4.2 Workbench CFD-Post通用后處理器

ANSYS CFD-Post是ANSYS CFD產品的新一代后處理工具，可以單獨運行或在Workbench下運行。本節將簡要介紹CFD-Post的用法。CFD-Post后處理的一般流程如下。

（1）創建位置：數據會在這個位置抽取出來，各種圖形也在這個位置產生。

（2）創建變量/表達式（根據需要）。

（3）在位置上生成定量的數據。

（4）在位置上生成定性的數據。

（5）生成報告。

4.2.1 啟動CFD-Post

啟動CFD-Post有兩種方法，一種是在ANSYS Workbench下啟動，另一種是從開始菜單或命令行啟動。

在ANSYS Workbench下啟動時，在工具箱中，拖動CFD-Post到FLUENT項目上，或者創建一個單獨的CFD-Post項目，如圖4-23所示。

從開始菜單或命令行啟動時，選擇Start→Programs→ANSYS 16.0→ANSYS CFD-Post。ANSYS CFD-Post的主界面如圖4-24所示。

4.2.2 創建位置

可以通過Insert菜單或工具欄創建位置，創建好的位置顯示在Outline樹中，如圖4-25所示。在模型樹中雙擊位置對象可以對其進行編輯，用鼠標右鍵單擊對象可以復制或刪除對象。

域、子域、邊界和網格區域都屬于位置，邊界和網格區域可以編輯、用變量著色，網格區域從網格中提供所有內部或外部的二維/三維區域，用戶創建的位置都羅列在User Locations and Plots菜單下，如圖4-26所示。

1．位置面（Plane）的創建

在Location菜單中選擇Plane，彈出Insert Plane對話框，在其中輸入創建面的名稱。單擊OK按鈕后，會在模型樹的下方出現所創建平面的細節設置面板。在細節設置面板中選擇面的定義方法及參數，在CFD-Post中，位置面的定義有5種，如圖4-27所示。

2．位置點（Point）的創建

在Location菜單中選擇Point，彈出Insert Point對話框，在其中輸入創建點的名稱。在細節設置面板中選擇點的定義方法及參數，在CFD-Post中，位置點的定義有4種，如圖4-28所示。它們分別如下。

● XYZ：坐標系創建或通過鼠標拾取。

● 節點數（Node Number）：一些求解器錯誤產生的節點數信息。

● 最大/最小變量：變量最大或最小值出現的點。

除了能創建單個的位置點外，還能創建點云（Point Cloud），即創建多個點。點云的定義方法如圖4-29所示。

3．直線（Line）的創建

直線用兩點來定義，如圖4-30所示。直線經常用于制作XY圖表。

4．多段線（Polyline）的創建

多段線有3種定義方法：從文件中讀入點、采用邊界相交線和采用從云圖中抽取的線，如圖4-31所示。

采用邊界相交線和從云圖中抽取的線的區別如圖4-32所示。

5．體（Volume）的創建

可以以所選擇的面構建成體，也可以基于變量值構建等值體，如圖4-33所示。

6．等值面的創建

等值面即指定變量相等的面，因此只需指定變量及其值，如圖4-34所示。

7．旋轉面的創建

旋轉面包括柱面（Cylinder）、錐面（Cone）、盤面（Disc）和球面（Sphere），通常是任何線（已存在的線、多段線、流線、粒子軌跡）繞某軸旋轉形成面，如圖4-35所示。

8．其他位置創建

此外，CFD-Post還可以創建如下位置。

● Iso Clip：通過復制已有的Location，并對一個或多個標準進行約束，可以約束任何變量，包括幾何變量（例如，對出口邊界條件將速度值界定在>= 10 [m/s]和<= 20 [m/s]之間）。

● 渦核心區（Vortex Core Region）：自動甄別渦核心區。

● User Surface：有多種定義方法，如圖4-36所示。

4.2.3 顏色、渲染和視圖

在CFD-Post中，所有Location都有類似的Colour、Render和View設置，如圖4-37所示。

（1）Colour：一般選擇所選位置上的著色方案，用何種變量著色、設置變量范圍、選取配色方案等。

（2）Render：一般用來設置渲染方法，是否顯示網格線，設置紋理、燈光以及透明參數等。

（3）View：一般設置顯示圖像的旋轉、平移、鏡像和縮放等。

4.2.4 矢量圖、云圖及流線圖的繪制

在CFD-Post中通常用工具欄中的按鈕來繪制矢量圖、云圖及流線圖，如圖4-38所示。

1．矢量圖的繪制

矢量圖中能繪制任何變量，通常對速度進行繪制。單擊按鈕，出現矢量圖命名對話框，輸入名稱后單擊OK按鈕，出現矢量圖細節設置面板。圖4-39為矢量圖細節設置面板的Geometry、Color和Symbol選項卡。

