Fluent學習總結(jié)

1、FLUENT學習總結(jié)1 概述：FLUENT是目前處于世界領先地位的商業(yè)CFD軟件包之一，最初由FLUENT Inc.公司發(fā)行。2006年2月ANSYS Inc.公司收購FLUENT Inc.公司后成為全球最大的CAE軟件公司。FLUENT是一個用于模擬和分析復雜幾何區(qū)域內(nèi)的流體流動與傳熱現(xiàn)象的專用軟件。FLUENT提供了靈活的網(wǎng)格特性，可以支持多種網(wǎng)格。用戶可以自由選擇使用結(jié)構(gòu)化或者非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格來劃分復雜的幾何區(qū)域，例如針對二維問題支持三角形網(wǎng)格或四邊形網(wǎng)格；針對三維問題支持四面體、六面體、棱錐、楔形、多面體網(wǎng)格；同時也支持混合網(wǎng)格。用戶可以利用FLUENT提供的網(wǎng)格自適應特性在求解過程中根據(jù)

2、所獲得的計算結(jié)果來優(yōu)化網(wǎng)格。FLUENT是使用C語言開發(fā)的，支持并行計算，支持UNIX和Windows等多種平臺，采用用戶/服務器的結(jié)構(gòu)，能夠在安裝不同操作系統(tǒng)的工作站和服務器之間協(xié)同完成同一個任務。FLUENT通過菜單界面與用戶進行交互，用戶可以通過多窗口的方式隨時觀察計算的進程和計算結(jié)果。計算結(jié)果可以采用云圖、等值線圖、矢量圖、剖面圖、XY散點圖、動畫等多種方式顯示、存貯和打印，也可以將計算結(jié)果保存為其他CFD軟件、FEM軟件或后處理軟件所支持的格式。FLUENT還提供了用戶編程接口，用戶可以在FLUENT的基礎上定制、控制相關的輸入輸出，并進行二次開發(fā)。1.1 FLUENT軟件包的組成針

3、對不同的計算對象，CFD軟件都包含有3個主要功能部分：前處理、求解器、后處理。其中前處理是指完成計算對象的建模、網(wǎng)格生成的程序；求解器是指求解控制方程的程序；后處理是指對計算結(jié)果進行顯示、輸出的程序。FLUENT軟件是基于CFD軟件的思想設計的。FLUENT軟件包主要由GAMBIT、Tgrid、Filters、FLUENT幾部分組成。（1）前處理器。包括GAMBIT、Tgrid和Fliters。其中GAMBIT是由FLUENT Inc.公司自主開發(fā)的專用CFD前置處理器，用于模擬對象的幾何建模以及網(wǎng)格生成。Tgird是一個附加的前置處理器，它可以從GAMBIT或其他的CAD/CAE軟件包中讀入

4、所生成的模擬對象的幾何結(jié)構(gòu)，從現(xiàn)有的邊界網(wǎng)格開始生成由三角形、四面體或混合網(wǎng)格組成的體網(wǎng)格。Filters實際上就是其他CAD/CAE軟件包，例如ANSYS、CGNS、I-DEAS、NASTRAN、PATRAN、ICEM等與FLUENT之間的接口，通過接口可以將由其他CAD/CAE軟件包所生成的面網(wǎng)格或體網(wǎng)格讀入到FLUENT。（2）求解器。它是CFD軟件包的核心，F(xiàn)LUENT實際上是一個求解器，F(xiàn)LUENT6.3.26是一個基于非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的通用求解器，支持并行計算，分單精度和雙精度兩種。一旦所生成的網(wǎng)格讀入到FLUENT中，所有剩下的操作都可以在FLUENT里面完成，其中包括設置邊界條件、

5、定義材料性質(zhì)、執(zhí)行求解、根據(jù)計算結(jié)果優(yōu)化網(wǎng)絡、對計算結(jié)果進行后處理等。（3）后處理器。FLUENT本身附帶有強大的后處理功能，有云圖、等值線圖、矢量圖、剖面圖、XY散點圖、粒子軌跡圖、動畫等多種方式顯示、存貯和輸出計算結(jié)果，可以平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、鏡像圖像，也可以將計算結(jié)果導入到其他CFD、FEM軟件或其他后處理軟件中，例如Tecplot。1.2 FLUENT軟件包的工程應用背景應用CFD軟件可以進行大量虛擬（數(shù)值）試驗，在此基礎上再結(jié)合一定的實際經(jīng)驗，可以加快開發(fā)進程、降低開發(fā)成本、提高企業(yè)的創(chuàng)新力和競爭力。FLUENT軟件是目前市場占有率最大的CFD軟件包，用來模擬從不可壓縮到高度可壓縮范圍

6、內(nèi)的復雜流動。只要是涉及流動、傳熱、化學反應等的工程問題，都可以用FLUENT來進行分析。FLUENT采用了多種求解方法和多重網(wǎng)格加速收斂技術，因而能達到最佳的收斂速度和求解精度。FLUENT提供了豐富的物理模型、數(shù)值方法供用戶選擇，而且具有強大的前后處理功能，靈活的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和基于解的自適應網(wǎng)格技術及成熟的物理模型，使FLUENT在航空航天、汽車設計、船舶、機械、能源動力、化工、環(huán)境、電子、噪聲、材料加工、生物醫(yī)藥、燃料電池等許多領域都有著廣泛的應用。FLUENT的特點以及能夠解決的工程問題可以歸納為以下方面：1. 二維平面、二維軸對稱、二維軸對稱旋流、三維流動問題。2. 可以建立三角形、

