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【CFD小贴士】Fluent 活用Expression功能事半功倍

1月前浏览492

引子

表达式(expression)是Fluent在2019版本重磅推出的新功能,一直以来很多的Fluent使用者吐槽:简单的函数型边界条件或者一些源项也要使用UDF,而UDF的学习曲线又比较陡峭,因此让人诟病颇深(尤其小白)。
让人们等待已久的表达式功能终于在2019版本隆重推出,没想到一推出它的功能就已经强大如斯,几乎可以胜任绝大部分的边界条件和一些源项的定义,而且学习曲线比较平缓入手极为快速。不得不说这是Fluent近年来最注重用户体验的一项改进了。
下面我们就来扒一扒expression的使用技巧。

1.首先什么是表达式

• 默认情况下,为边界条件或cell zone 输入的值在整个边界或者 cellzone上是一致的

使用Fluent中的表达式,可以将这些值作为空间、时间、迭代次数和解变量的函数输入

               –例如,入口温度可以定义为出口加权平均压力的函数

表达式还有其他用途,这一篇的重点是边界条件和 cellzone 条件中表达式的          用法

2.使用表达式定义边界条件和Cell Zone 条件

1.打开边界条件面板并选择expression

2.在表达式输入面板书写表达式,可以从右边菜单中选择变量/函数

Expressions 可以直接在entryfield 中输入

Expressions 也可以通过模型树的Named Expressions创建

Named expressions 可以在entry field 使用

Example1:位置相关的边界 profile 设置
给出入口处的速度分布作为如下Y坐标的函数

注意,单位要匹配!


Example2 :时间相关的边界 profile 设置
给出入口的速度分布作为时间的函数

注意,单位要匹配!

Example3: 源项
1.Energy source term 单位必须为W/m3
2.Total power (W) 通常是已知的,然而W/m3 要求你知道热源的体积然后被                     TotalPower相除,结果通常是一个具有多位有效数字的值

3.使用表达式,输入总瓦特数并除以一个自动计算的体积(热源体积未知可直接使用volume表达式获取如下图)


3.Fluent的表达式语言(即书写格式)

表达式是一个字符串,表示值、变量、操作符和函数调用的组合
表达式返回一个值,该值具有单位(或无量纲)
–  例如:5.0 [m/s] * exp((-t-0.3 [s]) / 2.8 [s]) 
§这个表达式最终单位为m/s
§表达式的单位必须与 input field 的单位一致(极其重要)
例如不能用5* t表示速度因为它的单位是s,而不是m/s
§单位必须一致

o 1[cm] * TotalPressure是不允许的,因为厘米不是压强的单位

o Unitsystems可以混合使用,例如1[atm] + 200 [Pa]是允许的,因为它们                    都是压力单位

4.函数的使用

打开边界条件面板并选择 expression


Area ([location,…])

例如,当你要获取边界inlet和outlet的面积时,为Area([“outlet,inlet”])

Average (<expr>, [location], Weight= None | ”Area” | ”Volume”)

当你要获取入口的面积加权平均温度时,为

Average (StaticTemperature,[“inlet”], Weight = “Area”)

当然还可获取具体 位置(如某边界或域)的最大、最小、求和值以及体积等

• Maximum (<expr>,[location,…])

• Minimum (<expr>,[location,…])

• Sum (<expr>, [location,…],Weight = None | ”Area” | ”Volume”)

• Volume ([location,…])

支持并行计算
可以使用简单的逻辑完成复杂的定义:
IF (条件, true, false)
OR (条件 1, 条件 2)
AND (条件 1, 条件 2)
IF 语句使用示例

OR 的使用示例

支持三角函数

sin, cos, tan, asin,acos,atan,sinh,cosh,
tanh, asinh,acosh,atanh

和其他函数

exp, log, log10, abs, sqrt

示例:用出口温度控制计算域的源项

根据平均出口温度调整某一区域的热源的实例

4.变量

  Variables:变量(在上述表达式, t 是一个 variable)

§可以是场和解的变量
§Fluent中的变量可以在表达式编辑器面板的菜单中找到
§常用变量的别名(例如“t”=时间,“x”=x坐标,…)
在上下文菜单中选择的变量将显示在表达式中

variable

Description



Time

Current  time



Timestep

Current  time step



DeltaTime

Current  time step



Iteration

Current  iteration count


Alias notation

variable

Description

x, y, z

x, y, z coordinates

u, v, w

x, y, z direction  velocity

t, dt, iter

Time  step, ticks, number of iterations

T

Static  temperature

P

Static  pressure

mf

Mass  fraction

variable

Description

PI

Pi

e

Number  of napiers (2.718…)

R

Gas  constant

avogadro

Avogadro's  number

boltzmann

Boltzmann  constant

clight

speed  of light

echarge

Electric  quantity

g

Gravity  acceleration

planck

Planck's  constant

stephan

Stefan-Boltzmann  constant

mupermo

Permeability

其他可以访问到的流场变量可以查阅帮助手册
来源:CFD仿真区
ACTFluentSystemUDFUMElectric控制
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-10-13
最近编辑:1月前
濮小川CFD
硕士 心不唤物,物不至!
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