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1、化工过程数值模拟软件介绍化工过程数值模拟软件介绍第一章绪论第一节 化工模拟化学工程的研究对象通常是非常复杂的，主要表现在：过程本身的复杂性：既有化学的，又有物理的，并且两者时常同时发生,相互影响。物系的复杂性:既有流体（气体和液体），又有固体，时常多相共存。流体性质可有大幅度变化，如低粘度和高粘度、牛顿型和非牛顿型等。有时，在过程进行中有物性显著改变，如聚合过程中反应物系从低粘度向高粘度的转变。物系流动时边界的复杂性：由于设备（如塔板、搅拌桨、档板等）的几何形状是多变的，填充物（如催化剂、填料等）的外形也是多变的，使流动边界复杂且难以确定和描述。第一节 化工模拟由于化学工程对象的这些特点，使得
2、解析方法在化学工程研究中往往失效。也从而形成了自己的研究方法（化学工程研究方法），其中有些方法并非首创，而由别的领域移植而来。化学工程初期的主要方法是经验放大，通过多层次的、逐级扩大的试验，探索放大的规律。这种经验方法耗资大、费时长、效果差，人们一直努力试图摆脱这种处境。但是时至今日，对于一些特别复杂，人们迄今尚知之甚少的过程，还不得不求助于或部分求助于此法。到20世纪初，相当盛行的是相似论和因次分析，其特点是将影响过程的众多变量通过相似变换或因次分析归纳成为数较少的无因次数（无量纲）群形式，然后设计模型试验，求得这些数群的关系。用这两种方法归纳实验结果，甚为有效。而对于反应过程，逐级的经验方
3、法沿用了很长时间。由于不可能在满足几何相似和物理量相似的同时满足化学相似条件，用无因次数群关联实验结果以获得反应过程规律的思路归于无效。直至50年代，才在化学反应工程领域中广泛应用数学模型方法。这一方法的影响波及到化学工程的其他分支，使研究方法出现了一个革新。在上述方法的应用中，多方面体现了过程分解（将一个复杂过程分解为两个或几个较简单过程），过程简化（较复杂过程忽略次要因素而以较简单过程简化处理）和过程综合（在分别处理分解了的过程后，再将这些过程综合为一）的思想。第一节 化工模拟对化工过程模拟而言，有不同层次的过程模拟，一个工厂的流程模拟的对象在十几米甚至上百米的规模范围，而其单元过程子系统
4、则为几厘米至几米大小。进一步深入模拟每个单元过程设备的内部传递过程和反应过程，则模拟对象小到毫米亚微米级。而在计算分子物性或研制新的药品时，要模拟分子的性能，模拟的对象甚至小到纳米级。典型的化工模拟的层次如图1所示。第二节 流程模拟化工过程模拟或流程模拟是根据化工过程的数据，诸如物料的压力、温度、流量、组成和有关的工艺操作条件、工艺规定、产品规格以及一定的设备参数，如蒸馏塔的板数、进料位置等，采用适当的模拟软件，将一个由许多个单元过程组成的化工流程用数学模型描述，用计算机模拟实际的生产过程，并在计算机上通过改变各种有效条件得到所需要的结果。其中包括人们最为关心的原材料消耗、公用工程消耗和产品、
5、副产品的产量和质量等重要数据。简言之，化工过程模拟就是在计算机上“再现”实际的生产过程。由于这一“再现”过程并不涉及到实际装置的任何管线、设备以及能源的变动，因而给了化工模拟人员最大的自由度，可以在计算机上“为所欲为”地进行不同方案和工艺条件的探讨、分析。这一方法是计算机技术在化工方面的最重要的应用之一。流程规模系统的迅速与准确不仅可节省时间，也可节省大量资金和操作费用，提高产品质量和产量，降低消耗。流程模拟系统还可对经济效益、过程优化、环境评价进行全面地分析和精确评估。并可对化工过程的规划、研究和开发及技术可靠性作出分析。同时流程模拟系统的快速准确对多种流程方案的分析和对比提供了保证。随着计
6、算机技术的发展及应用软件技术的开发，化工过程模拟技术日趋成熟和实用，商业化软件广泛出现于化工过程模拟中，其主要的代表有ASPENPLUS系统和PROE系统。第三节 单元模拟过程工业的处理过程是以质量、动量和能量的连续流动为特征。传统手段对这一过程的处理在很大程度上是依靠经验以及一些宏观参数表达的经验关系式。现代过程工业普遍使用的流程模拟技术尽管更系统化和普遍地描述这一过程，使工艺工程师更深入地了解工艺链中的关联关系，但在流程模拟技术中，绝大部分单元过程仍被处理为“黑箱”模型。对流动、传质、热、反应比较敏感的单元过程的设计、放大，需要了解有关质量、动量、能量流更多微观和深入的信息，单元模拟技术即
