4.2 Workbench CFD-Post通用后处理器_ANSYS FLUENT 16.0超级学习手册-QQ阅读男生武侠网

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4.2 Workbench CFD-Post通用后处理器

ANSYS CFD-Post是ANSYS CFD产品的新一代后处理工具，可以单独运行或在Workbench下运行。本节将简要介绍CFD-Post的用法。CFD-Post后处理的一般流程如下。

（1）创建位置：数据会在这个位置抽取出来，各种图形也在这个位置产生。

（2）创建变量/表达式（根据需要）。

（3）在位置上生成定量的数据。

（4）在位置上生成定性的数据。

（5）生成报告。

4.2.1 启动CFD-Post

启动CFD-Post有两种方法，一种是在ANSYS Workbench下启动，另一种是从开始菜单或命令行启动。

在ANSYS Workbench下启动时，在工具箱中，拖动CFD-Post到FLUENT项目上，或者创建一个单独的CFD-Post项目，如图4-23所示。

图4-23 在ANSYS Workbench下启动CFD-Post

从开始菜单或命令行启动时，选择Start→Programs→ANSYS 16.0→ANSYS CFD-Post。ANSYS CFD-Post的主界面如图4-24所示。

图4-24 CFD-Post主界面

4.2.2 创建位置

可以通过Insert菜单或工具栏创建位置，创建好的位置显示在Outline树中，如图4-25所示。在模型树中双击位置对象可以对其进行编辑，用鼠标右键单击对象可以复制或删除对象。

图4-25 创建位置菜单

域、子域、边界和网格区域都属于位置，边界和网格区域可以编辑、用变量着色，网格区域从网格中提供所有内部或外部的二维/三维区域，用户创建的位置都罗列在User Locations and Plots菜单下，如图4-26所示。

图4-26 模型树中的位置

1．位置面（Plane）的创建

在Location菜单中选择Plane，弹出Insert Plane对话框，在其中输入创建面的名称。单击OK按钮后，会在模型树的下方出现所创建平面的细节设置面板。在细节设置面板中选择面的定义方法及参数，在CFD-Post中，位置面的定义有5种，如图4-27所示。

图4-27 Plane的定义方法

2．位置点（Point）的创建

在Location菜单中选择Point，弹出Insert Point对话框，在其中输入创建点的名称。在细节设置面板中选择点的定义方法及参数，在CFD-Post中，位置点的定义有4种，如图4-28所示。它们分别如下。

图4-28 Point的定义方法

● XYZ：坐标系创建或通过鼠标拾取。

● 节点数（Node Number）：一些求解器错误产生的节点数信息。

● 最大/最小变量：变量最大或最小值出现的点。

除了能创建单个的位置点外，还能创建点云（Point Cloud），即创建多个点。点云的定义方法如图4-29所示。

图4-29 点云的定义方法

3．直线（Line）的创建

直线用两点来定义，如图4-30所示。直线经常用于制作XY图表。

图4-30 Line的定义

4．多段线（Polyline）的创建

图4-31 多段线的定义方法

多段线有3种定义方法：从文件中读入点、采用边界相交线和采用从云图中抽取的线，如图4-31所示。

采用边界相交线和从云图中抽取的线的区别如图4-32所示。

图4-32 边界相交线和从云图中抽取的线

5．体（Volume）的创建

可以以所选择的面构建成体，也可以基于变量值构建等值体，如图4-33所示。

图4-33 体（Volume）的定义方法

6．等值面的创建

等值面即指定变量相等的面，因此只需指定变量及其值，如图4-34所示。

图4-34 等值面的定义方法

7．旋转面的创建

旋转面包括柱面（Cylinder）、锥面（Cone）、盘面（Disc）和球面（Sphere），通常是任何线（已存在的线、多段线、流线、粒子轨迹）绕某轴旋转形成面，如图4-35所示。

图4-35 旋转面的定义

8．其他位置创建

此外，CFD-Post还可以创建如下位置。

● Iso Clip：通过复制已有的Location，并对一个或多个标准进行约束，可以约束任何变量，包括几何变量（例如，对出口边界条件将速度值界定在>= 10 [m/s]和<= 20 [m/s]之间）。

