第8讲 自适应网格和fluent计算数据的后处理（学生用）

FLUENT模拟中的关键问题与数据后处理 以混合问题为例： 一、 自定义函数（p57） 使用命令：Define>Custom Field Function 打开自定义函数 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 对话框： 以定义速度水头为例： 显示自定义函数的数值分布： 使用命令：Display>Contours… 取消 Filled选项，保留其它默认设置，点击 Display 点击 Close,结果见下图： 二、 使用二阶离散化方法重新计算 为了提高计算精度，对于计算当中的变量可以在离散格式中，提高其精度： 1）使用命令：Solve>Controls>Solution 在 条目下，选择能量项，并选择 ，此时要修改相 应的能量方程的松弛因子为 0.8。 点击 OK。 2）再进行 200次计算： 得到的结果明显改善： 提高精度后的结果和前的结果比较 三、 自适应网格 FLUENT设置自适应网格的目的是为了提高计算精度。 1. Display>contours…，选择温度作为显示对象； 2. 取消 node values选项，再点击 display，看到单元边界不光滑，即梯度很 大，其范围也会显示出来； 从图中可以明显的看到，单元间边界很不光滑了。为了改进梯度变化较大的区域 的精度，我们必须建立梯度比较大的网格组合，以便于细分网格，提高计算精度。 3. 在 contours of 下拉菜单中，选择 adption…和 adaption function; 显示用于改进计算精度的网格图： 取消 node values选项；点击 display; 4. 把梯度范围大于 0.01的显示出来， 取消 Options项下的 Auto Range,设定 min为 0.01，把梯度大于 0.01的边界节 点显示出来： 如果把 min设置为 0.005，网格数量明显增加： 5. 对高温度梯度的范围进行改进： 使用 Adapt>Gradient对计算区域重新修正； 取消上 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 中的 Coarsen选项，点击 Compute，Fluent将修正 Min和 Max, 把 threshold值改为 0.01,点击 Mark，这时实际上对比较高梯度的网格节点进行 了标记。 再点击 Manage，打开单元标记对话框： 点击 Display，此时会显示要改进网格划分的单元： 点击 Adapt，点击 Yes，对网格进行改进： 改进前后的网格对比 再对问题进行计算，迭代若干次达到新的收敛后，结果得到改善： 自适应网格后 自适应网格前： 四、 Fluent数据后处理 1. TECPLOT简介 Tecplot 是 Amtec 公司推出的一个功能强大的科学汇图软件。它提供了丰富的绘图格 式，包括 x-y曲线图，多种格式的的 2-D和 3-D面绘图，和 3-D体绘图格式。而且软件易学 易用，界面友好。而且针对于 Fluent软件有专门的数据接口，可以直接读入*.cas和*.dat文 件，也可以在 Fluent 软件中选择输出的面和变量，然后直接输出 tecplot 格式文档。本章将 根据 9.0版进行介绍。 （一）Tecplot 基本功能 本章将介绍 tecplot 的基本界面并将根据 Tecplot 软件自带的数据例子，通过简单的创 建各种图形的过程，对 Tecplot 的强大功能作一个基本介绍。 1.1 Tecplot软件的启动 在 windows 操作系统中启动 tecplot软件极为简单，可以从开始按钮或者直接从桌面的 快捷图标直接启动。 从开始按钮启动步骤如下： 1． 单击开始按钮，并选择程序。 2． 选择 tecplot9.0文件夹。 3． 单击 tecplot. 随着启动标志的加载完成，Tecplot窗口就出现了，窗口如下图 1-1所示： 图 1-1 windows操作系统下 Tecplot界面 1.2 界面 图 1-2 为在没有加在任何数据的情况下，tecplot 的开始界面。界面共可以分成四个 区，菜单条，工具栏，工作区和状态栏。 图 1-2 Tecplot 界面分析 1．菜单栏 菜单栏，如图 1-3，通过它可以使用绝大多数 tecplot 的功能，它的使用方式类似于 一般的 windows 程序是通过对话框，或者二级窗口来完成的。 图 1-3 菜单栏 Tecplot的功能都包含在如下菜单中： * File: 进行文件的读写，打印，输出曲线，记录宏，设定记录配置，退出。 * Edit: 进行剪切，复制，粘贴，清除，上提与下压显示顺序，修改数据点等功能。 Tecplot的剪切，复制和粘贴只在 tecplot内部有用。如果想和 windows的其它程序交换 图形，可以用 copy plot to clipboard 功能。 * View: 用来控制观察数据位置，包括比例，范围，3-D旋转，还可以用来进行祯之间 的粘贴。 * Axis: 控制 XY, 2D,3D祯模式。 * Field: 用来控制控制 XY, 2D,3D祯模式中的网格，等值线，矢量，阴影，流线，3-D 等值面， 3-D切片，边界曲线等。 * XY: 控制 X-Y曲线绘制。 * Style: 控制文本，几何体（多线，园，矩形，椭圆，正方形），数据标签，空格等功 能。 * Data:用来创建，操纵，检查数据。在 tecplot中可以进行的数据操作包括，创建区域， 插值， 三角测量以及创建和修改由类似 Fortran公式创建数据。 * Frame: 创建，编辑，控制祯。 * Workspace: 用来控制工作区的属性，包括色彩图例，页面网格，显示选项，和标尺。 * Tools: 用来快速运行宏，可以定义，创建。或者创建简单的动画。 * Help: 打开帮助文档 2．工具栏 通过 Tecplot的工具栏，可以进行经常用到的画图控制。许多工具的外形类似于要进行 工作的性质。另外还可以控制祯的模式，活动祯，和快照模式。工具栏如图 1-4。 图 1-4 工具栏 （1）祯模式 祯模式决定了当前祯显示的图形格式。共有四种： 1) 1．3D : 创建 3-D面或者体图像。 2) 2．2D :创建 2-D图。 3) XY :xy曲线图。 4) 4．S (草图):没有数据的图形，例如流动图表和视图。 （2）区域/图形层 该选项决定了祯显示数据的格式。完全的绘图内容包括所有的图层，文字，几何形状， 以及添加于图形基本数据其它因素。共有 6种区域的 2D和 3D祯模式，4种 XY祯模式， 但没有草图模式。 6种 2D和 3D区域祯模式，如图 1-4所示： 1) * Mesh(网格):网格区域层用线连接数据点。 2) * Contour（等值线）: 等值线区域层绘制等值线，可以是线或者常值或线间的 区域，或者两者都有。 3) * Vector（矢量）: 绘制数值方向与大小。 4) * Scatter（散点）: 在每一个数据点绘制符号。 5) * Shade（阴影）: 用指定的固体颜色对指定区域进行着色，或者对 3D 绘图 添加光源。 6) * Boundary（边界）: 对于指定区域绘制边界。 四种 XY模式下的图形层如图 1-5。 图 1-5 XY图形态图 1) * Lines（线状图）:这种图形绘制一对变量，线可以为分段线或者逼近线。 2) * Symbols（符号图）: 绘制一对变量，由一个符号代表独立的数据点。 3) * Bars（柱状图）: 绘制一对变量，水平或者垂直图表。 4) * Error Bars（误差柱状图）: 该图形可以用几种格式绘制误差柱状图。 (3)区域效果 对于 3D祯来说，会出现如图 16的选择框。只对着色的等值线绘图起作用。 图 16 区域效果选项 (4)重画按钮 重画按钮（redraw button） Tecplot 并不在每次图表更新后都自动重画，除非选择自动重画（automatically redraw）。 用 redraw按钮可以手动更新。 Redraw（重画）:指重画当前祯。 Redraw All（全部重画）:重画全部祯，shift+redraw all 会重新生成工作区。 自动重画（auto redraw）会连续不断的自动更新图表。 显示选项按钮（display option button）:用来设定 tecplot的状态栏和性能参数。 绘图属性按钮（plot attributes button）:可以打开绘图属性对话框进行区域显示设置。 工具按钮（tool button）:每一个工具按钮都有相应的鼠标形状。共有 28 种，12 类。 如图 1-7。 图 1-7 工具栏与鼠标模式 * Contour mouse modes. 等值线鼠标模式 流线鼠标模式 祯鼠标模式 创建域鼠标模式 3D旋转鼠标模式 文字鼠标模式 几何形状鼠标模式 鼠标指示模式：选择与调整 视图模式：放大与移动/放大 鼠标然探测模式 导出数据鼠标模式 状态栏 Tecplot 窗口底部的状态栏，在鼠标移动过工具栏时会给出帮助提示。工具栏的设定可 以在 file->preferences中设定。 工作区 工作区如图 1-8所示，是进行绘图工作的区域。