FloEFD培训讲义(全套)

NIKAGmbH11.EFD培训讲义•Lecture1-EFD介绍•Lecture2-向导•Lecture3-边界条件&初始条件•Lecture4-目标设定&其它条件•Lecture5-项目建立•Lecture6-计算域&求解•Lecture7-获取结果•Lecture8–计算网格2.Lecture1EFD介绍3.WhatisEFD?•EngineeringFluidDynamics(EFD)工程流体动力学•高级而又灵活易用的流体流动与换热分析软件.4.EFDproductline•EFD.Lab:通用的流动与换热动分析软件•EFD.Pro:完全集成于Pro/ENGINEER中的EFD.Lab版本•EFD.V5:完全集成于CATIAV5中的EFD.Lab版本5.却与传统CFD不同!•EFD软件“讲述”工程师的语言，允许用户关注于工程设计任务。•NIKA的EFD替用户封装了复杂的数学/数值算法以及流体动力学方程.•专业的分析专家，在此并非必要!6.•EFD.Lab采用有限体积方法求解控制方程FiniteVolume(FV)Method，网格在一空间立方体区域内采用笛卡尔坐标进行离散。NIKAGmbH27.AnalysisType•Internalflows为内流分析，比如管内流动，容器内流动，建筑物内流动等.•Externalflows为外流分析，如绕飞机，绕汽车，绕建筑物流动等.8.AnalysisTypeOptions•Excludeinternalspaces.–对于分析中有内部封闭区域的时候使用该选项的话将意味着您对此封闭区域将做排除于分析处理。.•Excludecavitieswithoutflowconditions.–该选项应用于内流分析或者是外流分析。该选项对于封闭的内部空间且曲面上不带有边界条件或者是风扇的情况下是很有用的。•如果您选择上面两个中任意一个选项，那么EFD将用solid充满空间.9.HeatConductioninSolids•导热•材料•初始温度10.Surface-to-surfaceRadiation•求解包括固体间换热的情况。•固体温度很高且/或气体稀疏。•与对流换热相比，固体表面之间的辐射换热更为显著。11.SatelliteexposuretosunradiationReShadowSunraysRoSatellite卫星模型TrajectoryRe=6300kmRo=48000km热源1.5kW卫星材料–Aluminum发射系数=0.712.Time-DependentAnalysis•稳态分析•非稳态分析(瞬态,或者与时间相关)–初始条件必须准确.NIKAGmbH313.FluidTypeandCompressibility•气体/液体•牛顿/非牛顿流体•压缩与不可压缩流体•蒸气14.⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛++⋅-=00ln1/PBPBCrrnBPBP/100⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛++⋅=rrRTP=r可压缩流体r=r(T,P)对数律:指数律:理想气体M,m=m(T),l=l(T),Cp=Cp(T)∑=mmmMyunivRR不可压缩流体r=r(T,y),r=r(T),m=m(T),l=l(T),Cp=Cp(T)1-⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛=∑mmmyrr15.非牛顿流体•能够计算非弹性非牛顿流体的层流.–TheHerschel-Bulkleymodel–Thepower-lawmodel–TheCarreaumodel16.压缩流动•如果流体密度与压力相关，那么密度的变化是比较重要的，则流动被视为可压缩的。•气体一般是可压缩的。•液体可以压缩性的或者是不可压缩的。17.湍流•湍流一般在整个流场或者是近壁边界层上存在。•如果你没有指定层流或者是湍流，流动可能是层流、湍流或者是过渡层(取决于流动特征)。18.重力影响•包括对于自然对流问题时的重力影响。TVXVYNIKAGmbH419.多孔介质多孔介质流动阻力：其中P-流体压力,ρ-流体密度,V-流体速度多孔介质在EFD中被处理为分布式压阻。()()VPgradk⋅=r/20.多孔介质四个多孔介质渗透性类别：•各向同性•单向性•轴对称性•各向异性Efd允许指定k：使用如下公式:k=DP·S/(m·L),其中S-面积,L-长度,m–质量流量k=(A·V+B)/ρ,其中A,B–指定常数k=m/(r·D2),其中D-参考小孔尺寸,μ-动力黏度k=m/(r·D2)·f(Re)21.水蒸汽冷凝•气体包含水蒸汽•预测与流体局部温度与压力相关。22.PTGL饱和曲线Tmin=283KPmax=10MPa23.汽化•对于许多工程设备来说一个通常遇到的问题是主要工质是流体状态。–流体局部压力可能低于蒸汽压力。–由于强热的影响局部水沸腾24.PTGLSaturationcurveTmin=277.15KThehomogeneousequilibriumcavitationPmax=107PaTmax=583.15KNIKAGmbH525.相对湿度•相对湿度定义为当前压力和温度下水蒸汽密度与饱和蒸汽密度之比：jj==rrH2OH2O//rrH2O_sH2O_s··100%,100%,ρρH2O_sH2O_s––在指定温度和压力下的饱和水蒸汽密度在指定温度和压力下的饱和水蒸汽密度26.压音速超音速超高音速alpha_ef=13.5-7-6-5-4-3-2-10120102030405060708090100X/CP=(P-Pa)/qexperimentaldataCalculation-0.04-0.0200.020.040.060.080306090120150180Attackangle(degree)mzExperimentCalculation高马赫数与超高马赫数27.