7、四邊形、四面體、六面體、棱柱（楔形）、棱錐、多面體網(wǎng)格以及混合網(wǎng)格，計算過程中網(wǎng)格可以根據(jù)計算結(jié)果自適應粗化或細化。3. 定常（穩(wěn)態(tài)）和非定常（瞬態(tài)）問題。4. 不可壓和可壓縮流動問題，包括所有的速度范圍（亞、跨、超、高超聲速流動）。5. 無粘流、層流和湍流。湍流模型包含Spalart-Allmaras(S-A)模型，k-模型、雷諾應力模型（RSM）、大渦模擬（LES）以及最新的分離渦模擬（DES）和V2F模型等。另外用戶還可以定制或添加自己的湍流模型。6. 牛頓流體和非牛頓流體。7. 傳熱問題，包括強迫對流、自然對流和混合對流換熱以及流體-固體共軛流動與換熱、熱輻射。8. 化學組分的混合與反

8、應，包括單一組分和多組分燃燒以及表面沉積/反應。9. 自由表面流動和氣-固、氣-液、液-固多相流動。10. 采用拉格朗日軌道模型計算離散相（顆粒/液滴/氣泡）的運動（包括離散相與連續(xù)相的雙向耦合以及噴霧模型）。11. 氣穴現(xiàn)象。12. 融合/凝固等相變問題。13. 非均質(zhì)滲透性、慣性阻抗、固體熱傳導、多孔介質(zhì)模型（考慮多孔介質(zhì)壓力突變）、多孔介質(zhì)中的流動與傳熱。14. 集總參數(shù)模型的風扇、泵、散熱器、熱交換器的模擬。15. 基于精細流場解算的預測流體噪聲的聲學模擬。16. 慣性坐標系和非慣性坐標系下的流動問題，靜止和運動物體的相互作用（包括葉輪機械、多體分離等問題）。17. 通過動/變形網(wǎng)格技

9、術解決邊界運動的問題，用戶只需指定初始網(wǎng)格和運動壁面的邊界條件，余下的網(wǎng)格變化完全由解算器自動生成。網(wǎng)格變形的方式有三種：彈簧壓縮式、動態(tài)鋪層式以及局部網(wǎng)格重生式。其局部網(wǎng)格重生式是FLUENT所獨有的，而且用途廣泛，可用于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格、變形較大問題以及事先不了解物體運動規(guī)律而完全由流動引起的力所決定的問題。18. 豐富的流體、固體材料物理屬性數(shù)據(jù)庫。19. 附加的磁流體模塊主要模擬電磁場和導電流體之間的相互作用問題；連續(xù)纖維模塊主要模擬纖維和氣體流動之間的動量、質(zhì)量以及熱的交換問題。20. 提供大量的UDF函數(shù)作為二次開發(fā)接口，方便用戶處理質(zhì)量、動量、熱量和化學組分反應源項，改變邊界條件，控制

10、輸入輸出，設置部分材料物性，掛入自己開發(fā)的物理模型，方便用戶進行二次開發(fā)。1.3 FLUENT的基本操作步驟1.3.1 問題分析當利用FLUENT解決某一工程問題時，需要詳細考慮以下幾個問題：（1） 確定計算目標。預期從CFD模型計算中獲得什么樣的結(jié)果？（速度場、溫度場、氣動力等），獲得這些結(jié)果需要的時間要求多久，從模型中需要得到什么樣的精度？（氣動力的誤差小于百分之幾等）。（2） 選擇計算模型。所遇到的問題能否簡化？（三維問題是否可以簡化為二維或軸對稱問題或是否可以簡化為面對稱問題），計算區(qū)域如何界定，使用什么樣的邊界條件，各個邊界的信息是否充分，什么類型的網(wǎng)格拓撲結(jié)構(gòu)更加適合解決所遇到的問

11、題，所有這些問題將決定計算模型的選用。（3） 確定物理模型。確定無粘度還是有粘度，層流還是湍流，定常還是非定常，可壓縮流動還是不可壓縮流動，是否需要應用其他的物理模型（燃燒、多相流等）。（4） 確定解的程序。確定是否使用默認解的格式與參數(shù)值，采用哪一種求解格式可以加快收斂，估計得到收斂解需要的時間要多久，是否需要選擇高階格式。（5） 分析改進計算。根據(jù)獲得的收斂結(jié)果，分析流型是否正確，關鍵的物理現(xiàn)象（分離、激波膨脹波等）是否模擬正確，力、力矩、流量、溫度等與實驗值比較是否滿足模擬精度要求，是否需要做模型上的改進（例如是否需要考慮三維效應），計算域是否需要擴大，邊界層是否需要加密網(wǎng)格等。1.3.

