 曲线，所 以在对三维问题进行时就要通过使用界面来完成。对于二维问题通常虽然 可以直接观察到整个区域内的流场，但是为了要想对区域内某一部分的变量绘 制 XY 曲线，你仍然需要创建一个界面。另外，不管是二维还是三维问题，如 果你想进行面积分，那么你至少需要创建一个界面。需要注意的是，FLUENT 会在区域内的边界处自动生成界面，有关界面信息被存储在 case 文件中。 接下来将要阐述怎要创建界面，为界面起名字，编组以及删除和定义它们的尺寸。 z 24.1 使用界面 z 24.2 区域界面 z 24.3 分割界面 z 24.4 点界面 z 24.5 直线和斜线平面 z 24.6 平面 z 24.7 二次曲面 z 24.8 等值面 z 24.9 剪切面 z 24.10 变换表面 z 24.11 分组、重命名和删除表面 24.1 使用界面 为了观察三维问题中内部的流动情况或者在三维问题中针对某一变量绘制 XY 曲线，你必须在计算域中制定将要显示的数据是哪一部分（即界面）上的 数据。界面也可以用来观察二维问题或者对二维问题来绘制曲线，也可以用来 创建一个面积分的。 FLUENT 提供几种不同的方法来创建界面，并将它们存储到 case 文件 《数值计算与工程仿真》增刊—FLUENT 帮助文件 《数值计算与工程仿真》增刊版权归清洁能源技术论坛所有。www.myCFD.cn 15 中。界面机器用法如下所述： 区域界面（Zone Surfaces）：如果你想创建一个界面并使其中包含已存在的 单元或面（cell/zone），你可以使用区域界面。这种界面对于显示边界上的结果 很有用。 分割界面（Partition Surfaces）:当你使用 FLUENT 进行并行计算时，你会发 现通过网格之间的边界来定义的界面很奏效。然后你就可以显示分割界面任何 一侧的数据。 点界面（Point Surfaces）：你可以通过创建只包含一个点的界面来监测计 算域中某一特定点上的变量或含数值。 Line and Rake Surfaces：为了产生并显示轨迹线（pathline）,你需要指定 一个界面，在该界面上颗粒被释放。Line and rake surface 很适合用于这种情况 以及获取数据用来和风道中的数据进行对比。Rake surface 中包含两定点间指 定的等间距的一些点。Line surface 是一条一条包含指定端点及其在计算域中延 伸部分的直线，数据点位于该线所通过的单元中心，因而它们不是等间距的。 平面界面（Plane Surfaces）：如果你想显示计算域内一指定平面上的流场 数据，你可以创建一个平面界面。平面界面就是一个三个指定点的平面。 二次曲面（Quadric Surfaces）：为了显示线（2D）、面（3D）、圆（2D）、 球（3D）或二次曲面上的数据，你可以通过输入相应的二次函数的系数来指定 一个界面。这一特色功能为用户提供了一种很清晰的定义界面的方法 等值界面（Isosurfaces）：你可以通过等值界面来显示对于某个变量可以为 固定值的那些单元上的结果。例如，基于 x、y、z 坐标的等值界面将会在计算 域内产生垂直于 x、y、z 坐标轴的截面。基于压力的等值界面可以在该等压面 上显示另一变量的数据。 24.2 区域界面（Zone Surfaces） 区域界面对于显示边界上的结果很有效，例如，你可能需要显示计算域入 口和出口上的等速度线图或计算域壁面上的等温图，这时需要创建一个包含相 同表面（或单元）的界面作为出口面（或单元）域。对于计算域中边界上的面 域，区域界面会自动生成，因此通常情况下你无需再创建任何区域界面，除非 你无意中删除了一个。 创建区域边界时你要用到区域边界面板（Zone Surface panel）（图 24.2.1）。 《数值计算与工程仿真》增刊—FLUENT 帮助文件 《数值计算与工程仿真》增刊版权归清洁能源技术论坛所有。www.myCFD.cn 16 Surface Zone... Figure 24.2.1: The Zone Surface Panel 创建区域界面的步骤如下： 1、在 Zone 列表中选择你想创建界面的区域。 