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关于壁面边界条件的一个问题，求解答
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管壁外表面绝热，内表面3MW热流密度，如何定义Wall边界条件。希望哪位大侠能指点一下
和外表面無關。定義wall heat flux=3MW/m^2.
回复 2# xrs333 的帖子
条件是：外壁绝热，内壁3MW热流密度。我是按照壁厚为零设置的。但是需要求解外壁的沿程温度变化。是不是需要设定wall heat flux =0，设定壁厚，加入heat generation rate？这个heat generation 怎么加？
原帖由 xrs333 于
08:03 发表
和外表面無關。定義wall heat flux=3MW/m^2.
请版主 再指点一下
不了解你的结构，外壁、内壁指什么。上个图。
原帖由 xrs333 于
13:34 发表
不了解你的结构，外壁、内壁指什么。上个图。
呵呵，很简单的一个结构，是一个微管，内有流体。进口速度边界，出口压力边界，WALL边界不会设定了。条件是上面说的，管壁均匀内热源加热、外壁绝热和热流密度按管内壁计算。
那么，你应该建立流体与固体耦合传热模型，也就是计算域包括管内流道和管壁固体。外壁热流通量=0，管壁体积热源用源项定义，内壁为双侧壁，传热边界条件为coupled，内壁热流通量由求解得到。
原帖由 xrs333 于
13:34 发表
不了解你的结构，外壁、内壁指什么。上个图。
我是这样设定的，不过感觉不符合题目条件。而且温度场和速度场也不是很合理。
原帖由 xrs333 于
13:49 发表
那么，你应该建立流体与固体耦合传热模型，也就是计算域包括管内流道和管壁固体。外壁热流通量=0，管壁体积热源用源项定义，内壁为双侧壁，传热边界条件为coupled，内壁热流通量由求解得到。
嗯。我也考虑到用耦合模型。但是内壁热流通量是固定的3MW。应该根据这个求解 体积热源吧？如何求解呢。
管壁均匀内热源加热，不可能保持内壁热流通量是固定的3MW。
原帖由 xrs333 于
14:10 发表
管壁均匀内热源加热，不可能保持内壁热流通量是固定的3MW。
但是题目是这样要求的，我也很费解，很纠结啊~~又要考虑壁厚和内热源，又要保持内壁热流密度。。。还有别的办法吗？
那你的问题是设计问题。那样要求物理上是不可能的，只能近似做到，比如变壁厚。
原帖由 xrs333 于
14:18 发表
那你的问题是设计问题。那样要求物理上是不可能的，只能近似做到，比如变壁厚。
此话怎讲？还请详细阐明
我可能想复杂了，是不是要求平均热流通量3MW？那就简单了。
原帖由 xrs333 于
14:35 发表
我可能想复杂了，是不是要求平均热流通量3MW？那就简单了。
如果是平均热流通量怎么设定？
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小纯洁1xSu咤
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锐利的边缘将影响通过阀门的压降。如果这方面没有作用的提升，那这就没有必要花费额外的制造 费用。利用定义管理树，创建一个新的定义。 1. 右击管理树的根目录选择 Add Configuration。 2. 在 Configuration Name 框中输入 Project 2。3.点击 OK。4.在特征管理树中，右击 Ball 并且选择 Open Part。一 个新的 Ball.SlDPRT 出现。1－14使用管理树创建一个新的定义右击管理树的根目录并且选择 Add Configuration。1.2.命名新的定义为 1.5_fillet Ball.3.点击 OK。4.对如图显示的面增加一个 1.5mm 的倒角。 返回到组件窗口并且在出现 的消息窗口中选择 Yes。右击 特性管理设计树中的 Ball 项 并 且 选 择 Component Properties。5.6.在 Component Properties 对话框底部改变 Ball 零件为 新倒角的。7.点击 OK 确认并且退出对话框。现在我们用新的 1.5_fillet ball 来替代先前的 ball。我们所要做 的就是重新对组件进行求解并且比较两种设计的结果。 为了能与 先前的模型结果进行比较， 第二个模型的球阀开度必须和第一个 模型相一致。在这个例子中我们不需要改动。FloEFD 9.1 指南1－15第一章 第一阶段 球阀设计8.通过定义管理树激活 Project 1。对于 出现的消息框选择 Yes。复制项目 1. 2. 3. 4. 点击 Flow Analysis， Project， Clone Project。 点击 Add to existing。 在 Existing Configuration list 选择 Project 2。 点击 OK。对于之后出现的消息框都选择 Yes 。现在我们已经选择的 FloEFD 项目被增加到已经改变了几 何状况的项目中。所有我们输入的数据都被复制，所以我 们没有必要定义我们的出口和目标。边界调经安可以被改变，删除或增加。依据先前所描述的求解步骤进行求解，同时对结果进行观察。分析 FloEFD 应用中的一个设计变量在先前的章节中，我们研究分析了如何对不同几何体进行结果的分析。你可能想在同一个几何体中 运行一系列不同的流量。在这一章节中，展现了如何快速方便的做到参数化研究这一点。这里我们 计划改变质量流为 0.75 kg/s。激活 Project 1 1. 2. 通过点击 Flow Analysis， Project， Clone Project。 键入 Project 3 作为新项目的文件名并且点击 OK。FloEFD 现在创建了一个新的设定配置。所有我们输入的数据都被复制，所以我们没有必要再次 定义出口和目标。边界条件可以进行改变，删除或增加。在改变入口流量为 0.75 kg/s 之后，你 应该准备进行再次求解。请按照先前所描述的步骤进行求解和结果的观察。 想象一下自己就是这个球阀的设计师。 你会如何考虑来确定球阀的设计？如果你不得不确定花费 了额外费用的改动设计是否会带来相应的利益， 你会怎么办？工程师无法避免的每天都在考虑这 些问题，现在 FloEFD 软件就可以帮助工程师们解决此类难题。每一位工作中涉及到流体流动 和热交换的设计工程师都应该使用 FloEFD 来验证他们设计想法的正确性，与此同时也大大缩 短了整个设计周期。1－162第二章：第一阶段 耦合热交换这一阶段耦合热交换教程展现了如何对涉及到固体导热的流动分析进行每一步基础的设置。虽 然说这个例子的基本原则是适用于所有的散热问题，但这个例子对那些关注电子设备内流动和 热交换的用户特别有借鉴意义。现在假定你已经完成了第一阶段：球阀设计教程，因为这个例 子将展现一些更为详细的 FloEFD 的使用原则。 打开模型 1. 复制 First Steps - Electronics Cooling 文件夹到你的工作目录，此外由于 FloEFD 在 运行时会对其输入的数据进行存储，所以必须确保文件处于非只读状态。运行 FloEFD， 点击 File，Open。 在 Open 对话框，浏览 First Steps - Electronics Cooling 文件夹找到 Enclosure Assembly.SLDASM 组件并且点击 Open。2.准备模型 在这个分析组件中存在很多特性，零件或子组件不需要分析。使用 FloEFD 之前，仔细检查模 型中不参与到分析中的元器件是一种良好的软件使用习惯。剔除那些不参与到分析中的元件可 以减少对计算机资源的要求和求解时间。FloEFD 9.1 指南 2－1第二章 第一阶段 耦合热交换这个组件中包含了如下一些元件：外壳，主板，PCB 板，电容，电源，散热器，芯片，风机， 螺钉，风扇支架，盖子等。通过点模型树中的特征，你可以看到所有的这些元器件。在这个教 程中我们通过对入口盖子内表面处的 Fan 设定一个边界条件来对风机进行仿真。这个风机的 几何外形比较复杂，重新生成的话需要一定时间。因为风机的外壳在机壳之外，所以我们可以 将其压缩，从而加快操作。 1. 在特性管理设计树中选择 Fan-412， 和所有 Screws (选择多个元件时，必须按住 Ctrl 键)。 右击先前选择的任何一个元件并且选择 Suppress。2.压缩风机和风机螺母在机壳留下了五个开孔。将要运行内部分析，所以所有的开孔必须与盖子 一起关闭。可以通过 Flow Analysis, Tools, Create Lids 中的创建盖子的工具完成操作。 为节省操作者的时间，入口盖子已经创建好，并且已经添加到模型中。只需解压就能使用。 3. 