12、2 基本操作步驟1.利用GAMBIT建立計算區(qū)域和指定邊界條件類型2.利用FLUENT求解器求解 步驟：FLUENT求解器的選擇。2d表示二維、單精度求解器；2ddp表示二維、雙精度求解器；3d表示三維、單精度求解器；3ddp表示三維、雙精度求解器。 步驟2：文件導入和網(wǎng)格操作。（1） 讀入網(wǎng)格文件。依次點擊FileReadCase（2） 檢查網(wǎng)格文件。依次點擊GridCheck，從Domain Extents可以看出計算域的大小，從minimum volume可以知道最小的網(wǎng)格體積，最小體積必須大于零，否則需重新劃分網(wǎng)格（3） 設置計算區(qū)域尺寸。依次點擊GridScale（4） 顯示網(wǎng)格。依

13、次點擊DisplayGrid步驟3：選擇計算模型（1） 求解器的定義。依次點擊DefineModelsSolverFluent6.3一共提供了3種求解方法：壓力基隱式求解，密度基隱式求解，密度基顯式求解。其中壓力基方法原來主要用于低速不可壓縮流動的求解，而密度基方法則主要針對高速可壓縮流動而設計，但是現(xiàn)在兩種方法都已經(jīng)拓展成為可以求解很大流動速度范圍的求解方法。兩種求解方法的共同點是都使用有限容積的離散方法，但線性化和求解離散方程的方法不同。壓力求解器是從原來的分離式求解器發(fā)展而來的，它是按順序依次求解動量方程、壓力修正方程、能量方程和組分方程及其他標量方程，如湍流方程等，和之前不同的是，壓力

14、基求解器還增加了耦合算法，可以自由地在分離求解和耦合求解之間轉(zhuǎn)換，耦合求解的收斂速度快，但需要更多的內(nèi)存和計算量。密度基求解器是從原來的耦合求解器發(fā)展而來的，它是同時求解連續(xù)性方程、動量方程、能量方程和組分方程，然后順序求解其他標量方程，如湍流方程等。注意，密度基求解器沒有壓力修正方程，是因為該求解器中的壓力是由狀態(tài)方程確定的。密度基求解器收斂速度快，需要內(nèi)存和計算量比壓力基求解器要大。（2） 其他計算模型的選定。FLUENT啟動默認的是計算層流不可壓流動，不需要設置其他模型。在實際問題中，除了要計算流場，有時還要計算溫度場（Energy傳熱）或濃度場等，因此可能會用到其他物理模型（Multi

15、phase多相流，Radiation輻射，Species組分輸運與化學反應，Discrete Phase離散相，Solidification&Melting凝固和融化，Acoustics聲學）。如果流動為湍流，還需要設置湍流模型，依次點擊DefineModelsViscous選擇合適的湍流模型需要考慮以下幾點：流體的物理現(xiàn)象、特殊問題的簡化、模擬精度的要求、可用的計算資源如何、模擬要求的時間長短等。（3） 操作環(huán)境的設置。依次點擊DefineOperating Conditions步驟4：定義流體的物理性質(zhì)。依次點擊DefineMaterials步驟5：設置邊界條件。依次點擊Defin

16、eBoundary Conditions（1） 設置fluid流體區(qū)域的物質(zhì)。（2） 設置Inlet的邊界條件。（3） 設置Outlet的邊界條件。（4） 設置Wall的邊界條件。步驟6：求解方法的設置及其控制（1） 求解參數(shù)的設置。依次點擊SolveControlsSolution（2） 初始化。依次點擊SolveInitializeInitialize（3） 打開殘差監(jiān)控圖。依次點擊SolveMonitorsResidual（4） 保存當前的case文件。依次點擊FileWriteCase，通過這一步驟保存前面的所有設置。（5） 開始迭代計算。依次點擊SolveIterate（6） 保存計

17、算后的Case和Data文件。依次點擊FileWriteCase&Data步驟7：計算結(jié)果顯示利用FLUENT提供的圖形工具可以很方便地處理CFD求解結(jié)果中所包含的信息， 并觀察相應的結(jié)果，繪制等值線、速度矢量、跡線以及某個剖面上的物理量分布XY點線圖等。2 常用的邊界條件邊界設置的一般原則：1. 盡量將邊界設置在進出口位置，盡量選擇容易收斂的位置；2. 不要在梯度變化較大的地方設置邊界；3. 盡量減小邊界附近的網(wǎng)格偏角。利用TUI命令可以儲存和導入邊界設置：/file/write-bc /file/read-bc 邊界條件也可以用UDF函數(shù)和Profile文件來定義。Profile文

18、件可以通過以下兩種方式創(chuàng)建：1.通過其他的CFD仿真軟件創(chuàng)建；2.通過邊界條件設置數(shù)據(jù)創(chuàng)建。2.1 壓力進口邊界條件壓力進口（pressure-inlet）：邊界條件用于定義流動進口的壓力以及流動的其他標量特性參數(shù)。這種邊界條件對可壓和不可壓流動計算都適用，可用于進口的壓力已知但流率或速度未知的情況，該邊界條件適用于實際中的很多情形，如浮力驅(qū)動的流動。壓力進口邊界條件也可用來定義外部或無約束流動中的“自由”邊界。FLUENT允許用戶激活不同的計算模型，并允許在不同的坐標系下、以不同方式設置壓力及相關物理量的值，因此，該對話框中選項的數(shù)目和形式經(jīng)常有變化，現(xiàn)只對部分常用選項進行介紹。（1） Zo

