Fluent建模教程講解

1、目錄1. 理論知識(shí)1.1 Gambit 軟件的介紹1.2 Fluent 軟件的介紹1.3 Exceed 安裝介紹2. 建模過(guò)程2.1 Gambit 啟動(dòng)2.2 建立幾何模型3. 網(wǎng)格劃分4.1 劃分網(wǎng)格4.2 檢查網(wǎng)格劃分情況4.3 設(shè)置邊界類(lèi)型4.4 輸出網(wǎng)格文件4. 計(jì)算求解5.1 檢查網(wǎng)格并定義長(zhǎng)度單位5.2 設(shè)置計(jì)算模型5.3 設(shè)置流體材料屬性5.4 設(shè)置邊界條件5.5 求解初始化5.6 設(shè)置殘差監(jiān)視5.7 保存 case 文件5.8 求解計(jì)算5.9 保存計(jì)算結(jié)果5. 后期處理第一章 讀入 case 和 data 文件第二章顯示網(wǎng)格第三章創(chuàng)建相關(guān)面第四章計(jì)算各單電池獲得的質(zhì)量流率第五章

2、繪制圖表6. 參考鏈接第一章理論知識(shí)1.1 Gambit軟件的介紹GAMBIT是為了幫助分析者和設(shè)計(jì)者建立并網(wǎng)格化計(jì)算流體力學(xué)（CFD模型和其它科學(xué)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一個(gè)軟件包。GAMBIT通過(guò)它的用戶(hù)界面（GUI）來(lái)接受用戶(hù)的輸入。GAMBIT GUI簡(jiǎn)單而又直接的做出 建立模型、網(wǎng)格化模型、指定模型區(qū)域大小等基本步驟，然而這對(duì)很多的模型應(yīng)用已是足夠了。面向CFD分析的高質(zhì)量的前處理器，其主要功能包括幾何建模和網(wǎng)格生成。由于GAMBIT本身所具有的強(qiáng)大功能，以及快速的更新， 在目前所有的 CFD前處理軟件中，GAMBIT穩(wěn)居上游。GAMBIT軟件具有以下特點(diǎn)： ACIS內(nèi)核基礎(chǔ)上的全面三維幾何建模

3、能力，通過(guò)多種方式直接建立點(diǎn)、線、面、體，而且具有強(qiáng)大的布爾運(yùn)算能力，ACIS內(nèi)核已提高為 ACIS R12。該功能大大領(lǐng)先于其它CAE軟件的前處理器； 可對(duì)自動(dòng)生成的 Journal文件進(jìn)行編輯，以自動(dòng)控制修改或生成新幾 何與網(wǎng)格；可以導(dǎo)入 PRO/E、UG CATIA、SOLIDWORKSANSYS PATRAN等大多數(shù)CAD/CAE軟件所建立的幾何和網(wǎng)格。導(dǎo)入過(guò)程新增自動(dòng)公差修補(bǔ)幾何功能，以保證GAMBIT與 CAD軟件接口的穩(wěn)定性和保真性，使得幾何質(zhì)量高，并大大減輕工程師的工作量; 新增PRO/E、CATIA等直接接口，使得導(dǎo)入過(guò)程更加直接和方便；強(qiáng)大的幾何修正功能，在導(dǎo)入幾何時(shí)會(huì)自動(dòng)

4、合并重合的點(diǎn)、線、面；新增幾何修正工具條，在消除短邊、縫合缺口、修補(bǔ)尖角、去除小面、去除 單獨(dú)輔助線和修補(bǔ)倒角時(shí)更加快速、自動(dòng)、靈活，而且準(zhǔn)確保證幾何體的精 度； G/TURBO模塊可以準(zhǔn)確而高效的生成旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的各種風(fēng)扇以及轉(zhuǎn)子、定子等的幾何模型和計(jì)算網(wǎng)格；強(qiáng)大的網(wǎng)格劃分能力，可以劃分包括邊界層等CFD特殊要求的高質(zhì)量網(wǎng)格。GAMBIT中專(zhuān)用的網(wǎng)格劃分算法可以保證在復(fù)雜的幾何區(qū)域內(nèi)直接劃分 出高質(zhì)量的四面體、六面體網(wǎng)格或混合網(wǎng)格；先進(jìn)的六面體核心 (HEXCORE技術(shù)是GAMBIT所獨(dú)有的，集成了笛卡爾 網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的優(yōu)點(diǎn)，使用該技術(shù)劃分網(wǎng)格時(shí)更加容易，而且大大節(jié)省 網(wǎng)格數(shù)量、提高網(wǎng)格質(zhì)