● 涡核心区（Vortex Core Region）：自动甄别涡核心区。

● User Surface：有多种定义方法，如图4-36所示。

图4-36 User Surface的定义方法

4.2.3 颜色、渲染和视图

在CFD-Post中，所有Location都有类似的Colour、Render和View设置，如图4-37所示。

图4-37 Location都有的Colour、Render和View设置

（1）Colour：一般选择所选位置上的着色方案，用何种变量着色、设置变量范围、选取配色方案等。

（2）Render：一般用来设置渲染方法，是否显示网格线，设置纹理、灯光以及透明参数等。

（3）View：一般设置显示图像的旋转、平移、镜像和缩放等。

4.2.4 矢量图、云图及流线图的绘制

图4-38 矢量图、云图及流线图绘制按钮

在CFD-Post中通常用工具栏中的按钮来绘制矢量图、云图及流线图，如图4-38所示。

1．矢量图的绘制

矢量图中能绘制任何变量，通常对速度进行绘制。单击按钮，出现矢量图命名对话框，输入名称后单击OK按钮，出现矢量图细节设置面板。图4-39为矢量图细节设置面板的Geometry、Color和Symbol选项卡。

图4-39 矢量图细节设置面板

在Geometry选项卡中，可以设置绘图区域、绘图位置、样式、缩放因子等参数。

在Color选项卡中，可以设置染色模式、范围和配色方案等。

在Symbol选项卡中，可以设置箭头形式和大小。

2．云图的绘制

图4-40 云图细节设置面板

单击按钮，出现云图命名对话框，输入名称后单击OK按钮，出现云图细节设置面板，如图4-40所示。设置变量、显示范围、配色方案等，单击Apply按钮即可生成云图。

3．流线图的绘制

单击按钮，出现流线图命名对话框，输入名称后单击OK按钮，出现流线图细节设置面板，如图4-41所示。

图4-41 流线图细节设置面板

在Geometry选项卡中设置流线类型、绘图区域、流线起始位置、流线数量、变量、流线相对于起始面的方向等。

在Color选项卡中设置着色模式、着色变量、范围和配色方案等。

在Symbol选项卡中设置流线形式、流线粗细等。

4.2.5 其他图形功能

（1）Text：在视图中加入自己的标签，可自动显示和改变time step/values、expressions、filenames及dates等信息。

（2）Coord Frame：自定义坐标系。

（3）Legend：为plot创建Legend。

（4）Instance Transform：对plot进行旋转或平移操作。

（5）Clip Plane：定义切面，可切割几何体并提取切面上的变量值。

（6）Colour Map：定制色彩，图例如图4-42所示。

图4-42 定制色彩图例

（7）Viewer快捷菜单。

在物体（如边框线、面）上单击鼠标右键，快捷菜单显示物体的一些选项。基于当前的Location，还可以插入新的对象，如在面上插入一个矢量。在空位置单击鼠标右键，快捷菜单显示当前视图下的选项。用鼠标右键单击坐标轴，可以在快捷菜单中改变视图方向。用鼠标右键单击不同地方的快捷菜单如图4-43所示。

图4-43 不同地方的快捷菜单

4.2.6 变量列表与表达式列表

1．变量列表

图4-44 变量列表

变量列表显示所有可用变量的信息，如图4-44所示。其中各类信息的说明如下。

● Derived variables是通过CFD-Post计算得到的，这些量不包括在结果文件中。

● Geometric variables包括 X、Y、Z、法线、网格质量等。

● Solution variables是来自结果文件的变量。

● Turbo variables是透平机械算例自动创建的变量。

在如图4-44所示的Details of Pressure（细节面板）中显示变量的所有详细信息。

2．混合变量和守恒变量

CFX-Solver基于有限体积法，有限体积法是基于网格构建的，而并非等同于网格。网格节点位于控制体的中心，计算数据存储于节点，而非“平均地”存储于控制体，几乎所有wall边界上的半个控制体有非零的速度，这些非零的速度存储在壁面的节点上，但是，理论上壁面上的速度应该为零。为了解决这个矛盾，ANSYS CFD-Post提出混合变量值和守恒变量值的概念。

● 守恒变量值=控制体积值。

● 混合变量值=指定边界条件上的值。

从图片观察的角度，ANSYS CFD-Post采用混合值（Hybrid）为默认值，这个值不会出现壁面上速度非零的情况；从计算的角度，守恒值（Conservative）为默认值。图4-45为选择混合变量和守恒变量时的结果示例图。

图4-45 混合变量和守恒变量示例图

在大多数情况下，不用选择Hybrid或Conservative, CFD-Post的默认选项往往是正确的。如果采用定义变量，默认为Conservative值。如果选用Hybrid和Conservative，变量值的范围将有所不同。