19、ne Name：設置邊界區(qū)域的名稱。（2） Momentum：選項卡顯示壓力進口邊界上的動量邊界條件，該選項下有如下需要設置的內(nèi)容：Gauge Total Pressure：設置入口的總壓，注意該值是相對于參考壓力的相對壓力；Supersonic/Initial Gauge Pressure：當進口的局部流動是超音速時，或者需要用壓力入口的值來初始化全場，則要求用戶指定靜壓；Direction Specification Method：指定采用什么樣的方式定義流動方向；Coordinate System：指定是由Cartesian（直角坐標系）、Cylindrical（柱坐標系）還是Local

20、 Cylindrical（局部柱坐標系）來輸入速度值；Turbulence Specification Method:指定使用哪種方式來輸入湍流參數(shù)。（3） Thermal選項卡顯示熱邊界條件（4） Radiation：使用輻射模型時要設置的選項。（5） Species：顯示組分邊界條件；（6） DPM：顯示離散相邊界條件；（7） Multiphase：如果選用了多相流模型，需要在此對第二相及某些參數(shù)進行設置；（8） UDS：只有用戶在UserDefined Scalars對話框中定義了自定義標量時可用。2.2 速度進口邊界條件速度進口（velocity-inlet）邊界條件用于定義在流動進口

21、處的流動速度及相關的其他標量的值，這一邊界條件適用于不可壓流動。在速度入口邊界條件中，流場入口邊界的駐點參數(shù)為了滿足入口處的速度條件是允許任意浮動的，因此如果速度入口用于可壓流動可能導致非物理結(jié)果。Velocity Specification Method：設置定義進口速度的方式。FLUENT提供了三種方式讓用戶選擇：Magnitude and Direction（指定速度的大小和方向）、Components（指定速度分量）和Magnitude，Normal to Boundary（指定速度大小，方向垂直于邊界）。2.3 質(zhì)量流進口邊界條件質(zhì)量流入口（mass-flow-inlet）邊界條件用

22、來描述進口的質(zhì)量流量或質(zhì)量通量。進口邊界上如果使用質(zhì)量流入口指定質(zhì)量通量后，允許入口的總壓隨著內(nèi)部求解過程而變化，即質(zhì)量通量固定，則總壓可浮動。該邊界條件與壓力進口邊界條件相反，在壓力進口邊界條件中，指定總壓，則質(zhì)量通量浮動。如果流場在入口處的主要流動特征是質(zhì)量流量保持不變，則適合采用質(zhì)量流入口條件。但需要注意的是，固定入口質(zhì)量流量將導致入口總壓的調(diào)整，從而會降低計算的收斂性。2.4 壓力出口邊界條件壓力出口（Pressure-outlet）邊界條件需要在出口邊界處設置靜壓（相對壓力）。靜壓值的設置只用于亞音速流動，如果當?shù)亓鲃舆_到超音速時，所設置的壓力就不再被使用，此時壓力由流場內(nèi)部通過插值

23、外推得到，所有其他的流動參數(shù)也都從內(nèi)部外推得到。在壓力出口邊界上還需要定義“回流（backflow）”條件?；亓鳁l件顧名思義，就是在壓力出口邊界上出現(xiàn)了回流即有流體從外面進入計算域時使用的邊界條件。推薦使用真實物理現(xiàn)象流場中的數(shù)據(jù)作為回流條件。實際上真實的物理過程可能并沒有回流，但是在迭代計算過程中有可能出現(xiàn)數(shù)值上的出口邊界上流動反向，此時當設置了較真實的回流參數(shù)時，將有利于解的收斂。2.5 出流（Outflow）邊界條件出流（outflow）邊界條件用于模擬在求解前流速和壓力都未知的出口邊界。在該邊界上，用戶不需要定義任何內(nèi)容（模擬輻射傳熱、粒子的離散相及多口出流除外）。該邊界條件適合于出口

24、處的流動是完全發(fā)展的情況，即出流邊界上的變量都由區(qū)域內(nèi)部直接外推得到，且對上游流動沒有影響。出流邊界不能用于以下幾種情況：1.求解問題中含有壓力進口邊界條件；2.流場是可壓縮流動時；3.模擬變密度的非定常流動；4.歐拉多相流模型情況。2.6 壓力遠場邊界條件壓力遠場（Pressure Far-Field）邊界條件用來描述無窮遠處的自由可壓來流，主要設置項目為自由來流馬赫數(shù)和靜參數(shù)條件。該邊界條件只用于氣體的密度是通過理想氣體定律來計算的情況，不能用于其他流動。為了滿足“無限遠”的要求，需將該邊界遠離我們關心的計算區(qū)域，例如在翼型繞流的模擬中，壓力遠場邊界一般距離模型約20倍弦長左右。2.7 固

25、壁邊界條件壁面（wall）用于限定fluid和solid區(qū)域。在粘性流動中，壁面默認為無滑移邊界條件，但用戶可以根據(jù)壁面邊界區(qū)域的平移或轉(zhuǎn)動來指定一個切向速度分量，或者通過指定剪切來模擬一個“滑移”壁面。在流體和壁面之間的剪應力和熱傳導可根據(jù)流場內(nèi)部的流動參數(shù)來計算。2.8 流體區(qū)域流體（fluid）：流體區(qū)域是一組單元，所有激活的方程都要在這些單元上進行求解。唯一需要輸入的信息是流體介質(zhì)的類型，需要指定流體區(qū)域包含哪種介質(zhì)以便恰當?shù)牟牧蠈傩员皇褂谩?.9 固體區(qū)域固體（solid）區(qū)域是一個單元組，此單元組僅用來進行傳熱計算，不進行任何流動計算。作為固體對待的材料實際上可能是流體，但是假定其