在特性管理设计树中选择 Inlet Lid, Outlet Lid 和 Screwhole Lid 元 件 和 DerivedLPattern1 和 LocalLPattern1（这些 patterns 包 含 出 口 和 螺 母 孔 盖 子 的 复 制 项 目）。 右击选中的任意元件并选择 Unsuppress。4.现在开始启动 FloEFD。创建 FloEFD 项目 1. 2. 点击 Flow Analysis，Project，Wizard。 如果已经在向导状态，直接选择 Create new，以便 创建一个新的配置并且命名为 Inlet Fan。点击 Next。 现在我们将创建一个名为 USA Electronics 的新系统单 位，这将更有助于我们进行分析。 3. 在 Unit system 列表选择 USA 系统单位。选择 Create new 对工程数据增加一个新的 系统单位，称之为 USA Electronics。2－2FloEFD 允许你使用预先定义好的系统单位， 但通常你可以自定义常用的系统单位以便于分析。 无论是预定义的系统单 位 还 是 自 定 义 系 统 单 位 都 被 保 存 在 Engineering Database 中。你也可以在 Engineering Database 或 Wizard 创建你所需要的系统单位。 通过拉动 Parameter 树中的滚动条， 你可以看到对所有参 数所设定的单位。尽管绝大多数的参数都有一个常用的单 位，诸如对于速度是 ft/s ，对于体积流是 CFM (每分钟立 方英尺) 但是我们还是要改变一些对于这个模型而言更为方便分析的参数单位。 由于模型的几何参 数比较小，所以用英寸来替代英尺来作为长度单位更合适。4. 对于 Length 框，双击 Units 项并选择 Inch。5.接着展开 Parameter 树中的 Heat 组。为了我们更为方便的处理电子设备类问题，我们对于功率 和热流定义单位为 Watt 和 Watt/O。点击 Next。 6. 设置分析类型为 Internal。在 Physical Features 下 勾选 Heat conduction in solids。选择固体导热是因为几个电子元器件产生热量， 我们关注这 些热量是如何通过散热器和其他固体导热进行传递， 直至最 后进入到流体中去的。点击 Next。 7. 展 开 Gases 夹 并 且 双 击 Air 行 。 保 持 默 认 的 Flow Characteristics。点击 Next 。FloEFD 9.1 指南2－3第二章 第一阶段 耦合热交换8.展开 Alloys 夹并且点击 Steel Stainless 321 作为 Default solid。在 Wizard 中你可以指定应用到 FloEFD 项目中所有固 体元件的默认固体材料。 想对一个或多个不同的元器件指定 不同的固体材料， 你可以在项目创建完成之后对这些元器件 定义 Solid Material 条件。点击 Next。 9. 选择 Heat transfer coefficient 作为默认的外表壁面 的热条件（Default outer wall thermal condition）， 定义换热系数（Heat transfer coefficient）值为 5.5 W/m^2/K ， 外 部 流 体 温 度 （ External fluid temperature）值为 500F。输入的传热系数值自动转 成所选择的单位系统(USA Electronics)。 在 Wizard 中 Wall Conditions 对话框定义模型壁面默 认条件。如果 Heat conduction in solids 可行，Default outer wall thermal condition 参数允许仿真模型壁面外侧和周围环境间的热交换。案例中箱 体置于空气温度 50°F 的空调房，热由于自然对流通过机箱外表壁极大地冷却机箱。 点击 Next。 尽管设置初始温度对于一段时间后温度到达某一确定值的瞬态分析而言是相当重要的，同样对 于设置一个与最终仿真结果值相近的初始值有助于加速迭代计算的收敛。在这个例子中，由于 设备处于室温下，所以我们设置初始的空气温度和不锈钢（描述了机壳）的温度为 50°F。 10. 设 置 初 始 流 体 Temperature 和 Initial solid temperature 为 50°F。点击 Next 。 11. 接受 Result resolution 的默认值并且保持自动设 置 Minimum gap size 和 Minimum wall thickness。FloEFD 通过使用整个模型尺寸、计算域和指定了边界条件和目标的面等信息来确定默认的最小间隙尺寸和最小壁面厚度。在开始计算之前，我们推荐你 检查一下最小间隙尺寸和最小壁面厚度，从而确保一些小的特征不会被忽略。我们会在所有的边2－4界条件和目标设定之后再来回顾一下这些方面。点击 Finish。现在 FloEFD 利用赋值数据方式创建了一个新的例子。我们使用 FloEFD 分析树定义我们的分析，这种定义方式类似我们先前利用特性管理设计树定义 我们的模型。右击 Computational Domain 图标并选择 Hide 从而隐藏求解域 线框。定义风扇风机就是一种流动的边界条件。你可以在没有定义 Boundary Conditions 和 Sources 的固体 表面处来定义 Fans。你也可以在模型的入口或出口处人工的加一个盖子来定义风扇。你可以在 内部流动区域的面上定义内部风扇。风机被认为是体积流量（或质量流量）随着选定的进出口面 上 压 降 不 同 而 变 化 的 理 想 装 置 。 风 机 的 体 积 流 量 与 静 压 降 的 特 性 曲 线 来 自 Engineering Database。如果你分析的模型中有风机，你必须知道这个风机的性能特性曲线。在这个例子中我们采用 Engineering Database 中一个预先定义的风机。如果你不能在数据库中找到一个合适的风机 特性曲线，你可以根据你风机的具体参数创建一个你自己的风机特性曲线。 1. 点击 Flow Analysis，Insert，Fan。Fan 对话 框出现。 如图所示选择 Inlet Lid 的内表面。 (访问内表面， 在 图 形 区 域 右 击 Inlet Lid 并 且 选 择 Select Other，移动鼠标至列表中所要选择的内表面上，最 后点击鼠标左键)。 选择 External Inlet Fan 作为风扇 type。2.3.4.在 Fan 清单中 Pre-Defined, Axial, Papst 中选择 Papst412 项。FloEFD 9.1 指南2－5第二章 第一阶段 耦合热交换5.在 Thermodynamic Parameters 中 检 查 Pressure 是大气压力。Ambient6.接受 Face Coordinate System 作为 Corrdinate System 。当选择这个面作为应用边界条件或风机的面时，Face coordinate system 会自动创建在这个 平面的中心。坐标系的 X 轴垂直于这个面。Face coordinate system 只有在一个平面被选择 的情况下才会被创建。7. 8. 接受 X 作为 Reference axis。 点击 OK。新 Fans 文件夹和 External Inlet Fan 1 出现在 FloEFD 分析树中。现在可以编辑 External Inlet Fan1 项或者使用 FloEFD 分析 树来增加一个新的风扇。直到最后一个这类特性被删除之前， 这个文件夹都会处于显示状态。也可以在分析树创建一个特性 文件夹。右击项目名并且选择 Customize Tree 增加或剔除一 个文件夹。 由于盖子出口处是环境大气压，所以风机产生的静压等于气流 通过电子设备时候的压降。定义边界条件 除了开口处定义了风机之外，任何流体流经系统处都要定义边界条件。边界条件可以 以 Pressure， Mass Flow，Volume Flow 或 Velocity 形式定义。你也可以使用 Boundary Condition 对话框来定义 Ideal Wall 边界条件，这个边界条件可以是绝热，无摩擦壁面。或 定义 Real Wall 边界条件，这个边界条件可以设置壁面粗糙度或者温度以及模型表面的热交 换系数。对于具有内部固体导热的分析，你也可以通过定义一个 Outer Wall 边界条件来对模 型外壁面设置一个热特性边界条件。 1. 在 FloEFD 分析树，右击 Boundary Conditions 图标并 且选择 Insert Boundary Condition。 如图所示选择所有出口盖子的内表面。2.2－63.选 择Pressureopenings和EnvironmentPressure。