2、如果你不想使用界面默认的名字，在 New Surface Name 中输入新的名字。 默认的名字将界面形式和新界面的 ID 顺次连接起来（例如，zone-surface- 6）。（如果你输入的新的名字与已经存在的某个界面的名字相同，FLUENT 辉自动为创建的新界面指定默认的名字）。 3、单击 Create，新的界面就添加在 Surfaces 列表中了。 如果你想要删除或对界面进行其它操作，单击 Manage…来打开 Surfaces 面板。 24.3 分割界面 如果你使用 FLUENT 进行并行计算（见 28 章），你会发现创建由网格边 界划分的数据界面是很有用的。正如 28.4 节中所讲到的，当你使用并行计算进 行求解时，采用网格来划分可以将计算域分成在不同处理器上求解的单元组 （groups of cells）。分割界面包含了用来划分的网格边界的表面或者单元 （faces or cells）。例如，你可以通过在分割界面上绘出要计算的变量来决定分 割界面上的求解进行了怎样的变动。图 24.3.1 是在一个位于网格之上的分割界 面上的单元分割等值图。 《数值计算与工程仿真》增刊—FLUENT 帮助文件 《数值计算与工程仿真》增刊版权归清洁能源技术论坛所有。www.myCFD.cn 17 Figure 24.3.1: Contours of Cell Partitions on Partition Surface Overlaid on Grid 你将使用Partition Surface panel来创建分割界面。 Surface Partition... 创建分割界面的步骤如下： Figure 24.3.2: The Partition Surface Panel 1、Partitions 标题下指出两个进行分割的边界来指定你感兴趣的分割边界。用 《数值计算与工程仿真》增刊—FLUENT 帮助文件 《数值计算与工程仿真》增刊版权归清洁能源技术论坛所有。www.myCFD.cn 18 来定义分割界面的边界是介于内分割界面（interior partition）和外分割界 面（exterior partition）之间的边界。Int Part 表示内分割界面的 ID，Ext Part 表示外分割界面的 ID。Min 和 Max 代表网格隔离物的最小和最大的 ID。 （最小值总是零，最大值是一个比小于处理器数的值。）如果有超过两层网 格隔离物，每一个内分割界面将与几个外分割界面共享边界。通过对 Int Part 和 Ext Part 设定合适的值，你就能为这样的边界创建界面。 2、通过控制 Options 下的 Cells 和 Interior 的开闭来选择分割界面中包含的内外 面或单元（faces or cells）。为了获得由分割边界内侧的单元组成的界面，选 中 Cells 和 Interior。要想创建有外侧单元组成的界面，选中 Cells 并关掉 Interior。如果你需要界面包含边界处的面而非单元，关掉 Cells 选项。当需 要使用面（faces）来反映内部单元的数据时，选中 Interior 选项，如果要反 映外部单元的数据，将该选项关掉。 3、如果你不想使用默认为界面指定的名字，在 New Surfaces Name 下输入新的 名字。默认的名字是将界面的形式和新界面的 ID 数连起来组成的（例如， partition-surface-6）。（如果你输入的名字与已存在的一个界面重名， FLUENT 将自动在界面创建时为其指定默认的名字。） 4、单击 Create 键，新的界面的名字将会添加到面板中的 Surfaces 列表中。 如果你想删除或对界面进行其它操作，单击 Manage…键来打开 Surfaces 面板，详见 24.11 节。 24.4 点界面 你可能对主计算区域的一个点的显示结果感兴趣.例如,你想监视一个特殊位 置的一些变量值或者函数值.