在Geometry選項卡中，可以設置繪圖區域、繪圖位置、樣式、縮放因子等參數。

在Color選項卡中，可以設置染色模式、范圍和配色方案等。

在Symbol選項卡中，可以設置箭頭形式和大小。

2．云圖的繪制

單擊按鈕，出現云圖命名對話框，輸入名稱后單擊OK按鈕，出現云圖細節設置面板，如圖4-40所示。設置變量、顯示范圍、配色方案等，單擊Apply按鈕即可生成云圖。

3．流線圖的繪制

單擊按鈕，出現流線圖命名對話框，輸入名稱后單擊OK按鈕，出現流線圖細節設置面板，如圖4-41所示。

在Geometry選項卡中設置流線類型、繪圖區域、流線起始位置、流線數量、變量、流線相對于起始面的方向等。

在Color選項卡中設置著色模式、著色變量、范圍和配色方案等。

在Symbol選項卡中設置流線形式、流線粗細等。

4.2.5 其他圖形功能

（1）Text：在視圖中加入自己的標簽，可自動顯示和改變time step/values、expressions、filenames及dates等信息。

（2）Coord Frame：自定義坐標系。

（3）Legend：為plot創建Legend。

（4）Instance Transform：對plot進行旋轉或平移操作。

（5）Clip Plane：定義切面，可切割幾何體并提取切面上的變量值。

（6）Colour Map：定制色彩，圖例如圖4-42所示。

（7）Viewer快捷菜單。

在物體（如邊框線、面）上單擊鼠標右鍵，快捷菜單顯示物體的一些選項。基于當前的Location，還可以插入新的對象，如在面上插入一個矢量。在空位置單擊鼠標右鍵，快捷菜單顯示當前視圖下的選項。用鼠標右鍵單擊坐標軸，可以在快捷菜單中改變視圖方向。用鼠標右鍵單擊不同地方的快捷菜單如圖4-43所示。

4.2.6 變量列表與表達式列表

1．變量列表

變量列表顯示所有可用變量的信息，如圖4-44所示。其中各類信息的說明如下。

● Derived variables是通過CFD-Post計算得到的，這些量不包括在結果文件中。

● Geometric variables包括 X、Y、Z、法線、網格質量等。

● Solution variables是來自結果文件的變量。

● Turbo variables是透平機械算例自動創建的變量。

在如圖4-44所示的Details of Pressure（細節面板）中顯示變量的所有詳細信息。

2．混合變量和守恒變量

CFX-Solver基于有限體積法，有限體積法是基于網格構建的，而并非等同于網格。網格節點位于控制體的中心，計算數據存儲于節點，而非“平均地”存儲于控制體，幾乎所有wall邊界上的半個控制體有非零的速度，這些非零的速度存儲在壁面的節點上，但是，理論上壁面上的速度應該為零。為了解決這個矛盾，ANSYS CFD-Post提出混合變量值和守恒變量值的概念。

● 守恒變量值=控制體積值。

● 混合變量值=指定邊界條件上的值。

從圖片觀察的角度，ANSYS CFD-Post采用混合值（Hybrid）為默認值，這個值不會出現壁面上速度非零的情況；從計算的角度，守恒值（Conservative）為默認值。圖4-45為選擇混合變量和守恒變量時的結果示例圖。

在大多數情況下，不用選擇Hybrid或Conservative, CFD-Post的默認選項往往是正確的。如果采用定義變量，默認為Conservative值。如果選用Hybrid和Conservative，變量值的范圍將有所不同。

3．用戶自定義變量

在變量列表中單擊鼠標右鍵，選擇New，可以創建新的變量，如圖4-46所示。

定義變量有以下3種方法。

● Expression：通過表達式定義變量，可以定義為其他變量的函數（需要先在Expressions列表中創建表達式）。

● Frozen Copy：用于Case的比較。

● Gradient：用于計算任何存在的標量變量的梯度。

4．表達式列表

Expressions列表顯示所有存在的表達式，也可以創建新的表達式，在Definition下定義新表達式的細節，右鍵單擊表達式將顯示Functions、Variables等，可用于構建表達式，如圖4-47所示。

