fluent學(xué)習(xí)筆記

1、fluent技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用實(shí)例4.2.2 fluent數(shù)值模擬步驟簡(jiǎn)介主要步驟：1、根據(jù)實(shí)際問(wèn)題選擇2D或3Dfluent求解器從而進(jìn)行數(shù)值模擬。2、導(dǎo)入網(wǎng)格（FileReadCase,然后選擇有g(shù)ambit導(dǎo)出的.msh文件）3、檢查網(wǎng)格（GridCheck）。如果網(wǎng)格最小體積為負(fù)值，就要重新進(jìn)行網(wǎng)格劃分。4、選擇計(jì)算模型。5、確定流體物理性質(zhì)（DefineMaterial）。6、定義操作環(huán)境（Defineoperating condition在本文檔中，所有的箭頭符號(hào)一律用減號(hào)表示，待到文檔編輯完成再進(jìn)行統(tǒng)一的替換。故先在此聲明）7、制定邊界條件（DefineBoundary Condit

2、ions）8、求解方法的設(shè)置及其控制。9、流場(chǎng)初始化（SolveInitialize）10、迭代求解（SolveIterate）11、檢查結(jié)果。12、保存結(jié)果，后處理等。具體操作步驟：1、fluent2d或3d求解器的選擇。2、網(wǎng)格的相關(guān)操作（1）、讀入網(wǎng)格文件（2）、檢查網(wǎng)格文件文件讀入后，一定要對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行檢查。上述的操作可以得到網(wǎng)格信息，從中看出幾何區(qū)域的大小。另外從minimum volume 可以知道最小網(wǎng)格的體積，若是它的值大于零，網(wǎng)格可以用于計(jì)算，否則就要重新劃分網(wǎng)格。（3）、設(shè)置計(jì)算區(qū)域在gambit中畫出的圖形是沒(méi)有單位的，它是一個(gè)純數(shù)量的模型。故在進(jìn)行實(shí)際計(jì)算的時(shí)候，要根據(jù)實(shí)

3、際將模型放大或縮小。方法是改變fluent總求解器的單位。（4）、顯示網(wǎng)格。DisplayGrid3、選擇計(jì)算模型（1）、基本求解器的定義DefineModelsSolverFluent中提供了三種求解方法：·非耦合求解 segregated·耦合隱式求解 coupled implicit·耦合顯示求解 coupled explicit非耦合求解方法主要用于不可壓縮流體或者壓縮性不強(qiáng)的流體。耦合求解方法用在高速可壓縮流體fluent默認(rèn)設(shè)置是非耦合求解方法，但對(duì)于高速可壓縮流動(dòng)，有強(qiáng)的體積力（浮力或離心力）的流動(dòng)，求解問(wèn)題時(shí)網(wǎng)格要比較密集，建議采用耦合隱式求解方法

4、。耦合能量和動(dòng)量方程，可以較快的得到收斂值。耦合隱式求解的短板：運(yùn)行所需要的內(nèi)存比較大。若果必須要耦合求解而機(jī)器內(nèi)存不夠用，可以考慮采用耦合顯示求解方法。蓋求解方法也耦合了動(dòng)量，能量和組分方程，但是內(nèi)存卻比隱式求解方法要小由此可見，顯示方法是非耦合方法和耦合隱式方法的折中體現(xiàn)。需要指出的是，非耦合求解器的一些模型在耦合求解器里并不一定都有。耦合求解器里沒(méi)有的模型包括：多相流模型、混合分?jǐn)?shù)/PDF燃燒模型、預(yù)混燃燒模型。污染物生成模型、相變模型、Rosseland輻射模型、確定質(zhì)量流率的周期性流動(dòng)模型和周期性換熱模型。%有點(diǎn)重復(fù)，但是可以看看加深理解Fluent提供三種不同的求解方法；分離解、隱

5、式耦合解、顯示耦合解。分理解和耦合解的主要區(qū)別在于：連續(xù)方程、動(dòng)量方程、能量方程和組分方程解的步驟不同。分離解按照順序解，耦合解是同時(shí)解。兩種解法都是最后解附加的標(biāo)量方程。隱式解和顯示解的區(qū)別在于線性耦合方程的方式不同。Fluent默認(rèn)使用分離求解器，但是對(duì)于高速可壓流動(dòng)，強(qiáng)體積力導(dǎo)致的強(qiáng)烈耦合流動(dòng)（流體流動(dòng)耦合流體換熱耦合流體的混合，三者相互耦合的過(guò)程文檔整理者注）（浮力或者旋轉(zhuǎn)力），或者在非常精細(xì)的網(wǎng)格上的流動(dòng)，需要考慮隱式解。這一解法耦合了流動(dòng)和能量方程，收斂很快。%（2）、其他求解器的選擇在實(shí)際問(wèn)題中，除了要計(jì)算流場(chǎng)，有時(shí)還要計(jì)算溫度場(chǎng)或者濃度場(chǎng)等，因此還需要其他的模型。主要的模型有：