绘图工作都是在祯中完成的，类似于操 作一个窗口。在默认情况下，Tecplot显示网格和标尺。所有的操作都是在当前祯中完成的。 图 1-8 工作区 （二）Tecplot 数据格式 Tecplot 中的数据分为两个层次，如图 2-1 所示： 图 2-1 Tecplot 数据结构示意图 Tecplot 中最高等级的数据被称作是一个数据系列。它包括一个或者多个数据区域，数 据块等。区域为数据结构中的第二等级，可以从数据文件中读入或者利用 Tecplot 进行创建。 在运行 Tecplot 软件时，每当读入数据文件，或者创建区域时系统便会把数据加入到活动祯 的数据结构中去。同一个数据系列可以和多个祯连接，如图 2-2。 图 2-2 多祯数据连接方式 如果读入的数据文件超过一个，Tecplot 软件会自动将数据分组为一个数据系列，而且 对每个数据点都包含有相同的变量参数，但是并不要求所有的数据文件的参数顺序都相 同。 Tecplot 中应用相同数据系列祯的标题颜色相同。图 2-3 给出了一个复杂的 Tecplot 数 据文件结构。图中，祯 1 和祯 2 利用数据系列 1，由一个包含有 3 个区域的数据文件构 成；祯 3和利用数据系列 2， 由 1 个包含 2 个数据区域的数据文件和 1 个包含 3 个数 据区域的数据文件组成；祯 4 利用数据系列 3，由 1 个包含 2 个区域的 1 个数据文件构 成。 图 2-3 复杂数据结构 1．多数据区域 多数据区域可以用来方便绘制复杂结构，或者细分结构图标。也可以用来表示不同时间 步的数据，或者不同测量方法的数据。图 2-4 为一个利用多区域数据的范例。 图 2-4 多数据区域应用示例 2．数据区域中的数据结构 Tecplot 可以使用两种数据类型：有序数据和有限元数据。 （1）有序数据 有序数据是一列按照逻辑保存于 1维，2维或者 3维数据组中。在 tecplot中应用 I、J、 K用来表示数据组维数下标。最常见的数据形式为： 1) I序列：I维数据组点数大于 1并且 JK维数据点数为 1。I维数据点数为整个数据组 数据点数。 2) IJ序列：两维数组 IJ的数据点数大于 1并且 K维数据点数为 1，数据点数为 IJ维数 据点的乘积。 3) IJK序列：三维数据组中 IJK维数据点歌数大于 1，数据点个数为 IJK数据点个数的 乘积。 其他系列的数据格式可能也有效，但却不能用 Tecplot进行创建，但可以由其他的程序 进行创建，例如： J序列或者 K序列：类似于 I系列，却变成了 J或者 K维数据点数大于 1 并且其他维数据点个数等于 1。 JK和 IK系列：类似于 IJ 序列，都是三维中两维数据点 数大于 1，而剩余 1维数据点数为 1。 I、J或者 K序列数据 通常由一维数组，由某个参数作为指数。对于 I系列，最常见的形式为：I=1,=2， I=3,…I=Imax, 如果用表格来表示，共有 N 个变量（V1,V2,V3,…,VN）。每一行代表一 个参数。图表会如图 2-5所示： 表 2-1 I序列数据表（适用于 XY曲线绘图） 1．IJ序列数据 可以应用于 2D或者 3D表面场曲线，按照 2参数网格组织。每一个数据点由一系列的 两个参数（I和 J）,并且具有四个相邻数据点。如图 2-6所示： 图 2-6 IJ系列数据点相邻数据 图 2-7 左为 2D祯模式，IJ序列数据点；右 3D祯模式，IJ序列数据点 2．IJK序列数据点 IJK 序列数据点通常按照 3 参数网格组织。每个点由一系列的三个参数（I,J,K），并且 有 6个邻数据点（边界除外）。如图 2-8所示。 图 2-8 IJK序列数据相邻数据 3．I平面，J平面和 K平面 对于 IJK序列数据来说，一个很重要的概念便是 I平面，J平面和 K平面。K平面是 按照有相同 K 指数的数据点相连而成的平面，I,J 用来表示在整个区域中的范围。这样，K 平面实际上有两个参数顺序，类似于 IJ 顺序。注意 K 平面并不一定是严格意义上的平面， 这不过是代表它存在于 IJK空间。简单示例如图 2-9， 2-10， 2-11， 2-12。 4．IJK序列数据绘图 IJK序列数据的绘制要比绘制 I或者 IJ 序列数据复杂的多，对于 IJK数据可以有更多 的选择来确定显示数据的方式。 图 2-9 IJK方向和 IJK序列区 图 2-10 I平面和 IJK区 图 2-11 J平面和 IJK序列区 图 2-12 K平面和 IJK序列区 2．有限元数据(finite-elementary)或称 FE数据,是一种把数据点作为 2D或者 3D空间中 的点按 照规定连接形成单元或者网格的数据结构方法。 