7、为了解决这一问题而产生。第三节 单元模拟在单元模拟中，用N-S方程这个高度复杂的非线性偏微分方程组来描述质量、动量、能量之间的关系。为求解该方程组，采用离散原理，将单元设备划分为许多微元，并在微元上用代数方程近似偏微分方程，然后联立求解所有微元代数方程以及边界方程，得到各个微元上的参数，如速度、温度、压力、浓度等。当划分的微元无限小时，计算结果也就无限逼近实际问题的解。在实际过程中，单元内部的介质基本是多组分或多相的，传质、传热、反应过程相互耦合。为模拟这些复杂过程，可以对介质的每一相或每一组分分别求解N-S方程，各相或各组分通过各组N-S方程之间质量、力、热量的相互传递相互影响。例如化学反应
8、，反应物质量方程的一个消失量对应着生成物质量方程中的一个生成量，反应热对应着能量方程中的一个生成或消失量。同样，单元模拟技术通过离散方法求解这一耦合体系，以获得空间和时间的速度分布、温度分布、压力分布、浓度分布、相分数分布等。第三节 单元模拟单元模拟主要有以下四方面的应用：1工程放大：由于单元模拟技术采用机理性模型，原则上不限制结构形式、结构尺寸、工艺参数、操作参数，因此通过单元模拟技术可以跳过“实验室小试中试工业”传统放大过程的某些环节，例如经过小试后直接进行工业装置放大验证。单元模拟技术作为一种工程放大手段，可以大量节省资金和时间，而且由于掌握大量数据，放大的可靠性也较高。2技术创新，优化
9、设计：在传统开发环境中，大量的创新思路或创新设想无法或难以验证，而在单元模拟技术辅助的开发环境中，新设想的验证变得容易，因此有助于进行技术创新，此外，由于极低的重复成本，单元模拟技术使包含大量设计循环的优化设计成为可能。3诊断及扩能改造：通过单元模拟技术不仅可获得对过程机理的深入理解，而且可判断过程的故障原因、关键部分以及扩能潜力，进一步可验证各种改造和扩能方案的效能。4生产调优以及控制：用单元模拟技术建立核心装置仿真模型，用于操作调优验证或用于控制系统数据采集，可有效降低运行风险，提高装置效能。第四节 单元模拟与流程模拟的关系单元模拟和流程模拟两者既有不同，又是相互联系的。两者的不同主要表现
10、在：（1）流程模拟的处理对象是全工艺流程，本质上计算系统各单元过程之间的相互影响关系，其结果主要用于流程参数调优，提高生产效率。单元模拟的对象是单元过程，本质上是计算单元过程的内部状态，其结果主要有助于理解过程机理，设备调优以及故障诊断。（2）流程模拟本质上是半经验性的，因此需要一个具有各种单元过程模型的数据库，所能处理的单元过程类型以及工艺参数范围仅限于数据库中的已有数据，对于新型过程，或超出正常操作范围的工艺参数，流程模拟不能通过自身解决。单元模拟是机理性的，原则上不限制单元过程的类型，也不限制工艺参数的范围，因此可以用于研究新型单元过程，以及异常工艺、操作参数的影响。（3）流程模拟基本上
11、是一维模拟，可以得到参数沿流程的变化，但不能获得参数的空间分布。单元模拟是三维动态模拟，不仅获得诸如速度、温度、压力、浓度在三维空间的分布，而且可获知这些参数的动态变化过程。第四节 单元模拟与流程模拟的关系在实际工业应用中，流程模拟和单元模拟是互补的。通过流程模拟得到的工艺参数可以作为单元模拟的输入参数或边界条件。通过单元模拟检验单元过程的状态，反过来可以用于修正流程模拟的参数。对于流程模拟不能处理的新型单元过程或超常工艺、操作参数，通过单元模拟检验或建模后可以扩充流程模拟的数据库。用流程模拟优化全流程参数以及确定全流程关键单元过程后，可用单元模拟对关键单元过程进一步优化。用流程模拟诊断系统故
12、障部位后，可用单元模拟详细分析故障机理以及确定改造方案。因此，单元模拟与流程模拟是互补的两种基本工程手段，只是单元模拟实际工业应用的时间晚于流程模拟。化工过程数值模拟软件介绍化工过程数值模拟软件介绍第第3章章 单元模拟技术单元模拟技术3.1单元模拟的步骤 311前处理 前处理包括确定计算域、生成网格、设定初始条件和边界条件、选择求解模型以及设定求解参数。（1）确定计算域 确定计算域即给出所模拟问题的几何结构。各种商业软件都有自己的创立几何的功能模块，也可以通过专业的CAD作图软件对几何形状建模然后导入。（2）生成网格 网格生成的目标是离散流动区域，流体力学基本方程组就在这些离散化后的网格单元上