單擊Plot Expression按鈕可繪制表達式的XY曲線，如圖4-48所示。

4.2.7 創建表格和圖表

1．表格的創建

創建表格的步驟如下。

（1）在工具欄中單擊Tables按鈕，或執行Insert→Table命令，3D視圖將轉化為Table視圖。

（2）在Tables里添加數據和表達式，表達式用于當變量和/或位置變化時的計算和更新，Tables可以自動添加到Report中。

表格的創建方法如圖4-49所示。

2．制作圖表

圖表主要是沿著線/曲線顯示兩個變量之間的關系。創建圖表的步驟如下。

（1）創建線、曲線、多段線、邊界交線、等值線等。

（2）單擊創建圖表按鈕。

（3）選擇圖表類型：XY、XY-Transient or Sequence或者Histogram。

（4）創建數據系列。

（5）指定X軸和Y軸變量。

圖表的創建方法如圖4-50所示。

在圖4-51所示圖表的3種類型中，XY基于線；XY-Transient or Sequence基于點，典型的應用是顯示變量在某點的瞬態變化計算結果，數據必須是瞬態結果文件；Histogram能建立各種數據類型的柱狀圖，X軸變量為離散量，Y軸為頻率。

圖表中數據系列和軸的每種數據對應于一個位置（line、point等）。數據系列的設置和X軸、Y軸的變量設置如圖4-52所示。

圖表具有的快速傅里葉變換功能，可以將原始的壓力信號轉化為頻率信號，其設置如圖4-53所示。其效果示例如圖4-54所示。

4.2.8 制作報告

使用CFD-Post的報告生成工具，可以通過定制報告的方式快速生成報告。具體步驟如下。

（1）選擇報告模板。基于結果文件的類型，可以自動選擇報告模板，用鼠標右鍵單擊Report，選擇模板，也可以自己創建模板或修改已存在的模板，如加入公司的Logo、Charts、Tables、Plots等，如圖4-55所示。

（2）選中報告里顯示的內容，各顯示內容可通過雙擊的方式進行編輯，Tables和Charts可以自動加入報告里，其他的項目需要通過手動的方法添加進去。在Report上單擊右鍵可以插入新的項目，如圖4-56所示。

（3）添加圖片。所有圖片將列在視圖窗左上角的下拉列表中，可以改變視圖的角度、大小等，如圖4-57所示。

創建圖片時，如果沒有選中Make copies of objects選項，則只有圖片中顯示的內容存儲于Figure中。所以當全局目標改變時，該圖片也會發生改變，這用于需要圖片自動更新的情況。選中該選項，圖片當前的內容存儲在Figure中，并顯示在目錄樹中，全局改變，不會導致Figure的改變，如圖4-58所示。

單擊Report Viewer按鈕，顯示Report內容，Report的內容改變后，需要單擊Refresh按鈕，進行更新。

4.2.9 動畫制作

CFD-Post中創建動畫的模式有Quick和Keyframe兩種。

Quick模式：在Quick動畫模式下，僅需選取對象，單擊Play按鈕即可，主要的變量作為創建動畫的對象，做有限的控制。

Keyframe模式：Keyframe模式提供了大量的控制，創建當前狀態的一個影像儲存于Keyframe；創建一系列的影像儲存于Keyframes，代表一系列的不同狀態。視圖方向、顯示的對象、時間步的選擇等任何變量都可以不一樣。動畫的創建至少需要兩個Keyframe（一個作為開始，一個作為結束），每個Keyframe之間加入 # of Frames數目。

兩種模式的設置如圖4-59所示。

動畫生成一般步驟如下。

（1）利用時間步選擇器（Timestep Selector）調整到第一個時間步。

（2）創建必要的顯示對象。

（3）創建第一個Keyframe。

（4）導入最后一個Timestep。

（5）創建最后一個Keyframe。

（6）選擇第一個Keyframe，并設置 # of Frames。

（7）# of Frames指在第一個和最后一個Keyframe之間的幀數，如果有100timesteps，設置# of Frames=98，將有100個Frame（98個加第一個和最后一個），意味著1frame/1timestep。

（8）設置Movie選項。

（9）回到第一個Keyframe并單擊Play按鈕。

4.2.10 其他工具

除上述功能外，CFD-Post中還提供了其他幾個比較實用的工具，如圖4-60所示。

時間步選擇器：瞬態計算結果的現實值為最后時刻的結果，可以在時間步選擇器中選擇不同的時間步。

動畫創建：創建MPEG格式的動畫視頻。

快速編輯器：對每個項目提供快速的初值改變。

探測器：在視窗中拾取點，顯示變量的值。

4.2.11 多文件模式

為了進行多個CFD結果的后處理和比較，CFD-Post可以同時對多個文件進行后處理。導入多個結果文件的方法有以下幾種。

● 導入文件時選擇多個結果文件。

● 選用Load complete history as→Separate cases。

導入其他的結果文件同時選中Keep current cases loaded，如圖4-61所示。

每個文件都分別顯示在目錄樹和視圖窗中，如圖4-62所示。

導入多個結果文件后，可以選擇需要比較的Case，自動計算不同結果間的差異，將這個差異量作為變量，并顯示成圖形，如圖4-63所示。