Fluent仿真实例-载人舱以超高音速再入大气层的仿真2仿真设置
1.网格 具体的网格划分教程，请看上一篇教程。为了检查再入舱周围的网格单元，显示启用边和面的网格，并禁用远场边界。Domain → Mesh → Display......2.求解器设置 设置求解器设置。Setup → General a. 在类型组框中选择基于密度。3.模型 1）选择求解能量方程，并启用双温度模型选项。在双温度模型中，一个温度代表空气分子的平移和旋转能量，另一个代表它们的振动和电子能量。对于高超音速流动的准确模拟来说，考虑这种热非平衡状态非常重要，尤其是对于表面热传递和温度预测。Setup → Models → Energy Edit......a. 在能量模式组框中选择双温度模型。b. 点击确定关闭能量对话框。2）保留默认的k-ω SST湍流模型。Setup → Models → Viscous Model → SST k-omegaa. 确保在选项组框中选择了压缩性效应。b. 点击OK。4.材料 设置空气的属性，这是默认的流体材料。Setup → Materials → Fluid → air Edit......保留与双温度模型选择同时自动设置的默认空气属性：a. 密度选择理想气体。b. 比热选择玻尔兹曼-动力学理论。c. 热导率选择eucken关系。d. 粘度选择blottner曲线拟合。e. 关闭创建/编辑材料对话框。5.操作条件 设置操作压力。Setup →Boundary Conditions → Operating Conditions......a. 输入0帕斯卡作为操作压力。b. 点击确定关闭操作条件对话框。6.边界条件 1）设置far-field边界的边界条件。Setup → Boundary Conditions → Inlet → inflow Edit......a. 输入25帕斯卡作为表压力。b. 输入17作为马赫数。c. 分别输入0.90630778和-0.42261826作为流动方向的X分量和Y分量。这些值由-25°攻角确定：cos -25°= 0.90630778和sin -25° = 0.42261826。d. 在湍流组框中的规范方法下拉列表中保留强度和粘度比。e. 输入1%作为湍流强度，1作为湍流粘度比。f. 点击Thermal选项卡并输入250 K作为温度。g. 点击应用并关闭压力远场对话框。2）设置outflow边界的边界条件。Setup → Boundary Conditions → outlet → outflow Edit......a. 输入25帕斯卡作为表压力。b. 选择平均压力规范。c. 选择弱作为平均方法。d. 在湍流组框中的规范方法下拉列表中保留强度和粘度比。e. 保留1%的默认值作为湍流强度和1作为湍流粘度比。f. 点击热力选项卡并输入250 K作为温度。g. 点击应用并关闭压力出口对话框。3）设置capsule wall的边界条件。Setup → Boundary Conditions → Wall → capsule Edit......a. 点击热力选项卡并输入1500 K作为温度。b. 点击应用并关闭壁对话框。7.解决方案 1）在TUI中打开高速数值high speed numerics求解方案。a. 按回车键在信息控制台获取命令提示符（>）。b. 如所示框中输入文本命令：c. 如所示框中输入文本命令：2）设置solution method参数。a. 在Formulation下拉列表中保留默认的Implicit。b. 从通量类型下拉列表中选择AUSM（上游分裂方法）。c. 在空间离散化组框中从梯度下拉列表中选择Green-Gauss Node Based。d. 在空间离散化组框中为流动和双温度模型选择二阶迎风格式。e. 在空间离散化组框中为湍流动能和特定耗散率选择一阶迎风格式。f. 选择Warped-Face Gradient Correction。g. 选择Higer Order Term Relaxation。h. 选择Convergence Acceleration For Stretched Meshes。3）设置解决方案控制参数。a. 点击Limits...打开Soluton Limits对话框。b. 输入最大静态温度为20000。c. 点击确定关闭解决方案限制对话框。4）创建力报告定义以绘制和记录再入舱上的阻力。Solution → Defnitions → New → Force Report → Drag...a. 输入drag-force报告的名称。b. 在报告输出类型组框中选择阻力。c. 在力向量组框中输入X为0.9063078，Y为-0.4226183。d. 在区域选择列表中选择capsule。e. 在创建组框中启用报告绘图和控制台打印。f. 点击确定关闭阻力报告定义对话框。5）同样，为再入舱上的升力创建力报告定义。Solution → Defnitions → Force Report → New → Lift...a. 输入lift-force报告的名称。b. 在报告输出类型组框中选择升力。c. 在力向量组框中输入X为0.4226183，Y为0.9063078。d. 在区域选择列表中选择再入舱。e. 在创建组框中启用报告绘图和控制台打印。f. 点击确定关闭升力报告定义对话框。6）为再入舱上的总热传递创建通量报告定义。Solution → Defnitions → New → Flux Report → Total Heat Transfer Rate...a. 输入heat-flux报告的名称。b. 在区域选择列表中选择再入舱。c. 在创建组框中启用报告绘图和控制台打印。d. 点击确定关闭通量报告定义对话框。7）在计算期间启用残差绘图。Solution → Reports → Residuals...a. 选择高级选项以打开面板。b. 在残差值组框中选择比例和计算局部比例。c. 