13、求解，网格生成的质量直接关系到计算精度与计算稳定性。3.1单元模拟的步骤 网格分为结构型和非结构型两大类。对于较复杂的求解域，构造结构型网格时要根据其拓扑性质分成若干子域，各子域间采用分区对接或分区重叠技术来连接。非结构网格不受求解域的拓破结构与边界形状限制,构造起来方便得多，而且便于生成自适应网格，能根据流场特征自动调整网格密度，对提高局部区域计算精度十分有利。然而，非结构网格所需内存量和计算工作量都比结构型网格大很多，有些流场解法和模型不适用于非结构网格，如目前常用的一些代数湍流模型和壁面函数等就有这样的问题，此外多层网格技术用于非结构网格也有较多困难，因此，结构型网格和非结构型网格两者结
14、合的复合型网格是网格生成技术的发展方向。3.1单元模拟的步骤 （3）设定初始条件和边界条件 根据所处理问题的不同，单元模拟在求解计算前还要给定不同类型的初始条件和边界条件。边界条件包括进出口边界条件、壁面边界条件、内部单元区域边界条件和内部表面边界条件。初始条件和各种边界条件包含的具体内容随商业CFD软件的不同而各不相同。（4）模型 前面也已经提到，CFD中涉及的模型包括各种流动模型、传热模型、多相流模型、燃烧模型、化学反应流模型以及自由面流模型等模型。单元过程中的流动有很多不同的特征，对每一种流动特征CFD又有一种到多种模型可以选择。流动特征按不同着眼点有不同的描述方法。3.1单元模拟的步骤
15、a.介质性质不同：根据流体剪切力与速度梯度是否线性关系分为牛顿流体与非牛顿流体；根据介质密度是否为常数分为不可压流体，弱可压流体，完全可压流体。b.流动形态不同：根据流动中是否有速度脉动分为层流与湍流；根据空间各点上流体质点的速度及其他表示流动的参数是否随时间变化分为定常流动和非定常流动。c.其他特征：除上述特征外，还有其他一些特征，如根据流场的几何特征有多孔介质中的流动，根据是否考虑浮力有浮力驱动流动等等。CFD中涉及的传热模型包括温差或密度差驱动的自然对流传热模型、流固体耦合传热模型、灰体或非灰体系统辐射模型。3.1单元模拟的步骤 （5）设定求解参数 求解参数的设定是为了控制求解的收敛速度
16、和精度。求解参数包括差分格式的选择，时间步长的设定等。312 求解计算 求解计算即调用求解器进行计算及根据计算进程调整求解参数。313 后处理 后处理就是对计算结果的可视化以及对模拟结果的定性和定量化分析。CFD商业软件的流动显示模块都具有三维显示功能来展现各种流动特性，有的还能以动画功能演示非定常过程。3.2CFD商业软件3.2.1CFX3.2.1.1CFX简介CFX是英国AEATechnology公司开发的一种实用流体工程分析软件，始于1986年开始作为商业软件向全球发售，时为CFX4，用于模拟流体流动、传热、多相流、化学反应及燃烧等问题。1996年，CFX发展到CFX5，并于1997年全
17、面收购了旋转机械领域著名的加拿大ASC公司，推出了专业的旋转机械设计与分析模块CFX-Tascflow。CFX5成功突破了CFD领域在算法上的一大技术障碍，推出了全隐式多网格耦合算法，该算法以其稳健的收敛性能和优异的运算速度，成为CFD技术发展的重要里程碑。2003年，CFX加入了全球最大的CAE仿真软件公司ANSYS公司，使其进而可以为包括固体力学、流体力学、传热学、电学、磁学等在内的多物理场及多场耦合的问题提供整体解决方案。3.2CFD商业软件3.2.1.2CFX的体系结构 加入ANSYS前，CFX的体系结构如下图（图3.1）所示：图3.1 加入ANSYS前CFX的体系结构图3.2CFD商
18、业软件 CFX4，CFX5，CFX-TASCflow是三个主要的仿真平台，分别针对过程工业、机械、旋转设备领域。CFX-Build，CFX-BladeGen，CFX-VoluteGen，CFX-TurboGrid等是建模工具，用于造型、划分网格、设置模型、设置边界条件。CFX-Analyse，CFX-Visualise，CFX-TASCtool等是仿真后处理工具，用于将仿真结果以图片、动画等形式进行可视化。CFX-ProMixus，CFX-PFDReaction，CFX-Radiation，CFX-INFORChem，CFX-V+，CFX-B+等是以CFX4、CFX5、CFX-TASCflow
19、为平台的应用软件，分别针对搅拌釜、反应器、燃烧设备、物化属性、旋转设备叶片。3.2CFD商业软件 加入ANSYS后，CFX在单元模拟中建立几何结构及生成网格的过程由ANSYS的相应模块来实现，其他前处理过程集中到CFX-Pre平台来完成，求解就由CFX-SolverManager平台来完成，而后处理就由CFX-Post平台来完成。3.2.1.3CFX的模块功能 （1）CFX-BUILDCFX-BUILD是CFX软件家族的通用前处理系统，为CFX模拟提供几何造型、生成网格和设置边界条件的功能。3.2CFD商业软件 CFX-BUILD是全面的几何造型工具，具有诸如旋转、沿任意曲线拉伸、面滑移等高级
