编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第页共NUMPAGES38页第PAGE\*MERGEFORMAT38页共NUMPAGES\*MERGEFORMAT38页第4章FLOTRAN流体分析典型工程实例ANSYS程序中的FLOTRANCFD流体分析是一个用于分析二维及三维流体流动场的先进工具。本章重点通过实例讲解介绍FLOTRANCFD流体分析在工程上的一些典型应用。本章要点如何解决流体力学问题FLOTRAN流体分析典型工程实例本章案例三维U型管道速度场的数值模拟实际生活中射流现象的数值模拟4.1如何解决流体力学问题在流体力学的研究中，常用的方法有理论研究方法、数值计算方法和实验研究方法。理论研究方法的特点是：能够清晰、普遍地揭示出流动的内在规律，但该方法目前只局限于少数比较简单的理论模型。研究更复杂更符合实际的流动一般采用数值计算方法，它的特点就是能够解决理论研究方法无法解决的复杂流动问题，如常见的航空工程、气象预报、水利工程、环境污染预报、星云演化过程等。实验研究方法的特点就是结果可靠，但其局限性在于相似准侧不能全部满足、尺寸限制、边界影响等。数值计算方法和实验研究方法相比，它所需的费用和时间都比较少，并且有较高的精度，但它要求对问题的物理特性有足够的了解（通过实验方法了解），并能建立较精确的描述方程组（通过理论分析）。对于流体力学的数值模拟常采用的步骤如下。（1）建立力学模型通过流动分析，采用合理的假设与简化，建立力学模型。假设与简化：连续介质与不连续介质；理想流体与粘性流体；不可压缩流体与可压缩流体；定常流动与非定常流动。（2）建立数学模型根据力学模型，建立描述力学模型的数学方程组，并利用无量钢化、量纲分析、引进新的物理参数、经验或半经验公式等方法对基本方程组进行简化，得到相应流动的求解方程组，再根据具体的流动条件确定流动的初始条件和边界条件。描写流体运动的两种方法：拉格朗日方法和欧拉方法。（3）求解方法准确解法：解析解近似解法：近似解、数值解实验解法：相似解（4）求解结果速度分布、压力分布、合力、阻力、能量耗散等物理量的求解结果。上述的数值模拟步骤可以简化为：工程实际中的流动现象→建立力学模型→建立数学模型→选择求解方法→结果→验证。4.2工程实例一——三维U型管道速度场的数值模拟在实际生活和工程中，管道流动是十分常见的。下面就介绍数值模拟REF图1\h图4-1所示的三维U型管道中的速度场。图4-SEQ图_4-\*ARABIC1U型管道示意图如REF图1\h图4-1所示的三维U型管道计算模型，其中U型管道横断面为长宽均为100mm的正方形断面，U型管道两端平直部分的长度均为500mm，弯曲部分的半径为200mm。入口速度为0.1m/s。本例使用毫米单位制。——附带光盘“Ch4\实例4－1_start”——附带光盘“Ch4\实例4－1_end”——附带光盘“AVI\Ch4\4－1.avi”1、设置分析选项选择MainMenu>Preference命令，弹出如REF图2\h图4-2所示的PreferencesforGUIFiltering对话框，在Individualdiscipline(s)toshowintheGUI栏中选中FLOTRANCFD选项，单击OK按钮。图4-SEQ图_4-\*ARABIC2设置分析选项对话框2、定义工作文件名选择UtilityMenu>File>ChangeJobname命令，弹出如REF图3\h图4-3所示的ChangeJobname对话框，在Enternewjobname后面的文本框中输入Example4-1，选中Newloganderrorfiles复选框为Yes，单击OK按钮。图4-SEQ图_4-\*ARABIC3设置工作文件名对话框3、定义工作标题选择UtilityMenu>File>ChangeTitle命令，弹出如REF图4\h图4-4所示的ChangeTitle对话框，在Enternewtitle后面的文本框中输入CFDanalysisofanozzle，单击OK按钮。图4-SEQ图_4-\*ARABIC4设置工作标题对话框4、定义单元类型选择MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete命令，弹出ElementTypes对话框。单击Add按钮，弹出如REF图5\h图4-5所示的LibraryofElementTypes对话框，在左面的列表栏中选择FLOTRANCFD，