有限元数据可以分为两类： （1） FE-表面：用系列三角形或者四边形定义 2D场或者 3D面。 （2） FE-体：用系列四面体或者块单元定义 3D场。 对于任何一种类型，理论上来说没有数据点个数的极限，但是由于计算机内存容量的限 制实际上是有极限的。 （1）FE-体数据 有限元体数据可以包含四个点（四面体）或者八个点（块）。每个区域的单元数据必须 全部为四面体或者块，不能同区中同时包含两种数据。有限元体的节点连接方式见图 2-13和图 2-14。在块格式中，点可以重复连接 4-，5-，6-和 7-点元。例如，节点列表如 “n1n1n1n1n5n6n7n8”，会生成四边形为底的棱锥单元。图 2-15为一个有限元体数据绘 图示例。 图 2-13 四面体有限体元连接性 图 2-14 块有限体元连接性 图 2-15 有限体单元网格绘图 （2）查看数据系列信息 可以利用数据（Data）菜单的子菜单数据系列信息（Data Set Info）选项，来打开数据 系列信息（Data Set Information ）窗口查看当前数据系列的信息，包括数据系列头，区域， 和变量名称，以及选择变量的最大与最小值。也可以用来改变数据系列的头标志，区域，变 量名称等。窗口如图 2-16所示： 图 2-16 数据信息窗口 数据窗口共有两页，zone/variable页包含的信息如下： Zone(s)（区域）: 按编号列出所有的区域，以及他们的头标题。 Zone Name（区域名称）:输入选定区域的新名称。 Zone Type （区域类型）:显示列表中选定区域的类型。对于 FE序列数据，包含 Imax,Jmax 和 KMax。对于有限元数据，显示元素类型，点数和单元个数。 变量:按名称类出所有变量。选定一个变量可以更改其名称。 Variable Name（变量名）:输入选定变量的新名称 Var Type（变量类型）: 显示选定变量类型。 *Var Range（变量范围—选定参数）: 显示选定变量的取值范围。 * Var Range（变量范围—激活区域）: 显示激活区域所有变量的最大最小值。 在数据设定（Data Set ）页面包含下列信息： Data Set Title（数据系列标题）:输入当前数据标题，或者编辑当前数据标题。 Data File(数据文件):列出所有外部数据文件的文件名和路径。 Var Load Mode（变量加载模式）:根据所用的方法，该项为根据位置（by position）或者 根 据名称( by name)。 （三）TECPLOT读入 FLUENT文件 Tecplot可以直接读取 10种软件生成的数据文件。详细列表如下： 计算流体力学通用注释系统格式（Computational Fluid Dynamics General Notation System (CGNS)） 数字评价图格式（Digital Elevation Map (DEM)） 数字交换格式（Digital eXchange Format (DXF)） Excel表 (Windows only). Fluent 版本 5.0以上 (.cas and .dat). Gridgen格式 Hierarchical Data Format (HDF). Image文件 PLOT3D文件 Text spreadsheet文件。 数据加载的通用步骤为 File->Import 如图 3-1。 图 3-1 数据加载窗口 本节下面将详细讲解 Fluent文件（.cas,.dat）文件的加载过程。 由于 Tecplot只可接受 Fluent5.0及以上版本的数据，所以要想读入早期版本的文件就必 须首先读入 5．0或以上版本重新保存后读入。Fluent 格式文件的数据都保存于网格中心。 因为 Tecplot要求所有的数据位于节点，所以在加载数据时会采用算术平均中心点数据 从而 给出节点数据。Fluent文件数据加载器如图 3-2。 图 3-2 Fluent数据加载器 有如下四个选项： 1．加载网格和数据文件：读入*.cas 和*.dat 文件。Tecplot 会读入所有的变量并且加入 Tecplot 数据系列。 2．只加载网格：只读入 Fluent*.cas文件。 3．只加载残差：只加载残差数据（收敛记录） 4．网格选项：网格选项与要加载的*.cas文件相联系。有如下选项： 1） Case 文件:输入要加载的文件名或者从结果窗口中选择文件。 2） 加载单元和边界（Load Cells and Boundaries）从*.cas文件中读入单元数据和边界 区域。 每一个流体或者固体区域在 Tecplot软件中会显示为单独的区域。 