26、中沒有對流發(fā)生。固體區(qū)域僅需要輸入固體材料的類型。2.10 周期性邊界條件在流場的邊界形狀和流場結(jié)構(gòu)存在周期性變化特征時，可以采用周期性邊界條件。在FLUENT中可以設置兩種周期性邊界條件。第一種類型的周期性邊界條件不允許在周期平面上出現(xiàn)壓力降。第二種周期性邊界條件則允許在周期性邊界上出現(xiàn)壓力降，從而可以計算“充分發(fā)展”的周期性運動，例如順拍或叉排管束問題的簡化。2.11 對稱邊界條件對稱（symmetry）邊界條件用于物理外形以及所期望的流動/傳熱的結(jié)果具有鏡像對稱特征的情況，也可用來描述粘性流動中的滑移壁面。在對稱邊界上，不需要定義任何值和參數(shù)，但必須定義對稱邊界的位置。2.12 內(nèi)部界面

27、（interior）與交界面（interface）用在兩個區(qū)域（如水泵中同葉輪一起旋轉(zhuǎn)的流體區(qū)域與周圍的非旋轉(zhuǎn)流體區(qū)域）的界面處，將兩個區(qū)域“隔開”。在此邊界上不需要用戶輸入任何內(nèi)容，只需要指定其位置。內(nèi)部界面實際上是兩個區(qū)域公用的一個界面，這一點用交界面（interface）不同。交界面通常也表示兩個區(qū)域的交界面，這兩個面一般來說是重合的或者是部分重合，由此可知交界面一定是成對存在的。2.13 其他一些邊界條件風扇（fan）：風扇是一個集總參數(shù)模型，用于確定具有已知特性的風扇對大流域流場的影響。這種邊界條件允許用戶輸入風扇的壓力與流率（速度）之間的經(jīng)驗曲線，給定風扇旋流速度的徑向和切向分量。

28、 散熱器（radiator）：是熱交換器（如散熱器或冷凝器）的集總參數(shù)模型，用于模擬熱交換器對流場的影響。多孔介質(zhì)階躍（porous jump）：用于模擬速度（壓降）特性均為已知的薄膜。本質(zhì)是內(nèi)部單元區(qū)域中使用的多孔介質(zhì)模型的一維簡化。完成上述設置后，需要決定采用什么樣的計算模型，通知FLUENT是否考慮傳熱，流動是無粘、層流還是湍流，是否多相流，是否包含相變，計算過程中是否存在化學組分變化和化學反應等。默認情況下，F(xiàn)LUENT將只對流場求解，不求解能量方程，認為化學組分沒有變化，沒有相變發(fā)生，不存在多相流，不考慮氮氧化合物污染。3 計算模型的選擇（1）多相流模型VOF模型該模型通過求解單獨的

29、動量方程和處理穿過區(qū)域的每一流體的容積比來模擬2種或3種不能混合的流體。典型的應用包括流體噴射、流體中大泡運動、流體在大壩壩口的流動、氣液界面的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)處理等。Mixture模型這是一種簡化的多相流模型，用于模擬各相有不同速度的多相流，但是假定了在短空間尺度上局部的平衡。相之間的耦合應當是很強的。它也用于模擬有強烈耦合的各向同性多相流和各相以相同速度運動的多相流。典型的應用包括沉降（sedimentation）、氣旋分離器、低載荷作用下的多粒子流動、氣相容積率很低的泡狀流。Eulerian模型該模型可以模擬多相分離流及相互作用的相，相可以是液體、氣體、固體。與在離散相模型中Eulerian-

30、Lagrangian方案只用于離散相不同，在多相流模型中Eulerian方案用于模型中的每一項。（2）能量方程FLUENT允許用戶決定是否進行能量方程（Energy Equation）的計算。如果用戶選中Energy Equation復選框，則表示計算過程中要使用能量方程，考慮熱交換。對于一般的液體流動問題，如水利工程及水利機械流場分析，可不考慮傳熱；而在氣體流動模擬時，往往需要考慮傳熱。在FLUENT中使用其他模型時，如果考慮傳熱，用戶需要激活相應的模型、提供熱邊界條件、給出控制傳熱和（或）依賴于溫度而變化的各種介質(zhì)參數(shù)。如果模擬的是粘性流動，并且希望在能量方程中包含粘性生成熱，在下面要介紹

31、的Viscous Model對話框中激活Viscous Heating選項（這一選項僅在激活能量方程的前提下出現(xiàn)，且只能用于分離式求解器）。默認狀態(tài)下，F(xiàn)LUENT在能量方程中忽略了粘性生成熱，而耦合式求解器則包含有粘性生成熱。對于流體剪切應力較大（如流體潤滑問題）和高速可壓流動，用戶應該考慮粘性耗散。（3）粘性模型Inviscid模型進行無粘計算。Laminar模型用層流的模擬進行流動模擬。層流模擬同無粘模擬一樣，不需要用戶輸入任何與計算模型有關的參數(shù)。Spalart-Allmaras（1 eqn）模型 用Spalart-Allmaras單方程模型進行湍流計算。這是用于求解動力渦粘輸運方程的