4.点击 OK。 新的 Environment Pressure 1 项出现在 FloEFD 分析树中。环境压力边界条件在流动出口处作为静压，在流动入口处作为总 压。定义热源 1. 2. 点击 Flow Analysis，Insert，Volume Source。 点击特性管理设计模型树,选择 Main Chip, 作为 应用体积热源的元件。3.选 择Heat Generation Rate作 为Parameter。 4. 5. 6. 在 Heat generation rate 点击 OK 。 框中输入 5 Ｗ。在 FloEFD 分 析 树 中 点 击 两 次 新 建 的 VS Heat Generation Rate 1 项并且重新命名为 Main Chip。体积热源允许你定义热耗率（W）或者单位体积热耗率（ W/m3）或者对于体积设定一个常温的 边界条件。另外也可以对表面热源定义热交换率（W）或者热流（ W/m2）。 任意点击图形区清除现有的选择。1. 2. 在 FloEFD 分析树中右击 Heat Sources 图标并且选择 Insert Volume Source 。 在特性管理设计树中选择所有的 Capacitor 元件。 选择 Temperature 100 °F。 4. 5. 点击 OK 。 框， 并且在其中输入3.不连续双击新建的 VS Temperature 1 项，2－7FloEFD 9.1 指南第二章 第一阶段 耦合热交换重新命名为 Capacitors。任意点击图形区清除现有的选择。6. 以下的步骤与上面相类似，设置所有的以下这些 体积热源：所有 PCB 板上的芯片(Small Chip) 具有总热耗率 4 W，Power Supply 的温度为 120 °F。7.重 命 名 应 用 到 芯 片 Small Chips 的 热 源 和 电 源 Power Supply 的功率。点击 File，Save。创建新材料 PCB 板是由多层环氧材料与金属导体交叉的层压材料制成。 对于大多数层压材料， 典型的 PCB 材料属性会根据方向的不同而表现出极大的不同，比如各向异性。工程库包含一些预定义的带 有各向异性热传导率的 PCB 材料。 指南中 PCB 的各向异性热传导没有过多的影响到冷却性能，所以我们将创建一个在各个方向 具有相同热传导属性的 PCB 材料，以此学习如何在工程库中添加新材料，并将材料指定给元 件。 1. 2. 3. 点击 Flow Analysis，Tools，Engineering Database。 在 Database tree 选择 Materials， Solids， User Defined。 点击工具栏上的 New Item 。空白 Item Properties 页出现。双击空白单元格来设置相应的特性 参数。2－84.按下列方式来定义材料特性: Name = Tutorial PCB， Comment = Isotropic PCB， Density = 1120 kg/m^3， Specific heat = 1400 J/(kg*K)， Conductivity type = Isotropic Thermal conductivity = 10 W/(m*K)， Melting temperature = 390K。我们需要添加新材料仿真热传导率以及其他芯片材料的热属性。5.转到 Items 页，点击工具栏处的 New Item 指定芯片材料的属性： Name = package， Tutorial component。6.Comment = Component package， Density = 2000 kg/m^3， Specific heat = 120 J/(kg*K)， Conductivity type = Isotropic Thermal conductivity = 0.4 W/(m*K)， Melting temperature = 1688.2 K。7. 8.点击 Save。点击 File，Exit 退出工程数据库。在输入材料特性时，你也可以通过在输入值后输入你想要的系统单位，FloEFD 会自动的将值转 换成公制。你也可以用 Tables and Curves 页来定义材料特性随着温度变化。定义固体材料 Solid Materials 被用于定义组件中固体的材料。 1. 在 FloEFD 分析树中右击 Solid Materials 图标并选择 Insert Solid Material。FloEFD 9.1 指南2－9第二章 第一阶段 耦合热交换2.在特性管理设计树中选择 MotherBoard ， PCB&1& ， PCB&2& 元件。 选择 Solids， User Defined 项 下的 Tutorial PCB 项。3.4.点击 OK。5.以下的步骤与上面相类似，设置以下固体材料: 主片板和其它所有小芯片，指定为新的 Tutorial component package 材料（材料在 User Defined 里面已经定义好了）； 以 Aluminum 作为材料的散热器 （材料在 Pre-Defined, Metals 里面已经定义好了） ； 以 Insulator 作 为 材 料 的 盖 子 (Inlet Lid ， Outlet Lids ， Screwhole Lid 以 及 DerivedLPattern1 和 LocalLPattern1 中所有的盖子) ，（材料在 Pre-Defined, Glasses 和 Minerals 里面已经定义好了）。 选择一个元件，点击特性管理树中或者图形区域的实际零件。6.改变每一个固体材料的名称。新的名称如下所示： PCB C Tutorial PCB， Chips C Tutorial component package， Heat Sink - Aluminum， Lids C Insulator。点击 File，Save。定义工程目标 定义体积目标 1. 右击 Goals 图标并且选择 Insert Volume Goals。2－102.选 择 特 性 管 理 设 计 树 中 所 有 Small Chip 元件。 在 Parameter 表 格 中 ， 勾 选 Temperature of Solid 行的 Max。 接 受 勾 选 Use for Conv （ Use for Convergence Control） ，用于控制 目标收敛。3.4.5.点击OK。新的VG MaxTemperature of Solid 1 项 出 现 在 FloEFD 分析树中。6. 改变新项的名称为： VG Small Chips Max Temperature 。你 也可以使用 Feature Properties 对话框来重命名，这个 对话框可以通过右击项目并选择 Properties 来打开。 点击图形区域的任意地方，可放弃选择。 7. 8. 右击 Goals 图标并且选择 Insert Volume Goals。 选 择 特 性 管 理 设 计 树 中 的 Main Chip 。9.在 Parameter 表 格 中 ， 勾 选 Temperature of Solid 行 的 Max。10. 点击 OK。11. 重命名 VG Max Temperature of Solid 1 项 为 VG Chip Max Temperature。 点击图形区域的任意地方，可以放弃选 择。FloEFD 9.1 指南2－11第二章 第一阶段 耦合热交换定义表面目标 1. 右击 Goals 图标并且选择 Insert Surface Goals。2.点击 FloEFD 分析树页并且点击 1 项选择应用目标的表面。External Inlet Fan3. 4.在 Parameter 表格，在 Static Pressure 行勾选 Av。 接受勾选 （Use for Convergence Control） ，用于 控制目标收敛。对于 X(Y， Z) C 分力和 X(Y， Z) C分扭矩表面目标，你可以 在这些计算目标上选择坐标系。5.点击底部的 Inlet &Number& 。，并且从 Name template 去除6.点击 OK 目标出现。。 新的 SG Inlet Av Static Pressure点击图形区域的任意地方，可以放弃选择。 7. 右点 Goals 图标并且选择 Insert Surface Goals。2－128.点 击 FloEFD 分 析 树 页 并 且 点 击 Pressure 1 项，选择目标应用的面。Environment9.在 Parameter 表格，勾选 Mass Flow Rate 行。10. 接受选择 Use for Conv 作为用于控制收敛。11. 