从报告选项下拉列表中选择局部缩放。d. 在收敛标准下选择绝对值。e. 确保在选项组框中启用绘图并点击确定关闭残差监视器对话框。8.初始化解决方案 Solution → Initializationa. 在初始化方法组框中选择标准初始化。b. 从计算来自下拉列表中选择流入。c. 点击初始化以初始化解决方案。d. 运行全多重网格（FMG）初始化。FMG初始化通常有助于计算的轻松启动，特别是对于存在极其强烈的变化和梯度的高超音速流动，初始化的解决方案必须适应以反映给定的边界条件。使用FMG初始化通常最小化了用户在启动时需要采取的其他措施，例如逐渐增加CFL（Courant Friedrichs Lewy）数，从而减少了收敛的迭代次数。i. 按回车键在信息控制台获取命令提示符（>）。ii. 如所示框中输入文本命令并输入响应。当没有输入响应时，按回车键接受默认值：保存案例文件（CapsuleFlow.cas.h5）。9.开始计算 Solution → Run Calculation → Run Calculation...a. 输入迭代次数为500。b. 点击计算。c. 计算完毕后保存案例和数据文件（CapsuleFlow.cas.h5和CapsuleFlow.dat.h5）。10.后处理 1）显示马赫数Results → Graphics → Contours → New......a. 输入contour-mach-sym作为等值线名称。b. 在选项组框中禁用全局范围选项。c. 从等值线下拉列表中选择Velocity...和Mach Number。d. 从表面选择列表中选择sym。e. 选择绘制网格。f. 在打开的网格显示对话框中，从表面选择列表中选择再入舱。g. 在选项组框中选择边。h. 从表面选择列表中选择再入舱。i. 点击显示并关闭网格显示对话框。j. 点击保存/显示并关闭等值线对话框。2）显示热通量Results → Graphics → Contours → New......a. 输入contour-heat-flux作为等值线名称。b. 在选项组框中禁用全局范围选项。c. 从等值线下拉列表中选择Wall Fluxes...和Total Surface Heat Flux。d. 从表面选择列表中选择再入舱。e. 点击保存/显示。f. 更改光线方向以更好地可视化再入舱表面。View → Graphics → Lights......g. 在方向组框中输入X的-1。h. 点击应用并关闭灯光对话框。i. 关闭等值线对话框。3）在对称平面上绘制平移-旋转温度与振动-电子温度的比率。这可以指示流动中热非平衡区域，这些区域可以采用双温度模型来考虑。Parameters & Customization → Custom Field Functions New......a. 在来自组框的选择操作字段函数中，从字段函数下拉列表中选择Two Temperature Model...和平移-旋转温度。b. 选择/作为计算器。c. 从字段函数下拉列表中选择振动-电子温度。d. 输入ttr-over-tve作为新函数名称。e. 点击定义并关闭自定义字段函数计算器对话框。Results → Graphics → Contours → New......f. 输入contour-ttr-tve作为等值线名称。g. 在选项组框中禁用全局范围选项。h. 从等值线下拉列表中选择Custom Field Functions...和ttr-over-tve。i. 从表面选择列表中选择sym。j. 点击保存/显示并关闭等值线对话框。4）检查热非平衡的另一种方法是定义一条穿过激波到再入舱表面的线，沿着这条线绘制两种温度。我们将定义这条线大致沿着代表停滞线的线，与再入舱的轨迹平行。Results → Surface → Create → Line/Rake...... a. 输入stagnation-line作为新表面名称。b. 输入x0、x1、y0、y1、z0和z1的值如下：c. 点击创建并关闭Line/Rake Surface对话框。5）在近似停滞线上绘制平移-旋转温度和振动-电子温度。Results → Plots → XY Plot → New......a. 输入ttr-stag-line作为XY图名称。b. 从Y轴函数下拉列表中选择Two Temperature Model...和平移-旋转温度。c. 从表面选择列表中选择停滞线。d. 在选项组框中启用写入文件以保存径向速度剖面。e. 点击写入...按钮以打开选择文件对话框。i. 在XY文件文本框中输入trt-stag-line.xy并点击确定。确保仔细检查文件保存的位置，以确保它们被保存在您打算的位置。f. 同样为沿停滞线的振动-电子温度写入一个xy绘图文件，命名为tve-stag-line.xy。g. 关闭解决方案XY绘图对话框。6）在近似停滞线上比较平移-旋转温度和平移-振动-电子温度。a. 打开绘图数据源对话框。Results → Plots → Data Sources...b. 点击加载文件...按钮以打开选择文件对话框。i. 选择trt-stag-line.xy和tve-stag-line.xy。ii. 点击确定保存文件并关闭选择文件对话框。c. 从曲线信息选择列表（曲线组框）中选择以trt-stag-line.xy结尾的文件夹路径。d. 在右下角的文本框中输入平移-旋转。e. 点击更改图例条目按钮。对于trt-stag-line.xy在图例条目列表中的项目将更改为平移-旋转。这个图例条目将在稍后生成的XY图中的左上角显示。f. 以类似的方式，将以tve-stag-line.xy结尾的文件夹路径的图例条目更改为振动-电子。g. 为标题和图例标签输入Trt & Tve温度。h. 点击轴...并将精度设置为2，然后关闭轴 - 绘图数据源对话框。i. 点击绘图并关闭绘图数据源对话框。保存案例文件（CapsuleFlow.cas.h5）。来源：CFD饭圈
