1.9 验证结果

验证求解结果的可靠性是所有分析人员的责任，如果一个FLOTRAN分析得到了非预期的结果，则应进行下列所示的一些操作，这些操作的大部分都可以在开始一个分析前完成。即使只进行了零次迭代，ANSYS也会生成一个Jobname.RFL文件并检查所有的输入数据。

1）检查作为结果总结的一部分而打印出来的质量平衡情况。内部检查将确定是否有任何的可能会通过模型的质量流，允许质量流的边界条件如下：

●确定的速度边界条件；

●确定的压力边界条件；

●未确定的边界（这有可能是由于忘了施加边界条件而致）ANSYS会将进口和出口边界编号列表，而这些应与所希望的条件相对应。

2）在ANSYS中检查边界条件，以保证其正确性。

3）检查所定义的流体性质及其随温度的可变动性正确与否，这可在.RFL文件中方便地检查。

4）检查用于建立模型的单位制与用于定义流体性质的单位制是否一致。

5）有时，还需确认与所选选项相联系的方程的求解是否正确（如可压缩流中的压力方程）。

6）如果求解发散，可能的原因还有有限元网格不够精细或者邻近出口处流场梯度太大，要解决这些问题，可以使用一些诸如惯性松弛等有助于收敛的手段，本手册的后面将详述各种松弛技术。

7）如果仅仅只有某个特定的量产生发散，则可将该量重新初始化到一个单值，并作重启动分析，方式如下：

实例1-2——温室内气流场的稳态模拟

该算例是关于温室内气流场的稳态模拟。如图1-33所示，左右两侧带弧形边的面为山墙面，前后两侧为侧墙，左上山墙面为进口，其为速度边界条件，速度为10m/s，右下上墙面为出口，出口为压力出口边界条件，壁面条件为光滑、无滑移模型。空气密度为1.185kg/m ³ ，动力黏度为1.831E ^-5 Pa·s，比热容为1004.4J/(kg·K)，参考压强为101350Pa，参考温度为303K，热导率为0.0261W/(m·k)，重力加速度为9.8065m ² /s。该算例所用单位制为国际单位制。具体尺寸见附带光盘文件。

【光盘文件】

——附带光盘“Ch1\实例1-2_start”

——附带光盘“Ch1\实例1-2_end”

——附带光盘“AVI\Ch1\1-2.avi”

【操作步骤】

（1）设置分析选项

选择Main Menu→Preference命令，弹出如图1-34所示的Preferences for GUI Filtering对话框，在Individual discipline(s) to show in the GUI栏中选择FLOTRAN CFD选项，单击OK按钮。

（2）定义工作文件名

选择Utility Menu→File→Change Jobname命令，弹出如图1-35所示的Change Jobname对话框，在Enter new jobname后面的文本框中输入“Example 1-2”，选择“New log and error files？”复选框为Yes，单击OK按钮。

（3）定义工作标题

选择Utility Menu→File→Change Title命令，弹出如图1-36所示的Change Title对话框，在Enter new title后面的文本框中输入“CFD analysis of a greenhouse”，单击OK按钮。

（4）定义单元类型

选择Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete命令，弹出Element Types对话框。单击Add按钮，弹出如图1-37所示的Library of Element Types对话框，在左面的列表栏中选择FLOTRAN CFD，在右面的列表栏中选择3D FLOTRAN 142，单击OK按钮，再单击Close按钮，完成单元类型的设置。

（5）生成左侧山墙面

该步首先定义一个矩形面和一个弧形面来表示山墙面，随后利用复制命令，形成温室左侧完整的山墙面。

1）生成进口山墙面：选择Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Rectangle→By Dimensions。

2）在弹出的如图1-38所示的Create Rectangle by Dimensions对话框中，在X1，X2 Xcoordinates中输入“0”，“7.5”，在Y1，Y2 Y-coordinates中输入“0”，“ 3”。

3）单击OK按钮。

4）生成圆弧圆心：选择Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→In Active CS，在弹出的如图1-39所示的Create Keypoints in Active Coordinate System对话框中，在X，Y，Z Location in active CS中依次输入“3.75”，“-0.59453125”，“0”。