为了得到这样的结果,你首先必须创建一个由单一 的点组成的面上的点.当你显示一个面上点的节点值的时候,所显示的值将是与 这个点相邻节点的线性平均值.如果你显示一个单元值的数据,这个点所在的单 元值将会被显示. 为了创建一个面上点,要使用点-面面板(如果 24.4.1) Surface-point… 创建面上的点的步骤如下: 《数值计算与工程仿真》增刊—FLUENT 帮助文件 《数值计算与工程仿真》增刊版权归清洁能源技术论坛所有。www.myCFD.cn 19 1. 有三种不同的方式指定点的位置: 1) 在笛卡儿坐标系下输入点的坐标值,(x,y,z) 2) 点击用鼠标选择按钮,然后在激活的图形窗口通过用鼠标指针点击一个位置 的上的点来选择一点.(参阅 25.3 关于设置鼠标按钮功能信息) 3) 使用点工具选项交叉的确定图形窗口上的一点.可以设置这个点的初始位置 通过上述所叙述的两种确定点位置的方法(或者你可以通过开始默认的坐标 系统所确定的点).参阅 24.1 关于使用点工具的信息. 2. 如果你不想使用默认给表面指定的名字,在 New Surface Name 下输入新的 名字.默认的名字是表面的类型和新表面 ID 数的串连符号.(e.g point-5).(如果 你输入的新 IN 的名字和已经存在的一个表面的 ID 的名字一样,FLUENT 将 会自动的分配一个默认的名字给这个创建的表面. 3. 点击 Creat 按钮创建一个新表面. 如果你想检查你所创建的新表面,这个表面已经加入了所有定义过的面的列 表,或者你想删除或者对任何表妙操作,点击 Manage…按钮打开 Surfaces 面板.详 《数值计算与工程仿真》增刊—FLUENT 帮助文件 《数值计算与工程仿真》增刊版权归清洁能源技术论坛所有。www.myCFD.cn 20 细信息参阅 24.11 部分. 24.4.1 使用点工具 点工具允许你交互式定义一个使用图形上的点.从初始点开始,你可以移动 一个点,直到移动到你所希望的位置.例如,你要确定一个管道表面中心的点,刚好 经过入口,你可以在你所希望点位置的附近开始(例如,在入口处)知道把它移动到 恰当的位置.(你可能会发现,显示面的网格对于确定点工具正确的位于主区域里 面是非常有帮助的.) 初始化点工具 在你打开点工具选项之前,设定适合开始值的坐标系.你可以手动输入值,或 者使用用鼠标选择点按钮.通常情况下,显示要确定点上或者附近入口面或者孤 立面的网格是很方便的,,然后在网格上指定一个点作为点工具的初始位置.一旦 你指定了恰当的坐标系统同过点击点工具选项激活工具栏.点工具,一个八面体, 将出现在图形窗口,如图所示 24.4.2.你可以按照下面描述的移动点工具.你所创 建的表面点将会位于点工具的中心位置. 《数值计算与工程仿真》增刊—FLUENT 帮助文件 《数值计算与工程仿真》增刊版权归清洁能源技术论坛所有。www.myCFD.cn 21 移动点工具 沿着红线的轴线方向移动点工具,点击鼠标指针(默认的是鼠标右键-关于改 变鼠标键的功能信息参阅 25.3 部分)点击点工具灰处的任何地方拖动鼠标,知道 工具到达你所期望的地方.绿色箭头表示将要移动的方向. 移动工具栏沿着横向方向,(例如,沿着其他轴线中的任何一个轴)按住(shift)键,在 点工具栏的灰色的任意部分点击鼠标键,拖动鼠标,直到到达你想要的位置.两个 可能的绿色箭头将会指示可移动的方向.(在 2 维中,只会有一个绿色箭头,因为只 有一个可能移动的方向.)如果在移动的过程中你发现透视图也在移动,你可以关 闭图形参数面板(从观察面板打开),如图 25.4.2 所描述. 重置点工具栏 如果你失去了点工具栏,或者由于别的愿意你想重新设置,你可以点击 Reset 按钮返回点工具栏的默认置并重新开始,或者你可以关闭点工具栏按上述描述的 方法重新控制.在默认的的情况下,点工具在主控制区的中心位置. 24.5 直线和斜线表面 为了释放粒子,你可以在主控制区创建直线或者斜线表面,从获得的粒子中 你可以与隧道数据做比较.斜线是有一个些指定的数据点组成的,这些数据点在 两个终点之间以相等的距离隔离开的.