20、功能。由于建立在MSC/PATRAN前处理框架系统之上，且采用单一几何模型技术（Single Geomotric Model，简称SGM），CFX-BUILD可以直接在CAD/CAE数据库中的CAD模型上进行流体工程分析，读取、转换、修改和操作正在设计的CAD模型而无需复制，从而使设计人员和分析人员可在同一个几何模型工作。CFX-BUILD可以对超过40个以上的主流CAD/CAE系统进行原始格式的几何访问，包括CADDS5，CATIA，Euclid3，Parasolids，Pro/ENGINEER和Unigraphics，并可读入任何CAD系统IGES格式的几何形体，如MSC/PATRAN，I
21、DEAS和AutoCAD等。3.2CFD商业软件CFX-BUILD能快速高效地为复杂的几何形体生成高质量的结构化、非结构化、混合网格。根据模拟对象的特性，CFX-BUILD可以生成伸缩/变形网格（以解决汽缸内的活塞运动或运动液面之类的问题）和滑动/旋转网格（以解决涡轮机械转子/定子间相互作用和过往车辆之间的相互作用之类的问题）。CFX-BUILD能自动将非结构化的有限元网格转换为CFX的多块网格，为网格生成提供了更大的灵活性。CFX-BUILD还可以对网格进行自动优化。CFX-BUILD采用交互式的边界条件设置，可与几何造型交叉进行，修改方便。3.2CFD商业软件 （2）CFX4 CFX4是C
22、FX的主要仿真平台之一，可以用于对直角坐标系、柱坐标系、旋转坐标系和多重参考坐标系的二/三维定常和非定常流动进行模拟。CFX4可以模拟的对象包括可压/不可压流动、浮力驱动流、非牛顿流、多孔介质内的流动、湍流流动、多组分流体流动、多相流、传热（对流传热及热传导）、流固耦合传热、辐射传热及各种化学反应过程。CFX4采用有限体积法，隐式的基于压力修正的算法，基于SIMPLE的算法和PISO耦合算法。CFX4有多种差分格式供选择，包括混合差分、迎风格式、高阶迎风格式、QUICK格式、CONDIF格式、TVD/MUSCL 3.2CFD商业软件 CFX4的求解器包括代数多网格求解器、ICCG求解器和线性、
23、Stone或块状Stone求解器。CFX4具有在已有场参数分布的基础上继续计算的能力，能在任何时间中止计算并形成Dump文件，待调整求解策略或物理模型后，可调用Dump文件在原场的基础上继续计算，以求获得收敛或更高的精度。CFX4还可在多CPU的UNIX/NT计算机上、UNIX/NT网络机群上甚至混合的UNIX/NT网络机群上进行高效并行计算，因此可以求解远远超出单台计算机能力的大型CFD问题。3.2CFD商业软件 （3）CFX5 在CFX4的基础上，CFX5加强了旋转坐标系和多重参考坐标系下流动问题的模拟能力，新增了对粘性加热和自由表面现象的模拟能力。此外，CFX5还强化了在可压/不可压流动
24、、湍流流动、辐射、多相流和燃烧等方面模拟功能。CFX5对复杂几何体的模拟功能更强一些。CFX5可直接读入第三方生成的网格，对非匹配的多块网格、任意大小形状和拓扑结构的六面体单元网格块均可用通用网格接口进行粘接或/和循环连接，从而可为复杂几何边界问题快速生成精确而且求解性能非常好的网格。CFX5还可采用嵌套网格以加密局部网格和基于流场分布的自适应网格。3.2CFD商业软件 CFX5采用代数多网格耦合求解器同时求解质量和动量方程，并采用最先进的代数多网格线性求解器和不完全高低分解平滑器（ILUO），求解过程迅速且极为稳定可靠。CFX5的求解速度与模型规模无关，小型网格和大型网格均有相同的求解速度。
25、在差分格式上，CFX5提供了基于物理规律的高阶差分格式，对任何流动问题都非常稳定，包括迎风格式（UDS）、质量加权的斜上游差分格式（MWS）、线性分布的斜上游差分格式（LPS）。3.2CFD商业软件（2）CFX-RadiationCFX-Radiation可以作为独立软件进行辐射传热计算，但通常与CFD求解器接口以进行流动和辐射的完全耦合计算。CFX-Radiation被广泛用于计算热力和燃烧问题，包括火灾，燃烧器，工业炉，太阳能加热等。CFX-Radiation采用MonteCarlo和DiscreteTransfer两种计算方法。MonteCarlo算法模拟光子与环境之间的相互物理影响。通
