1 ANSYS Fluent Tutorial Part 1 This tutorial introduces you to theANSYS workbench and Fluent environments. Upon completing this tutorial you will understand: ANSYS workbench environment o Create a new project, create geometry, mesh the domain, identify and name boundary conditions, grid adaptation Flow simulation in Fluent o Export mesh to Fluent, apply boundary conditions, iterate toward the solution, examine the flow fields, obtain numerical results, examine and validate the results Project 1 description: Simulate fluid flow through a rectangular channel shown below. Figure 1.1 Consider air flowing through a rectangular channel of 2cm height and 10cm length. Assume that the channel has an infinite width. Inlet air velocity is 0.1 / ݏat the inlet and outlet is at the atmospheric pressure. Wall Wall Velocity Outflow 2 cm 10 cm
24

ANSYS Fluent Tutorial Part 1 - Clarkson University...ANSYS Fluent Tutorial Part 1 This tutorial introduces you to the ANSYS workbench and Fluent environments. Upon completing this

Dec 25, 2019

Documents

dariahiddleston
Welcome message from author
Transcript

1

ANSYS Fluent Tutorial Part 1

This tutorial introduces you to the ANSYS workbench and Fluent environments.  Upon completing this

tutorial you will understand:

ANSYS workbench environment

o Create a new project, create geometry, mesh the domain, identify and name boundary

Flow simulation in Fluent

o Export mesh to Fluent, apply boundary conditions, iterate toward  the solution, examine the

flow fields, obtain numerical results,  examine and validate the results

Project 1 description:

Simulate fluid flow through a rectangular channel shown below.

Figure 1.1

Consider air flowing through a rectangular channel of 2cm height and 10cm length. Assume that the channel

has an infinite width. Inlet air velocity is 0.1 / at the inlet and outlet is at the atmospheric pressure.

Wall

Wall

Velocity

Outflow

2 cm

10 cm

1 ANSY

1.1 Ope

1. Ope

2. Typ

3. Sele

4. Alte

star

1.2 Crea

1. Und

mo

dou

2. You

Pro

diff

flue

3. Sav

YS Workb

n Workben

en the Start M

pe Workbench

ect the icon fo

ernately, you

ate a Fluid F

der the Tool

odule over  to

uble‐click.

u will see you

oject 1 Lamin

ferentiate th

ent simulatio

ve the projec

bench

ch

h into the sea

or Workbenc

can find it in

Flow (Fluent

box tab (left

o the Works

ur  new Proje

nar Flow Coa

he project file

ons you will

ct in your U:/

Toolbo

arch

ch 17.1

the ANSYS 1

t) Project

pace (white

ect appear.

arse Mesh.  T

e from some

be creating.

/ drive.

F

Pr

ox

2

2

7.1 folder of

ag the FLUEN

space) or

Name it

This will

e of the othe

Figure 1.2

oject Box

2

the

NT

er

x

Figuree 1.1

1.3 Set u

1. On

2. Sele

will

3. On

righ

proj

up Workben

ect Files. A me

be a bunch c

ht side of the

ject.

1

2

3

nch Informa

u, click View

enu will pop

created as yo

u again, click

screen.  The

ation

up at the bot

u progress an

View, and se

Properties m

F

Files M

3

ttom.  This ca

nd it may be i

lect Propertie

Figure 1.3

enu

n tell you wh

mportant to

es.  This time

nge as you se

P

ere the files a

note the loca

lect different

Properties

are stored.  T

ation.

appear on th

t tabs on your

There

he

1.4 Set A

1. Wit

2. Und

1.5 New

1. In t

2. Sele

3. ANS

ope

Note th

you ma

Just sav

such as

Analysis typ

thin your Pro

Fi

w Geometry

the Project B

ect New Des

SYS Design M

en.

hat you can

s .STP

oject box, sin

ed Geometry

igure 1.4

Box, right‐cli

sign Modele

Modeler (DM

also Import

metry in a CA

file as a univ

ngle‐click Ge

y Options, se

ck Geometry

er Geometry

M) will then

Geometry i

versal format

4

eometry.  Yo

et Analysis T

y.

y…

.

t,

2

ur Propertie

Type to 2D.