点 击Outlet并且从Name template 去 除&Number&。12. 点击 OK，SG Outlet Mass Flow Rate 目标出现。定义全局目标 1. 右击 Goals 图标并且选择 Insert Global Goals。2.在 Parameter 表 格 Static Pressure 和 Temperature of Fluid 行勾选 Av 并且接受选择 Use for Conv 用于控制收敛。FloEFD 9.1 指南2－13第二章 第一阶段 耦合热交换3.从 Name template 去 除 &Number& 并且点击 OK 。 GG Av Static Pressure 和 GG AvTemperature of Fluid 目标出现。在这个教程中，设置的工程目标用于确定发热元件的最大温度，以及空气的温升，通过设备的 压降和质量流量。 点击 File，Save。 接着对这个项目定义的几何模型自动的进行检查。改变几何求解精度 1. 2. 点击 Flow Analysis，Initial Mesh。 勾 选 Manual specification of the minimum gap size。3.由于最小流动通道的原因，输入 0.1 in（举例： 这个通道处于散热器的翅片中间）当模型中有一些小的特征时，输入最小间隔尺寸和最 小壁面厚度是非常重要的。精确的设定这些值可以确 保网格划分时，这些小的几何特征不会被忽略。只有 当小固体特征的两侧都存在流体网格时，才需要定义 最小壁面厚度。在内部分析的例子中，在设备外部环 境空间没有流体网格存在。因此在内部流动和环境空 间的边界处总是能够很好的求解。这就是为什么你不用考虑不锈钢机壳的壁面。无论 minimum gap size 还是 minimum wall thickness 都是帮助生成自适应网格从而获得精确结果的有力工 具。 其中最小间隔尺寸的设置可以取得更为明显的效果。事实也确实如此， FloEFD 是通过定 义的最初网格精度控制每一个 minimum gap size 确定最小网格数的方式来生成网格。 这个数目 等于或大于通过用 minimum wall thickness 生成的网格数。这就是为什么，即便你的模型内部2－14流动区域中有一个纤薄的固体特征，当它大于或等于最小间隙尺寸时就不需要定义最小壁面尺寸。 如果你想求解小于最小间隙的薄壁面，那么你必须定义最小壁面厚度。点击 OK。求解 1. 2. 点击 Flow Analysis，Solve，Run。 点击 Run。在普通的 PC 机上，这个求解的时间大约在 20 －30 分钟。你可以注意到不同的目标到达收敛的迭代数目不 同。 FloEFD 这个面向目标的理念可以使你使用 更短的时间得到你所需要的结果。 举例来说，如果仅仅对设备内部的流体温度感兴趣， FloEFD 将会比要求所有参数都收敛更快的 提供仿真结果。观察目标 1. 右击 Results 下 Goals 图标并且选择 Insert 。2. 3.点击 Goals 对话框中 Add All 。 点击 OK。FloEFD 9.1 指南2－15第二章 第一阶段 耦合热交换具有目标结果的 Excel 电子表格会打开，第一个电子表格将会显示目标概况。你可以看到这个主芯片的温度是 88 °F，小芯片的温度超过了 91 °F。目标进程栏是目标收敛过程中性质和数量特性的显示。 FloEFD 分析目标收敛， 当 它计算了这 个目标差量，这个差量是由上一次到这一次最大和最小目标值的差定义的，并且比较这差量和 目标收敛标准差量，这个目标收敛标准差量可以由你来指定之外，也可以由 FloEFD 通过目标 的物理参数在整个求解域上离散来自动确定。这个目标收敛差量标准与分析间隔上目标真实差 量的百分比显示在目标收敛过程条中。(当目标真实差量等于或小于目标收敛标准差量，这个过 程条将变成“完成”)。相应的，如果目标真实差量振荡，这个过程条也会振荡，此外，当一个棘 手的问题被求解，可能会出现逆行，特别是从“完成”状态上。如果要求的迭代计算步数已经完 成或者在完成设定的迭代计算步数之前就达到目标收敛标准，则这个计算就会完成。依据你的 判断，你也可以定义其他的计算完成条件。更为详细的分析结果， 我们可以使用功能强大的 FloEFD 后处理工具。 对于设备内部的流体最 好的观察方式是创建一个流动迹线图。流动迹线图 1. 右击 Flow Trajectories 图标并选择 Insert。2.在 FloEFD 分析树选择 External Inlet Fan1 项， 其目的是 选择 Inlet Lid 内表面。 设置 Number of trajectories 为 200。 在 Start Points 群保留 Reference。3. 4.如果 Reference 被选择，则迹线的起点在被定义的面上。2－165.在 Options 下，设置 Draw trajectories As 为 Bands 。6. 7.点击 View Settings。 在 View Settings 对 话 框 ， 将 Parameter 中 的 Pressure 改 为 Velocity。 在 Flow Trajectories 页 中 确 定 Use from contours 项被选择。8.这个设置定义了迹线的颜色。如果 Use from contours 被 选 择 ， 则 迹 线 的 颜 色 将 与 Contours 中定义的参数颜色分布相一致 (我 们例子中的参数是速度。如果你选择 Use fixed color 则所有流动迹线都将只有同一种 颜色， 这个颜色可以在 Flow Trajectories 对 话框的 Settings 进行定义。9. 点 击 OK 保 存 设 置 并 且 退 出 View Settings 对话框。10. 在 Flow Trajectories 对 话 框 中 ， 点 击 OK 。 新 的 Flow Trajectories 1 项 将 出 现 在 FloEFD 分析树中。 可以看到下图： 注意：PCB&2&壁面邻近区域仅有少 数的迹线， 这可能引起 PCB 上芯片的 散 热问题。另 外，蓝色迹 线表示在 PCB&2&前面区域的低流速。FloEFD 9.1 指南2－17第二章 第一阶段 耦合热交换右击 Flow Trajectories 1 项并且选择 Hide。 点击图形区域的任意地方来放弃选择。 让我们更为详细的分析速度的分布。切面云图 1. 右击 Cut Plots 图标并且选择 Insert。2.选择 Front 平面作为截面平面。3.点击 View Settings。4.分别改变 Min 和 Max 值为 0 和 10。 定义的整数值产生了一个彩色面板，以 便于确定具体的值。5. 6.设置 Number of colors 大约为 30。 点击 OK。7.在 Cut Plot 对话框，点击 OK。新的 Cut Plot 1 项将出现在 FloEFD 分析树中。8.在 Standard View中选择 Top 视图。2－18现在让我们来看一下流体的温度。 9. 双击图形显示区域的左上角彩色面板，View Settings 对话框出现。10. 将 Parameter 中的 Velocity 改为 Fluid Temperature。11. 分别改变 Min 和 Max 值为 50和 120 。12. 点击 Vectors 页 并 且在滑动 栏下的框键 入 0.2 来改变 Arrow size 为 0.2 。注意你也可以定义一个超出滑动条范围的数值。13. 设置 Max 值为 1 ft/s。通过自定义 Min 和 Max 值你可以控制矢量的长度。当速度矢量的值超出了定义最大值，这个矢 量的长度将等于最大值的长度。与之相类似，当速度矢量的值小于定义的最小值，这个矢量将等 于最小值的长度。我们已经定义了 1 ft/s 为显示区域的最小速度。FloEFD 9.1 指南2－19第二章 第一阶段 耦合热交换14. 点击 OK。 15. 右击 Cut Plot 1 项并且选择 Edit Definition。16. 点击 Vectors。17. 改变 Offset为 -0.30 in。18. 拉伸 Vectors 框。使用滑动条设置 Vector spacing 为 ~0.18 in。19. 点击 OK。右击 Cut Plot 1 项并且选择 Hide。现在我们来显示固体温度。2－20表面云图 1. 右击 Surface Plots 项并且选择 Insert。2.在特性管理设计树中点击 Main Chip， Heat Sink 和所有 Small Chip 元件去选择它们的表面。3. 4.点击 View Settings。 在 View Settings 对 话 框 ， 改 变 Parameter 为 Solid Temperature。 