汽车航空电子机械食物石油天然气能源制冷通风与空调阀门与灌溉设备环境医疗…andmanymore!EFDinIndustry28.Lecture2向导29.WizardandNavigator•Wizard指引用户step-by-step创建一个新的项目。•Navigator允许直接进入wizard中的对话框.30.NIKAGmbH631.•Navigator面板包含下面的按钮,该按钮可以直接进入Wizard中的相关对话框:–项目配置–单位系统–分析类型–默认流体–默认固体(如果固体间导热选项被开启)–壁面条件–初始条件(对外部分析而言就是初始与环境条件)–结果与几何“精度”•如果已经定义好了所有的数据，那么按Finish就可以创建项目了.32.BeginwithWizard•流动分析,项目,向导–Step1:项目配置…33.Step1:ProjectConfiguration34.•Createnew：如果你想拷贝当前配置，并且添加一个新的项目于它.–输入一个新的Configurationname.•Usecurrent：如果你想用目前的配置添加一新的EFD项目.–如果当前配置已经包含了一个项目，那么该项目会被取代，并且原先里面的所有数据会丢失。•添加Comments到项目中：–项目创建完后，也可以修改comments，只要点击FlowAnalysis,Project,EditComment.35.Step2:单位系统36.•CGS–厘米-克-秒•FPS–英尺-磅-秒•IPS–英寸-磅-秒•NMM–牛顿-毫米-千克-秒•SI–国际单位:牛顿–米–千克–秒•USA–英尺-磅-秒(压力–psi,体积流量–CFM)单位系统NIKAGmbH737.•在运行Wizard前,你可以检查Units数据库，如有必要可以在定义自己需要的单位系统：点击–FlowAnalysis®Tools®EngineeringDatabase®Units.•在完成Wizard后,你可以调整项目的单位系统：点击FlowAnalysis,Units.38.Step3:AnalysisType39.Analysistype•Internalflow：固体封闭形成流动空间–e.g.,管内流,容器内部流,制冷空调通风,etc..•Externalflow：未封闭区域的流动.这种情况下流动包围所有的固体模型：–e.g.,绕飞机流动,汽车,建筑物,etc.•如果想分析内部和外部的流动，那么一般你需要定义External外部流动：–e.g.比如绕建筑的流动40.考虑腔体封闭对于有一些模型内部包含部分封闭空间，但是不想让其参与计算的话，你可以采用两种方式减少仿真的时间:–Excludeinternalspaces：允许你做External分析的时候不考虑内部封闭的空间.–Excludecavitieswithoutflowconditions：对于Internal和External的分析，选择这项的话,对于封闭区域上没有BoundaryConditions、区域表面上也没有Fans的话，该封闭空间就不会被考虑.41.物理特性•固体导热42.•辐射NIKAGmbH843.•与时间相关•重力44.•旋转45.Step4A:默认流体材料46.Step4B:默认固体材料47.Step5:默认壁面条件48.•默认壁面热条件–Adiabaticwall：绝热壁面–Heattransferrate：热传输率–Heatflux：热流量–Walltemperature：壁面温度NIKAGmbH949.Step6:初始与环境条件50.对于External分析51.•在参数定义（ParameterDefinition）可以手工设置初始（环境）条件，或者是采用其他项目的结果作为当前项目的初始（环境）条件:–选择UserDefined：手动设置–选择Transferred：采用其他计算的结果52.Step7:结果与几何结构分辨率53.•结果分辨率定义:–Levelofinitialmesh：初始网格等级–在InitialMeshSettings对话框中设置.–仅控制初始网格.–Resultsresolutionlevel：结果分辨率等级–在CalculationControlOptions对话框中设置–控制计算时对计算网格的refinement和计算结束条件。54.•使用滑条,你可以选择八个等级之中的任何一个–Thefirstlevel：能最快给出结果，但是精度不高.–Theeighthlevel：能给出最准确的结果，但是需要比较长的时间计算收敛.•几何分辨率（GeometryResolution）选项：也可以影响初始网格。可以在InitialMesh对话框中修改,或者在LocalInitialMesh对话框中修改局部几何分辨率。NIKAGmbH1055.Navigator面版56.教程球阀设计57.Lecture3边界条件&初始条件58.条件•EFD中任何问题都必须设置合理边界条件（boundaryconditions）与初始条件（initialconditions）才能进行求解。•对于稳态问题，初始条件影响收敛速度，边界条件完全决定流动特征。•对于瞬态问题I，流动特征与时间相关，初始条件和边界条件都影响计算结果。59.创建边界条件•在EFD特征工具条上点击创建边界条件按钮•FlowAnalysis,Insert,BoundaryCondition.•在EFD分析树下右键点击BoundaryConditions图标再选择InsertBoundaryConditionEFD.Lab中你还可以直接右键点击直接选取模型上的面，再选择InsertBoundaryCondition来在选种的面上创建边界条件。60.•在模型中可以直接看到已经定义好的边界条件:–彩色箭头指出方向和边界类型.–在EFD分析树中右击某个边界条件项，再选择Show或者Hide来显示或者是关闭箭头。NIKAGmbH1161.边界条件类型•FlowOpenings：流动开口–进口或者是出口–速度;质量流量;体积流量•PressureOpenings：压力出口–静压;总压;环境压力•Walls：壁面–实际