5、量； 居于行業(yè)領(lǐng)先地位的尺寸函數(shù)(Size fu nction)功能可使用戶(hù)能自主控制網(wǎng)格的生成過(guò)程以及在空間上的分布規(guī)律，使得網(wǎng)格的過(guò)渡與分布更 加合理，最大限度地滿(mǎn)足CFD分析的需要； GAMBIT可高度智能化地選擇網(wǎng)格劃分方法，可對(duì)極其復(fù)雜的幾何區(qū)域劃分出與相鄰區(qū)域網(wǎng)格連續(xù)的完全非結(jié)構(gòu)化的混合網(wǎng)格； 新版本中增加了新的附面層網(wǎng)格生成器，可以方便地生成高質(zhì)量的附面層網(wǎng)格； 可為FLUENT POLYFLOW FIDAP、ANSYS等解算器生成和導(dǎo)出所需要的網(wǎng)格和格式。1.2 Flue nt軟件的介紹CFD商業(yè)軟件介紹之一FLUENT通用CFD軟件包，用來(lái)模擬從不可壓縮到高度可壓縮范圍內(nèi)的復(fù)

6、雜流動(dòng)。由于采用了多種求解方法和多重網(wǎng)格加速收斂技術(shù)，因而FLUENT能達(dá)到最佳的收斂速度和求解精度。靈活的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和基于解的自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)及 成熟的物理模型，使FLUENT在轉(zhuǎn)換與湍流、傳熱與相變、化學(xué)反應(yīng)與燃燒、多相流、旋轉(zhuǎn)機(jī)械、動(dòng) /變形網(wǎng)格、噪聲、材料加工、燃料電池等方面有廣泛 應(yīng)用。FLUENTS件具有以下特點(diǎn)： FLUENTS件采用基于完全非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的 有限體積法，而且具有基于網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)和 網(wǎng)格單元的梯度算法；定常/非定常流動(dòng)模擬，而且新增快速非定常模擬功能； FLUENT軟件中的動(dòng)/變形網(wǎng)格技術(shù)主要解決邊界運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題，用戶(hù)只需指定初始 網(wǎng)格和運(yùn)動(dòng)壁面的邊界條件，余下的網(wǎng)格變化

7、完全由解算器自動(dòng)生成。網(wǎng)格變形方式有三種：彈簧壓縮式、動(dòng)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FLUENTS獨(dú)有的，而且用途廣泛，可用于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格、變形較大問(wèn)題以及物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律事先不知道 而完全由流動(dòng)所產(chǎn)生的力所決定的問(wèn)題； FLUENT軟件具有強(qiáng)大的網(wǎng)格支持能力，支持界面不連續(xù)的網(wǎng)格、混合網(wǎng)格、動(dòng)/變形網(wǎng)格以及滑動(dòng)網(wǎng)格等。值得強(qiáng)調(diào)的是，F(xiàn)LUENT件還擁有多種基于解的網(wǎng)格的自適 應(yīng)、動(dòng)態(tài)自適應(yīng)技術(shù)以及動(dòng)網(wǎng)格與網(wǎng)格動(dòng)態(tài)自適應(yīng)相結(jié)合的技術(shù)； FLUENT件包含三種算法：非耦合隱式算法、耦合顯式算法、耦合隱式算法，是 商用軟件中最多的； FLUENT件包含豐富而先進(jìn)的物理模型，使得用戶(hù)能夠

