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1、A Pera Global Company PERA ChinaANSYS FLUENT 培训教材第九节：瞬态问题安世亚太科技（北京）有限公司A Pera Global Company PERA China动机n自然界几乎所有流动都是瞬态的下列情况可以近似为稳态:忽略瞬态的脉动引入整体的时间平均来消除瞬态影响nCFD中使用稳态方法的好处是更少的计算资源更容易后处理和分析n许多应用要求使用瞬态求解:气动（飞机、机车等）涡脱落旋转机械 动静干涉，失速，喘振,多相流 自由液面，气泡动力学变形域 内燃机燃烧，投放瞬态换热 瞬态加热或冷却.A Pera Global Company PERA China
2、瞬态流动的根源n自然发生的瞬态流动由于流体中不稳定性的增长或者非平衡的初场引发的瞬态流动例如：自然对流，湍流涡，流动波（重力波、激波）n强迫瞬态流动时间平均的边界条件，源项引起的瞬态流动例子：喷嘴的脉冲，旋转机械的动静干涉Kelvin-Helmholtz Cloud InstabilityBuoyant Box Falling Into a Pool of WaterA Pera Global Company PERA China瞬态CFD分析n模拟指定时间内的瞬态流场可以通过以下方法求解:稳态解 流场不再随时间变化时间周期解 流场形态随时间脉动重复出现目标可以简化为分析预定时间间隔的流动自由
3、表面流移动的激波等等n抽取关心的变量特征频率（如：斯德鲁哈尔数）时间平均或/RMS值时间相关的参数（如，热固体的冷却时间，污染物的停留时间）特殊数据（快速傅立叶变换）A Pera Global Company PERA China瞬态流动模拟流程n激活瞬态求解器n设置物理模型和边界条件允许设置瞬态边界条件UDF 或分布文件n指定初场最好用有物理意义的初场，如稳态流场n求解器设置，监测设置n设置动画和数据输出选择n选择时间步和最大迭代次数n设定时间步数n计算A Pera Global Company PERA China激活瞬态求解器n在 General 菜单下选择Transient 按钮:n开
4、始执行迭代前，需要设置附加的控制求解器设置动画数据输出/自动保存选项A Pera Global Company PERA China选择瞬态时间步长n在Run Calculation菜单中设置时间步长，tt 必须小到能解析和时间相关的特征。确定每个时间步的最大迭代步内能收敛时间步大致可按照下面公式估计:也可以选择能解析流动特征的时间步（在指定脉动周期的情况下）n指定零时间步时迭代，求解器会仅仅在当前时间步下收敛n对许多瞬态流动，PISO格式有助于加速收敛A Pera Global Company PERA China瞬态模型选择 n自适应时间步长基于局部截断误差自动调整时间步长可以通过 UDF
5、指定n时间平均的统计在使用 LES 时需要使用n在使用密度基求解器时，Courant 数定义了:密度基显式求解器的全局时间步长密度基隐式求解器的伪时间步长真实时间步长仍然必须在迭代面板中定义A Pera Global Company PERA China瞬态流动模型 动画n必须在计算前设置动画动画帧在计算中写出并存储A Pera Global Company PERA China创建动画的其他方法n另外一个创建动画的方法是利用Execute Commandsn可以通过文本命令或宏定义在预定的迭代步或时间间隔，执行哪些操作n这种方法在创建高质量的动画结果时有用定义生成动画帧（云图、矢量图等）并存
6、储文件的命令.利用第三方软件把这些文件链接成动画文件(AVI,MPG,GIF,等)A Pera Global Company PERA China执行迭代n最通常的时间推进格式是迭代格式求解器在当前时间步收敛然后推进到下一个时间步当Max Iterations/Time Step 达到时，或者收敛标准满足时，时间推进到下一步各时间步依次收敛直至达到总时间步n必须定义初始化设置流体域的初始质量和流场的初始状态n非迭代时间推进法(NITA)可以用于更快速的计算时间A Pera Global Company PERA China收敛行为n瞬态计算的残差图不一定能说明收敛n下图显示了简单问题的瞬态计算残差图n时间步长的选择应该使得在一个时间步内残差下降三个量级这将确保瞬态行为被解析A Pera Global Company PERA China瞬态模拟的技巧n压力-速度耦合采用 PISO 格式，比标准SIMPLE 格式更易收敛n选择合适的时间步长以至每个时间步长内能收敛三个量级n每个时间步的迭代次数大约20次，减少时间步长比增加每步的迭代次数要好。n记住对瞬态问题，精确的初场和边界条件一样重要，初场一定要符合真实物理条件n在计算前定义希望得到的动画谢谢A Pera Global Company PERA China