32、相對簡單的一種模型，它包含了一組最新發(fā)展的單方程模型，在這些方程里不必要去計算和局部剪切層厚度相關的長度尺度。Spalart-Allmaras模型是專門用于求解航空領域的壁面限制流動，對于受逆壓力梯度作用的邊界層流動，已取得很好的效果，在透平機械中的應用也越來越普遍。 原始的Spalart-Allmaras模型實際是一種低雷諾數(shù)模型，要求在近壁面區(qū)的網(wǎng)格劃分得很細。但在FLUENT中，由于引入了壁面函數(shù)法，這樣，Spalart-Allmaras模型用在較粗的壁面網(wǎng)格時也可取得較好的結(jié)果。因此，當精確的湍流計算并不是十分需要時，這種模型是最好的選擇。需要注意的是，Spalart-Allmaras

33、模型是一種相對比較新的模型，現(xiàn)在不能斷定它適用于所有類型的復雜工程流動。單方程模型經(jīng)常因為對長度尺度的變化不敏感而受到批評，例如，當壁面約束流動突然轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂杉羟辛鲿r，就屬于這種情況。k-epsilon（2 eqn）模型 使用k-雙方程模型進行湍流計算。該模型又分為標準k-模型、RNG k-模型和Realizable k-模型3種。這類模型是目前粘性模擬使用最廣泛的模型。各種模型需要輸入的參數(shù)不同。用戶在初次使用FLUENT時，可暫時用其默認值，待以后有經(jīng)驗時再修正。k-omega(2 eqn)模型 使用k-雙方程模型進行湍流計算。k-雙方程模型分為標準k-模型和SST k-模型。標準k-模型

34、基于Wilcox k-模型，在考慮低雷諾數(shù)、可壓縮性和剪切流特性的基礎上修改而成。Wilcox k-模型在預測自由剪切流傳播速率時，取得了很好的效果，成功應用于尾跡流、混合層流動、平板繞流、圓柱繞流和放射狀噴射。因而，可以說該模型能夠應用于壁面約束流動和自由剪切流動。SST k-模型的全稱是剪切應力輸運(shear-stress transport) k-模型，是為了使標準k-模型在近壁面區(qū)有更好的精度和算法穩(wěn)定性而發(fā)展起來的，也可以說是將k-模型轉(zhuǎn)換到k-模型的結(jié)果。因此，SST k-模型在許多時候比標準k-模型更有效。Reynolds Stress模型 使用Reynolds應力模型(RSM

35、)進行湍流計算。在FLUENT中，Reynolds應力模型是最精細制作的湍流模型。它放棄了各向同性的渦粘假定，直接求解Reynolds應力方程。由于它比單方程和雙方程模型更加嚴格地考慮了流線彎曲、旋渦、旋轉(zhuǎn)和張力快速變化，它對于復雜流動總體上有更高的預測精度。但是，為使Reynolds方程封閉而引入了附加模型(尤其是對計算精度有重要影響的壓力應變項和耗散率項模型)，也會使這種方法的預測結(jié)果的真實性受到挑戰(zhàn)?？傮w來講，Reynolds應力模型的計算量很大。當要考慮Reynolds應力的各向異性時，例如颶風流動、燃燒室高速旋轉(zhuǎn)流、管道中二次流，必須用Reynolds應力模型。Large Eddy

36、Simulation模型使用大渦模擬（LES）模型進行湍流計算。該模型只對三維問題有效，是目前比較有潛力的湍流模型。（4）輻射模型FLUENT共提供了5種輻射模型：Rossland輻射模型、P1輻射模型、RTRM離散傳播輻射模型、S2S表面輻射、和DO離散坐標輻射模型。（5）組分模型組分模型用于對化學組分的輸運和燃燒等化學反應進行模擬。FLUENT包含的組分模型如下：（6）離散相模型（7）凝固和融化（8）聲學特性（9）污染物模型4 命令流4.1 TUI簡介文本用戶界面（TUI）是fluent的命令行似的界面。TUI通過主Fluent界面（在fluent窗口敲回車）、菜單系統(tǒng)和執(zhí)行Scheme程

37、序功能來運行。Fluent資料上把菜單系統(tǒng)比作Unix里的目錄結(jié)構(gòu)。因為它是文本形式，你可以用簡單的文本編輯器來創(chuàng)建和修改TUI命令。當開始運行fluent時，處于“根”菜單下：按回車會看到下列內(nèi)容：>adapt/ file/ report/define/ grid/ solve/display/ parallel/ surface/exit plot/ view/要使用plot 菜單，輸入“plot”然后回車，使用plot菜單下的命令，再按回車：>plot/plot>change-fft-ref-pressure file-set/ residualscircum-avg-

38、axial flamelet-curves residuals-setcircum-ave-radial histogram solutionfft histogram-set/ solution-set/file plotfile-list plot-direction退出菜單，只要輸入“q”然后回車就可以了（大致相當于Unix里的 CD.）。TUI中也可以使用縮寫，例如，“pl/rs”表示“plot/residuals-set”。所有的GUI命令都有一個相對應的TUI命令：1. 高級命令只能通過TUI；2. 按下Enter鍵可顯示在當前行的命令；3. 按q鍵可以向上移動一級。Fl

