ANSYS○R分析之流程如下頁圖 29 所示，一般完整的有限元素分析程式 (finite element program) 包 含 前 處 理 (preprocessing) 、 解 題 程 式 (solution)和後處理(postprocessing)三大部分。其內容概要敘述如下：
1. 前處理(preprocessing)
此為問題分析最重要的一環，首要為建立有限元素模型後切割為有 限元素，最後再給予邊界條件，通常結果分析的準確與否決定在此
。
2. 解題程式(solution)
經由前置處理後的有限元素模型透過此單元可組合成系統矩陣，並 藉由 ANSYS○R內建處理系統求解之。
3. 後處理(postprocessing)
將求解部分得到的結果如：速度、壓力、溫度等資料，經由圖形介 面以各種不同表示方式呈現。
Ref.: 康淵、陳信吉, ANSYS 入門, 台北全華, 民國 91 年 圖 29 ANSYS 分析處理作業流程圖
4.3-1 前處理
對於工程問題的分析經由觀察後可由以下步驟逐一代入 ANSYS○R軟體分 析之，以下一一說明：
1. 了解分析題型：在 ANSYS○R軟體中包含許多不同的模組，使用者針 對不同的工程問題選用適當的模組，如本論文即討論分配式混合元 件內的高分子流動情形其模組選定為 FLOTRAN。
2. 選定元素類型：在 ANSYS○R－FLOTRAN 中如之前圖 27 所示僅有二維 的 Fluid 141 及三維的 Fluid 142 供選擇。
3. 收集材料性質：本論文所選用的流體為高分子流體，且在流變性質 上符合等溫截型冪次定律。
4. 幾何尺寸建立：有限於素模型的建立可由下列三途徑
（a）直接由實體建立模型
（b）利用所需之節點及元素構成有限元素模型
（c）經由其他電腦繪圖軟體匯入，如 Pro/E、Parasolid 等
5. 元素網格化：繪置好的幾何圖形網格化最主要在於定義物件邊界元 素的大小與數目，且網格的大小與否將牽扯到電腦運算分析的時間
。一般而言 ANSYS○R在網格化處理中提供自由網格（Free mesh）及 對應網格（Mapped mesh）如下頁圖 30 二種供使用，其比較如表 3 所示。而由於對應網格較多限制如表 4，故實際應用上均以自由網 格居多。
6. 定義邊界條件：在計算流體力學的領域當中最重要的兩個自由度為 速度及壓力，在處理過程中可以施加流體進出口的壓力或者也可設 進口為速度而出口為壓力，端看工程問題的分析為何。
圖 30 自由網格與對應網格
Ref.: 康淵、陳信吉, ANSYS 入門, 台北全華, 民國 91 年
表 3 Free mesh 與 Mapped mesh 之比較
Ref.: 康淵、陳信吉, ANSYS 入門, 台北全華, 民國 91 年
Free mesh Mapped mesh
1. 面積的網格使用三邊形元素或三邊形與四邊形元素聯用
。
2. 體積的網格只能使用四面體元素。
3. 可快速的產生有限元素模型，可處理複雜的實體模型。
4. 元素及節點的數量都會很多。
5. 體積的網格，只能使用 higher-order（10 個節點）的元 素，因此自由度的總數會變大，計算時間會拉長。
6. 可使用一局部網格加密的工具，如 Refine。
1. 面積的網格使用四邊形元素。
2. 體積的網格使用的是六面體元素。
3. 需要的元素與節點較少。
4. 允許使用 lower-order 的元素，所以自由度的總數較少
。
5. 實體的形狀必須符合某些限制，且分割的設定也有限定
。
6. 當時體模型較複雜時，需分割模型，有時會很難處理。
7. 無法使用 Refine 的功能於體積的網格。
表 4 Mapped mesh 之限制條件
Ref.: 康淵、陳信吉, ANSYS 入門, 台北全華, 民國 91 年
面積 體積
1. 必須是由 3 或 4 條線段所組成的面積。
2. 三邊形的分割必須是偶數。
3. 四邊形，除了一些特殊的分割方式外，基本上對邊的 元素分割數量必須相同。
1. 必須是由 4,5,6 個面積所組成的體積，組成體積的面 積也必須可做 Mapped mesh。
2. 四面體的分割必須是偶數。
3. 六面體除了一些特殊的分割方式外，對邊的分割必須 相同。
4.3-2 解題程式