分 别 改 变 Min 和 Max 值 为 50 和 120。 点击 OK。 在 Surface Plot 对话框，点击 OK 能要略微等待一会。 。由于在表面要生成颜色，所以创建表面云图可5.6. 7.8. 9.重复步骤 1 和 2 并且选择 Power Supply 和 Capacitors 项，之后点击 OK。 在 View 工具栏， 点击 Wireframe 显示面的轮廓线。FloEFD 9.1 指南2－21第二章 第一阶段 耦合热交换2－22你也可以通过在 First Steps - Ball Valve Design 教程中展现的后处理工具来进一步的观察 模型和分析结果。FloEFD 允许你快速方便的对模型无论是在数量上还是质量上进行检查。数 量上的结果诸如：元器件最大温度，通过设备的压降以及空气温升等，这些数据可以帮助你确 定设计的模型是否可以接受。通过观察质量上的结果诸如：空气流动模式，固体导热模式。 FloEFD 提供给你模型中哪些地方存在问题以及设计中的薄弱环节，从而可以指导你进行改进 或者优化。FloEFD 9.1 指南2－233第三章：第一阶段 多孔介质在这个教程中，我们分析汽车排气管某一管段的流动，这个排气流动受到两个用于将有害一氧化 碳转变成二氧化碳的多孔介质阻碍。当设计汽车的催化转化器时，工程师要在最大化催化器内部 表面的同时尽量减小催化器的排气阻力以及排气和表面接触持续时间两者之间寻求最佳点。因 此，排出的气体质量流量在整个催化器截面上更为均匀的分布有助于它的使用性。FloEFD 中的 多孔介质可以仿真每一种催化器，允许你对催化器所占据的空间以分布式的阻力进行仿真，而不 是对催化剂内所有独立通道进行分别仿真，因为这种方式是不符合实际情况甚至是不可能存在 的。在这个 FloEFD 教程例子中我们考虑了催化剂多孔介质渗透类型（对于流动方向上等向性 或非等向性的阻力）对整个催化器截面上排出的气体质量流量的影响。我们会观察到在排气后部 的流动迹线分布比模型的入口处和穿过多孔介质时来的均匀。此外，依据流体速度对流动迹线赋 予颜色，排出流体在多孔催化剂中的阻力可以得到估计，从催化器的效率而言这一点也是很重要 的。FloEFD 9.1 指南3－1第三章 第一阶段 多孔介质打开模型 1. 复制 First Steps - Porous Media 文件夹 到你的工作目录，此外由于 FloEFD 在运行 时会对其输入的数据进行存储， 所以必须确保 文件处于非只读状态。运行 FloEFD。点击 File，Open。 在 Open 对 话 框 ， 浏 览 First Steps Porous Media 文 件 夹 并 且 找 到 catalyst.SLDASM 组件点击 Open (或者双 击这个 assembly)。2.创建 FloEFD 项目 1. 点 击 Flow Analysis ， Project ， Wizard。 如果已经在向导状态，直接选 Create new 以 便 创 建 一 个 新 的 assembly 并且命名为 Isotropic。这个项目向导会指导你一步一步完成整个项目的特性定义。除了其中两步（定义项目流体和默认 固体），其他的每一步都是预先的定义值，所以你可以接受这些默认值（跳过这一步可以直接点 击 Next）或者进行相应的修改。 这些预先设定的值是: 单位系统 C SI， 分析类型 C Internal，no additional physical capabilities are considered， 壁面状况 C adiabatic wall， 初始条件 C pressure 1 atm，temperature 293.2 K， 结果和几何求解 C level 3， 对于这个项目所有的这些设置都是合适的，我们所要做的仅仅是将空气作为项目的流体。为了避 免经过每一个向导界面，我们将使用 Navigator 面板，它可以使我们快速的访问向导页。 2. 点击右侧的箭头 。3－23.在 Navigator 面 板 ， 点 击 Fluids。4.打 开 Gases 文 件 夹 ， 点 击 Air， 接着点击 Add。5.由于我们没有必要更改其他的特性，所以我们可以通过点击 Navigator 面板上的 Finish 来关闭向导。你可以在任何时候点击完成，但如果你想在没有定义完所有必须定义的特性 （诸如项目流体）之前关闭向导，这个向导将不能关闭并且在这个未做定义 的向导页会出现一个感叹图标 .现在 FloEFD 利用赋值数据的方式创建了一个新的例子。 在 FloEFD 分析树，右击 Computational Domain 图标并且选择 Hide 来隐藏计算域黑色线 框。FloEFD 9.1 指南3－3第三章 第一阶段 多孔介质定义边界条件 1. 在 FloEFD 分 析 树 ， 右 击 Boundary Conditions 图标并选择 Insert Boundary Condition 。2.如图显示选择入口盖子的内表面。3.选 择 Flow openings Velocity。和 Inlet4.设置 Velocity Normal to Face为 10 m/s。5.点击 OK。随着刚才所做的定义，我们告诉 FloEFD 在这个开口处空气以 10 m/s 的速度流进催化器。6. 7. 如图所示选择出口盖子的内表面。 右击 Boundary Conditions 图标并且选 Insert Boundary Condition。 择8.选择 Pressure openings Pressure。和 Static9.点击 OK。3－4随着刚才所做的定义，我们告诉 FloEFD 在这个开口处流体离开模型进入到一个大气压的区域。现在我们可以在这个项目中定义多孔介质。定义一个多孔介质，首先我们需要在 Engineering Database 中定义多孔介质的特性（多孔性，渗透类型等）之后应用这一多孔介质到你的组件元 件中。创建一个等向性的多孔介质 你想要创建的材料已经在 Engineering Database 下的 Pre-Defined 文件夹中得到了定义。你 也可以跳过多孔介质材料的定义，以后需要创建多孔介质特性时，直接从工程数据库中选择预定 义的&Isotropic& 材料。 1. 2. 点击 Flow Analysis，Tools，Engineering Database。 在 Database tree 选择 Porous Media， User Defined。3.点击工具栏上的 New Item。这个空白 Item Properties 页出现。双击空白格去设定相应的特性值。 4. 5. 命名这个新的多孔介质为 Isotropic。 在 Comment， 点击 按钮并且输入对这个多孔介质的注释。这个 Comment 特性是可选择的，你也可以不做任何注释。 6. 设定这个介质的 Porosity 为 0.5。孔隙度是指介质的有效孔隙度， 定义为体积分数连通孔之于总多孔介质体积； 在此， 孔隙度等于 0.5。 孔隙度决定多孔介质通道排出气流的速率，反过来，孔隙度也影响排出气流在催化剂内的分布，以 及催化剂的效率。7. 对 Permeability type 选择 Isotropic。首先我们来考虑一个 Isotropic 型渗透，也就是在介质内部其渗透性不会随着方向改变。之后，我 们考虑一个 Unidirectional 型渗透，也就是只能在一个方向上进行渗透。8. 选择 Pressure drop， Flowrate， Dimensions 作为 Resistance calculation formula。对于我们的介质，我们选择对流体为 Pressure Drop， Flowrate， Dimensions 的介质阻力,举 例,定义多孔介质的阻力为 k =P×S /(m×L) ( s-1),这里右侧的参数是根据平行六面体多孔介质测试得 出，在选择样品的方向上其中 S 是截面积而 L 是长度，由于在这一方向上进出口的压力差所产生的 通过样品的质量流量等于 m。 在这个项目中我们指定 P = 20 Pa, m = 0.01 kg/s (P = 0 Pa,m=0 kg/s), S = 0.01 m2,L = 0.1m. 因FloEFD 9.1 指南 3－5第三章 第一阶段 多孔介质此,k = 200 s-1。 已知的催化剂 S 和 L 输入到模型中和流过它的 m,你可以通过 ΔP = k × m × L/S 大致的估计出在 催化剂模型中压力的损失。9. 从 Pressure drop vs. flowrate 选 择 Mass Flow Rate。点击 Tables and Curves 页。 按钮转换到10. 如图所示在 Property 表格定义压降和质量流 量之间的线性关系（0kg/s，0Pa）（0.01kg/s， 20Pa）。 11. 