直线就是简单的直线,包括指定的终点,通 过主区向外延伸;数据点位于单元面交叉线处,因此,可能不是等距离的. 为了创建一个直线或者斜线表面,你可以使用 line/rake surface 面板(图 24.5.1) Surface-line/rake… 创建直线或者斜线表面的步骤如下: 1. 在 Type 下拉菜单中,通过选择恰当的项目表明是要创建一个直线表面还 是一个斜线表面. 2. 如果你要创建一个斜线表面,在两个终点之间,等间隔的指定点的数量. 3. 指定直线表面或者斜线表面的位置.以下有三种不同的方法定义位置. 1. 在坐标系统中输入点的初始坐标,在终点下输入最后一个点的坐标. 2. 点击,select point with mouse 按钮,然后在图形窗口通过用鼠标点击按 钮来选择终点.(关于设定鼠标按钮功能的信息参与 25.3 部分) 《数值计算与工程仿真》增刊—FLUENT 帮助文件 《数值计算与工程仿真》增刊版权归清洁能源技术论坛所有。www.myCFD.cn 22 使用线工具栏按钮,在图形窗口交叉确定一条直线.有可以用以上所描述的 确定终点的两种方法之一来确定这条直线的初始位置(或者你可以从默认 终点位置开始)关于使用线工具栏参阅 24.5.1 部分. 注意,当你使用以上所描述的第二或者第三种确定点的方法时坐标系中的点 会自动更新. 4. 如果你不想使用系统默认给表面的名字,在 new surface name 中输入一个新 的名字. 默认的名字是表面的类型和新表面 ID 数的串连符号.(e.g point-5or rake-6). (如果你输入的新 IN 的名字和已经存在的一个表面的 ID 的名字一 样,FLUENT 将会自动的分配一个默认的名字给这个创建的表面.) 5. 点击 CREAT 按钮创建一个新的面 如果你想检查你所创建的新表面,这个表面已经加入了所有定义过的面的列 《数值计算与工程仿真》增刊—FLUENT 帮助文件 《数值计算与工程仿真》增刊版权归清洁能源技术论坛所有。www.myCFD.cn 23 表,或者你想删除或者对任何表妙操作,点击 Manage…按钮打开 Surfaces 面板. 详细信息参阅 24.11 部分. 24.5.1 使用线工具栏 线工具允许你交互式定义一个使用图形上的直线或者斜线.从初始点开始, 你可以移动,旋转,调整一条直线,直到直线的位置,方向,和长度达到你所希望的. 例如,你要确定一个管道内的斜线表面,你可以在你所希望点位置的附近开始(例 如,在入口处)移动,旋转,调整直线,直到你满意为止.(你可能会发现,显示面的网格 对于确定线工具正确的位于主区域里面是非常有帮助的.) 初始化线工具栏 在你打开线工具选项之前,设定适合终点值的坐标系.你可以手动输入值,或 者使用用鼠标选择点按钮.通常情况下,显示要确定直线或者斜线表面上或者附 近入口面或者孤立面的网格是很方便的,然后在网格上指定一个点作为线工具的 初始位置.一旦你指定了恰当的坐标系统通过点击线工具选项激活工具栏.线工 具,将出现在图形窗口,如图所示 24.5.2. 你可以按照一下描述的移动,旋转或者调整直线. 《数值计算与工程仿真》增刊—FLUENT 帮助文件 《数值计算与工程仿真》增刊版权归清洁能源技术论坛所有。www.myCFD.cn 24 移动线工具栏 沿着红色轴线方向移动直线,通过点击鼠标指针(默认的是右键-关于改变鼠 标功能键参阅 25.3 部分)点击直线的工具的任何部分,拖动鼠标,直到工具栏达到 你所期望的位置.绿色箭头指示移动的方向. 不要点击线工具栏在终点有箭头的.这些轴线控制旋转工具.点击那些仅仅是代 表预期的线表面工具部分.这些部分在每个终点都附带矩形. 为了在横向移动工具栏(例如,沿着与红轴线正交的表面),按住键,在工具 栏的任意部分用鼠标点击线(看上面的说明),拖动鼠标直到工具栏到达你想要的 位置.两个绿色箭头将会指示可能达到的地方.