8、精確地模擬無(wú)粘流、層流、 湍流。湍流模型包含 Spalart-Allmaras 模型、k- 3模型組、k- &模型組、雷諾應(yīng)力模 型(RSM組、大渦模擬模型(LES)組以及最新的分離渦模擬(DES)和 V2F模型等。另外用戶(hù) 還可以定制或添加自己的湍流模型；適用于牛頓流體、非牛頓流體；含有強(qiáng)制/自然/混合對(duì)流的熱傳導(dǎo)，固體/流體的熱傳導(dǎo)、輻射; 化學(xué)組份的混合 / 反應(yīng)； 自由表面流模型，歐拉多相流模型，混合多相流模型，顆粒相模型，空穴兩相流 模型，濕蒸汽模型；融化溶化/凝固；蒸發(fā) /冷凝相變模型； 離散相的拉格朗日跟蹤計(jì)算； 非均質(zhì)滲透性、慣性阻抗、固體熱傳導(dǎo)，多孔介質(zhì)模型（考慮多孔介質(zhì)壓力

9、突變） ； 風(fēng)扇，散熱器，以熱交換器為對(duì)象的集中參數(shù)模型； 慣性或非慣性坐標(biāo)系，復(fù)數(shù)基準(zhǔn)坐標(biāo)系及滑移網(wǎng)格；動(dòng)靜翼相互作用模型化后的接續(xù)界面；基于精細(xì)流場(chǎng)解算的預(yù)測(cè)流體噪聲的聲學(xué)模型；質(zhì)量、動(dòng)量、熱、化學(xué)組份的體積源項(xiàng)；豐富的物性參數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)； 磁流體模塊主要模擬電磁場(chǎng)和導(dǎo)電流體之間的相互作用問(wèn)題； 連續(xù)纖維模塊主要模擬纖維和氣體流動(dòng)之間的動(dòng)量、質(zhì)量以及熱的交換問(wèn)題；高效率的并行計(jì)算功能，提供多種自動(dòng)/手動(dòng)分區(qū)算法；內(nèi)置MPI并行機(jī)制大幅度 提高并行效率。另外，F(xiàn)LUENT有動(dòng)態(tài)負(fù)載平衡功能，確保全局高效并行計(jì)算； FLUENT件提供了友好的用戶(hù)界面，并為用戶(hù)提供了二次開(kāi)發(fā)接口（ UDF； FL

10、UENT軟件采用C/C+語(yǔ)言編寫(xiě)，從而大大提高了對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)存的利用率。1.3 Exceed 安裝介紹i. 將壓縮包解壓為三個(gè)文件夾到 D 盤(pán)，如圖 1-1 所示。圖 1- 1 壓縮包解壓文件ii. 安裝環(huán)境 exceed.13i. 如圖 1-2 所示，雙擊應(yīng)用程序 Msetup 進(jìn)行安裝。ii.圖 1- 2 文件夾 exceed.13彈出窗口如圖 1-3 所示，點(diǎn)擊 install exceed圖 1- 3 exceed.13 安裝iii.彈出窗口如圖 1-4所示，點(diǎn)擊 personal installation圖 1- 4 exceed.13 安裝iv.彈出窗口如圖1-5所示，選擇engli

11、sh，點(diǎn)擊OK圖 1- 5 exceed.13 安裝V.剩余步驟按照提示操作直至安裝結(jié)束。iii. 安裝 gambiti. 在解壓縮后的文件夾內(nèi)，雙擊應(yīng)用程序gambit-install-2.4.6，如圖 1-6 所示。圖1- 6 gambit解壓縮文件夾ii. 彈出對(duì)話(huà)框如圖1-7所示。依次按照提示點(diǎn)擊next 0圖1- 7 gambit安裝iii. 將安裝文件保存到 D盤(pán)，如圖1-8所示。（與此前安裝的exceed，以及此后將要安裝的flue nt都置于同一個(gè)根目錄下，以免運(yùn)行時(shí)報(bào)錯(cuò)。）圖1- 8 gambit安裝依次按照提示點(diǎn)擊next，直至安裝結(jié)束。iv. 將圖 1-6 內(nèi)所示的 國(guó)拷