6、Multiphase（多相流動(dòng)） viscous（層流或湍流）energy（是否考慮傳熱）species（反應(yīng)及其傳熱相關(guān)）（3）操作環(huán)境的設(shè)置Defineoperationcondition該項(xiàng)設(shè)置所考慮的主要內(nèi)容為外部環(huán)境對(duì)內(nèi)部反應(yīng)的影響4、定義流體的物理性質(zhì)5、設(shè)置邊界條件Defineboundary condition（1）、設(shè)置流體區(qū)域（fluid）的邊界條件在zong列表中選擇fluid，即流體所在的區(qū)域，然后單擊set，可以看到關(guān)于fluid區(qū)域連接條件設(shè)置的對(duì)話框，其中material name溫恩框中顯示的是fluid區(qū)域中的物質(zhì)，從fluent數(shù)據(jù)庫(kù)中復(fù)制出來(lái)物質(zhì)的明智都會(huì)

7、在這里顯示出來(lái)，只要選擇即可。（2）其他邊界條件的設(shè)置例如壁面、進(jìn)出口之類額邊界條件。6、求解方法的設(shè)置及其控制。下面介紹連續(xù)性方程以動(dòng)量方程的具體求解形式。（1）、求解參數(shù)的設(shè)置Solvecontrolssolution打開求解器控制的對(duì)話框，其中equation項(xiàng)下面是當(dāng)前問(wèn)題的控制方程；pressurevelocity coupling對(duì)應(yīng)的是壓力速度耦合求解方式；discretization對(duì)應(yīng)的是pressure和momentum（動(dòng)量）的離散方式。另外underrelaxation factors 選項(xiàng)可以設(shè)置控制方程求解時(shí)的松弛因子什么是松弛因子？。（2）初始化Solveinit

8、ializeinitialize打開相應(yīng)的對(duì)話框可以初始化流場(chǎng)。一般來(lái)說(shuō)，初始解對(duì)于求解的影響比較大，所以給出的初始解要盡量接近真實(shí)值。確定初始解后，依次單擊init、apply和close按鍵。（3）打開殘差圖Solvemonitorsresidual若是選擇options下面的plot，就可以在計(jì)算式動(dòng)態(tài)的現(xiàn)實(shí)計(jì)算殘差的走勢(shì)；convergence下面對(duì)應(yīng)的數(shù)值是計(jì)算結(jié)果的殘差要滿足的最低要求，它的數(shù)值越小說(shuō)明計(jì)算的精度要求越高。（4）、保存當(dāng)前的case和data文件（5）、開始迭代保存好是設(shè)置后可以進(jìn)行迭代求解，此時(shí)迭代的一些控制參數(shù)可以利用迭代設(shè)置對(duì)話框進(jìn)行設(shè)置。對(duì)于穩(wěn)態(tài)問(wèn)題，迭代設(shè)

9、置對(duì)話框見教材。其中number of iterations 為總的迭代次數(shù)；reporting interval 為fluent輸出監(jiān)視信息的間斷次數(shù)；UDF profile Update interval說(shuō)明fluent每隔多少次調(diào)用一次用戶自定義函數(shù)。對(duì)于非穩(wěn)態(tài)問(wèn)題，迭代是指的對(duì)話框見教材。其中time step size對(duì)應(yīng)時(shí)間步長(zhǎng)，number of time steps 代表需要求解的時(shí)間步數(shù)，它們與總的求解時(shí)間的關(guān)系是：時(shí)間步長(zhǎng)*時(shí)間步數(shù)=總的求解時(shí)間。Max iterations per time step 代表每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)最多迭代的次數(shù)（6）保存計(jì)算后的case和data文件

10、7、fluent自帶的后處理模塊Fluent自帶的圖形工具可以很方便的處理CFD求解結(jié)果中包含的信息，并觀察相應(yīng)的結(jié)果。顯示網(wǎng)格、等值線和輪廓、速度矢量和極限。流程圖億圖軟件Fluent工程技術(shù)與實(shí)例分析Fluent擁有眾多的物理模型，可以滿足用戶精確地模擬無(wú)粘性流體、層流、紊流、傳熱和傳質(zhì)、多孔介質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)、顆粒運(yùn)輸、多相流、自由表面流、相變流等復(fù)雜流動(dòng)現(xiàn)象的需要。軟件的基本結(jié)構(gòu)1、前處理前處理包括gambit、tgrid和filters、其中g(shù)ambit是由fluent公司自主開發(fā)的專用CFD前置處理器，用于模擬對(duì)象的幾何模型以及網(wǎng)格生成。Tgrid是一個(gè)附加的前置處理器，他可以從gam

