FLUENT參數化分析

最新 10-12

本教程通過一個模擬分析汽車供暖、通風和空調（HVAC）管道系統中的三維湍流流動和傳熱問題的案例，介紹ANSYS Workbench中可用的參數分析實用工具。

在本教程中，將通過在輸入參數中添加約束來重新定義在ANSYS DM中創建的幾何參數。使用ANSYS FLUENT來建立和解決CFD問題，在定義問題的同時，您還將學習在ANSYS中定義輸入參數。本教程還將提供如何在ANSYS CFD-POST中創建輸出參數。

在過去的汽車空調系統設計中，一般需要製作工程樣機在實驗室中通過實驗的手段進行性能測試。然而，隨著計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助工程（CAE）和計算機輔助製造（CAM）技術的引入，現代汽車空調系統的設計過程得到了改進。使用CFD進行空調系統性能模擬測試可以得到包括流體速度（氣流）、壓力值和溫度分布在內的計算結果。

作為分析的一部分，設計者可以改變系統的幾何形狀或入口速度、流量等邊界條件，並觀察流體流動模式的影響。本教程演示了一個有代表性的汽車空調系統的空調設計優化過程，它包括一個用於冷卻的蒸發器和一個用於加熱要求的熱交換器。這個暖通空調系統是對稱的，所以幾何通過使用對稱平面進行簡化，以減少計算時間。

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1、啟動WORKBENCH並導入模型

（1）在Windows系統下執行「開始」「所有程序」ANSYS 18.2Workbench 18.2命令，啟動Workbench 18.2。

（2）在Workbench主界面中，單擊主菜單中FileRestore Archive按鈕，彈出Select Archive to Restore（導入保存文件）對話框，選擇文件名為fluent-workbench-param.wbpz的文件，單擊OPEN按鈕彈出Save As（另存為）對話框，保存為fluent-workbench-param.wbpj和相應的fluent-workbench-param_files文件夾，在Workbench主界面中顯示本案例項目。

（3）單擊主菜單中ViewFiles按鈕，在Workbench界面中顯示項目所涉及的各類文件及其存儲位置。

（4）在窗口中雙擊Parameter Set（參數設置），彈出Parameter Set（參數設置）選項卡。

在Outline of All Parameters視窗中，參數hcpos代表模型換熱器閥門的開度大小，當hcpos值為25時，閥門開啟流體可以經過換熱器，當hcpos值為90時，閥門完全關閉。

參數ftpos代表模型風管閥門的開度大小，當ftpos值為20時，閥門完全關閉，當ftpos值為60時，閥門開啟流體可以經過風管。

參數wsfpos代表模型擋風玻璃和前面板閥門的開度大小，當wsfpos值為15時，閥門開啟流體可以經過擋風玻璃，當wsfpos值為90時，閥門完全關閉，當wsfpos值為175時，閥門開啟流體可以經過擋風玻璃和前面板。

（5）在Outline of All Parameters視窗中，在New input parameter行中，在Parameter Name中輸入input_hcpos，input_ftpos和input_wsfpos，建立三個新的變數，在Value中對應輸入15，25和90三個值。

（6）在Outline of All Parameters視窗中，單擊變數hcpos，在Properties of Outline視窗中改變Expression中的值為min(max(25,P4),90)。

（7）同樣的，改變變數ftpos的Expression值為min(max(20,P5),60)，改變變數wsfpos的Expression值為min(max(15,P6),175)。

（8）點擊Parameters Set選項卡旁邊的X關閉窗口，更新項目的Geometry和Mesh。

2、設置求解參數

（1）在窗口中雙擊Setup（設置），啟動FLUENT 18.2。在FLUENT Launcher界面中保持默認值，單擊OK按鈕進入FLUENT主界面。

（2）在主菜單Setting Up PhysicsSolver中，保持默認設置。

（3）單擊主菜單Setting Up PhysicsModels按鈕，勾選Energy。單擊Viscous按鈕，彈出Viscous Model（湍流模型）對話框，選擇k-epsilon (2 eqn)湍流模型，在Near-Wall Treatment中選擇Enhanced Wall Treatment，單擊OK按鈕關閉湍流模型對話框。

（4）單擊主菜單中DefineCell Zone Conditions按鈕啟動Cell Zone Condition（區域條件）面板。選擇fluid-evaporator單擊Edit按鈕彈出Fluid對話框，勾選Source Terms，在Source Terms選項卡中，在Energy旁單擊Edit按鈕彈出Energy sources對話框，在Number of Energy sources中輸入1，輸入-787401.6W/m3，單擊OK按鈕關閉窗口。