12、貝至U D:fluent.lnclicense 。 將拷貝到 D:Fluent.lncgambit2.4.6 。（勾掉選項(xiàng)，不要 對(duì) server name 進(jìn)行設(shè)定）V.安裝結(jié)束，重啟電腦。iv. 安裝 flue nt2.1打幵已解壓縮的文件夾71 uentj n stall-崩 n &4-6i3*2fr進(jìn)行安裝2.2按照提示點(diǎn)擊next，同樣將其安裝到D:fluent.lnc。如圖1-9所示圖1- 9 flue nt安裝2.3安裝結(jié)束之后，將flue nt解壓縮后的文件夾內(nèi)的拷貝到D:Flue nt.l nclice nse2.4重啟電腦，安裝成功。2.1Gambit啟動(dòng)1)雙擊桌面的Ga

13、mbit 246擊Run,啟動(dòng)Gambit軟件,第二章建模過(guò)程快捷方式，如圖2-1 ;彈出對(duì)話(huà)框，如圖 2-2，單窗口布局如2-3所示。2- 1 啟動(dòng) GAMBIT圖圖 2- 3 Gambit2- 2 Gambit Startup 對(duì)話(huà)框窗口布局2.2建立幾何結(jié)構(gòu)1）建立氣道部分操作步驟:i.operati onf geometryf volume I，彈出創(chuàng)建立方體的對(duì)話(huà)框，在對(duì)應(yīng)的 width （ X）、depth （ Y）、height （ Z）內(nèi)填入相應(yīng)數(shù)據(jù)，如圖2- 4所示。圖2- 4立方體設(shè)置對(duì)話(huà)框點(diǎn)擊apply，所創(chuàng)建的立方體如圖2-5所示。圖2- 5單條氣道可以按下鼠標(biāo)左鍵來(lái)轉(zhuǎn)

14、動(dòng)圖形，按下右鍵上下拖動(dòng)可以縮放圖形。ii.點(diǎn)擊園，彈出對(duì)話(huà)框，點(diǎn)選 copy=16，z=-6，其他設(shè)置不變，結(jié)果如圖2-6所示。圖 2- 6 copy volumes 界面首先在血2*的黃色區(qū)域單擊左鍵，再按住shift鍵，左鍵點(diǎn)擊已畫(huà)出的立方體模型， 模型變成紅色，同時(shí)黃色區(qū)域內(nèi)自動(dòng)顯示所選模型的編號(hào)，如-，最后點(diǎn)擊apply，得到界面如圖2-7所示。圖2- 7氣道部分iii.構(gòu)建氣道的導(dǎo)流部分如步驟a）所示，設(shè)置參數(shù)如圖2-8，得到界面如圖2-9 o圖 2- 8 分流部分設(shè)置 圖 2- 9 創(chuàng)建分流部分 接著，移動(dòng)剛創(chuàng)建的長(zhǎng)方體。首先確定相關(guān)點(diǎn)的坐標(biāo)，步驟如圖 2-10 所示。圖 2-

15、10 確定相關(guān)點(diǎn)的坐標(biāo) 圖 2- 11 提取點(diǎn)的代號(hào)按住 shift ，左鍵點(diǎn)擊模型上任一點(diǎn)，黃色區(qū)域會(huì)自動(dòng)提取點(diǎn)的代號(hào)，如圖 2-11 所示。點(diǎn)擊 apply ，主界面下方 transcript 將顯示該點(diǎn)的坐標(biāo)，如圖 2-12 所示。圖 2- 12 顯示該點(diǎn)的坐標(biāo) 將與移動(dòng)模型所需的點(diǎn)的坐標(biāo)記錄好之后，便可以開(kāi)始移動(dòng)模型了。 相關(guān)參數(shù)設(shè)置如圖 2-13 。圖 2- 13 模型移動(dòng)參數(shù)設(shè)置 圖 2- 14 導(dǎo)流部分圖按住 shift 鍵，左鍵點(diǎn)選剛創(chuàng)建的模型，該模型變成紅色，表明已點(diǎn)選成功，同 時(shí)，圖 2-13 黃色區(qū)域內(nèi)將顯示出相應(yīng)的模型編號(hào)。 點(diǎn)擊 apply ，得到界面如圖 2-14