26、过计算一定数量光子的运动历程来代表真实的光子通量。光子源根据亮度和轨迹进行随机采样，因此计算的概率有效性亦随着光子数量的增加而增加。当辐射场分布比较均匀时可采用Discrete Transfer算法。DiscreteTransfer算法混合了通量法和固定采样的MonteCarlo法，比MonteCarlo算法计算速度快，尤其当同样的几何重复使用时，如流动/辐射耦合迭代计算的情况。3.2CFD商业软件 （2）CFX-Analyse CFX-Analyze是基于GUI的图形和量化分析工具。在图形分析方面，CFX-Analyze可以绘制任意变量的彩色三维等值面图、任意表面上的速度矢量和彩色云图、任意
27、变量的几何形体表面彩色着色图、任意变量的等高图和彩色三维流线和粒子轨迹图。3.2CFD商业软件 在量化分析方面，CFX-Analyze提供了可编程的命令语言，以对计算结果进行二次处理，分析诸如总体质量、动量、能量平衡，损失，效率，压升/压降，传热率等量值。CFX-Analyze用户可将一系列命令组合成一个宏命令，在连续的重复性分析中调用，并可用这些宏命令自动形成自定义的定式分析报告，以提高分析效率。CFX-Analyze允许用户输入表格数据以便比较计算结果和试验结果或其他计算结果，用户也可以交叉绘制和比较不同设计的计算结果曲线。3.2CFD商业软件3.2.1.4CFX的技术优势CFX的优势在于
28、处理流动物理现象简单而几何形状复杂的问题。适用于直角/柱面/旋转坐标系，稳态/非稳态流动，瞬态/滑移网格，不可压缩/弱可压缩/可压缩流体，浮力流，多相流，非牛顿流体，化学反应，燃烧，NOx生成，辐射，多孔介质及混合传热过程。CFX采用有限元法，自动时间步长控制，SIMPLE算法，代数多网格、ICCG、Line、Stone和BlockStone解法。能有效、精确地表达复杂几何形状，任意连接模块即可构造所需的几何图形。3.2CFD商业软件 在每一个模块内，网格的生成可以确保迅速、可靠地进行，这种多块式网格允许扩展和变形，例如计算气缸中活塞的运动和自由表面的运动。滑动网格功能允许网格的各部分可以相对
29、滑动或旋转，这种功能可以用于计算牙轮钻头与井壁间流体的相互作用。CFX引进了各种公认的湍流模型。例如：k-e模型，低雷诺数k-e模型，RNG k-e模型，代数雷诺应力模型，微分雷诺应力模型，微分雷诺通量模型等。CFX的多相流模型可用于分析工业生产中出现的各种流动。包括单体颗粒运动模型，连续相及分散相的多相流模型和自由表面的流动模型。3.2CFD商业软件3.2.1.5 CFX的硬件配置要求及安装 （1）CFX的硬件配置要求 CFX对计算机硬件配置的要求根据模拟对象的复杂程度不同而不同，对简单对象的模拟所需的硬件配置要求如下表3.1。（2）CFX的安装 CFX与ANSYS公司合并后的安装需要先安装
30、ANSYS。ANSYS的安装 进入ANSYS的安装界面（如图3.2）后，点击Install ANSYS Workbench Products 8.1进入后继界面，选择相应的选项直到图 所示界面，将CFX-Mesh选项选上，其他选项根据用户要求进行选择。3.2CFD商业软件表3.1CFX对简单对象的模拟所需的硬件配置要求如下3.2CFD商业软件图3.2ANSYS的安装界面3.2CFD商业软件图3.3ANSYS的安装时RunLicensingSetup的选择3.2CFD商业软件 点Next后继续运行安装至图3.3所示界面，选择Run Licensing Setup后点Next继续安装直到结束。AN
31、SYS Workbench Products 8.1安装结束后会弹出界面如图3.4进行License的安装，在复选框中打对号后Next进入后继界面。在后继弹出的两个界面中选yes，继之给出ANSYS License文件的位置后License的安装结束。3.2CFD商业软件图3.4ANSYS的安装结束界面3.2CFD商业软件 CFX的安装 进入CFX的安装界面（如图3.5）后，点击Install CFX-5.7进入后继界面，选择相应选项直到结束。由于在ANSYS安装中已经安装了License，CFX的安装不需要再安装License文件。3.2CFD商业软件图3.5 CFX的安装界面3.2CFD商