(在 2D 图中,只有一个绿色箭头,因 为只有一个其他的可能移动的方向) 如果在你执行操作的时候发现透视图移动, 以可以关闭图形参数面板(从视图面板打开),如 25.4.2 部分描述. 旋转直线工具栏 为了旋转直线工具栏,你可以用鼠标指针按钮点击带有箭头的白色轴线中的 一条.当你点击这些轴线中的一条时,一个绿色带将会环绕其他的带箭头的直线, 《数值计算与工程仿真》增刊—FLUENT 帮助文件 《数值计算与工程仿真》增刊版权归清洁能源技术论坛所有。www.myCFD.cn 25 被指定为旋转轴.随着你沿着圆环旋转拖动工具栏,绿色圆环将会变成黄色. ! 旋转线工具栏时不要点击红色轴线. 调整线工具栏 如果你要产生一个斜表面,你可以调整线工具栏来定义斜线的长度.点击终 点带有白色举行直线中的一条(如图 24.5.2 中黑色部分所示)拖动鼠标伸长或者 缩短工具栏.绿色箭头将会表示身长或者缩短的方向. 重置线工具栏 如果你失去了线工具栏,或者由于别的原因你想重新设置,你可以点击 Reset 按钮返回点工具栏的默认置并重新开始,或者你可以关闭点工具栏按上述描述的 方法重新控制.在默认的的情况下,线工具栏位于沿着 x 和 y 长度方向的主区域 的中点,横跨 z 区域延伸. 24.6 平面 要显示区域中一个特定平面的流场数据,你将用到平面.你可以在三维体中 沿着任意平面截取求解域而得到一个面;这个特征在二维体中是不存在的. 你可以生成六种类型的平面: z 包含无限面的区域的交集:这是缺省生成的平面.平面的范围由区域的 范围决定.由于平面受到区域的限制,缺省情况下,数据点取平面和网格 面相交的地方,因此这些点不一定是等间隔的. z 边界面:这种面形成一个有界的平行六面体,它的 4 个角中的 3 个点就 是为该平行六面体定义面方程的 3 点(或者 4 个角就是”面工具”的角). 这种平面像上面介绍的缺省生成平面一样数据点也不是等间隔的. z 带等间隔数据点的边界面:这种面和上面介绍的边界面一样,除了你可 以指定平行六面体两个方向上的点密度,生成统一的数据点分布. z 方向矢量确定且通过指定点的面:要生成这种面必须先定义一法向矢量 和一点.这样将生成一个以该矢量为法矢且通过该点的平面. z 与已知平面平行的面:要生成这种面必须先定义一个点和一个平面.这 样将生成一个经过该指定点且和选定面平行的平面. z 与图像显示窗口平行的面: 要生成这种面必须先定义一个点.这样将生 成一个经过该指定点且和当前激活的图像显示窗口平行的平面. 生成一个平面用 Plane Surface 面板(图 24.6.1) 《数值计算与工程仿真》增刊—FLUENT 帮助文件 《数值计算与工程仿真》增刊版权归清洁能源技术论坛所有。www.myCFD.cn 26 Surface->Plane… 图 24.6.1 Plane Surface 面板 生成平面的步骤如下: 1. 确定你想生成上述六种面的哪一种.如果你想生成缺省类型的面(无限平面的 交集区域),直接进行第 2 步.要生成一个边界面,选中 Options 下的 Bounded. 要生成一个数据点等间隔的边界面,选中 Bounded 和 Sample Points,然后设 置 Sample Density 下的数据点数目.你要为 Edge 1 和 Edge 2 输入适当值,以 指定沿每个方向的点密度.(Edge 1 范围从 0 点到 1 点,edge 2 从点 1 到点 2. 点的指定在下面的第 2 步) 要定义与已知平面平行的平面,选中 Aligned With Surface,然后在 Surfaces 列表中选择该面和用下面第 2 步所述的前两种方法的一种指定一点. 要定义与显示面平行的平面,选择 Aligned With View Plane,然后用下面第 2 《数值计算与工程仿真》增刊—FLUENT 帮助文件 《数值计算与工程仿真》增刊版权归清洁能源技术论坛所有。www.myCFD.cn 27 步所述的前两种方法的一种选择一点. 要定义方向矢量确定且通过指定点的面,选择 Point And Normal,然后通过在 Normal 下输入 ix,iy,iz 方向的分量值来指定法向矢量,用下面第 2 步所述的 前两种方法的一种来指定一点. 