16、所示。點(diǎn)擊左邊剛移動(dòng)的模型，將其映射到 X 軸正向。設(shè)置參數(shù)，如圖 2-15 所示。圖 2- 15 導(dǎo)流部分映射( a )圖 2- 16 導(dǎo)流部分映射( b )點(diǎn)擊圖中 define 按鈕，彈出對(duì)話(huà)框，如圖 2-16 所示。選擇 X negative ，點(diǎn)擊 apply 。彈回到 2-16 界面，再次點(diǎn)擊 apply 。得到界面如 圖 2-17 所示。圖 2- 17 氣道部分模型iv. 構(gòu)建氣道主管部分步驟如 d) 所示，相關(guān)尺寸設(shè)置如圖 2-18 所示。圖 2- 18 主管部分參數(shù) 圖 2- 19 模型移動(dòng) 將剛生成的長(zhǎng)方體按照?qǐng)D 2-19 所示參數(shù)進(jìn)行移動(dòng)，得到結(jié)構(gòu)如圖 2-20 。圖 2

17、- 20 主管 inlet1 部分結(jié)構(gòu)圖 2- 21 創(chuàng)建主管 inlet1 剩余結(jié)構(gòu)同樣的方法再一次建立一個(gè)長(zhǎng)方體，參數(shù)為 width(x)=10, depth(y)=4.5,height(z)=23 。 如圖 2-21 所示。將a點(diǎn)移動(dòng)到b點(diǎn)，參數(shù)如圖2-22，得到模型如圖2-23所示。圖2- 22 移動(dòng)a點(diǎn)到b點(diǎn)圖2- 23 主管inletl結(jié)構(gòu)復(fù)制主管部分。按住shift鍵，左鍵連續(xù)點(diǎn)擊上步所構(gòu)建的主管部分，兩個(gè)部 件都變成紅色，表示已選定，相關(guān)參數(shù)設(shè)置如2-24所示。圖2- 24主管復(fù)制并移動(dòng)圖圖2- 25主管in let建立完成點(diǎn)擊apply，得到界面如圖2-25所示。按照2-16

18、所示的映射方式，將剛構(gòu)建的三個(gè)主管映射到另外一側(cè)，得到界面如圖2-26所示。圖2- 26單電池完整 2D視圖按住左鍵，轉(zhuǎn)動(dòng)模型，可以看到各個(gè)部分的情況。將所有部件合為一體。步驟如圖2-27所示。圖2- 27合并各部件圖2- 28合并步驟3對(duì)話(huà)框步驟3點(diǎn)擊之后，彈出對(duì)話(huà)框，如圖2-28所示。完成步驟2后，主界面上所有部件全部變?yōu)榧t色，表明已全部選中。點(diǎn)擊2-27中的apply，所有部件合為一體。如圖2-29所示圖2- 29單電池完整 3D視圖 至此，單電池氣道模型構(gòu)建結(jié)束。 另附一些視圖效果的處理。如圖2-30所示。按住右鍵點(diǎn)擊在整個(gè)操作界面的右下角global co ntrol，彈出菜單，選擇