3．用户自定义变量

在变量列表中单击鼠标右键，选择New，可以创建新的变量，如图4-46所示。

图4-46 创建新的变量

定义变量有以下3种方法。

● Expression：通过表达式定义变量，可以定义为其他变量的函数（需要先在Expressions列表中创建表达式）。

● Frozen Copy：用于Case的比较。

● Gradient：用于计算任何存在的标量变量的梯度。

4．表达式列表

Expressions列表显示所有存在的表达式，也可以创建新的表达式，在Definition下定义新表达式的细节，右键单击表达式将显示Functions、Variables等，可用于构建表达式，如图4-47所示。

图4-47 表达式列表及表达式的构建

单击Plot Expression按钮可绘制表达式的XY曲线，如图4-48所示。

图4-48 表达式的XY曲线

4.2.7 创建表格和图表

1．表格的创建

创建表格的步骤如下。

（1）在工具栏中单击Tables按钮，或执行Insert→Table命令，3D视图将转化为Table视图。

（2）在Tables里添加数据和表达式，表达式用于当变量和/或位置变化时的计算和更新，Tables可以自动添加到Report中。

表格的创建方法如图4-49所示。

图4-49 表格的创建方法

2．制作图表

图表主要是沿着线/曲线显示两个变量之间的关系。创建图表的步骤如下。

（1）创建线、曲线、多段线、边界交线、等值线等。

（2）单击创建图表按钮。

（3）选择图表类型：XY、XY-Transient or Sequence或者Histogram。

（4）创建数据系列。

（5）指定X轴和Y轴变量。

图表的创建方法如图4-50所示。

图4-50 图表的创建方法

在图4-51所示图表的3种类型中，XY基于线；XY-Transient or Sequence基于点，典型的应用是显示变量在某点的瞬态变化计算结果，数据必须是瞬态结果文件；Histogram能建立各种数据类型的柱状图，X轴变量为离散量，Y轴为频率。

图4-51 图表的3种类型

图表中数据系列和轴的每种数据对应于一个位置（line、point等）。数据系列的设置和X轴、Y轴的变量设置如图4-52所示。

图4-52 图表的相关设置

图表具有的快速傅里叶变换功能，可以将原始的压力信号转化为频率信号，其设置如图4-53所示。其效果示例如图4-54所示。

图4-53 快速傅里叶变换设置

图4-54 快速傅里叶变换效果示例

4.2.8 制作报告

使用CFD-Post的报告生成工具，可以通过定制报告的方式快速生成报告。具体步骤如下。

（1）选择报告模板。基于结果文件的类型，可以自动选择报告模板，用鼠标右键单击Report，选择模板，也可以自己创建模板或修改已存在的模板，如加入公司的Logo、Charts、Tables、Plots等，如图4-55所示。

图4-55 选择报告模板

（2）选中报告里显示的内容，各显示内容可通过双击的方式进行编辑，Tables和Charts可以自动加入报告里，其他的项目需要通过手动的方法添加进去。在Report上单击右键可以插入新的项目，如图4-56所示。

图4-56 添加报告内容

（3）添加图片。所有图片将列在视图窗左上角的下拉列表中，可以改变视图的角度、大小等，如图4-57所示。

图4-57 往报告中添加图片

创建图片时，如果没有选中Make copies of objects选项，则只有图片中显示的内容存储于Figure中。所以当全局目标改变时，该图片也会发生改变，这用于需要图片自动更新的情况。选中该选项，图片当前的内容存储在Figure中，并显示在目录树中，全局改变，不会导致Figure的改变，如图4-58所示。

图4-58 创建图片设置

单击Report Viewer按钮，显示Report内容，Report的内容改变后，需要单击Refresh按钮，进行更新。

4.2.9 动画制作

CFD-Post中创建动画的模式有Quick和Keyframe两种。

Quick模式：在Quick动画模式下，仅需选取对象，单击Play按钮即可，主要的变量作为创建动画的对象，做有限的控制。

Keyframe模式：Keyframe模式提供了大量的控制，创建当前状态的一个影像储存于Keyframe；创建一系列的影像储存于Keyframes，代表一系列的不同状态。视图方向、显示的对象、时间步的选择等任何变量都可以不一样。动画的创建至少需要两个Keyframe（一个作为开始，一个作为结束），每个Keyframe之间加入 # of Frames数目。

两种模式的设置如图4-59所示。