3、設置參數值

（1）單擊主菜單中DefineBoundary Conditions按鈕啟動的邊界條件面板。

（2）在邊界條件面板中，雙擊inlet-air彈出邊界條件設置對話框。

在Velocity Magnitude中選擇New Input Parameter彈出Input Parameter Properties對話框，在Name中填入in_velocity，在Current Value中輸入0.5，單擊OK按鈕確認退出。

在Specification Method中選擇Intensity and Hydraulic Diameter，在Hydraulic Diameter中填入0.061。

在Thermal選項卡中，設置Name為in_temp的參數，在Current Value中輸入310。

（3）在FLUENT主界面左側的模型樹中，單擊Parameters & CustomizationParameters Input Parameters可查看設置好的邊界條件參數。

（4）在邊界條件面板中，雙擊outlet-front-mid彈出邊界條件設置對話框。

在Specification Method中選擇Intensity and Hydraulic Diameter，在Hydraulic Diameter中填入0.044。

（5）在邊界條件面板中，單擊Copy按鈕彈出Copy Conditions（邊界條件複製）對話框。

在From Boundary Zone中選擇outlet-front-mid，在To Boundary Zone中選擇outlet-front-side-left，單擊Copy按鈕完成複製。

（6）同樣的，在outlet-foot-left中，在Specification Method中選擇Intensity and Hydraulic Diameter，在Hydraulic Diameter中填入0.052。

4、計算求解

（1）單擊主菜單中SolveMethods按鈕，彈出Solution Methods（求解方法設置）面板。

在Scheme中選擇Coupled，在Spatial Discretization中Pressure選擇PRESTO!，Momentum選擇First Order Upwind，Energy選擇First Order Upwind。

（2）單擊主菜單中SolveInitialization按鈕，彈出Solution Initialization（初始化設置）面板。

Initialization Methods中選擇Hybrid Initialization，單擊Initialize按鈕進行初始化。

（3）單擊主菜單中SolveRun Calculation按鈕，彈出Run Calculation（運行計算）面板。

在Number of Iterations中輸入1000，單擊Calculate開始計算。

（4）計算完成後，關閉FLUENT軟體，返回Workbench主界面。

5、後處理設置輸出參數

（1）雙擊Workbench界面中Results項，進入CFD-Post界面。

（2）在outline欄中雙擊Default Legend View 1，彈出Details of Default Legend View 1面板，在Definition選項卡中Title Mode選擇Variable，在Appearance選項卡中Precision中填入 2並且選擇Fixed，單擊Apply按鈕。

（3）單擊任務欄中（矢量）按鈕，彈出Insert Vector（創建矢量）對話框。默認矢量名稱為「Vector 1」，單擊OK按鈕進入矢量設定面板。

（4）在Geometry（幾何）選項卡中Locations選擇symmetry central unit，Sampling選擇Equally Spaced，# of Points中填入10000，Projection選擇Tangential。

在Color（顏色）選項卡中，Mode選擇Variable，Variable選擇Pressure。

在Symbol（符號）選項卡中，Symbol Size中填入0,05，勾選Normalize Symbols，單擊Apply按鈕創建矢量圖。

（5）單擊主菜單中InsertLocationSurface Group按鈕，彈出Insert Surface Group（創建表面組）對話框，名稱設置為「alloutlets」，單擊OK按鈕進入Details（細節）面板。

（6）在Geometry（幾何）選項卡中，單擊Locations旁邊的按鈕，彈出Location Selector對話框，選擇outlet foot left，outlet front mid，outlet front side left和outlet windshield四個表面單擊OK按鈕確認，則alloutlets出現在outline選項卡User Locations and Plots中。

（7）同（5）~（6）步，創建名稱為frontoutlets的表面組，選擇的表面包括outlet front mid和outlet front side left。

（8）單擊主菜單中InsertExpression按鈕，彈出Insert Expression（創建表達式）對話框，名稱設置為「floutfront」，單擊OK按鈕進入Details（細節）面板。

（9）在Definition（定義）選項卡中輸入-(massFlow()@frontoutlets)*2，單擊Apply按鈕創建，在Expressions（表達式）選項卡中，右鍵單擊新建的floutfront表達式選擇Use as Workbench Output Parameter。

（10）同步驟（8）~（9），創建名稱為floutwindshield，floutfoot和outlettemp的公式，對應的表達式分別為：-(massFlow()@outlet windshield)*2，-(massFlow()@outlet foot left)*2和massFlowAveAbs(Temperature)@alloutlets，且全部選擇為Use as Workbench Output Parameter。

（11）關閉CFD-POST軟體，返回Workbench主界面。

6、創建設計點

（1）雙擊Workbench界面中Parameter Set項，進入Parameter Set選項卡，在對話框Table of Design Points中，右鍵單擊已有的設計點DP0，選擇Duplicate Desig對話框n Point，創建新的設計點DP1，同樣，再創建新的設計點DP2。