146、Fluent监测物理量的详细操作

监测物理量在CFD计算中主要起到两个关键作用:

1.1 判断计算收敛性

我们之前的很多文章一直在强调这一点，监测物理量是判断收敛性的重要标准之一。详细文章可以看：136、Fluent瞬态计算过程的几个显著性特点

残差曲线虽然是收敛性的重要指标，但它并不是唯一标准。有时残差已经降到很低，但实际物理量仍在大幅波动，这说明计算还未真正收敛。

其中，Fnew和 Fold分别代表当前和上一次迭代的物理量。

通过监测关键物理量(如进出口压差、升力系数、平均温度等)，我们可以观察这些量是否趋于稳定。

当监测量的变化幅度足够小且呈现平稳趋势时，才能认为稳态计算真正达到收敛状态

1.2 获得瞬态物理量变化

对于瞬态计算，我们的研究目标就说想看看某些物理量随时间的变化。

例如，在研究涡街脱落问题时，需要监测升力或阻力系数的周期性变化；在分析传热过程时，需要追踪温度场的时间演化特征。

 

监测这些物理量，可以帮助我们更好地理解流体行为的动态特性，并在必要时调整计算参数，确保计算结果的可靠性和实际意义。

简单来说：稳态计算看“是否稳定”，瞬态计算看“如何变化”。

不同的仿真工况，需要关注的物理量也不尽相同。一般原则是: 监测你最关心的物理量，或者最不容易收敛的物理量。

举几个例子：

比如，外流场分析，如汽车、飞机气动仿真，我们比较关心升力系数(Cl)、阻力系数(Cd)和关键点的压力系数等

 

内流场分析，如管道、泵、阀门等，比较关心进出口压差、出口质量流量或体积流量、压力损失系数

传热问题，如换热器，可以监测进出口温度差、总传热量或传热系数或者Nusselt数

多相流问题，如明渠流动、蒸发冷凝问题，可以监测各相的体积分数、相界面位置(液位高度等)

 

监测物理量有几种方式，可以直接让监测的物理量写入文件Report Files，也可以生成曲线图Report Plots。还可以在Report Definitions定义监测物理量，然后再在Report Files和Report Plots生成文件和文件。

这里我们通过Report Definitions的方式来监测物理量，这样比较有条理一些

3.1 创建新的Report Definitions

Report Definitions--New--选择报告类型

3.2选择报告类型

报告类型里面有很多种

• Surface Report：面报告，对物理量进行面统计处理，如面积平均，最大最小等

• Volume Report：体报告，对物理量进行体积统计处理，如体积平均，质量平均等

• Force Report：力报告，如曳力、升力、力矩等

• Flux Report：通量报告，可以监测质量流量、换热速率等

• Mesh Report：网格报告，和网格相关的信息，如网格数量，基本上用不到

• DPM Report：DPM报告，使用DPM模型才能够定义，如监测逃逸的颗粒质量

• Expression Report：表达式报告，可以对定义好的表达式进行监测，也可以直接在这里定义表达式。

• UDF Report：对定义UDF进行监测，实际上直接在Surface Report和Volume Report也可以监测UDF。

可以看到这里的报告类型和后处理的报告类型基本相同，确实如此，因为你要监测的物理量也是一种数据后处理。

最常用的是前三种，即Surface Report、Volume Report和Force Report。这里我们以Surface Report为例进行讲解，详细的内容可以参考我们之前后处理的文章：一百零五、Fluent仿真后处理---面积分(面积加权平均和质量加权平均·····)详解

3.3 创建面报告

Surface Report的形式有很多，之前的后处理文章详细介绍过：105、后处理“ 面积加权平均 ”和“ 质量加权平均 ”哪个更加准确？我应该优先选择使用哪个？？。比如我们以面积平均为例来创建监测物理量。

点击Area-Weighted Average...，会弹出Surface Report Definition界面

Name：输入监测报告的名字即可，最好有点意义的名字

A.Per Surface

如果你在图中的Surfaces处中勾选了多个surface，也就是想对多个surface的物理量进行监测。

如果勾选Per Surface，这在一张曲线图上会出现两条曲线，比如我在Surfaces处中勾选了inlet和outlet两个面，那么监测的曲线图就会变成下图

如果不勾选Per Surface，则是一条曲线，只不过曲线的数值是inlet和outlet两个面的面积平均值

B.Average Over

默认的Average Over为1，此时Fluent默认是输出某个物理量的当前值。

如果Average Over设置大于1，比如为3，则表示输出物理量的平均值。对于稳态，输出的是每3个迭代步的平均值；对于瞬态，输出的则是每3个时间步的平均值。如果没有达到第3步，会自动用已有的数据计算平均值。

勾选下面的Retain Instantaneous Values表示保留瞬时值，此时曲线图里面会有两条曲线，一条记录瞬时值，一条记录平均值

注：Average Over设置大于1，此时就不能勾选Per Surface

C.Report Files和Report Plots列表

这里会列出所有的Report Files和Report Plots，如果不选中列表中的任何项，则会创建新的Files或Plots；如果选中了，则会在选中的项里面附加上新的数据或者图形。

比如，Report Plots中，我们两个都选择，那么在out-avg-tem-rplot中也会输出刚才的两条曲线。加上原来自己的一条，就有三条曲线

D.创建文件

这里的设置很简单,

勾选Report Files 表示输出文件，会在cas文件夹下输出一个文件

勾选Report Plots表示输出曲线图，会在图形界面上出现一个曲线图

勾选Print to Console表示在文本控制栏打印数值

Frequency表示输出的频率，设置为1表示每个迭代步都输出。

勾选Create Output Parameter则表示把报告结果作为一个输出参数，一般参数化流程计算才需要勾选

这样左边这一栏的设置就介绍完了，右边设置的介绍和之前的后处理介绍完全一样

Report Type：表示报告类型，可以是面积平均，面积，积分等很多种类

Field Variable：表示要监测的物理量

Surfaces：表示要监测的面

这里就不那么详细介绍了，可以参考文章：105、后处理“ 面积加权平均 ”和“ 质量加权平均 ”哪个更加准确？我应该优先选择使用哪个？？

3.4 查看报告

设置完成之后，就可以在Monitors下面的Report Files和Report Plots中查看刚才定义的报告了，名称就是刚才输入的name。

上面的流程是基本的步骤，其他的过程基本上都和这个步骤类似，比如想监测体积平均物理量，或者想监测某个点的物理量，都要按照这个流程来，只不过要选择合适的报告类型，还可能需要单独创建出来需要监测的点。

大家可以慢慢摸索，多尝试尝试，比较简单。