Figure 1.5

2 ANSY

2.1 Crea

1. In t

2. In t

XYP

3. On

the

4. To b

that

Tree Ou

YS Design

ating a New

he Tree Outli

Plane

the Coordina

XY plane.  Yo

begin drawing

t the Sketchin

utline

Modeler

Sketch

u, click the Ne

ate System in

ou can also fa

g the geomet

ng Toolboxes

2. New

u), click XYPla

ew Sketch ico

the bottom‐

miliarize you

try, select the

F

Sketch

5

ane

on.  Sketch 1 w

right corner,

rself with the

e Sketching ta

eplace your T

Figure 2.1

will appear in

click the +Z‐a

e zooming and

ab at the bott

Tree Outline.

n your Tree O

axis to snap y

d panning fun

tom of the Tr

Outline under

your view to 2

nctions.

ree Outline.  N

2D in

Note

2.2 Draw

1. In t

2. Cre

the

2.3 Cons

1. In t

2. Sele

3. Clic

The

4. Do t

wing the Ge

he Sketching

ate the recta

location and

straining Ge

he Sketching

ect Coinciden

k the edge of

e edges of the

this for both

eometry

Toolbox, und

ngle of any si

size next.

eometry to

Toolbox, sel

nce.  This will

f the rectangl

e rectangle wi

edges of the

Draw

Editi

der Draw, clic

ize anywhere

F

the Axis

ect the Const

set a rule for

e you want to

ill change col

rectangle, so

F

wing Tools

ng Tools

6

ck Rectangle.

Figure 2.2

traints dropd

r an edge to c

o constrain a

or if they are

o that its lowe

Figure 2.3

.  Your cursor

1 of your dra

own.

coincide with

nd then selec

fully constra

er left corner

r will become

awing canvas

another.

ct the axis you

ined.

is at the origi

a pencil.

.  We will con

u want to loc

in (0, 0).

nstrain

k it to.

2.4 Dime

1. In t

2. Sele

3. Sele

the

4. Wh

and

5. Cre

1

ensioning th

he Sketching

ect General.

ect the edge o

dimension la

en you create

ate a dimens

0.1  and

he Geomet

Toolbox, sele

You can also

of the rectang

abel.

e a dimension

t the size of th

ion for the ho

d  2 0.02

ry

ect the Dimen

use Horizont

gle you want

n, it will show

he rectangle.

orizontal and

, respective

F

7

nsions dropdo

tal or Vertica

to dimension

w up in the De

vertical lines

ly.

Figure 2.4

own

l for their res

n.  Click above

etails View m

s of the rectan

spective lines

e or next to t

ngle and set t

hat edge to p

n edit these v

their values to

place

values

2.5 Cre

1. Cl

2. O

3. Se

4. Cl

ge

5. Yo

eating a Sur

lick back to th

On the top me

elect your ske

lick the Gene

enerated.

ou are now d

1

2

rface

he Modeling

enu, open the

etch and then

erate button i

one with crea

3

Tab at the bo

e Concept dro

n click Apply i

n the top me

ating your ge

4

8

ottom of the S

opdown and s

in the Details

nu.  Your par

ometry.  Click

Figure 2.5

Sketching To

select Surface

s View (botto

rt will fill gray

k Save and cl

oolbox.

e from Sketch

y when the su

ose Design M

hes.

).

urface is

Modeler.

3 Me

3.1 Op

1. G

2. N

3. Sa

4. In

5. T

shing

pen Meshing

Go back into

Note that you

ave the Proj

n the Project

he Mesh Ed

ANSYS Wor

u should see

ject.

t Box, right‐

itor will ope

rkbench.

e a checkmar

click Mesh a

en and your G

9

rk next to Ge

and select Ed

Geometry s

Figure 3.1

eometry in y

dit…

hould autom

your Project

matically loa

t Box.

d.

3.2 Set

1. W

Zo

fa

2. In

3. Th

4. U

5. U

t up Meshin

With the Mesh

oom to Fit (b

amiliarize you

n the Outline

he Details Me

nder the Def

nder the Mat

ng

h Editor open

utton in the T

urself with the

enu (bottom

finition tab, c

terial tab, cha

n, orient your

e zooming an

de), expand o

left) will chan

hange the Th

ange the Flui

10

view, if nece

th a Cube ins

d panning fu

out the Geom

nge to proper

hickness to

d/Solid to Flu

Figure 3.2

essary, with th

side a Magnify

nctions.

metry tree (pl

rties of the Su

uid.

he coordinate

ying Glass).  Y

us sign) and c

urface Body

e system and

You can also

click Surface

Body

3.3 Set

1. In

2. Th

3. Se

4. Th

t Mesh Reso

n the Outline

he Details me

et Min Size, M

his will set yo

olution

enu will chan

Max Face Size

our grid size to

the Mesh tab

ge to propert

e, and Max Te

o 1 mm spaci

11

ties of the Me

et Size all to

ng.