經由前置處理後的有限元素模型在施加邊界條件後可組合成一大型系 統矩陣，而 ANSYS○R本身提供數種數值方法如下二頁之表 5 供選擇，除了 Frontal 及 Sparse 的方法為直接消去法（direct elimination）外，其 餘的 PCG（Pre-conditioned Conjugate Gradient）、ICCG（Incomplete Cholesky Conjugate Gradient）及 JCG（Jacobi Conjugate Gradient）
均為疊代法（iterative）。此外，針對不同的工程分析在選用不同的解 題程式上亦會在收斂時間上產生快慢。
4.3-3 後處理
經由解題程式的處理後所得到的物理量（如速度、壓力）可由圖形上 來表示之，也可將其一一列出，若針對不同的需要亦可將資料做一數學處 理後再輸出。
4.3-4 常見錯誤及解決方法
在 ANSYS○R中不正確的參數輸入或過於龐大的計算經常會造成系統矩陣 發散，而以下針對易發生錯誤之來源歸納為四種情形：
1. 物理特性及尺寸上的輸入錯誤
在 ANSYS○R進行任何分析前須對流體的流變參數及幾何尺寸做一詳 細校對，因為 ANSYS○R在處理過程中的任何物理量均無表示出單位
，使用者在分析上必須採取一致的度量單位，基本上將其大約分為 公制及英制二種單位，如下三頁之表 6 所示。
2. 選擇不適當的元素類型
在 FLOTRAN 中僅兩種元素供選擇，大致上以分析流域的維度做基準 即可，倘若工程問題分析為其他領域則須針對問題所需慎選之。
3. 網格化後粗劣的元素外型和大小
一般而言 ANSYS○R在網格化中提供對應網格及自由網格二種選擇，
而元素切割的大小及數目將主宰整個工程分析的精確性，越緻密的 元素則越接近原幾何形狀，計算後的準確性也愈佳，但過元素切割 過多反而會造成電腦 CPU 處理負荷過重因而耗費許多時間，故在分 析上需視情況而定。
4. 施加錯誤的邊界條件和負載
模組化的過程當中此步驟為重要的部分，例如在處理計算流體力學 的問題時，針對造成流動的驅動力（driving force）可給予前後 壓力梯度（pressure gradient），但若給予進口端速度，出口端 為壓力者的話則並不一定會得到分析結果，原因由於 ANSYS○R本身 可能會因物理現象造成衝突而導致系統矩陣發散。
表 5 各 Solver 之比較
Solver 適用範圍 模型大小(DOFs) 記憶體需求 硬碟需求
Frontal 非線性分析需要較高的穩定性，準確性或是因記憶體不足 <50k 低 高
Sparse
非線性分析時與 Frontal 有相同的穩定性及準確性，但是解題 的速度快很多，如果用 Iterative Solver 求解很難收斂時，可 以考慮使用 Sparse Solver，尤其是因為網格做的太差的時候
。
10k-500k 中等 高
PCG 需要快速的解決問題，尤其是當模型很大且大都是實體元素時
(solid element)時。 50k-1000k 高 低
ICCG 需要快速的解決問題，較適用於多重物理現象的問題，或當其
他的 Iterative Solver 都不能收斂時。 50k-100k 高 低 JCG 需要快速的解決問題，適用單一種物理現象的問題。 50k-1000k 中等 低 Ref.: 康淵、陳信吉, ANSYS 入門, 台北全華, 民國 91 年
表 6 ANSYS 單位一覽表
Ref.: ANSYS 電腦軟體
ANSYS 之表示 MKS CGS BFT BIN 度量制
物理量
M-K-S
（SI）
C-G-S
English
（feet）
English
（inches）
Mass kg g slug lb
Length m cm ft in
Velocity m/s cm/s ft/s in/s Pressure Pa g/cm-s2 lbf/ft2 psi Density kg/m3 g/cm3 slug/ft3 lbf-s2/in4 Viscosity kg/m-s g/cm-s slug/ft-s lbf-s/in2 Conductivity W/m-K W/cm-K Btu/ft-s-R Btu/in-s-R Specific
heat J/kg-K J/g-K Btu/slug-R Btu-in/lbf-s2-R Heat flux W/m2 W/cm2 Btu/s-ft2 Btu/s-in2 Heat source W/m3 W/cm3 Btu/s-ft3 Btu/s-in3 Film
coefficient W/m2-K W/cm2-K Btu/ft2-s-R Btu/in2-s-R