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cfx命令流如何快速入门?

什么是 CFX 命令流?

CFX 命令流通常指使用 CCL (CFX Command Language) 编写的文本文件,CCL 是一种基于文本的语言,其语法结构清晰,易于学习和使用,它定义了 CFX 仿真的所有方面,包括:

cfx命令流如何快速入门?-图1
(图片来源网络,侵删)
  • 项目设置:求解器类型、分析类型。
  • 网格信息:导入网格、设置区域和边界。
  • 物理模型:湍流模型、多相流、传热、化学反应等。
  • 材料属性:定义流体或固体的物理参数(密度、粘度、比热容等)。
  • 边界条件:入口、出口、壁面、对称面等的具体设置。
  • 求解控制:收敛准则、计算步长、监控点等。
  • 输出控制:结果文件写入频率、类型。

CCL 文件的默认扩展名是 .ccl


CCL 的基本语法

在深入具体命令之前,了解 CCL 的基本语法非常重要。

  1. 结构:CCL 文件由一系列参数 组成,块用大括号 包围,参数是 名称 = 值; 的形式。
  2. 注释:使用 或 来添加注释,增强代码的可读性。
  3. 分隔符:每条 CCL 语句必须以分号
  4. 数据类型
    • 字符串:用双引号 括起来,"Fluid 1"
    • 数值:整数或浮点数,1, 14159
    • 布尔值TRUEFALSE
    • 列表/数组:用括号 括起来,元素之间用逗号 分隔,(1.0, 2.0, 3.0)
    • 表达式:可以使用数学运算符和函数,81 * 1000

示例:一个简单的块

// 定义一个名为 Inlet 的边界条件
BOUNDARY: Inlet
    Boundary Type = INLET;
    Location = INLET_FACE; // 引用一个名为 INLET_FACE 的几何面
    Boundary Conditions
        and Value = 10 [m s^-1]; // 速度入口,速度为10 m/s
    end
end

如何使用 CCL 命令流?

主要有两种方式:

cfx命令流如何快速入门?-图2
(图片来源网络,侵删)

在 CFX-Pre 中生成和编辑

这是最常用、最推荐的方式,尤其对于初学者。

  • 生成:在 CFX-Pre 中完成所有设置后,通过菜单栏 File > Export > CCL... 将整个项目导出为 .ccl 文件。
  • 编辑:你可以用任何文本编辑器(如 Notepad++, VS Code, Sublime Text)打开这个 .ccl 文件进行修改,你可以轻松地修改入口速度、温度等参数,而无需重新打开图形界面。
  • 导入:在 CFX-Pre 中,可以通过 File > Import > CCL... 导入修改后的 .ccl 文件,所有设置会自动加载。

在 CFX-Solver 中直接运行

CFX-Solver 是执行计算的核心程序,它可以直接读取并执行 CCL 文件。

  • 命令行方式:打开命令行(CMD 或 PowerShell),切换到 CFX-Solver 的安装目录(通常是 ANSYS Inc/v231/CFX/bin),然后运行以下命令:
    cfx5solve -def your_simulation.ccl