32、业软件3.2.1.6CFX的操作界面本节将简要介绍CFX各模块的用户界面，具体的应用将在CFX应用示例一节示范说明。由于CFX已经加入ANSYS，其几何的创建和网格的划分可由ANSYSWorkbench来完成，所以在CFX操作界面这一节将介绍包括ANSYSWorkbench中DesignModeler（几何创建模块）和CFX-Mesh（网格划分）模块的界面已及CFX-Pre（CFX前处理器）、CFX-SolverManager（求解器）和CFX-Post（后处理器）的界面。3.2CFD商业软件 （1）DesignModeler（DM）图3.6是DM在ANSYS Workbench环境下打开时的
33、界面结构，DM独立打开时，界面结构与其相似，但会在下拉菜单中缺少一些命令。由图3.6可见，DM的界面分为六个区域，即：下拉菜单区、工具栏区、操作窗口区、面板窗口区、视图窗口区及实时信息窗口区。DM的所以功能就是通过用户与这些区的对话及鼠标的操作来实现的。下面分别对每一区的功能及鼠标键的功能进行说明。3.2CFD商业软件图3.6DM在ANSYSWorkbench环境下打开时的界面结构3.2CFD商业软件 下拉菜单区 DM的下拉菜单区包含六个下拉菜单，分别为File、Creat、Concept、Tools、View和Help。各下拉菜包含的命令及功能示于表3.2。具栏区 DM的工具栏区的工具条可以
34、由Tools菜单下Option命令来添加与删除。工具栏区的功能按钮大部分都可在下拉菜单中找到相对应的命令，但也有少数几个命令是下拉菜单中没有的，这些命令示于表3.3。3.2CFD商业软件表3.2 各下拉菜单包含的命令及功能3.2CFD商业软件3.2CFD商业软件v3.2CFD商业软件3.2CFD商业软件3.2CFD商业软件 作窗口 DM的操作窗口有Sketching和Modeling两个页面。Sketching页面是绘制草图的工作页面，下有Draw、Modify、Dimensions、Constrains和Settings五个工具栏，各工具栏的功能示于表3.4。Modeling页面是创建立体模
35、型的工作页面，这个页面下根据创建的顺序以树状结构展示模型里现有的特征（包括正在设置待完成的特征），如Sketchs、Extrudes等。在创建模型的过程中，modeling页面中会用图标在各特征的左侧显示显示该特征所处的状态，特征可能的状态及含义列于表3.5。3.2CFD商业软件 表3.3下拉菜单中没有的命令3.2CFD商业软件3.2CFD商业软件 面板窗口 当一个特征被选定时，面板窗口会弹出该特征的参数设置面板，通过对面板各参数的设置于更改来完成特征的细节设置。表3.4 Sketching页面各工具栏的功能3.2CFD商业软件表3.5 modeling页面中特征可能的状态及含义 3.2CFD
36、商业软件 视图窗口DM的视图窗口有ModelView和PrintPreview两个页面。ModelView页面用于显示模型的视图草图视图（当操作窗口切换到Sketching页面）和三维视图（当操作窗口切换到Modeling页面）。PrintPreview页面下可以对ModelView页面当前视图进行打印输出或以图片格式输出。实时信息窗口 实时信息窗口左端显示的是当前操作的相关信息；中间显示的是当前选定特征的统计量，如当前选定面的面积、当前选定体的体积等；最右端显示的是进行草图绘制时鼠标所在处的坐标值。3.2CFD商业软件标键功能鼠标左键通常情况下鼠标左键的功能为选择功能，此外，鼠标左键的功能也
37、可以由工具栏里的鼠标左键动作模式按钮指定。鼠标中键及滚轮鼠标中键仅在视图窗口起作用，在视图窗口的ModelView页面，鼠标中键具有Rotate的功能，Ctrl键+鼠标中键具有Pan的功能，Shift键+鼠标中键具有Zoom的功能，滚轮具有Zoom的功能；在视图窗口的PrintPreview页面，鼠标中键与滚轮的作用与MicrosoftWord视窗下的作用相同。3.2CFD商业软件鼠标右键鼠标右键在视图窗口的ModelView页面具有BoxZoom的功能。此外，鼠标右键在操作窗口的Modeling页面和视图窗口的ModelView页面还有右键菜单，鼠标右键菜单命令及功能列于表3.6。3.2CF