3） 只加载数据：只加载单元数据区域。每个区域都作为独立 Tecplot数据区域。 4） 只加载边界：只加载边界区域，作为独立 Tecplot数据区域。 5） 数据文件：*.dat文件包含求解数据和残差数据（收敛记录），可以输入要加载的文 件名称或者用结果窗口选择文件。 （四）TECPLOT绘图环境设置 工作区是进行所有的绘图操作的区域。通过对工作区域的正确设置可以大大的方便绘图 操作。 1．网格和标尺的设定。 利用网格可以方便的定位对象，在添加文本和几何图形时可以选择对齐到网格。利用标 尺可以方便的放大缩小对象。标尺的显示单位可以选择为厘米（cm）,英寸（in）,点数 （pt）或者不显示标尺。要改变网格和标尺设定步骤如下： （1） Workspace->ruler/grid,打开 ruler/grid对话框。 （2） 可以选择是否显示网格。 （3） 若显示网格，则在网格间距（grid spacing）下拉列表中指定网格间距。 （4） 选择是否显示标尺。 （5） 若显示标尺，则在标尺间距（ruler spacing）下拉菜单中选择合适的间距。 2．坐标系统 Tecplot中包含有多个坐标系统，但是工作纸，祯，2D和 3D坐标系统最为重要。如图 4-1所示。 图 4-1 tecplot坐标系统 Tecplot使用对象相对于祯的比例来确定对象的大小和位置。当在 Tecplot中输入数值时 可以使用不同的有效后缀，Tecplot 会自动转化为祯单位。例如如果希望输入的文本位 于对 象上方 1英寸，可以输入 1in,Tecplot会自动进行单位转化。 2. 用 tecplot整理数据的具体例子 下面特地通过一个小例子一步步的讲述如何处理数据。 1.首先建立一个记事本，将数据按下图所示排列好。 其中第一列作为 X轴，第二到第五列作为 Y轴。 将记事本另存为 dat格式的文件，即在把文件名改为*.dat，如下图所示，这样易于 tecplot 读取数据，当然也可以直接保存，只是读取时要选所有文件类型。 3.打开 tecplot，点击 File- new layout创建新的文件，然后点击 File-Load data file，打开 刚才建立的数据文件，如下图 在弹出的窗口中点击 OK，得到的图形如下所示： 4.由于上图好像只有一条线，而实际应该有四条，我们可点击左侧工具栏中的“mapping style”按钮（注：我用的是 tecplot10.9可能要在菜单栏里面打开），如下图。 接着在弹出来的窗口中，点 map show 把其它三条线激活（active）即全为 YES，如下所示 此时四条线已经在图中出来了。 5.但是四条线基本上都在一起，很难区分，需要采用不同线性，或一些例如加以区分。 操作如下：还是在mapping style窗口选择 symbols，激活 symbol show，并点击按钮 symbol shape为每条线选好小图标，比如 V2选 square，V3选 Delta，等，依次选好，最后给各个小 图标选好填充颜色。点击 fill mode 选 use specific color 使其和线的颜色一样，最终如下图 所示： 6. 下一步加上图例，在菜单栏中点击 plot- line legend，在弹出的窗口中选中 show line legend。此时图中就出现了图例，你还可以在该窗口对图例大小，文档颜色等进行设置。在 这里，设置为 no box，效果如下图所示。 7.到此，基本的样子已经出来，但是各坐标刻度还是不符合要求，先修改 Y轴，在图中 双击 Y轴位置，弹出如下所示窗口，在这里可以对 Y轴进行各项设置。 先修改 Y轴的范围（点 range）,改为 3.2到 22，这样就把所提供的数据全包括了。 然后点 title-use text，修改 Y轴的名称为 Nu， 点击 tick，去掉 auto spacing的勾，设置最大单位刻度，这里设置为 2。最终 Y轴设置 8.同样双击 X轴，对其进行设置。其中为了使坐标体现所给的数据，需在 range而选中 use log Scale即使用给定数值作为坐标。所得图如下所示 注意，要是没选中 use log Scale，则会是这样的图。 注意一下两者的区别。 9.至此，数据处理的基本差不多了，如果还想让你的图加上一个方框的话，任意双击坐 标轴，在 LINE面板，选上 show grid border。如此就得到下面这个图，是不是和老外的那种 图有点相似啊， 对了还忘了给各条线取个名字了，还是点Mapping style，在弹出的窗口，双击 map name， 来修改各个线所代表的名字，最终图如下，至此大功告成。