返回到 Item Properties 页。 12. 设 定 Length 为20.1 m并且Area 为0.01 m 。 13. 点击 Save 。14. 点击 File，Exit 退出数据库。 现在我们将应用定义的多孔介质到仿真模型中。 多孔介质仅仅应用于 FloEFD 不能将其作为固体处理的元件。通常情况下，分析一个不是固体 属性区域的元件，你需要在 Component Control 对话框中关闭元件。当你通过创建 Porous Medium 特性对一个元件设定为多孔介质，这个元件会自动的关闭，所以我们不需要手动关闭 它们。定义多孔介质－等向性 1. 点 击 Flow Analysis ， Insert ， Porous Medium。 在 特 性 管 理 设 计 树 中 选 择 Monolith&1& 和 Monolith&2& 元件。 展开 User Defined 下多孔介质的列表，选择 Isotropic 项。2.3.4.点击 OK 对话框。完成多孔介质的定义并且退出 Porous Medium为了获取模型进出口的压降我们要设定一个 Equation Goal。在完成 一设定之前，我们先要定义相应的 Surface Goals。 定义表面目标3－6这1.右击 Goals 图标并且选择 Insert Surface Goals。2.在 FloEFD 分析树中，点击 Inlet Velocity 1 项选择入口盖 子的内表面。 勾选 Parameter 表 Total Pressure 中的 Av。 接受选择 Use for Conv 作为收敛控制的目标。 在 Name Template 中，点击位于 PropertyManager 底部的 Inlet 。3. 4. 5.6.点击 OK 现。。新的 SG Inlet Av Total Pressure 1 目标出7. 8.右击 Goals 图标并且选择 Insert Surface Goals。 点击 FloEFD 分析树，点击 Static Pressure 1 项，其目的 是选择出口盖子的内表面。 勾选 Parameter 表 Total Pressure 中的 Av。9.10. 接受选择 Use for Conv 作为控制收敛的目标。 11. 在 Name Template 中，点击位于 PropertyManager 底部的 Inlet 。12. 点击 OK 现。新 SG Outlet Av Total Pressure 1 目标出定义方程目标FloEFD 9.1 指南 3－7第三章 第一阶段 多孔介质方程目标是通过存在的目标和/或输入数据条件来定义的目标。 在计算期间这个目标可以被看作是方 程目标，另外可以和其它目标一样显示结果。你可以使用很多变量来定义目标，可以是其他的方程 目标（当然随其它方程目标变化的目标不在其中）和定义项目输入数据特征的数据参数等。你也可 以用常数来定义方程目标。1. 2. 右击 Goals 图标并且选择 Insert Equation Goal。 在 FloEFD 分析树中，选择 SG Inlet Av Total Pressure 1 目 标。它出现在 Expression 框。 点击 calculator 的 minus（－） 按钮。 在 FloEFD 分析树中选择 SG Outlet Av Total Pressure 1 目标。3. 4.设定方程目标你可以仅仅使用定义的目标 (包括以前定义的方程目标)，输入数据条件参数和常数。 如果一些物理参数为常数(例如： 长度， 面积等)， 必须确定这些参数使用了项目的单位系统。 FloEFD 中对于定义的常数没有相应的物理意义信息，所以你需要定义显示的维数。5.保持 Dimensionality & Stress。列表中的默认 Pressure6.点击 OK。新的 Equation Goal 1 项出现在分析 树中。求解 1. 2. 点击 Flow Analysis，Solve，Run。 点击 Run。在计算完成之后，关闭 Monitor 对话框。观察目标 1. 2. 右击 Results 中的 Goals 图标并且选择 Insert。 在 Goals 对话框中选择 Equation Goal 1。3－83.点击 OK。一个具有目标结果的 Excel 电子表格会打开。第一个表格将包含目标最终值。你可以看到总压降大约为 120 Pa。为了观察在催化剂截面上非均匀性质量流量的分布， 我们将在模型入口处显示均匀的流动迹线分 布。流动迹线图 1. 2. 右击 Flow Trajectories 图标并选择 Insert。 在 FloEFD 分析树中， 选择 Inlet Velocity1 项， 其目的是选 择入口盖子的内表面。3.在 Settings 页设置 draw trajectories 为 Band。FloEFD 9.1 指南3－9第三章 第一阶段 多孔介质4. 5. 6. 7. 8.点击 View Settings。 在 View Settings 对 话 框 ， 改 变 Parameter 从 Pressure 到 Velocity。 设置 Max 最大值 12。 点击 OK 保存改变并退出 View Settings 对话框。 在 Flow Trajectories 对话框点击 OK。为了观察多孔介质内部的迹线图我们需要采用模型的透明度。 9. 点击 Flow Analysis，Results，Display，Transparency 并且设置模型的透明度为 0.75。你应该看到如下迹线图。为了比较单向性多孔催化剂和等向性多孔催化体的效率， 让我们计算一个单向性类型的多孔介质 的项目。复制项目 1. 2. 点击 Flow Analysis，Project，Clone Project。 输入 Unidirectional 作为 Configuration name。3. 点击 OK。 创建一个单向性的多孔介质 你想要创建的材料已经在 Pre-Defined 文件夹下的 Engineering Database 中得到了定义。你 可以跳过这个多孔介质材料的定义，从工程数据中直接选择预定义3－10&Unidirectional& 材料，以后创建多孔介质的特性。 1. 2. 3. 4. 5. 点击 Flow Analysis，Tools， Engineering Database 。 在 Database tree 选择 Porous Media， User Defined 。 在 Items 页选择 Isotropic 项。 点击 Copy 点击 Paste 。 。新的 Copy of Isotropic (1) 项出现在列表中。6.选择 Copy of Isotropic (1) 项并且点 击 Item Properties 页。 重命名为 Unidirectional 。 改 变 Permeability Unidirectional 。 保存数据并退出。 type 为7. 8.9.现在我们可以应用多孔介质到整块固体。定义多孔介质-单向性 1. 2. 3. 右击 Porous Medium 1 图标并且选择 Edit Definition。 展开 User Defined 多孔介质列表并且选择 Unidirectional 。 在 Direction 中选择 Z 轴，作为全局坐标系。对于单项性的多孔介质，我们必须通过选择坐标系统的轴来定义渗透的方 向(在我们的案例中 Z 轴为全局坐标系统)。4. 点击 OK 。因为所有其他的条件和目标都被保留，所以我们可以立即开始求解计 算。 比较单向性和等向性多孔介质 在计算完成之后，为 Equation Goal 1 创建目标云图。FloEFD 9.1 指南3－11第三章 第一阶段 多孔介质显示如下图流动迹线图：比较安装在管子中的单向性和等向性的多孔催化剂的迹线图，我们可以得出如下结论： 由于与安装了催化器的大管相连的入口管子不对称，造成这个流体在入口处是非均匀性的。由于 这个入口流体的非均匀性，在前部催化剂的流动也是不均匀性的。可以清楚的看到催化剂的类型 （单向性和等向性）影响入口流体的非均匀性（轻微），并且促使更大幅度的催化器（特别是前 部催化剂）内流动。在这两个例子中，主要的气流进入前部催化剂。对于等向性例子，这个进入 前部催化器的气流比单向性的催化器更接近壁面。因此，在前部催化剂的入口处（大约 1/3 处） 流动应该比等向性的非均匀流更加值得关注。然而，由于等向渗透性，在等向性催化器内气流膨 胀并且比单向性的催化剂在下一部分所占据的体积要大， 对于单向性的催化器由于它的单向渗透 性阻碍了气流的膨胀。所以，在前部单向性催化器的后 2/3 的催化剂的流动比等向性的非均匀性 来的小。由于安装在管子中的前后两个多孔介质之间的距离相当小，虽然在单向性的例子中可以 看到一个确定方向流动，在这么短的距离内气流没有时间变的更为均匀。