38、D商业软件表3.6鼠标右键菜单命令及功能3.2CFD商业软件3.2CFD商业软件3.2CFD商业软件 （2）CFX-Mesh（CM）CM的界面结构如图3.6所示分为四个区域菜单及工具栏区、操作窗口区、面板/信息窗口区和视图窗口区。下面对各个区域的内容和鼠标键的功能进行说明。菜单及工具栏区 CM的下拉菜单区包含四个下拉菜单，分别为File、Tools、Go、和Help。各下拉菜包含的命令及功能示于表3.7。3.2CFD商业软件图3.6CM的界面结构3.2CFD商业软件表3.7 CM的下拉菜单包含的命令及功能3.2CFD商业软件CM工具栏中特有的功能按钮示于表3.8。表3.8CM工具栏中特有的功能
39、按钮3.2CFD商业软件 操作窗口 CM的操作窗口是对进行网格划分设置的工作窗口，这个窗口下根据特征的类型以树状结构展示了各项特征。在对几何模型进行网格划分设置的过程中，操作窗口中会用图标在各特征的左侧显示显示该特征所处的状态，特征可能的状态及含义列于表3.9。表3.9 CM的操作窗口特征可能的状态及含义 3.2CFD商业软件面板/信息窗口CM的面板/信息窗口包括Parameters页面和Messages页面两个页面。Parameters页面用来对特征的参数进行设置；Messages页面用来显示错误信息。视图窗口CM的视图窗口用来显示模型及预览生成的网格。鼠标键功能 鼠标左键 通常情况下鼠标左
40、键的功能为选择功能，此外，鼠标左键的功能也可以由工具栏里的鼠标左键动作模式按钮指定。3.2CFD商业软件鼠标中键及滚轮 鼠标中键与滚轮仅在视图窗口起作用，鼠标中键具有Rotate的功能，Ctrl键+鼠标中键具有Mouse Pan的功能，Shift键+鼠标中键具有Mouse Zoom的功能；滚轮具有Mouse Zoom的功能。鼠标右键 鼠标右键在视图窗口具有Box Zoom的功能。此外，鼠标右键在操作窗口还有右键菜单，鼠标右键菜单命令及功能列于表3.10。3.2CFD商业软件表3.10CM的视图窗口鼠标右键菜单命令及功能3.2CFD商业软件 （3）CFX-Pre 如图3.7所示，CFX-Pre的
41、界面分为七个区域：菜单区、工具栏区、操作窗口区、操作窗口工具栏区、信息窗口区、视图工具栏区及视图窗口区。下面分别对每一区的功能及鼠标键的功能进行说明。菜单区 CFX-Pre的菜单区包含七个下拉菜单，分别为File、Edit、Session、Create、Viewer、Tools和Help。各下拉菜单包含的命令及功能示于表3.11-14。3.2CFD商业软件图3.7CFX-Pre的界面3.2CFD商业软件表3.11 CFX-Pr各下拉菜单包含的命令及功能3.2CFD商业软件表3.12 CFX-Pr各下拉菜单包含的命令及功能3.2CFD商业软件3.2CFD商业软件表3.13 CFX-Pr各下拉菜单
42、包含的命令及功能3.2CFD商业软件v3.2CFD商业软件表3.14 CFX-Pr各下拉菜单包含的命令及功能3.2CFD商业软件 工具栏区 CFX-Pre工具栏区的功能按钮可以通过在菜单区或工具栏区用鼠标右键菜单来添加。工具栏区的功能按钮包括File、Edit、Tools、Session和Create菜单下的命令已及Whats This按钮（Whats This：该按钮被点击激活后，鼠标左键再点击工具栏的功能按钮或下拉菜单下命令时会弹出该功能按钮或命令的功能提示信息，同时该按钮失活；点击Whats This按钮后点击图形用户界面该按钮也失活）。3.2CFD商业软件 操作窗口区 CFX-Pre的
43、操作窗口区有七个页面，分别是Physics页面、Mesh页 面、Regions页 面、Materials页 面、Reactions页面、Expressions页面和User Mode页面。各页面的内容示于表3.15。操作窗口工具栏区 操作窗口的各页面有各自的工具栏，各页面工具栏的功能按钮及其功能示于表3.16。3.2CFD商业软件表3.15 CFX-Pre的操作窗口区各页面的内容 3.2CFD商业软件表3.16 各页面工具栏的功能按钮及其功能 3.2CFD商业软件3.2CFD商业软件 信息窗口 当对模拟进行设置时，每完成一项设置，CFX会对该设置的正确性与及该设置与其他设置的一致性进行校验，校
44、验出错误时会在信息窗口显示详细的错误信息。视图工具栏区 视图工具栏区的功能按钮用于对视图窗口进行显示控制。该工具栏的功能按钮大部分都可在Viewer菜单下找到，几个其独有的功能按钮示于表3.17。3.2CFD商业软件表3.17 视图工具栏区几个其独有的功能按钮3.2CFD商业软件 视图窗口 CFX-Pre的视图窗口用于显示模拟对象的网格及各边界的状态。鼠标键功能 鼠标左键 通常情况下鼠标左键的功能为选择功能，此外，鼠标左键的功能也可以由工具栏里的鼠标左键动作模式按钮指定。鼠标中键 鼠标中键仅在视图窗口起作用，鼠标中键具有缩放视图的功能，Shift键+鼠标中键具有放大视图的功能。3.2CFD商业
