FLUENT后處理中的表面積分、通量和力

2016-10-24  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

翻譯自《ANSYS FLUENT Theory Guide》

一、表面積分

1.Area

用于計算指定表面的面積。實際上是對指定表面的網(wǎng)格面面積求和。網(wǎng)格面可以是三角形或四邊形。

2.Integral

表面積分是對網(wǎng)格面積與選定變量的點積求和,這些變量可以是密度或壓力

3.Area-weighted Average

計算物理量的面積積分:所有網(wǎng)格面上的物理量與對應(yīng)網(wǎng)格面的面積乘積之和除以總面積

4.Flow Rate

計算通過表面的物理量的流率:

5.Mass flow rate質(zhì)量流量

計算通過表面的質(zhì)量流量:

6.mass-weighted average質(zhì)量平均

計算物理量的質(zhì)量平均:

7.sum of field variable

變量求和:計算所選幾何上的所有網(wǎng)格面上變量的和。

8.Facet average

網(wǎng)格面平均:所有網(wǎng)格面上的物理量之和與網(wǎng)格面數(shù)求商

9.Facet Minimum

得到選定表面上的所選物理量的最小值

10.Facet Maximum

得到選定表面上的所選物理量的最大值

11.Vertex Average

頂點平均:所有頂點上的物理量之和與頂點數(shù)求商

12.Vertex Minimum

得到選定表面上所有vertex上的所選物理量的最小值

13.Vertex Maximum

得到選定表面上所有vertex的所選物理量的最大值

14.Standard deviation

計算指定表面上的指定物理量的標(biāo)準(zhǔn)差:

式中為每一facet上的cell值,為變量的平均值:

15.Uniformity Index(均勻性指數(shù))

均勻性指數(shù)描述了指定表面上指定的物理量的變化情況,1為最大值。均勻性指數(shù)能夠采用面積或質(zhì)量進行衡量:area-weighted均勻性指數(shù)捕捉量的變化(如組分濃度),mass-weighted均勻性指數(shù)捕捉通量的變化(如組分通量)

指定場變量

其中i為一個擁有n個網(wǎng)格面的網(wǎng)格面索引,

為整個表面的變量平均值:

指定場變量

其中i為一個擁有n個網(wǎng)格面的網(wǎng)格面索引,

為整個表面的變量平均值:

16.Volume Flow Rate

通過表面的體積流量計算:

FLUENT中的變量值是存儲于cell中的,所以facet value及vertex value均是通過插值得到的。

二、通量及力

ANSYS FLUENT提供了一系列工具用于計算表面積邊界上的物理量。這些工具允許用戶獲取通過邊界的傳熱率、邊界上的力及力矩以及表面或體積上的面積、積分值、流量、平均值、質(zhì)量平均值等。另外,用戶可以輸出幾何及求解數(shù)據(jù)的圖表,為無量綱系數(shù)計算輸入?yún)⒖紨?shù)據(jù),計算表面投影面積。用戶同樣可以保存當(dāng)前工程的模型、邊界條件以及求解設(shè)置報表。主要包括以下內(nèi)容:

• 穿過邊界的通量

• 邊界上的力

• 面積積分

• 體積積分

1.穿過邊界的通量

• Mass flow rate:通過對密度、速度向量以及投影面積的點積求和,計算通過邊界的通量

• Total heat transfer rate:計算整個表面的總熱傳率

  
  ,其中
  
  為對流熱傳率,
  
  為輻射熱傳率。通過面的傳熱計算取決于所制定的邊界條件。例如,在一個恒溫壁面上的熱傳導(dǎo)利用熱傳導(dǎo)系數(shù)、面積投影以及溫度梯度的點積來計算。對于流動邊界,總熱傳率為守恒量的流量。由于受到所使用模型的限制,總熱傳率可能包含顯焓或總焓的對流及能量擴散通量等。注意所有的焓值計算中所使用的參考溫度為298.15K。

• Radiation heat transfer rate:求和計算整個面上的輻射傳熱率

  

 

2.計算力、力矩及壓力中心

壁面區(qū)域的沿指定的力向量

的力分量計算是通過計算壓力與粘性力在指定向量上的力的和。

式中:

—指定的力向量

—壓力向量

—粘性力向量

除了計算真實的壓力、粘性力及合力,選定區(qū)域上的相關(guān)的力系數(shù)則通過參考值進行計算。力系數(shù)定義為真實力與

及A分別為密度、速度以及面積。到此,壓力、粘性力、合力以及它們對應(yīng)的系數(shù)均計算完成。

對指定中心A的總力矩向量通過計算壓力及粘性力與力矩向量

(力矩中心至力的原點)的叉積得到。

式中:

A—指定的力矩中心

B—力原點

—力矩向量

—壓力向量

—粘性力向量

如圖1所示。

圖1 力矩計算

合力矩方向遵循右手定則。

力矩系數(shù)與力系數(shù)計算方法類似,不過分子為

此外還可以計算沿某一指定軸的力矩。這些力矩值被定義為指定方向的單位向量與相應(yīng)的壓力、粘性力、總力矩及系數(shù)的點積。

為減小取整誤差,計算壓力值是采用參考壓力對單元壓力進行標(biāo)準(zhǔn)化處理。例如,壁面區(qū)域上的靜壓力向量,被計算為每一單元面上的力向量之和:

式中,為表面的數(shù)量,為表面的面積,為表面的單位法向量

ANSYS FLUENT利用下列公式計算壓力中心。對于一般的力矩中心及軸,合力矩被表達為:

在3D幾何中,使上述兩個方程為零以及使用用戶自定義的參考平面方程,可以獲取應(yīng)用軸及指定參考平面的交點。在2D幾何中,只有最后一個方程聯(lián)合自定義參考線用于計算壓力中心。

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