39、uent也可利用日志文件，在批處理命令或腳本命令下運行可以利用一些常見的TUI命令進行一些簡單的操作：Ls：列出工作目錄下的文件；Rcd：讀取case和data文件；Wcd：寫出case和data文件；Rc/wc：讀入和寫出case文件；Rd/wd：讀入和寫出data文件；It：迭代計算在批處理文件中，可以利用TUI命令自動進行一些非交互式的操作。File/read-bc和File/write-bc可分別用于讀入和保存fluent的一些設置。TUI命令也可用于切換不同的求解器設置。在case和data文件后加上擴展名.gz可以使文件以壓縮格式輸出并解壓后讀入。以下是一些批處理命令的演示：4.2

40、 journal文件Journal文件是包含一系列TUI命令的文本文件。Journal文件可以用文本編輯器來編寫，也可以由執(zhí)行分析時用的fluent命令記錄來產(chǎn)生。Fluent生成的journal文件包括任何GUI操作（都是以TUI的形式）。如果有許多任務要執(zhí)行時使用journal文件顯得非常方便。記錄journal文件，用flie->write->strat journal命令開始記錄，然后執(zhí)行所需的任務，最后用file->write->stop journal命令終止記錄。4.2.1 在journal文件中增加注釋以a;（分號）開頭的行都被當作注釋語句。4.2.2

41、設置邊界條件假設想把名稱為“south”的邊界條件設成wall邊界。命令是：/define/boundary-conditions/zone-type south wall這是把“south”區(qū)域設成wall。詳細內(nèi)容（如移動wall）通過執(zhí)行下面的命令設置：/define/bourdary-conditions/wall sourth4.2.3 設置材料屬性/define/materials/deleteair_50c/define/materials/deleteair_1bar/define/materials/change-createairair_1baryincompressibl

42、e-ideal-gasypiecewise-linear2298.151007323.151008ypiecewise-linear2298.150.02606323.150.02788ypiecewise-linear2273.151.72E-05433.152.45E-05nnnnnny4.2.4 產(chǎn)生窗口的硬拷貝(hardcopy)display set-window 1 ; if window nr. 1 is the window you want to be hardcopied/display/set/windows/scale/form ; setting the option

43、s for the graph (colourmap)"%0.2f"/display/set/color-rampbgr/display/set/hardcopy/color ; setting the options for the window<color/display/set/hardcopy/drivertiff/display/set/hardcopy/y-res2400/display/set/hardcopy/x-res3106/display/set/hardcopy/invno/display/hardfilename.tiff/display/s

44、et/hardcopy/invyes/display/hardfilename_inv.tiff4.2.5 在batch模式運行多個case可以通過journal文件來完成，下面的例子是運行兩個case:file read-case-data xxx1.cassolve dual-time-iterate yyy1file write-case-data zzz1.casfile read-case-data xxx2.casyes ; for discard cas dialogsolve dual-time-iterate yyy2file write-case-data zzz2.cas

45、另外一個例子：rcd filemname.casyesit 10000 wcd filemname.cas yes4.2.6 在journal文件中做循環(huán)在journal文件（或者文本用戶介面）里做循環(huán)的最好辦法是使用scheme編程語言的循環(huán)結(jié)構(gòu)語句。4.2.7 在迭代過程中導出視場（fieldview）數(shù)據(jù)作后處理參考菜單solve->execute commands幫助，這是兩個例子：穩(wěn)態(tài)file/export/fug/File_grid-%nfile/export/fud/File_data-%n pressure velocity-magnitude x-velocity y-

46、velocity z-velocity () 非穩(wěn)態(tài)file/export/fug/File_grid-%tfile/export/fud/File_data-%t pressure velocity-magnitude x-velocity y-velocity z-velocity ()從execute command 面板中選擇導出的頻率。4.3 常用命令縮寫B(tài)C Boundary Conditions B-L Boundary Layer CFD Computational Fluid Dynamics DES Detached Eddy Simulation DPM Discrete

47、 Phase Model FDM Finite Difference Method FEM Finite Element Method FVM Finite Volume Method GUI Graphical User Interface LES Large Eddy Simulation MUSCL Monotone Upstream-centered Scheme for Conservation Laws PDF Probability Density Function PBM  ? QUICK Quadratic Upstream Interpolation for Co

48、nvective Kinematics RANS Reynolds Averaged Navier-Stokes RSM Reynolds Stress Model SIMPLE Semi-Implicit Method for the Pressure-Linked Equation SST Shear Stress Transport TUI Text User Interface UDF User defined function URF Under Relaxation Factor VOF Volume Of Fluid 5 求解過程控制求解步驟主要分為以下幾個方面：1. 求解器參數(shù)

49、設置：包括選擇求解器和離散化兩部分；2. 初始化；3. 收斂性：包括監(jiān)視器的收斂性和收斂的穩(wěn)定性，收斂穩(wěn)定性可通過設置松弛因子和克朗特數(shù)來實現(xiàn)；4. 精度：主要檢查網(wǎng)格的獨立性和適應性。求解流程如下：可用的求解器類型Fluent提供了兩種求解器可供選擇：基于壓力的求解器；基于密度的耦合求解器（DBCS）基于壓力的求解器將動量和壓力（或校正壓力）作為首選變量，壓力速度的耦合算法由連續(xù)性方程導出。有兩種基于壓力的算法可供選擇：1 分離求解器：壓力校正和動量依次進行計算；2 耦合求解器：壓力和動量同時進行計算。求解器的選擇1 分離求解器可廣泛適應各種流態(tài)，從低速不可壓縮流到高速可壓縮流都可以求解，具