Figure 3.3

esh.

3.4 Set

1. Fa

Fa

2. U

3. O

M

4. A

sh

5. In

6. In

yo

t Mesh to Q

amiliarize you

ace Selection

se the Face S

Once it is selec

Meshing

Face Meshin

how its prope

n the Details M

n the top men

our mesh sho

urself with th

n, and Body S

Selection tool

cted (the face

ng will appear

erties.

nu, click Gene

ould appear o

als

e types of sel

election.

l to select the

e turns green)

r in your Outl

sure Method

erate Mesh.

over your geo

6

12

lection tools.

e face of the g

), right‐click t

d is set to Qua

If you click th

metry.

Figure 3.4

3

There is Ver

geometry

the geometry

Once it is selec

he Mesh icon

rtex Selection

y and Insert M

cted, the Det

in the Outlin

n, Edge Selec

Mapped Face

tion,

ll

n,

3.5 Bo

1. In

2. R

3. N

4. R

re

5. Th

6. C

yo

W

fi

co

undary Lab

n the Top Me

ight‐click the

Name this edg

epeat the pro

espectively.

his naming pr

lick File, Save

ou can select

Workbench Pr

le to a new P

orrect before

beling

nu, use the e

left edge and

ge inlet.

ocess for the

rocess helps F

e Project, and

File, Export,

roject become

roject.  Note

exporting.

edge selection

d select Creat

other edges,

Fluent determ

d return to AN

and change t

es corrupted,

that you will

13

n tool to selec

te Named Se

naming the w

mine Boundar

NSYS.  If you w

the file type t

you can resu

not be able t

Figure 3.5

ct the left ed

lection

wall_top, wa

ry Conditions

want to creat

o .msh.  If for

ume from this

to edit your .m

ge of your ge

ll_bottom, an

s.

te a backup fi

r some reason

s point by imp

msh file, so in

eometry

nd outflow,

le of the Mes

n, your

porting the .m

nspect that it

sh,

msh

is

4 Flue

4.1 Upd

1. Ba

me

2. To

sho

4.2 Star

1. To

the

ent

dating Proje

ck in Workbe

eans that you

update the M

ould appear.

rting Fluent

open Fluent,

e following op

ect

ench, you may

ur Mesh has n

Mesh, right‐c

, double‐click

ptions and cli

y notice a Lig

not been upda

click Mesh and

Fi

k Setup in the

ck OK.

Fi

14

ghtning Bolt n

ated yet.

d select Upda

igure 4.1

Project Box.

igure 4.2

next to the M

ate.  Once it i

A dialog wil

Mesh in your P

s done, a gre

l pop up with

Project Box.  T

een checkmar

h settings.  Se

This

rk

lect

4.3 Flue

1. Flu

2. Op

res

ent Layout

uent is segme

a. Top Rib

b. Tree – E

d. Main W

e. Console

perating Fluen

b

ented into sev

Each step of s

age – The setu

Window – View

e – The comm

nt will mainly

k Page.

ting propertie

setting up the

up of variable

w the domain

mand line sho

consist of ru

Fi

c

15

es

e simulation

es and proper

n, simulation

owing progres

nning down t

igure 4.3

rties in each s

progress, or

ss or errors.

the Tree and

step of the Tr

results

editing varia

ree

bles in each

a

d

e

a

d

4.4 Setu

Note: Reco

1. Me

2. So

3. Gr

up – Genera

ommended se

esh

a. Once Fl

you can

b. If you n

the solu

c. You ma

lver

a. Type

i.

ii.

b. Velocity

i.

ii.

c. Time

i.

ii.

d. 2D spac

i.

ii.

iii.

