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1、流场分析的基本流程（FIRE 软件）ID:qxlqixinliang 一、网格自动生成.2二、网格划分工具的使用.51、Mesh tools.52、surface tools.73、edge tools.7三、网格和几何信息工具.81、网格 check.82、Geo info.9四、流场求解求解器的设置.9名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 14 页 -一、网格自动生成根据电池包内部流场的特点，我们一般使用fame 的网格自动生成和手动划分网格，两者相结合基本上能完成网格划分。对于电池数量较少的模型（如下图）完全可以用网格自动生成功能来实现网格划分。下面介绍网格自动生
2、成的流程：1）准备面 surface mesh和线 edge mesh：要求：面必须是封闭曲面，一般FIRE 中可以应用的是.stl 的文件，在 PRO/E,CATIA 等三维的造型软件中都可以生成；与面的处理相似的还要准备边界的线数据2）Hybrid assistant,选择 start new meshing，分别定义表面网格define surface mesh和线网格 define edge mesh 3）然后进入高级选项fame advanced hybrid，在这里定义最大网格尺寸和最小网格尺寸，最大网格尺寸是最小网格尺寸的2n 倍4）选 择connecting edge，一般在计
3、算域的进出口表面建立face selection，这样可保证 edge处的网格贴体，否则网格在几何的边角会被圆滑掉，另外还可以保证进出口面的网格方向与气流方向正交，有利于计算的精确性和收敛性。通过add添加上进出口的 selection即可。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 14 页 -5）点 Next 进入 refinement 界面，在 refinement界面应当勾选 auto refinement，如果在计算域内有需要细化的区域，则在这些区域建立face selection，通过 add添加上所建立的selection，同时定义网格细化的尺寸和垂直于此fac
4、e selection的网格的延伸深度。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 14 页 -6）点击 next，进 入 OGL objects refinement界面，一般不需要定义，在下面的 use advanced settings前打勾，激活高级设置选项7）点击 next，进入 keep/remove cells界面，remove cells 可以减少网格生成数量而且对于表面模型有细缝的情况，应当选择 remove cells，此项功能相当域 FAME Hexa 中的 keep detail 的功能。点击 next进入 transformations界面8）此选项
5、的应用可以参考 example 中的intake port example 中transformation 的应用，这一功能主要是为了划分间隔距离较小的表面的。它的原理是先按照transformation 后的表面划分网格，再将这种尺寸的网格压缩和放大等等，保证表面的贴合。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 14 页 -9）点击 next，finish 进入网格自动划分过程。二、网格划分工具的使用手动划分网格有多种形式，例如：可以在封闭的面框上生成面网格，再拉伸面网格得到体网格；可以将复杂实体分块，在每一块应用手动拉伸或网格自动生成得到体网格，再将这些分块的网格用Jo
6、in meshes或 Arbitrary connect 连接；对 于 2Dmeshing还可以应用interpolation 工具进行手动划分。下面将对一些重要的工具做解释：1、Mesh tools 1）Refine Refine 功能用于网格的细化或粗化，Number of closure levels是指的细化程度。2）Smooth 网格的光滑性优化工具3）Modify 网格的平移，旋转和镜像等功能的操作名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 14 页 -4）Enlarge 网格拉伸、扫描和旋转的工具，一般是对面网格的操作。5）Mapping 网格映射工具，主要用于
7、生成两体网格相贯部分。注意：mapping 的对象是 node selection，mapping的网格一般是表面网格，先在体网格上make surface。6）Connet 网格连接工具，此功能常用。Join meshes用于两网格贴合处节点位置一一对应的连接，Arbitrary connect 用于贴合处节点位置不对应的网格连接。注意：网格连接操作后，要 confirm connect 操作，以消除重复的节点或连接面。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 14 页 -2、surface tools 1）Surface 面生成工具，Make surface可在体网格上
8、抽出面网格；Triangulation 可在体网格上生成三角面网格，也可将面网格转化成三角面网格；Center trangulation同上，得到的三角面网格2）Surface checks 检查表面网格质量3）Closed Surface 用于补面，生成面的线轮廓等。先Find boundary edges 得到空缺面的轮廓，再进入 triangulate closed edges 选项生成三角形网格的面。4）Orientate Surface 用于更改面网格方向的，一般应保证面网格内外表面方向一致3、edge tools 1）Auto edges 线网格生成工具，点选面网格，一般选择clo
9、sed edges，调整合适的参数即可生成名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 14 页 -2）manip edge 可以对局部面网格进行生成边网格操作3）2d meshing 四边形网格生成工具，先准备封闭的线网格，再选择row adjustment delay 即可生成规则的四边形网格。三、网格和几何信息工具划分完网格，一般先要检查网格质量，检查通过后才可以进行下一步工作。1、网格 check 选择体网格即可激活check选项，所生成的网格应保证required check选项下所有的检查结果为 0.名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 14
