ANSYS○R是目前業界經常使用的電腦輔助分析套裝軟體，而且能同時分 析系統受到靜力、動力、熱傳及流力等多重物理現象，因此在電子封裝、
微機電、汽車、航太甚至是模流分析等多種產業領域都適用。其根據有限 元素法的理論背景，當系統模型在軟體中被建立好且網格化離散後，加諸 邊界條件或起始條件即可經由電腦高速運算得到所求的系統物理特性。一 般在處理計算流體力學的問題時，ANSYS○R提供了完整的介面，如暫態（
transient state ） 或 穩 態 （ steady state ） 、 可 壓 縮 流 體 （ compressible fluid）或不可壓縮流體（incompressible fluid）、層流
（laminar flow）或紊流（turbulent flow）、絕熱（adiabatic）或熱 流（thermal）‥等，故對於一些航太工程及土木工程均可利用此軟體進 行分析。在高分子加工處理方面，由於高分子流體的黏度與溫度及剪切率 有關，如(46)式所示，在統御方程式的處理上也會呈現非線性關係而難以 處理，且針對系統模型離散為有限個數元素時會由於元素採取個數的多寡
影響到系統處理難易度及模擬結果，因此藉由 ANSYS○R的完整分析流程將有 助於本論文在實際應用上的準確性及方便性。
4.2-1 ANSYS○R基本要件
在 ANSYS○R軟體中，一般欲分析系統可歸納為下列四個要件：
1. 節點（node）：工程系統中模組的點座標位置，為構成有限元素系 統的最基本物件，其具有物理意義之自由度，且該自由度為結構系 統受到外力後之反應。
2. 元素（element）：由節點與節點相互連接而成。ANSYS○R提供一百 多種元素讓使用者在不同特性之工程系統可選用不同種類之元素，
故在使用時必須慎選元素形式種類並了解元素特性才能得到正確的 計算。而在處理計算流體力學的問題時 ANSYS○R中 FLOTRAN 提供了 二種元素供使用，如下頁圖 27 所示。
3. 自由度（degree of freedom；DOF）：表示該工程系統受到外力後 反應之結果。系統任一節點均具有某種程度之自由度，而任何元素 的物理量在數學模式轉換時將依其自由度而定。以本論文而言，節 點的自由度包含三個方向位移、速度及壓力，若在非恆溫系統下則 有溫度的自由度存在。
4. 負載（load）：由外力或者是系統本身條件限制所構成。一般可分 為邊界條件(boundary condition)和實際外力(external force)兩 大類，依照問題分析針對不同需要可在 ANSYS○R中施加負荷。在不 同的領域中負載的類型如以下所示：
（a）流體力學：速度、壓力。
（b）熱力學：溫度、熱流率、熱源、對流、無限表面。
有限元素系統的建立乃是利用節點與節點相連接而成的元素所組成，
且外型與工程系統相同。但對於複雜的曲面或者三維幾何構型而言，因為 節點與節點間採直線方式相連接會造成模型不平滑的現象，故在切割模型 時元素宜愈多為佳。
Ref.: ANSYS On-Line Help＞Element Reference＞Chapter 3. Element Characteristics＞3.2. Pictorial Summary
圖 27 ANSYS FLOTRAN 慣用之元素
4.2-2 ANSYS○R介面簡述
對於初接觸 ANSYS○R的使用者最直接操作方法是利用 ANSYS○R選單系統
，此系統稱為使用者圖形介面（Graphic User Interface；GUI），其為 使用者與 ANSYS○R程式之間一個連接介面，目的是當使用者在輸入指令後經 由 ANSYS○R系統內部執行而進行運算。除此之外亦可由文字輸入視窗鍵入所 需之指令，惟此技巧須對 ANSYS○R軟體有一定程度之熟悉方可操作之。
整個 GUI 由六個區域所組成，如下頁圖 28 所示，而以下將其配置做 一詳述說明：
1. 輔助功能選單（Utility menu）：包含各種應用指令，主要用於輔 助模型建立及系統檔案管理，如檔案的控制（File）、選擇物件（
Select）、資料列示（List）、物件圖形顯示（Plot）、圖形顯示 控制（PlotCtrls）、工作面設計（WorkPlane）‥等。
2. 主功能選單（Main menu）：統合分析過程主要指令所在之位置，
如建立模組（Modeling）、切割元素（Meshing）、外力負載（
Load）、求解過程（Solution）‥等。
3. 工具列視窗（Toolbar menu）：執行快速指令之捷徑，可依照各人 喜好自編輯。
4. 文字輸入視窗（Input window）：顯示程式提示訊息，並可直接鍵 入指令。
5. 圖形繪製區（Graphics area）：顯示使用者所建立之模組及檢視 分析後之結果。
6. 文字輸出視窗（Output window）：顯示使用者所下的每一道指令 的結果，通常可由此確定執行指令正確與否並檢示錯誤原因。
Ref.: ANSYS 軟體畫面截圖
Graphics Toolbar
Main menu Output
Utility menu
Input window
圖 28 ANSYS 使用者圖形介面
4.2-3 ANSYS○R模擬用之方程式
ANSYS○R內建的指令選項相當健全，對流體的流動模型描述也相當完整
，相較於前面所導證之理論基礎，ANSYS○R則針對連續方程式、動量方程式 採取完整的三維流動模式，故與先前第三章提及之方程式有些許不同，以 下便列舉出在 ANSYS○R中常駐之方程式：
1. Continuity equation：根據質量守衡原理所得
) 0
2. Momentum equation：根據任何流體動量守衡原理所得 Dt g
Dv π ρ
ρ =−(∇⋅ )+ (71) 針對任何流體而言，其應力張量（stress tensor）及剪切率（
rate of deformation）的關係式如下：
i
其中μe＝effective viscosity Rx＝distributed resistance Tx＝viscous loss terms
一 般 來 說 ， 高 分 子 在 加 工 過 程 中 均 為 層 流 流 動 故 μe 項 僅 只 為 dynamic viscosity，又因為高分子流體為不可壓縮流體，而 Tx 項 不存在，至於 Rx項則為使用者欲添加之來源項，例如流體通過某多 孔 介 質 （ porous media ） 時 欲 分 析 流 域 本 身 散 佈 阻 礙 （ resistances）即為添加之來源項。
3. Convergence factor－Mψ：對於許多非線性的問題分析由於疊代 的關係收斂值顯的格外重要。而 ANSYS○R針對各項物理量自由度的
其中 MΦ＝convergence monitor for degree of freedom Φ N ＝total number of finite element nodes