    这里的 -def 参数指定了要执行的 CCL 文件。


CCL 命令流的核心结构

一个完整的 CCL 文件通常包含以下几个核心部分,下面是一个典型的外流场仿真的 CCL 文件结构示例。

// =========================================================================
// CCL 文件示例:绕流一个圆柱体的外流场仿真
// =========================================================================
// 1. 仿真定义
// 定义仿真的基本属性,如求解器、分析类型等。
SIMULATION: Flow
    Solver Mode = Steady State;
    Simulation Type = Fluid;
    Turbulence Model = k-Epsilon;
    Buoyancy Model = Buoyancy;
    Gravity X = 0 [m s^-2];
    Gravity Y = -9.81 [m s^-2];
    Gravity Z = 0 [m s^-2];
end
// 2. 网格定义
// 导入网格文件,并为不同的区域命名。
MESH: Mesh1
    Domain Type = Fluid;
    Coordinate System Type = Cartesian;
    Domain Locations = (Fluid_Domain);
    Mesh File = "path/to/your/mesh.cfx5"; // 替换为你的网格文件路径
end
// 3. 材料定义
// 定义流体或固体的物理属性。
MATERIAL: Air at 25 C
    Material = Air Ideal Gas;
    Option = Pure Substance;
    Thermodynamic State = Gas;
end
// 4. 域定义
// 这是仿真的核心,将材料、物理模型和边界条件应用到计算域上。
DOMAIN: Fluid_Domain
    Location = Fluid_Domain; // 必须与网格定义中的 Domain Locations 一致
    Domain Models
        Buoyancy = On;
        Heat Transfer = Off; // 假设为等温流动
        Turbulence = k-Epsilon;
        Turbulence Model = k-Epsilon;
        Reference Pressure = 1 [atm];
    end
    Material = Air at 25 C;
    Fluid Initialisation
        Option = Automatic;
    end
end
// 5. 边界条件定义
// 定义计算域的入口、出口、壁面等。
// 入口
BOUNDARY: Inlet
    Boundary Type = INLET;
    Location = INLET_FACE; // 对应网格中的入口面名称
    Boundary Conditions
        and Value = 10 [m s^-1]; // 速度入口
        and Value = 0 [Pa]; // 相对静压
    end
end
// 出口
BOUNDARY: Outlet
    Boundary Type = OPENING;
    Location = OUTLET_FACE; // 对应网格中的出口面名称
    Boundary Conditions
        and Value = 0 [Pa]; // 相对静压
        and Value = 0 [m]; // 相对高度
    end
end
// 圆柱体壁面
BOUNDARY: Cylinder_Wall
    Boundary Type = WALL;
    Location = CYLINDER_FACE; // 对应网格中的圆柱面名称
    Boundary Conditions
        and Value = No Slip Wall; // 无滑移壁面
    end
end
// 远场边界
BOUNDARY: Far_Field
    Boundary Type = OPENING;
    Location = FAR_FIELD_FACE; // 对应网格中的远场面名称
    Boundary Conditions
        and Value = 0 [Pa]; // 相对静压
        and Value = 0 [m]; // 相对高度
    end
end
// 对称面
BOUNDARY: Symmetry_Plane_1
    Boundary Type = SYMMETRY;
    Location = SYMMETRY_FACE_1; // 对应网格中的对称面名称
end
BOUNDARY: Symmetry_Plane_2
    Boundary Type = SYMMETRY;
    Location = SYMMETRY_FACE_2; // 对应网格中的对称面名称
end
// 6. 求解控制
// 设置求解器的运行参数。
OUTPUT CONTROL: MONITORING
    Monitor Variables
        and Value = Pressure; // 监控压力
        and Value = Velocity u; // 监控 u 方向速度
        and Value = Velocity Magnitude; // 监控速度大小
    end
end
SOLVER CONTROL
    Max Iterations = 500;
    Convergence Criteria
        Residual Target = 1e-5;
    end
end

CCL 的主要优势和应用场景

  1. 自动化与批处理

    • 参数化研究:你可以编写一个脚本,循环修改某个参数(如入口速度、雷诺数),然后自动运行一系列仿真,这是进行设计优化和敏感性分析的基础。
    • 集成到工作流:可以将 CFX 的运行集成到更大的自动化流程中,例如与 Python、MATLAB 或其他 CAD/CAE 软件结合。
  2. 版本控制

    • .ccl 文件是纯文本,可以轻松地使用 Git、SVN 等版本控制系统进行管理,这对于团队协作和追踪仿真设置的变更历史至关重要。
  3. 可重复性

    一个确定的 CCL 文件可以保证在任何时间、任何机器上都能生成完全相同的 CFX 项目,避免了在图形界面中误操作导致设置不一致的问题。

  4. 高级定制

    对于 CFX-Pre 图形界面中没有直接提供的选项,或者需要复杂逻辑的场景,直接编写 CCL 是唯一的方法,自定义 Fortran 子程序来定义非常规的源项或边界条件。

  5. 调试与检查

    当仿真出现奇怪的错误时,检查 CCL 文件可以帮助你快速定位问题,因为所有的设置都以清晰、结构化的文本形式呈现。

常用命令参考

CCL 块 描述 常用参数
SIMULATION 定义仿真全局设置 Solver Mode (Steady State/Transient), Simulation Type (Fluid/Solid)
MESH 导入和关联网格 Mesh File (网格文件路径), Domain Locations (域名称)
MATERIAL 定义材料属性 Material (选择材料库或自定义), Option (Pure Substance/Mixture)
DOMAIN 定义计算域 Location (域名称), Material (应用的材料), Domain Models (物理模型开关)
BOUNDARY 定义边界条件 Boundary Type (INLET/OUTLET/WALL/OPENING...), Location (边界几何面名称), Boundary Conditions (具体参数)
OUTPUT CONTROL 控制结果输出 Output File Prefix (结果文件名), Monitor Variables (监控变量)
SOLVER CONTROL 控制求解过程 Max Iterations (最大迭代次数), Convergence Criteria (收敛准则)

学习建议

  1. 从 CFX-Pre 开始:先在图形界面中完成一个简单的仿真,然后导出 CCL 文件,这是理解 CCL 结构最直观的方法。
  2. 模仿和修改:仔细阅读导出的 CCL 文件,尝试修改一些参数(如入口速度、材料密度),然后重新导入运行,观察结果变化。
  3. 查阅官方文档:ANSYS 帮助文档中包含了 CCL 的完整参考手册,是权威的学习资料。
  4. 学习 CFX-Command Manager:对于更高级的自动化,可以学习 CFX 的命令行管理工具,它允许你从一个主脚本调用 CFX-Pre 和 CFX-Solver。

掌握 CCL 命令流,意味着你从 CFX 的“使用者”转变为“开发者”,能够极大地提升你的仿真效率和解决问题的能力。

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