所以，发生在前部催化 体的出口处非均匀性流体进入后部催化体。之后，我们可以看到在后部催化体中非均匀性流体不 会改变。 现在我们来分析一下催化体内部的流速。 依据定义的颜色刻度我们可以很方便的确定带颜色的迹 线图的速度值。为了对比等向性和单向性催化体内的流速，我们不得不对这两种情况都定义一样 的颜色刻度，因为这个最大流速控制了刻度颜色面板的范围，默认情况下对于我们这两个例子他 们的最大值略微有点不同。可见就从整个催化剂的角度而言，等向性和单向性催化体的流速几乎 相等。因此，从气流在催化剂中滞留时间来看，等向性和单向性催化体并没有差异。 我们现在可以得出结论，等向性催化器比单向性催化器具有更高的效率（均匀流具有一样的阻 力），因为等向性中的流动整体而言更均匀。尽管对催化器定义了一样的阻力系数，在使用单向 性催化器时总的压降大约低 3%左右。这个差异是由于在催化器和它们出口处流体的不均匀性所 造成的。3－124第四章：确定水力损失传统上在工程实践中任何管路的压力水头损失可以划分为两个部分： 沿程阻力损失和局部阻力损 失，诸如弯头，T 形管，变径，阀门，风门等。这些水利损失的累加就成为管路总的水利损失。 通常情况下，由于基于理论和实践研究所得出的公式相对简单，所以在工程实践方面确定管子中 的沿程阻力损失不是很困难。比较麻烦的问题是局部阻力 损失(或者称为局部压降)。 这方面通 常只有实验的数据才是可靠的，这主要是由它们自身特性限制所造成的，特别是分析的管子和装 置形状剧烈变化时， 这个问题更为突出， 另外内部复杂的流动状态也会造成类似的问题。 FloEFD 提供了一种新的方法来确定这种局部阻力，可以以比较高的精度来计算测管子系统内局部阻力。复制 Tutorial 1 - Hydraulic Loss 文件夹到你的工作目录，此外由于 FloEFD 在运行时会对 其输入的数据进行存储，所以必须确保文件处于非只读状态。运行 FloEFD。 点击 File，Open。在 Open 对话框，浏览 Tutorial 1 - Hydraulic Loss 文件夹并且找到 Valve.SLDPRT 点击 Open (或者双击这个零件)。模型描述 这是一个球阀，通过旋转把手可以开启或关闭阀门。 安装在管路系统中球阀产生的局部阻力损失随着阀门的开度或最小流动面积变化。 其中后一项也 随着球阀的几何参数变化，球和管子的直径比控制着把手的角度。θ = arcsin(2Dball ) D pipe工程上标准的确定局部阻力损失的方法是通过计算流体的某一 局部（我们的例子中是球阀）上下游的压力差，下游处的位置是 流动再次变的均匀处 （不再受到干扰） 为了得到局部阻力损失， 。 所以沿程阻力损失必须从直管段总阻力损失中扣除。 在 这 个 例 子 中 我 们 将 获 得 球 阀 开 度 为 40°时 的 局 部 压 力 损 失 。 这 个 Valve 是 一 个 典 型 的 FloEFD 内部分析。内部流动分析处理管子，箱体，HVAC 等系统内部的流动。流体在入口处进入模型，在出口处离开 模型。为了进行内部流动分析，模型中所有的开口必须用盖子封闭，所以我们必须还在那里定义它们的FloEFD 9.1 指南4－1第四章 确定水力损失进出口边界条件。在所有的例子中，充满流体的模型内部空间必须完全封闭。你只要创建盖子就 可以作为开口覆盖物。在这个例子中盖子是半透明的，从而可以方便观察阀门。 为 了 确 保 模 型 完 全 封 闭 ， 点 击 Flow Analysis ， Tools ， Check Geometry。接着点击 Check 计算模型流体的体积。如果流体体积等 于 0，则这个模型不封闭。关闭 Check Geometry 对话框。 点击 Fluid volume，查看在分析中被流体覆盖的体积。 Check Geometry 工具允许你计算总的流体和固体体积， 当模型独立时通 过检查实体来判断可能存在的几何问题（例如，线接触) 和可视化流体区域和实体。第一步创建一个新的 EFD.Lab 项目。 创建项目 1. 点击 Flow Analysis， Project， Wizard。 项目向导会指导你完全定义一个新的 FloEFD 项 目。 在 Project Configuration 对 话 框 ， 点 击 Use current。每一个 FloEFD 项目都与模型有关。可以将 项目添加到目前的案例上， 也可以基于目前的案例创建 一个新的案例。2.点击 Next。 3. 在 Unit System 对话框你可以对输入和输出（结果） 选择合适的单位系统。 对于这个项目使用默认的国际单 位制 SI 。点击 Next。4.在分析类型对话框你可以选择 Internal 或 External 流动分析类型。为了忽略没有包含在内部分析中的封闭内部空间，你可以 选择 Exclude cavities without flow conditions。 Reference axis of the global coordinate system (X， Y 或 Z) 用于在表格中定义数据和基于这个轴形成圆柱坐标 系。4－2这一对话框允许你定义一些更为高级的物理特性(固体导热，重力效应， 瞬态问题， 表面辐射， 旋转)。 定义 Internal 类型并且接受其它的默认设置。 点击 Next。 5. 因为我们在这个项目中使用水作为流体， 打开 Liquids 文件夹并且双击 Water 项。工程数据库 其中包含了大量的气体，液体和固体以及辐射表面的物理数据信息。你也可以使用 Engineering Database 去定义一个多孔介质。这个 Engineering Database 包含了预先定义的 单位系统。除此之外还包括了体积或质量流量与静压差存在对应关系的风机特性曲线。你也可以自 己创建你自己的物体，单位，风机特性曲线或定义一个自定义的参数。点击 Next。 6. 由 于 我 们 不 想 计 算 固 体 内 部 的 导 热 ， 在 Wall Conditions 对话框你可以定义应用的壁面边界条件， 默认情况下所有的模型壁面都与流体相接触。对于这个例子接受默认的 Adiabatic wall 特性，表明所有 的模型壁面都是绝热的。 另外在这个项目中我们将不考虑壁面粗糙度。 点击 Next。 7. 在 Initial Conditions 对话框定义流动参数的初始值。 对于稳态内部问题，这个初始值越接近实际的流场值， 这个计算花费的时间越短。对于稳态问题 FloEFD 直到求解收敛才停止迭代。 对于非稳态 (瞬态，或随时间变化)问题 FloEFD 在你指定的时间段进行计 算。对于这个项目使用默认值。 点击 Next。 8. 在 Results and Geometry Resolution 对话框你可以 控制分析的精度和网格的设置， 以及所需要的计算机资源 (CPU 时间和内存)。对于这个项目接受默认的精度 level 3。FloEFD 9.1 指南4－3第四章 确定水力损失Result Resolution 通过网格设置和完成计算条件来控制求解的精度，其中计算值可以通过计算结果内插得到。 越高的结果定义，需要越精细的网格和更为严格的收敛标准。同时 更高精度的计算结果对计算机的性能要求（CPU 和 内存）也更高。 几何定义 (定义最小缝隙尺寸和最小壁面厚度)通过计算的网格来控 制合适的几何模型特征状况。通常情况下越精细的几何状况要求更 多的计算机资源。勾选 Manual specification of minimum gap size 并且输入 0.04 m（ 最小流动通道）。 FloEFD 使用整个模型的特征尺寸， 计算域， 和你定义的目标和边界条件等信息来计算默认的最小间隙尺寸和最小壁面厚度。然而，这些信息可能无法很好的识别相对 较小的缝隙和模型中薄的壁面。这可能会导致不精确的计算结果。在这时候，这个最小间隙尺寸和 最小壁面厚度必须被手动设定。点击 Finish。 FloEFD Analysis tree 提供了方便定义项目数据和观察结果的方式。你也可以使用 FloeFD 分析 树去修改或删除各种 FloEFD 特性。 与此同时，一个线框形式的计算域出现在图形窗口中。 Computational Domain 是一个长方体，其中包含的空间内将会进行流动和热交换的计算。下一步是定义 Boundary Conditions。边界条件在内部流动分析时是用于定义流体在模型进出 口的特性，在外部流动时用于定义模型表面。定义边界条件 1. 2. 点击 Flow Analysis，Insert， Boundary Condition。 选择 Inlet Lid 的内表面 (与流体接触侧)。它将出现在 Faces to apply the boundary condition 列表中。4－43.