11、bit或者其他CAD/CAE軟件包中讀入所生成的模擬對(duì)象的幾何結(jié)構(gòu)，從現(xiàn)在的邊界網(wǎng)絡(luò)開始生成由三角形、四面體或者混合網(wǎng)格組成的體網(wǎng)格。Filters實(shí)際上就是其他CAD/CAE軟件包與fluent之間的接口，可以將其他軟件包所生成的面網(wǎng)格或者體網(wǎng)格讀入到fluent當(dāng)中。2、求解器Fluent6.3.26是一個(gè)基于非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的通用求解器，支持并行運(yùn)算，分單精度和雙精度兩種。3、后處理Fluent本身附帶有強(qiáng)大的后處理功能呢，有云圖、等值線圖、矢量圖、剖面圖、XY散點(diǎn)圖、粒子軌跡圖、動(dòng)畫等多種方式顯示儲(chǔ)存和輸出計(jì)算結(jié)果，可以平移、縮放、旋轉(zhuǎn)圖像，也可以將計(jì)算結(jié)果導(dǎo)入到其他后處理軟件中。邊界條件

12、問(wèn)題CFD 模擬時(shí)，常用的基本邊界條件包括：流動(dòng)進(jìn)口邊界、流動(dòng)出口邊界、給定壓力邊界、壁面邊界、對(duì)稱邊界和周期性循環(huán)邊界。1、進(jìn)出口邊界條件Fluent提供了10種類型的流動(dòng)進(jìn)、出口條件他們分別是：·速度進(jìn)口：給出進(jìn)口速度及需要計(jì)算的所有標(biāo)量值，適用于不可壓縮流動(dòng)。·壓力進(jìn)口：給出進(jìn)口的總壓和其他需要計(jì)算的標(biāo)量進(jìn)口值。·質(zhì)量流量進(jìn)口：主要用于可壓縮流動(dòng)，給出進(jìn)出口的質(zhì)量流量。對(duì)于不可壓縮流動(dòng)，沒(méi)有必要給出該邊界條件，因?yàn)槊芏仁浅?shù)，我們可以用速度進(jìn)口條件。·壓力出口：給定流動(dòng)出口的靜壓。對(duì)于有回流的出口，該邊界條件比outflow邊界條件更容易收斂。&#

13、183;壓力遠(yuǎn)場(chǎng)：該邊界條件只對(duì)可壓縮流動(dòng)適合。·outflow：白邊界條件用以模擬在求解問(wèn)題之前，無(wú)法知道出口速度或壓力；出口流動(dòng)符合完全發(fā)展條件，出口處，除了壓力之外，其他參量梯度為零。該邊界條件適合可壓縮流動(dòng)。·inlet vent：進(jìn)口風(fēng)扇條件需要給定一個(gè)損失系數(shù)。流動(dòng)方向和環(huán)境總壓和總溫。·intake fan：進(jìn)口風(fēng)扇條件需要給定壓降、流動(dòng)方向和環(huán)境總壓總溫。·outlet vent：排出風(fēng)扇給定損失系數(shù)和環(huán)境壓力和靜溫。·exhaust fan：排除風(fēng)扇給定壓降、環(huán)境靜壓。類別邊界條件名稱物理意義進(jìn)口邊界 出口邊界速度進(jìn)口（vel

14、ocity inlet）用于定義流動(dòng)進(jìn)口邊界處的速度和流動(dòng)的其他標(biāo)量型變量壓力進(jìn)口（pressure inlet）定義流動(dòng)進(jìn)口邊界的總壓（總能量）和其他標(biāo)量型變量（如溫度），及進(jìn)口邊界上總壓等標(biāo)量型變量是固定的質(zhì)量進(jìn)口（mass flow inlet）用來(lái)規(guī)定進(jìn)口的質(zhì)量流量，即進(jìn)口邊界上質(zhì)量流量固定，而總壓等可變，該邊界條件與壓力進(jìn)口邊界條件相反。該邊界條件只用于可壓流動(dòng)，對(duì)于不可壓流動(dòng)，請(qǐng)使用速度進(jìn)口邊界條件。出流（outflow）用于規(guī)定在求解前流速和壓力未知的出口邊界。該邊界條件適用于出口處的流動(dòng)時(shí)完全發(fā)展的情況。在該邊界上，用戶不需要定義任何內(nèi)容（除非模擬輻射傳熱、離散相及多口出流）。