45、软件鼠标右键 鼠标右键在视图窗口具有拖动视图的功能，Shift键+鼠标右键具有缩小视图的功能，此外，鼠标右键在菜单区和工具栏区及操作窗口区还有右键菜单（鼠标右键在操作窗口区的右键菜单命令中包括操作窗口工具栏中的所有功能按钮命令），各区鼠标右键菜单独有的命令及功能列于表3.18。3.2CFD商业软件表3.18 CFX-Pre的视图窗口各区鼠标右键菜单独有的命令及功能3.2CFD商业软件 （4）CFX-Solver Manager CFX-Solver Manager的界面可以分为菜单及工具栏、监视窗口和数据窗口三个部分，如图3.8所示。下面分别对CFX-Solver Manager界面三个部分及
46、鼠标键的功能进行说明。菜单及工具栏区菜单区 CFX-Solver Manager的菜单区包含六个下拉菜单，分别为。File、Edit、Workspace、Tools和Help下拉菜单包含的命令及功能示于表3.19。Monitor菜单下的命令用于控制用户界面的显示内容，根据模拟运算变量的不同，Monitor下拉菜单的内容也不同。Monitor菜单下的各命令都有其次级菜单，通过次级菜单可以选择该命令所控制变量的残差是全局量还是按计算域计算量。3.2CFD商业软件图3.8CFX-SolverManager的界面 3.2CFD商业软件图3.8CFX-SolverManager的界面3.2CFD商业软件
47、3.2CFD商业软件工具栏区 CFX-Solver Manager的工具栏区的按钮是下拉菜单中的一些常用命令。此外，CFX-Solver Manager工具栏区还提供了一个Workspace下拉工具条，用于选择当前要运行的运算。监视窗口 CFX-Solver Manage的监视窗口显示当前运行的模拟数据的线图，用于显示用户设定要监视的变量的值或残差。数据窗口 CFX-Solver Manager的数据窗口是运算中各计算步的数据记录。3.2CFD商业软件 鼠标键功能 鼠标左键 在监视窗口，通过鼠标左键点击残差曲线可以显示里鼠标所点位置最近的计算步该变量的数据。鼠标右键 鼠标右键在监视窗口和数据窗
48、口的右键菜单命令及功能示于表3.20。3.2CFD商业软件表3.20 CFX-Solver Manager的数据窗口鼠标右键菜单命令及功能3.2CFD商业软件 （5）CFX-Post CFX-Post的界面可以分为下拉菜单区、工具栏区、操作窗口和视图窗口四个部分，如图3.9所示。下拉菜单区 CFX-Post的下拉菜单区有八个下拉菜单，分别是File、Edit、Session、Create、Viewer、Tools、Turbo和Help。各下拉菜单包含的命令及功能示于表3.21-24。工具栏区 CFX-Post工具栏区的工具按钮为常用的下拉菜单命令。操作窗口区 CFX-Post的操作窗口区有五个
49、页面，分别是Objects页面、Variables页面、Expressions页面、Charts页面和Turbo页面。各页面的内容示于表3.25。3.2CFD商业软件图3.9 CFX-Post的界面 3.2CFD商业软件表3.21 CFX-Post各下拉菜包含的命令及功能 3.2CFD商业软件3.2CFD商业软件表3.22 CFX-Post各下拉菜包含的命令及功能3.2CFD商业软件3.2CFD商业软件表3.23 CFX-Post各下拉菜包含的命令及功能3.2CFD商业软件3.2CFD商业软件表3.24 CFX-Post各下拉菜包含的命令及功能3.2CFD商业软件3.2CFD商业软件表3.25
50、 CFX-Post的操作窗口区各页面的内容3.2CFD商业软件 在操作窗口区各页面的右侧有一个工具栏，各包括四个工具按钮，列于表3.26。表3.26 CFX-Post的操作窗口区四个工具按钮 视图窗口 CFX-Post的视图窗口有两个页面，分别是和Chart Viewer页面。3D Viewer页面显示模型的三维视图。3D Viewer页面的顶部有一个视图工具栏，包括Viewer菜单的常用命令和几个便于视图操作的工具条（表3.27）。3.2CFD商业软件表3.27 3D Viewer菜单的常用命令和几个便于视图操作的工具条 Chart Viewer页面显示数据处理的图表。3.2CFD商业软件