【CFX-Pre到CFX-Post无缝衔接】：后处理技巧与实战演练


参考资源链接：[ANSYS CFX-Pre 2021R1 用户指南](https://wenku.csdn.net/doc/2d9mn11pfe?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. CFX-Pre与CFX-Post概述

CFX-Pre和CFX-Post是ANSYS CFD软件套件中的两个核心组件，它们分别负责模拟前的准备和模拟后的数据处理。在本章中，我们将对这两个工具的功能、重要性和它们在流体动力学分析中的作用进行概述。

## 1.1 CFX-Pre的作用

CFX-Pre是用于设置和初始化计算流体动力学（CFD）模拟的环境。它允许用户通过图形界面导入几何模型、创建网格、定义物理模型、指定边界条件和求解器设置。CFX-Pre的关键在于它能够确保模拟的准确性和效率，为用户提供了一个直观且功能强大的模拟准备平台。

## 1.2 CFX-Post的角色

CFX-Post是用于分析和可视化CFD模拟结果的工具。它支持多种视图和后处理功能，包括等值线、切面图、矢量图、流线追踪、动画以及报告生成等。通过对模拟数据的详细分析，CFX-Post使得用户能够深入理解流场行为，提取关键物理量，验证设计和优化工程。

在接下来的章节中，我们将分别深入探讨CFX-Pre与CFX-Post的具体设置、操作方法、性能优化以及高级技巧。通过这些内容，读者将能够掌握如何有效地使用这两个工具，以解决实际的流体动力学问题。

# 2. CFX-Pre的设置与优化

## 2.1 CFX-Pre的基本设置

### 2.1.1 模型导入与网格划分

在CFX-Pre中导入模型是模拟分析的第一步。CFX支持多种CAD格式的模型导入，如STEP、IGES等，确保了与其他CAD软件的兼容性。导入模型后，接下来要对几何进行处理，并进行网格划分，为计算流体动力学（CFD）模拟创建基础。

使用CFX-Pre的Meshing模块可以进行网格的划分。这一过程的细致程度直接影响到模拟结果的准确性。在网格划分时，需要注意以下几点：

- 网格密度：在几何体边界层区域使用加密的网格以更准确地捕捉边界层效应。
- 网格类型：对于流体流动特性不同的区域，可以选择不同的网格类型，如结构网格、非结构网格或混合网格，以获得最佳的计算效率与结果精度。
- 网格质量：避免过度扭曲的网格，保证网格质量以避免计算过程中出现数值不稳定。

flowchart TD
    A[开始] --> B[导入模型]
    B --> C[几何处理]
    C --> D[网格划分]
    D --> E[网格质量检查]
    E --> F[完成模型设置]

### 2.1.2 物理模型与边界条件的配置

在CFX-Pre中设置物理模型和边界条件是十分关键的，因为这直接决定了模拟的准确性和可靠性。这一部分需要根据具体的物理问题来选择合适的模型，并设置合理的边界条件。

物理模型配置包括但不限于流体类型（如牛顿流体、非牛顿流体）、湍流模型选择（如k-epsilon模型、k-omega模型）、热传递模式（如有无热辐射等）。选择正确的物理模型对于获得可靠和精确的模拟结果至关重要。

边界条件的配置涉及到入口边界、出口边界、壁面边界以及其他特殊边界条件的设置。例如，对于流动模拟，入口边界可能需要指定速度或压力，出口边界可能需要指定压力或背压，壁面边界可能需要设置无滑移条件或考虑壁面粗糙度的影响。

graph TD
    A[开始设置物理模型] --> B[选择流体类型]
    B --> C[选择湍流模型]
    C --> D[配置热传递模式]
    D --> E[设置入口边界条件]
    E --> F[设置出口边界条件]
    F --> G[设置壁面边界条件]
    G --> H[完成物理模型和边界条件配置]

## 2.2 CFX-Pre的高级模拟技术

### 2.2.1 多相流与复杂流动问题的设置

在处理包含气液两相或多相流动的复杂问题时，CFX-Pre提供了强大的多相流模型选择。从简单的离散相模型到复杂的连续相模型，用户可以根据问题的特性选择合适的模型进行模拟。例如，欧拉-拉格朗日方法适用于固体颗粒与流体之间有较大密度差的流动，而欧拉-欧拉方法则用于描述密度相近的不同流体之间的相互作用。

在进行复杂流动问题设置时，还需要考虑诸如颗粒作用力模型、相间相互作用以及传质传热过程等因素。用户需要根据问题的实际情况，合理设置各相的物性参数和相互作用参数。

graph TD
    A[开始设置多相流模型] --> B[选择多相流模型类型]
    B --> C[配置颗粒作用力模型]
    C --> D[设置相间相互作用]
    D --> E[设置传质传热过程]
    E --> F[输入各相物性参数]
    F --> G[完成复杂流动问题设置]

### 2.2.2 动态网格与自适应网格技术

动态网格技术允许在模拟过程中根据流动特征动态调整网格结构。这对于涉及大变形或运动边界的问题尤其重要，如风扇旋转、阀门开启关闭等情况。动态网格技术能够提供更为精确的流动特征捕捉。

自适应网格技术则是在计算过程中根据预设的误差估计，自动优化网格的分布，以提高解的精度。这种技术可以针对流场中关键区域进行网格加密，使得这些区域的流场计算更为精细。

graph TD
    A[开始设置动态网格与自适应网格] --> B[选择动态网格模式]
    B --> C[定义运动边界]
    C --> D[配置网格变形策略]
    D --> E[设置自适应网格参数]
    E --> F[定义误差控制标准]
    F --> G[运行模拟并优化网格]

### 2.2.3 用户自定义函数(UDF)的应用

用户自定义函数（UDF）提供了CFX强大的扩展性。用户可以根据自己的需求，在CFX-Pre中编写代码来实现特殊的物理模型或边界条件。UDF是用C语言编写的，并可以被CFX-Pre在模拟过程中调用。

UDF的应用十分广泛，例如，可以用来定义非标准的热源、流体性质或复杂的边界条件。通过UDF，用户能够突破软件内置功能的限制，实现更为精细和个性化的模拟。

#include "udf.h"

DEFINE_PROFILE(inlet_velocity, thread, position)
{
    face_t f;
    real x[ND_ND]; /* ND_ND defined in udinclude.h */
    begin_f_loop(f, thread)
    {
        F_CENTROID(x, f, thread);
        /* 根据位置定义速度剖面，例如：
           x[0] 是 x 方向的位置坐标 */
        if (x[0] < 0.005)