2. 指定平面的位置.有三种不同的方法: z 输入三点的坐标定义平面:(x0,y0,z0),(x1,y1,z1)和(x2,y2,z2). z 点击 Select Points 按钮然后在激活的图形窗口中用鼠标的查看键(缺省 是右键)点击位置来选择三点(详见 25.3 关于设置鼠标键函数). z 用 Plane Tool 选项交互式的在图形窗口定位平面.你可以用以上两种方 法之一指定限定点(或者用缺省点位置)来设置平面的初始位置.详见 24.6.1 关于 Plane Tool 的用法. 注意:当你用第二或第三种方法时点的坐标会自动更新. 3. 如果你不想用缺省名字命名生成面,可在 New Surface Name 下输入新名字. 缺省名是由面的类型和表示新面的标识符的整数串连起来的(例如 plane- 7).(如果你输入的 New Surface Name 和已经存在的面的名字一样,FLUENT 将自动为新生成的面指定缺省名.) 4. 点击 Create 按钮生成新面. 如果你想检查已经加入已定义面列表的新面,或者你想删除或另外处理任何 面,点击 Manage…按钮打开 Surfaces panel.详见 24.11 部分. 24.6.1 Plane Tool 的用法 Plane Tool 可以让你用图形交互式地调整面的定义.对一个初始平面,你可 以将它平移,旋转和调整大小直到其位置,方向和大小满意为止.例如,如果你需要 在一根不

规则

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的弯管中定位一个横截面,你可以从想要的位置附近开始,调整它 的大小,平移它直到它在管道壁面内,接着将其旋转到合适的方向.(你会发现显示 网格面对保证 plane tool 能在流域内准确定位很有帮助.) 初始化 Plane Tool 在打开 Plane Tool 选项之前,要对 Point 设置合适的初始值.你可以手动输 入,或用 Select Points 按钮.通常显示入口或类似想要平面的等值面的网格,然后 在该网格上选择三点定位初始面很方便.一旦你指定了合适的点,将通过打开 Plane Tool 选项激活某种工具. Plane Tool 会出现在图形窗口,如图 24.6.2 所示. 《数值计算与工程仿真》增刊—FLUENT 帮助文件 《数值计算与工程仿真》增刊版权归清洁能源技术论坛所有。www.myCFD.cn 28 图 24.6.2 The plane tool 然后你就可以如下所述平移,旋转,调整该平面工具了. 平移平面工具 要沿着平面的法向平移平面工具,就在平面工具的灰色部分任何地方点击鼠 标查看键(缺省为右键—见 25.3 部分关于改变鼠标函数),然后拖拽鼠标直到工具 到达想要的位置.运动方向将用绿色箭头显示. 要向相反的方向平移工具(比如沿着平面中任一轴向),按住键,在平面工具 的灰色部分任何地方点鼠标查看键, 然后拖拽鼠标直到工具到达想要的位置.两 组绿色箭头将显示可能的运动方向.如果你在执行这种平移时发现比例转移,你 可以在 Camera Parameters 面板中消除(从 Views 面板打开),如 25.4.2 所述. 旋转平面工具 要旋转平面工具,你要在平面轴向端部的某个白色箭头处点击鼠标查看键. 点击任一箭头允许你以其他两轴线的任一轴线旋转该平面工具:当你点击箭头 时,将出现两绿色长条带绕平面工具一周,形成绕两轴线旋转的圆.可以沿得到的 圆拖动鼠标来使该工具旋转.这样做之后工具绕着旋转的圆将变成黄色. 当你旋转平面工具时有以下注意事项: z 一旦你沿某圆移动鼠标后,你将不能改变旋转方向,除非你松开鼠标查看 键并重来.为了选对方向请小心稳妥的移动鼠标. 《数值计算与工程仿真》增刊—FLUENT 帮助文件 《数值计算与工程仿真》增刊版权归清洁能源技术论坛所有。www.myCFD.cn 29 z 旋转请不要点击红色箭头. z 请不