avity can incl

al

elections for P

uent opens, y

n manually dis

eed to scale

ution in SI uni

y also Check

Pressure‐Ba

Density‐Base

energy, mom

y Formulation

Absolute is w

Relative may

Transient is

ce

Planar is you

Axisymmetr

Axisymmetr

velocity

ude buoyanc

Project 1 are

your geometr

splay compon

the geometry

its), you can a

the mesh for

sed for low‐s

ed reserved f

mentum, or s

where majori

y be useful in

used if the so

ur standard 2

ic revolves th

ic swirl revolv

y effects for f

Fi

16

in Bold and U

ry and mesh s

nents by click

y (e.g. you ma

also do it here

r errors and q

speed incomp

for flows with

pecies.

ity of the dom

cases where

y‐state (deve

olution is a fu

D space in Ca

he domain aro

ves the doma

flows or gravi

igure 4.4

Underlined

should autom

king Display in

e.

quality here.

pressible to h

h strong interd

main is non‐ro

e the domain

eloped) soluti

nction in tim

artesian coord

ound an axis

ain around an

itational settl

matically disp

metry in inche

igh‐speed co

dependence

otational

rotates

on

dinates

(e.g. cylindric

n axis with som

ling in particle

lay.  If it does

age.

es and you wa

mpressible flo

between den

cal coordinate

me tangentia

e tracking.

sn’t,

ant

ows

nsity,

es)

4.5 Setu

Description

1. En

(e.

2. Vis

flo

ap

3. Sp

4. Dis

up – Model

ns:

ergy tracking

g. diffusion, a

scous Model

w, simply cho

proximate a s

ecies tracking

screte Phase

g is used for h

air density, re

determines h

oose the Lam

solution.  The

g is when you

is used for pa

heat transfer s

elative humid

how you solve

minar model.

e most comm

u would simu

article trackin

Fi

17

solutions and

ity)

e/simplify the

For Turbulen

on is k‐epsilo

late a species

ng within the

igure 4.5

d things that a

e Navier‐Stok

nt flow, you h

on because of

s (e.g. relative

fluid.

are a function

kes equations

ave several o

f its simplicity

e humidity) m

n of temperat

.  For Lamina

options that

y.

mixing/diffusi

ture

ng

4.6 Setu

If you want

material su

Default pro

Note that C

up – Materi

t to change e

urface roughn

operties are f

Cell Zone Con

ials

nvironmenta

ness (affects s

fine.

nditions will b

l conditions,

skin friction),

Fi

be skipped ov

18

such as the w

you can do it

igure 4.6

er (defaults a

working fluid

t in this tab

are fine).

(e.g. air, wateer, helium) orr

4.7 Setu

This is whe

during mes

1. Inl

2. Ou

the

3. Wa

up – Bound

ere we’ll defin

shing corresp

et – Set your

utflow – defa

e mass flow t

all – Both def

ary Conditi

ne the bound

pond to the bo

Velocity Mag

ult weighting

hat exits each

fault stationa

ons

ary condition

oundaries fou

gnitude to 0.

of 1.  If you h

h outflow (e.g

ry wall with n

Fi

19

ns for the sim

und in fluent.

1 m/s

have multiple

g. 0.2 outflow

no slip.  For o

igure 4.7

ulation.  Note

Select a zon

e outflows, yo

w 1, 0.8 outflo

ther cases, yo

e that the edg

ne and click Ed

ou can scale t

ow 2)

ou may want

ges you label

dit…

the proportio

a moving wa

ed

n of

all.

4.8 Solu

1. Sch

2. Gr

3. Pre

4. Mo

ution – Solu

heme

a. SIMPLE

b. SIMPLE

laminar

c. PISO – (

mesh w

a. Green‐G

b. Green‐G

c. Least Sq

essure

a. Standar

pressur

changes

b. PRESTO

c. Linear –

d. Second

e. Body Fo

omentum

a. First Or

i.e. diss

b. Second

mesh g

ution Metho

E – (Semi‐Imp

C – (SIMPLE‐C

r flows with n

(Pressure‐Imp

with high skew

Gauss Cell Ba

Gauss Node B

quares Cell Ba

rd – The defa

s are present

O! – For highly

– When other

‐Order – Use

orce Weighte

rder Upwind –

ipates large g

Order Upwin

rid direction e

ods

licit Method f

Consistent) A

no physical mo

plicit with Spl

wness

ased – Defaul

Based – Minim

ased – For po

ault scheme. R

near boundar

t in the flow –

y swirling flow

r options resu

for compress

d – When for

– Easiest conv

nd – 2nd orde

e.g. during tr

Fi

20

for Pressure‐

Allows faster c

odels employ

litting of Ope

t method, so

mizes false dif

olyhedral mes

Reduced accu

ies (but shou

– PRESTO! sch

ws, steep pres

ult in converg

sible flows

rces are large

vergence, onl

d can suppres

r accuracy, es

i/tet mesh

igure 4.8

convergence

yed)