10、 页 -2、Geo info 检查网格的各个组成成分的数量以及几何表面面积和体积。同时可以检查节点之间的距离。四、流场分析求解器的设置（参考舒老师的ppt）1、边界条件入口及出口条件的选择（常规应用）：1）对于风道稳态计算，一般进口用流量，出口用静压或梯度为零；若是瞬态计算，往往进出口都采用压力边界条件，如果计算不易收敛，则建议进出口都采用流量（出口流量的值要改变符号）2）对于冷却水套一般进口定义流量，出口定义静压或梯度为零。建议是有实测的静压值，这样有助于加快计算收敛。3）入口处湍流值的给定：一般turb.ref.velocity 处填入进口平均速度（可根据流量估算）%of mean vel
11、ocity一般填 1-10%of hydraulic diameter一般填 5-10 这样 Turb.kin.energy及下面两项都会由程序自动算出一般来说，TKE 的值大一些对计算收敛有帮助名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 14 页 -2、流体物性和初始条件流体物性可预设为常量(空气,流体或新物性),也可用公式定义；如果有组分输运,物性值会被重新计算,对于空气和可压缩气体,初始值被作为物性值,气体状态方程用于更新三个变量 (压力,温度和密度)中定义为 0 的那个。如果它们都不为 0,那么密度被更新；所有变量在全场的初始化可通过均匀初始化和势流场初始化来实现；对
12、于瞬态计算，初始条件必须准确给定，因为后续时间步的结果直接受其影响。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 14 页 -4、离散空间离散：计算边界值和导数计算边界值：Extrapolate（外差）and Mirror（镜面对称）Mirror 对于边界网格质量不好的情况更为适用，可作为默认选项，计算导数的方法：Least Sq.Fit（最小二乘法）and Gauss（高斯法），Gauss 作为默认选项Cell face adjustment:动量方程的切向扩散项被法向扩散项的值制约，不建议用它作为默认选项因为如果这种限制在很多单元起作用,那么会影响能量守衡。但是，它对质量
13、不好的网格计算有帮助人工可压缩性（Artificial Compressibility)实现了每个单元采用不同的时间步长，即不容易收敛的单元采用较小的时间步，而易收敛的单元采用较大的时间步，这样松弛因子可以加大名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 14 页 -5、算法SIMPLE 这个算法是从离散的连续方程和动量方程里导出一个压力校正方程SIMPLE 和 SIMPLEC 的差别在于速度的更新方法不同；SIMPLEC 对于松弛因子的依赖较弱,压力的校正甚至不需要下松弛；SIMPLEC 对于一些压力-速度耦合起的作用较大的应用会得到更好的结果.而在一些有其他源项的情况下,
14、如较强的湍流,喷雾,燃烧时 SIMPLE 法算得会更好，SIMPLE 是默认的选项6、湍流模型涡粘性/耗散模型（k-e）：双方程模型，基于Boussinesq假设，隐含湍流是各相同性的，导致对复杂流动的模拟不够准确。优点是计算稳定性好，对计算资源的要求和花费低。适合工程应用。k-f：四方程模型，精度和稳定性都较好，推荐使用，计算时间仅比 k-e 模型多 15%。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 14 页 -7、壁处理标准壁函数 Standard wall function 复合壁函数 Hybrid wall function 双层壁函数 Two layer wal
15、l function 近壁处理 Near wall approach Hybrid wall treatment 建议作为 默认选项，与 K-f 模型联合使用模型联合使用.8、壁面热传导标准壁函数 Standard wall function Han-Reitz 模型中考虑了边界层中气体密度的变化和湍流Prandtl 数的增加9、焓Total enthalpy 是默认选项当温度出现无界解而导致不收敛时,求解静焓方程会是一个解决方案10、松弛因子稳态计算:URF(mom)=0.6,URF(pres)=0.1,URF(turb)=0.4 瞬态计算:URF(mom)=0.6,URF(pres)=0.
16、4,URF(turb)=0.6 11、差分格式差分格式是由前后网格单元中心(cell enter)的值来计算网格单元面中心点(face center)的值的方法，常用的差分格式有迎风格式和中心差分格式，在计算精度和收敛性之间取得折衷，采 用 Blending factor-揉和因子以便在高阶的格式中揉入迎风格式。揉合因子是介于和之间的数，为1 表明完全采用高阶格式，为0，则只有迎风格式起作用名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 14 页 -迎风格式(Upwind)：这是一阶精度的差分格式，无条件收敛，但不适于用在动量方程和连续方程，因为如果网格线与流动方向不一致，该格
17、式会产生数值扩散。中心差分(Central Differencing)：二阶精度，是连续方程的默认格式(揉和因子blending factor 选 1)，用于其他方程时 揉和因子最多选 0.5。收敛性较差。Minmod Relaxed:也是二阶精度，可与0-1 之间的任何 揉和因子相配，比中心差分的计算稳定性和收敛性好。对于连续方程建议选用中心差分带揉和因子为1。在高马赫数的情况下可以选用MINMOD 或 SMART（三阶精度）对于动量方程通常选用MINMOD 带揉和因子 1(发动机的应用可采用0.5)。能量方程可选用CD 带揉和因子 0.5.但对于发动机计算应选用迎风格式12、线性求解器在 FIRE 中采用了非常有效的共轭梯度方法(CG):GSTB 和 CGJP 要在加快计算速度和加强收敛性方面取得最优方案,我们在界面上提供了 Table的方式，这样可以在计算开始收敛性比较差的时候选用GSTB,然后采用 CGJP来加快计算速度，大多数情况下压力项求解器（Continuity)公差可取 0.05,但有时必须降到 0.005。Algebraic Multigrid(AMG)类似 GSTB,一般用于非常复杂的问题但要多占用50%的内存名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 14 页 -