50、有需要內(nèi)存低，使用靈活等特點；2 基于壓力的耦合求解器（PBCS）對于大多數(shù)單相流問題表現(xiàn)優(yōu)越，但不適用于多相流問題、周期質(zhì)量流量的問題和NITA問題，此外，它所需要的內(nèi)存是分離求解器的1.5-2倍；3 基于密度的耦合求解器（DBCS）適用于在密度、能量、動量和種類之間存在強耦合或依賴關系的問題，例如：燃燒中的高速可壓流動，高超音速流動以及激波相互作用等問題；4 隱式方案一般是首選，因為它有一個很嚴格的時間步長限制；5 顯式方案一般用于流動時間特征尺度和聲學時間尺度在同一個數(shù)量級上的問題（如：高馬赫數(shù)沖擊波）。離散（插值方法）單元中的變量必須通過控制體的面進行插值：當已有試驗數(shù)據(jù)或前期flue

51、nt運算結(jié)果的時候，F(xiàn)luet允許利用profile文件和數(shù)據(jù)插值文件進行插值，profile文件是數(shù)據(jù)文件，可以進行讀入和寫出。數(shù)據(jù)插值文件也可進行同樣的操作。對流項的插值方案：一階迎風：易收斂，但只有一階精度；Power Law：當雷諾數(shù)R<5時精度高于一階迎風，可用于典型的低雷諾數(shù)問題；二階迎風：使用較大的二階精度模型，適用于三角形或四面體網(wǎng)格以及流量和網(wǎng)格不對稱的情況，缺點是收斂較慢；MUSCL：對于非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格具有局部三階精度，在預測二次流動、渦旋和受力方面有較大優(yōu)勢；二階迎風插值（QUICK）：主要用于四面體、六面體和混合網(wǎng)格，對于渦旋流較為有效，對于規(guī)則網(wǎng)格具有三階精度。計

52、算變量的梯度用以下三種方法確定：Green-Gauss Cell-Based：默認的方法，結(jié)果可能出現(xiàn)偽擴散；Green-Gauss Node-Based：精度較高，能最大限度地減少偽擴散，適用于三角形和四面體網(wǎng)格；Least-Squares Cell-Based：適用于多面體網(wǎng)格，和Node-Based梯度方法具有同樣的精度和特性。表面壓力的插值方法利用分離求解器計算單元體表面壓力時，有以下插值方法可用：Standard：默認方案，對于邊界附近正常壓力下的大面積流動降低精度，但是當流動中有劇烈壓力變化的時候應采用PRESTO！算法；PRESTO!：應用于高渦旋流、壓力梯度變化較大的流動（如多

53、孔介質(zhì)、排氣扇等）以及區(qū)域內(nèi)有強烈彎曲的流動；Linear：當應用其他選項收斂困難或者出現(xiàn)不符合物理規(guī)律的結(jié)果時使用；Second-Order：用于可壓縮流動，但不能用于多孔介質(zhì)和排氣扇等問題，也不能用于多相流模型；Body Force Weighted：當體積力較大（如高雷諾數(shù)自然對流或強渦旋流）時采用。壓力速度耦合算法：壓力速度耦合算法是一種在分離求解器下利用連續(xù)性方程和動量方程聯(lián)立推導出壓力（或修正壓力）的數(shù)值算法：基于壓力的半隱式方法（SIMPLE）：默認魯棒方案；SIMPLEC：允許一些簡單問題的快速收斂（例如不帶有物理模型的層流問題）；PISO：對于非穩(wěn)態(tài)流以及含有高于平均偏角的網(wǎng)

54、格問題較為有效；FSM：和PISO算法類似，主要針對NITA問題。5.1 初始化計算開始之前，所有的變量都要進行初始化：較為真實的猜測值可以有效提高計算的穩(wěn)定性，加速收斂，在某些情況下，較為真實的猜測值甚至是必須的：如高溫區(qū)化學反應的初始化。某些區(qū)域的獨立變量需要用Patch導入，如：自由射流（高速）、燃燒問題（高溫區(qū)域的初始化反應），單元寄存器可用于把各個變量導入不同的區(qū)域。FMG初始化全網(wǎng)格初始化可用于建立一個更好的初始流場，TUI命令形式是：/solve/init/fmg-initializationFMG可以和基于壓力或密度的求解器搭配使用，但只能用于穩(wěn)定流。在求解實際網(wǎng)格之前，采用FAS技術解決粗糙網(wǎng)格序列的流動問題，該設置同樣可以用TUI命令訪問：/solve/init/set-fmg-initializationFMG方法在解決大區(qū)域流場壓力和速度的大梯度變化（如旋轉(zhuǎn)機械、擴展螺旋槽）時非常有用。5.2 收斂性收斂時以下條件應該滿足：1. 所有的離散型守恒方程（如動量、能量等）應該服從指定殘差或后續(xù)迭代中的解不再變化；2. 整體質(zhì)量、動量、能量等守恒；利用監(jiān)視器監(jiān)視殘差的變化過程：1. 一般情況下，殘差降低三個數(shù)量級表示定性收斂，這個區(qū)間范圍主要用來確定整個流動的主要變化；2.