5）单击OK按钮。

6）显示点编号：选择Utility Menu→PlotCtrls→Numbering，弹出如图1-40所示的Plot Numbering Controls对话框，单击KP Keypoint numbers后面的单选按钮On，单击OK按钮关闭该对话框。

7）创建圆弧：选择Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Arcs→By End KPs&Rad，选择点4和点3后，单击Apply按钮，再次选择点5，弹出如图1-41所示的Arc by End KPs&Radius对话框，在RAD Radius of the arc项中输入“5.19453125”，单击OK按钮。

8）显示线编号：选择Utility Menu→PlotCtrls→Numbering，在弹出的对话框中，单击LINE Line numbers后面的单选按钮On，单击OK按钮。

9）选择Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Arbitrary→By Lines，选择L5和L3，创建山墙面的上部弧形面。

10）显示面：选择Utility→Plot→Areas。

11）合并面：选择Main Menu→Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Add→Areas，单击Pick All按钮。

（6）生成温室物理模型

1）拖拉面成体：选择Main Menu→Preprocessor→Modeling→Operate→Extrude→Areas→Along Normal，单击左边的山墙面，弹出如图1-42所示的Extrude Area along Normal对话框，在Length of extrusion中输入“10”，单击OK按钮关闭该对话框。

2）复制体：选择Main Menu→Preprocessor→Modeling→Copy→Volumes，单击Pick All按钮，弹出如图1-43所示的Copy Volumes对话框，在DX X-offset in active CS中输入“7.5”，在DY Y-offset in active CS和DZ Z-offset in active CS中均输入“0”，单击OK按钮关闭该对话框。

3）合并体：选择Main Menu→Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Add→Volumes，单击Pick All按钮。

4）显示线编号：选择Utility Menu→PlotCtrls→Numbering，在弹出的对话框中，单击LINE Line numbers后面的单选按钮On，单击OK按钮，得到的整个温室模型如图1-44所示。

（7）定义单元形状

1）设置单元尺寸：选择Main Menu→Preprocessor→Meshing→Size Cntrls→ManualSize→Lines→Picked Lines，选择L9、L3、L28、L27、L15、L1、L26和L25，在选择菜单中单击Apply按钮。在弹出的如图1-45所示的Element Sizes on Picked Lines对话框中，在No.of element divisions中输入“30”，在Spacing ratio中输入“-2”，单击Apply按钮。选择垂线L8、L6、L18、L4、L2和L14，并单击Apply按钮，在弹出菜单的No.of element divisions中输入“20”，在Spacing ratio中输入“-2”，单击Apply按钮。选择L12、L9、L11、L10、L23和L21，并单击OK按钮，在弹出菜单的No. of element divisions中输入“20”，在Spacing ratio中输入“1”，单击OK按钮。

2）关闭线标号：选择Utility Menu→PlotCtrls→Numbering，在弹出的对话框中，单击LINE Line numbers后面的单选按钮Off，单击OK按钮关闭该对话框。

（8）划分有限元网格

划分体网格：选择Main→Preprocessor→Meshing→MeshTool，在弹出的如图1-46所示的MeshTool对话框中，保持默认设置，采取自由网格划分，单击Mesh按钮，单击PickAll按钮，生成有限元网格如图1-47所示。

（9）施加边界条件

在模型的左上山墙面处加Z方向速度为10m/s，其他方向速度为零的进口速度边界条件；在所有壁面处加两个方向速度都为零的速度边界条件，在右下山墙面处加零压力边界条件。

value和VY Load value中均输入“0”，单击OK按钮关闭该对话框。

2）选择所有实体：选择Utility Menu→Select→Everything。

3）施加出口边界条件：选择Utility Menu→Select→Entities，在弹出的对话框的最上面的下拉列表框中选择Areas和By Num/Pick，单击OK按钮，选择右下山墙面，单击OK按钮，然后再次选择Utility Menu→Select→Entities，在弹出的对话框最上面的下拉列表框中选择Nodes和Attached to，在邻近的选项中选择“Areas，all”，单击OK按钮，即选择了右下山墙面的所有节点。选择Main Menu→Preprocessor→Loads→Define Loads→Apply→Fluid/CFD→Pressure DOF→On Nodes，选择Pick All，在弹出的如图1-51所示的对话框的PRES Pressure value中输入“0”，单击OK按钮关闭该对话框。