在 Type of boundary condition 列表，选择 Inlet Velocity 项。4.双击Velocity Normal to Face空白框并且设置为 1m/s (值的类型和单位会自动出现)。5.接受其他的参数并且点击 OK。进行仿真的水进入阀门时候的速度为 1.0 m/s。6. 7. 选择 Outlet Lid 的内表面。 在图形区域，右击模型的外部并且选择 Insert Boundary Condition。Boundary Condition 对话框出现，选择的面出现在 Faces to apply the boundary condition 列表。在计算之前，FloEFD 检查定义的边界条件是否 满足质量守恒。如果在入口处的质量流量不等于 出口处的总质量流量则这个边界条件的定义是 错误的。在这种时候不能开始计算。同时注意，从开口处定义的流速和体积流量将会重新计算质量。 为了避免由于定义边界条件出现问题，我们推荐你至少定义一个压力边界条件，因为在压力开口处 会自动计算满足质量守恒定律的质量流量。8. 点 击 Pressure openings 并 且 在 Type of boundarycondition 列表中选择 Static Pressure 项。9.接受Static pressure(101325 Pa) Temperature(293.2 K) 的默认值和所有的其他参数。 10. 点击 OK 。通过定义这个边界条件我们定义了在阀门管道出口处，水的压力为一个大气压。 依据下式进出口的压力损失可以通过进出口的总压差来确定。FloEFD 9.1 指南4－5第四章 确定水力损失ξ=ΔP ρV 2 / 2此处 ρ 是水的密度，V 是水的流速。因为我们已经知道了水的流速 (我们定义了 1 m/s) 和水的 密度 (998.1934 kg/m3 在定义温度 293.2 K 情况下)， 之后我们的目标是要确定在阀门进出口 的总压值。寻找感兴趣参数最为方便有效的方法是定义它为相应的工程目标。定义表面目标 1. 在 FloEFD 分析树中，右击 Goals 图标并且选择 Insert Surface Goals。 选择入口和出口盖子的内表面。 勾选 Create a separate goal for each surface 以便创建两 个目标。（注意为两个面创建表面目标，有重复选择的面需剔 除） 在 Parameter 表格的 Total Pressure 行勾选 Av。 接受勾选 Use for Conv ，用于创建收敛的控制。2. 3.4. 5.6.点击 OK。新的 SG Av Total Pressure 1 和 SG AvTotal Pressure 2 项出现在 FloEFD 分析树中。现在 FloEFD 项目可以进行计算了。当稳态情况下在阀门进出口的总压平均值完成收敛，这个 计算将停止。运行求解 1. 点击 Flow Analysis，Solve，Run。Run 对话 框将出现。 点击 Run 开始计算。2.FloEFD 自动生成一个计算网格。这个网格将计算域 划分成一个一个小块，之后再进一步的划分。当需要 适合求解的几何模型时，这个网格要进行精练。在网 格生成期间，你可以在 Mesh Generation 对话框 中看到当前的进度和网格信息。4－6监测结果 在计算开始之后， Solver Monitor 将提供给你当前 求解的状态信息。你可以观察目标的变化和观察在选 择表面上初步的结果。 Info 窗口的下部 FloEFD 会 在 告诉你是否产生了不合适的计算结果。在我们这个例 子中，信息 “A vortex crosses the pressure opening” 出现，告诉你在你定义压力边界条件开口表面的地方 出现了一个漩涡。 在这个例子中，漩涡破裂后进入和流出元件。当流体 进入和流出开口时，计算结果的精度有所降低。此外，不能保证一定可以获完全的收敛（例如： 稳态目标）。无论如何，在一个压力开口处出现漩涡的计算结果值得质疑。如果这个警告持续的 出现，我们应该中止计算并且延长球阀的出口管长，从而提供给漩涡一个发展的空间。对球阀入 口管段的连接也是非常有用的， 从而避免了由于阀门阻碍影响入口处边界条件参数所引起流动干 扰。 如果警告依旧存在，点击 File，Close 去中止计算并且退出 Solver Monitor。 通过改变 Inlet Plane 和 Outlet Plane 特征偏移的距离可以方便的延伸阀门进出口的区域。 我们将复制项目到预先定义的 40_degrees_long_valve 例子。复制项目 1. 2. 3. 点击 Flow Analysis，Project，Clone Project。 点击 Add to existing。 在 Existing configuration 列表， 选择 40 degrees-long valve。 点击 OK。 FloEFD 发现模型已经修改。使用 Yes 确定警告信息。4. 5.新的 FloEFD 项目， 贴附到 40 degrees-long valve 例子的定义， 与贴附到 40 degrees-short valve 的旧项目有相同的设置。所以你可以立即开始求解。 在 FloEFD 分析树中， 右击 40 degree-long valve 根目录项并且 选择 Run。 之后点击 Run 开始求解。 当计算完成，关闭 Solver Monitor 对话框。 现在计算期间让我们通过 FloEFD 来看下漩涡警告和总压力损 失。FloEFD 9.1 指南 4－7第四章 确定水力损失创建切面云图 1. 右击 Cut Plots 图标并且选择 Insert 。这个 Cut Plot 对话框将 出现。这个 Cut Plot 显示了在被选择部分一个被选择参数的计算结果。为了定 义观察部分，你可以使用截平面或者模型平面。这个参数值可以通过等值面，等值线，矢量或者上 述几项结合（例如，等值图加矢量图）来描述。2.点击特性管理设计树，展开 Valve 项并且选择 Plane 2。 它的名字将出现在 Section Plane or Planar Face 表中。 列3.在 Cut Plot 对话框，除了显示 Contours Vectors 。，点击4.在 Vectors 页，使用滑动条设置 Vector spacing 0.012。大约为5.点击 View Settings 以便定义在等值图中显示结果值的参数。在 View Settings 对话框中所做的设置是关于所有 Cut Plots， Surface Plots， Isosurfaces， 和 Flow Trajectories 定义的特性。这些设置仅仅应用于那些激活的图形平面区域。例如，在所有 切平面和表面云图上的等值线将显示同样的在 View Settings 对话框中选择的物理参数。所以在 View Settings 对话框中每一个显示选项(轮廓线，等值线图，矢量，流动迹线，等值面图)你都可 以定义显示的物理参数和设定显示要求。 这个轮廓图设置也可以应用到 Isolines， Vectors， Flow Trajectories， 和 Isosurfaces。如果 Use from contours 选项在相应的页中被选择，接着等值 线，矢量，迹线图，等值面的颜色将与 Contours（在这个例子中没有使用颜色设定的定义框）页 中选择的颜色参数值相一致。6. 7. 8. 在 Contours 页的 Parameter 框， 选择 X-velocity。 点击 OK 保存设置并且退出 View Settings 对话框。 在 Cut Plot 对话框， 点击 OK 1 项出现在 FloEFD 分析树中。4－8。 新的 Cut Plot然而，这个切面云图没有在整个模型上显示。为了去看清这个云图，你可以通过点击 Flow Analysis， Results， Display，Geometry 隐藏模型。同时，你也可以使用 Section View 选项。9.点击 View， Display， Section View。 Section 1 中定义 Plane2 在 作为 Reference Section Plane/Face 并且点击 OK。10. 在 FloEFD 分析树，右击 Computational Domain 图标并且选 择 Hide。 现在你可以在云图上看到速度图和速度矢量图。为了更清楚的看到一些漩涡，你可以放大一些矢量:11. 在 FloEFD 分析树，右击 Results 图标并且选择 View Settings。12. 在 View Settings 对话框，点击 Vectors 页并且在 Arrow size 框输入 0.02 m。 13. 改变 Min 值为 2 m/s。通过自定义 Min 我们可以改变矢量的长度从而在某一区域即便速度