15、該條件不能用于可壓流動(dòng)。該條件也不能與壓力進(jìn)口邊界條件一起使用，這是可用壓力出口邊界條件。壓力出口（pressure outlet）用于定義流動(dòng)出口的靜壓（如果有回流存在，還包括其他的標(biāo)量變量）。當(dāng)有回流時(shí)，使用壓力出口邊界條件代替出流邊界條件常常有更好的收斂速度。壓力遠(yuǎn)場(chǎng)（pressure far-field）用來(lái)描述無(wú)窮遠(yuǎn)處的自由可壓流體。該邊界條件只用于可壓流動(dòng)，氣體的密度通過(guò)理想氣體定律來(lái)計(jì)算。為了得到理想計(jì)算結(jié)果，要將改邊界遠(yuǎn)離我們所關(guān)心的計(jì)算區(qū)域。進(jìn)風(fēng)口（inlet vent）用于描述具有指定的損失系數(shù)、周圍（進(jìn)口）總壓和溫度的進(jìn)風(fēng)口排風(fēng)口（outlet vent）用于描述具有指定

16、的損失系數(shù)、周圍（排放處）總壓的溫度的排風(fēng)口進(jìn)氣扇（intake fan）用于描述具有指定的壓力階躍、流動(dòng)方向、周圍（進(jìn)口）總壓和溫度的外部進(jìn)風(fēng)扇排氣扇（exhaust fan）用于描述具有指定的壓力階躍、周圍（排放處）的靜壓的外部排風(fēng)扇壁面重復(fù)軸類邊界壁面（wall）用于限定流體和固體區(qū)域。在粘性流動(dòng)中，壁面被默認(rèn)為無(wú)滑移邊界條件壁面，無(wú)滑移邊界條件。，但用戶可以根據(jù)壁面邊界區(qū)域的平移或者轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)指定一個(gè)切向速度分量，或者通過(guò)指定剪切來(lái)模擬一個(gè)“滑移”壁面。對(duì)稱（symmetry）用于物理外形以及所期望的流動(dòng)的解具有鏡像對(duì)稱特征的情況，也可以用來(lái)描述粘性流體中的零滑移壁面。在對(duì)稱邊界上，不需要

17、定義任何邊界條件，但必須定義對(duì)稱邊界的位置。注意：對(duì)于軸對(duì)稱問(wèn)題中的中心線，應(yīng)使用軸邊界條件來(lái)定義，而不是對(duì)稱邊界條件。周期（periodic）用于計(jì)算的物理幾何模型和所期待的流動(dòng)的解具有周期性重復(fù)的情況軸（axis）用于描述軸對(duì)稱幾何體的中心線。在軸邊界上，不必定義任何邊界條件。內(nèi)部單元區(qū)域流體（fluid）流體區(qū)域是一個(gè)單元組，所有激活的方程所謂激活的方程是否就指的就是在參數(shù)設(shè)置時(shí)，經(jīng)過(guò)設(shè)置的方程，而沒(méi)有設(shè)置過(guò)得方程，是不是就是其他沒(méi)有激活的方程呢？都要在這些單元上進(jìn)行求解。向流體區(qū)域輸入的信息只是流體介質(zhì)的類型。對(duì)于當(dāng)前材料列表中沒(méi)有的材料，需要用戶自行定義。固體（solid）固體區(qū)域也

18、是一個(gè)單元組，只不過(guò)這組單元僅用來(lái)進(jìn)行傳熱求解計(jì)算，不進(jìn)行任何流動(dòng)計(jì)算。作為固體處理的材料可能事實(shí)上是流體，但是假定其中沒(méi)有對(duì)流發(fā)生。固體區(qū)域僅僅需要輸入材料的類型。風(fēng)扇（fan）風(fēng)扇是集總參數(shù)模型，對(duì)于確定具有已知特性的風(fēng)扇對(duì)于大流域流場(chǎng)的影響。這種邊界條件允許用戶輸入風(fēng)扇的壓力和流量關(guān)系曲線，給定風(fēng)扇旋流速度的徑向和切向分量。風(fēng)扇模型并不提供對(duì)風(fēng)扇葉片上的流動(dòng)的詳細(xì)描述，它只預(yù)測(cè)通過(guò)風(fēng)扇的流量。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(duì)流場(chǎng)的影響。這種邊界條件下，允許用戶指定壓降與傳熱系數(shù)作為正對(duì)著散熱器方向的速度的系數(shù)。多孔介質(zhì)階躍（porous jump）用于模擬速度和壓降特性均為已知的薄膜。它本質(zhì)上是內(nèi)部單元區(qū)域中使用的多孔介質(zhì)模型的一維簡(jiǎn)化。這種邊界條件可用于通過(guò)篩子和過(guò)濾器的壓降模型，及不考慮熱傳導(dǎo)影響的散熱器模擬。該模型比完整的多孔介質(zhì)模型更可靠，更容易收斂，應(yīng)盡可能采用內(nèi)部截面（interior）用在兩個(gè)區(qū)域（如水泵中間葉輪一起旋轉(zhuǎn)的流體區(qū)域