rators) For un

lution may ha

ffusion, recom

shes, same ac

uracy for flow

ld not be use

heme should

gence difficult

e e.g. high Ra

ly first order a

s small/sharp

ssential when

tions) Default

for simple pr

ave false diffu

mmended for

ccuracy, prop

ws with large s

ed when steep

be used inste

nts, or curved

ties or unphy

convection, s

accurate, and

p features

n flow is not a

t, robust.

roblems (e.g.,

problems or

usion/smeari

r tri/tet mesh

perties as nod

surface‐norm

p pressure

d domains

sical behavio

swirling flows

d very diffusiv

aligned with

ng

mal

ve

4.9 Solu

1. Se

2. Un

Re

3. Un

sol

cal

sol

ution – Mon

lect Residuals

nder Residual

siduals by the

nder Converge

lution has con

lculating the s

lution until it

nitors

s and click Ed

Values, chec

e maximum R

ence Criterio

nverged to a

solution early

reaches the n

dit…

ck the box tha

Residuals and

n, select Non

value that yo

y.  By turning

number of ite

Fi

21

at says Norma

can be used

ne.  The Conv

ou determine

this feature o

erations you s

igure 4.9

alize.  This sc

as a better g

ergence Crite

to be accurat

off, Fluent wi

set.

ales the last i

auge for conv

erion tells Flu

te enough an

ill continue ca

iteration of

vergence.

ent when the

nd stops

alculating the

4.10 SoluSelect your

1. Sta

val

co

yo

the

2. Hy

eq

ution – Solu

r initialization

andard Initial

lues that are

nverge faster

u set earlier)

e flow to a co

ybrid Initializa

uation to est

ution Initiali

n technique, t

lization – This

the closest to

r.  Compute fr

and applies it

onverged stea

tion – Provid

imate a flow

zation

the boundary

s sets all mes

o what you th

rom Inlet tak

t to the whol

es a quick ap

field and pres

Fig

22

y to initialize w

h cells to a si

hink the final

kes inlet cond

e mesh as a s

ution

proximation

ssure field.

gure 4.10

with, and the

ngle starting

solution will

itions (from t

starting guess

of the flow fi

en click Initial

value.  Typica

look like to h

the boundary

s.  The calcula

eld by solving

ize

ally, you sele

elp the soluti

y conditions ta

ations then re

g Laplace’s

ct

ion

ab

efine

4.11 Solu1. SA

2. Ch

3. Set

sto

tha

4. Clic

ution – Run

AVE YOUR WO

eck Case to m

a. Note: S

order M

good su

Least Sq

t the Number

op at around

at time calcul

ck Calculate

Calculation

ORK BEFORE P

make sure eve

ince I selecte

Momentum So

uggestion, so

quares for Gr

r of Iteration

200 and chec

ating to find

PROCEEDING

erything is go

d First order

olver (second

I went back t

s to 1000.  Yo

ck that the flo

Fig

23

(sometimes

ood to go (you

upwind earlie

d order upwin

to solution m

can make tha

ou can always

ows/magnitud

mistake setti

gure 4.11

Fluent crashe

ur mesh, bou

er, my Fluent

nd) for improv

ethods and c

at change too

s stop the cal

des make som

ing the bound

es).  File, Save

ndary condit

t recommend

ved accuracy

changed it.  It

o.

culation early

me sense befo

dary conditio

e Project

ions, etc.)

ded using a hi

.  This may be

also suggeste

y.  Sometime

ore spending

ons.

gher

e a

ed

s I’ll

all

4.12 CalcOnce the p

parameter

Note that m

Also note t

Once you h

culating Sol

program calcu

s (in this case

my solution c

that the Cons

have a solutio

ution

ulates, you’ll s

e, continuity,

converged aft

ole prints the

on calculated,

see a plot of t

x‐velocity, y‐v

er approxima

e residuals co

, save your w

Fig

24

the residuals

velocity).

ately 400 itera

rresponding t

ork again.

gure 4.12

(errors) for e

ations to the

to each iterat

each of the eq

minimum er

tion.

quation

ror.