Ansys Fluent表达式进阶实例

这篇文章我们介绍几个比较复杂的案例。下面三个案例在文章末尾都提供了case和dat文件。

1.1 说明

将出口outlet的温度减去一个值后赋值给入口inlet

这个案例在交流群里经常会被提到，也有很多同学问起来。很多人建议UDF，但如果通过UDF进行设置，会较为复杂。

本质上就是将模型的出口物理量赋值给入口，不一定是温度，也可以是压力、流量等物理量

注：

a. 此案例会用到表达式Functions中的Reduction。所谓Reduction(缩减函数)就是将本来场的数值缩减成一个数，比如Average平均、AreaAve面积平均等。

也就是本来很多数据通过Reduction函数可以缩减为一个数据。

b. 这就是我认为Expression功能优于UDF的地方，通过表达式可以直接得到计算域或者边界某物理量的平均值。

但如果使用UDF则需要对网格进行叠加求平均，如果涉及并行UDF，还需要考虑节点之间的数值传递，更加复杂。

1.2  案例描述

模型有一个速度入口和一个压力出口，初始时，流场温度293K，壁面温度333K。入口温度=出口温度-10K

打开in边界条件

点击expression，弹出表达式窗口

输入公式：AreaAve(StaticTemperature,['out'])-10[K]

AreaAve(<expr>,[, ...])：Reduction函数，表示面积平均。

<expr>表示需要面积平均的物理量或者表达式，本例即温度StaticTemperature；

[, ...]表示需要进行平均的位置，可以是边界boundary也可以是计算域cell zone，还可以同时对多个位置进行平均，本例即out边界。

AreaAve(StaticTemperature,['out'])可以获取out边界的面积平均温度，然后减去10K赋值给入口温度。

1.3 计算验证

监测入口和出口温度，两者相差10K

比如我们确定了出口温度，想知道入口温度为多少时能达到这个出口温度。

当然可以手动去试，但是我们更希望能够自动调节。

2.1 案例描述

壁面温度333K，出口温度303K，流速固定。确定入口温度？

思路：根据出口温度调节入口温度，如果当前出口温度较低，增加入口温度；如果当前出口温度较高，降低入口温度。

2.2 物理量命名为表达式Named Expressions

由于需要反复使用入口和出口的面积平均温度，将入口和出口温度面积平均保存为Named Expressions，这样可以直接使用，而不必每次都写一堆表达式。

User-Defined~Named Expressions~New

点击New，打开表达式窗口

Name：输入表达式的名字tin，后面就可以直接用这个名字来代替下面的表达式

Definition：输入表达式。

AreaAve(StaticTemperature,['in'])

AreaAve(<expr>,[, ...])：Reduction函数，表示面积平均。

<expr>表示需要面积平均的物理量或者表达式，本例即温度StaticTemperature；

[, ...]表示需要进行平均的位置，可以是边界boundary也可以是计算域cell zone，还可以同时对多个位置进行平均，本例即in边界。

同理命名出口温度tout

2.3 边界条件设置

上述的命名Named Expressions只是为了边界条件表达式的方便。现在开始设置边界条件

根据出口温度调节入口温度，因此我们需要设置入口温度。打开in边界条件，

Thermal界面设置下拉框有expression和Named Expressions

Expression：表示通过表达式的方式设置此边界条件，我们选择此项即可

Named Expressions：此选项下的New Expression也是设置表达式，只不过仍然需要给表达式命名，然后再使用

IF(tout<302.5[K],tin+0.1[K],IF(tout>303.5[K],tin-0.1[K],tin))

表达式逻辑：

a. 双重IF语句，IF(,<vector1>,<vector2>)，第一个参数为判断条件，后面的两个表示要执行的语句。如果为真，则输出<vector1>，否则输出<vector2>

b. 我们想要出口温度为303K，但实际无法控制刚好等于303K，需要给一个范围302.5K-303.5K之间。

c. 如果出口温度tout<302.5K，则出口温度较低，需要增加入口温度tin。本例设置增加0.1K，增加幅度越小，控制范围就越小，越接近303K。但计算时间可能越长。这就是公式前半部分的内容IF(tout<302.5[K],tin+0.1[K])

d. 当tout>303.5K时，说明出口温度较高，tin需要减小0.1K。也就是说即使出口温度tout不小于302.5K，也不能直接输出值，还需要一步判断语句。

e. 当tout不大于303.5K同时也不小于302.5K，也就是两个if语句的判断条件都不满足时，说明此时的出口温度符合范围，tin也满足要求。

f. 如果按照python这种编程语言，很容易理解。

g. 红字的报错信息只是说明无法画出入口温度的图像，不影响表达式

2.4 计算验证

按照上述公式输入后，进行计算。检测入口和出口的温度，可以得到温度曲线图

入口温度和出口温度分别为

壁面温度333K，出口温度303K，入口温度293K。确定入口流速？

答案：

IF(tout<302.5[K],vin-0.001[m/s],IF(tout>303.5[K],vin+0.001[m/s],vin))

此时出口温度周期性波动，无法稳定。说明速度vin的变化量太大了

IF(tout<302.5[K],vin-0.0001[m/s],IF(tout>303.5[K],vin+0.0001[m/s],vin))

将变化量改小之后就可以稳定

文章来源：Fluent学习笔记