4）选择所有实体：选择Utility Menu→Select→Everything。

5）施加固壁边界条件：选择Utility Menu→Select→Entities，在弹出的对话框的最上面的下拉列表框中选择Areas和By Num/Pick，单击OK按钮，选择表示8个壁面的剩余8个面，单击OK按钮，然后再次选择Utility Menu→Select→Entities，在弹出对话框最上面的下拉列表框中选择Nodes和Attached to，在邻近的选项中选择“Areas，all”，单击OK按钮，即选择了所有壁面的所有节点。选择Main Menu→Preprocessor→Loads→Define Loads→Apply→Fluid/CFD→Velocity→On Nodes，单击Pick All按钮，在弹出的对话框的VX、VY和VZ中输入“0”，单击OK按钮关闭该对话框。

6）选择所有实体：选择Utility Menu→Select→Everything。

（10）求解

该步首先改变FLOTRAN分析选项和流体性质，并且改变流动环境，然后设置执行控制，并开始求解。

1）设置求解选项：选择Main Menu→Solution→FLOTRAN SetUp→Solution Options，弹出如图1-52所示的对话框，将“Adiabatic or thermal?”项设为Adiabatic，将Laminar or turbulent项设为turbulent，将“Incompress or compress?”项设为Inoompress，单击OK按钮关闭该对话框。

2）设置迭代次数：选择Main Menu→Solution→FLOTRAN SetUp→Execution Control，弹出如图1-53所示的对话框，在弹出菜单的Global iterations项中输入“500”，单击OK按钮关闭该对话框。

3）设置流体性质：选择Main Menu→Solution→FLOTRAN SetUp→Fluid Properties，弹出如图1-54所示的对话框，保持默认，单击OK按钮，在弹出的如图1-55所示的对话框中，在Density项中输入“1.185”，在Viscosity项中输入“0.00001831”，单击OK按钮关闭该对话框。

4）设置重力加速度：选择Main Menu→Solution→FLOTRAN Set Up→Flow Environment→Gravity，弹出如图1-56所示的Gravity Specification对话框，在Accel in Y direction项中输入“-9.8065”，单击OK按钮关闭该对话框。

5）选择Utility Menu→Select→Everything，选择Utility Menu→File→Save as命令，弹出Save Database对话框，在Save Database to文本框中输入“1-2_start.db”，保存上述操作过程，单击OK按钮关闭该对话框。

6）求解：选择Main Menu→Solution→Run FLOTRAN，开始进行求解。当弹出Solution is Done对话框时，表示求解过程已经结束，单击Close按钮，关闭该对话框。

7）选择Utility Menu→File→Save as命令，弹出Save Database对话框，在Save Database to文本框中输入“1-2_end.db”，保存求解结果，单击OK按钮关闭该对话框。

（11）后处理

1）调入最后迭代步的结算结果：选择Main Menu→General Postproc→Read Results→Last Set。

2）以矢量方式显示水平截面速度分布结果：选择Main Menu→General Postproc→Plot Results→Vector Plot→Predifined，弹出如图1-57所示的Vector Plot of Predefined Vectors对话框。在Vector item to be plotted后面的第一列表中选择DOF solution，在第二列表中选择Velocity V，单击OK按钮。选择Utility→Work Plane→Offset WP by Increments，弹出如图1-58所示的Offset WP对话框，在XY，YZ，ZX Angles栏中输入“0”，“ 90”，“0”，单击OK按钮。选择Utility→Plotctrls→Style→Hidden Line Options，弹出如图1-59所示的“Hidden-Line Options”对话框，在Type of Plot下拉列表栏中选择Section，单击OK按钮，所得到的结果如图1-60所示。

3）绘制压力等值线图：选择Main Menu→General Postproc→Plot Results→Contour Plot→Nodal Solu，弹出如图1-61所示的对话框，在Item to be contoured后面的两个列表框中分别选择DOF solution和Pressure，单击OK按钮，所得到的结果如图1-62所示。