19、開(kāi) Shaded得到模型的三維視圖圖 2- 30 global control回至U globalcontrol菜單，點(diǎn)擊彈 出菜單 specialdisplayattributes，相關(guān)設(shè)置如圖 2-31所示圖 2- 31 special display attributes 設(shè)置得到?jīng)]有顯示點(diǎn)的實(shí)體模型，如圖2-32所示。圖2- 32單電池3D實(shí)體模型視圖V.堆疊單電池，形成含有十層單電池的電堆。操作如圖 2-33 所示。圖 2- 33 堆疊 10 層單電池執(zhí)行完 1-5 步之后，左鍵點(diǎn)擊黃色區(qū)域，再按住 shift 鍵，左鍵點(diǎn)擊所構(gòu)建的 單電池，選定需要復(fù)制的部件之后，執(zhí)行第 6步，得到

20、界面，如圖 2-34 所示。圖 2- 34 10 層電堆結(jié)構(gòu)圖執(zhí)行圖 2-27, 圖 2-28 所示步驟，將十層單電池合為一體。并且執(zhí)行圖 2-30 以 及圖 2-31 所示步驟，得到界面如圖 2-35 所示。圖 2- 35 10 層電池堆 3D 實(shí)體模型視圖接下來(lái)，將模型保存。操作如圖 2-36 所示。圖 2- 36 保存模型文件（ 1）圖 2- 37 保存模型文件（ 2 ）設(shè)置保存名稱(chēng) 10-cell stack ，如圖 2-37 所示。點(diǎn)擊 accept ，保存完畢。 至此，十層電堆模型構(gòu)建結(jié)束。第三章 網(wǎng)格劃分3.1 網(wǎng)格劃分針對(duì)本模型，采用六面體網(wǎng)格。具體操作步驟如圖 3-1 所示：

21、圖 3- 1 網(wǎng)格劃分參數(shù)設(shè)定在按住 shift ，點(diǎn)選模型之后，黃色部分自動(dòng)顯示所選模型代號(hào)， element 將自動(dòng) 選擇hex, type自動(dòng)選擇submap。（注：此處亦可根據(jù)運(yùn)算的需要選擇其它類(lèi)型 網(wǎng)格， 詳情參考后附的 gambit 中文幫助中關(guān)于網(wǎng)格劃分的章節(jié)。 作者嘗試過(guò)使用 四面體網(wǎng)格進(jìn)行劃分，不僅劃分速度較慢，而且在進(jìn)行網(wǎng)格檢查的時(shí)候發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格 的扭曲度較大，計(jì)算結(jié)果的可靠度不高。讀者可自行嘗試劃分，并同六面體結(jié)構(gòu) 化網(wǎng)格相比較。 ）在 spacing 下可根據(jù)計(jì)算的精度選擇網(wǎng)格的尺寸 interval size ，本例選擇 1。如圖 3-2 所示點(diǎn)擊 apply ，系統(tǒng)開(kāi)始

22、劃分網(wǎng)格，界面如圖 3-3 所示。圖 3- 3 網(wǎng)格劃分過(guò)程界面注：以上直接進(jìn)行網(wǎng)格劃分的方法通常只對(duì)于簡(jiǎn)單的模型，對(duì)于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的 算例，比如本例而言，則會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題，如圖 3-4 所示。圖 3- 4 直接劃分出的不規(guī)則網(wǎng)格 由于模型結(jié)構(gòu)的原因，部分網(wǎng)格將會(huì)出現(xiàn)扭曲和不規(guī)則，這是劃分網(wǎng)格的大忌， 將嚴(yán)重影響隨后進(jìn)行的計(jì)算的精讀。所以，針對(duì)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，應(yīng)該將其分割成較 為簡(jiǎn)單和規(guī)則的結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行單獨(dú)劃分。針對(duì)本例，可將十層電堆重新劃分成十個(gè) 單層電池，分別對(duì)各層單電池進(jìn)行劃分，網(wǎng)格類(lèi)型為六面體網(wǎng)格。（注：這樣的劃分方案看似和之前電堆的建模過(guò)程相矛盾，實(shí)則是不同的，此時(shí) 的重新分割是通過(guò)建立虛

23、擬存在的面來(lái)劃分，旨在使得網(wǎng)格劃分的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單， 同時(shí)保證各層單電池的網(wǎng)格是相互連接的。并且，十層單電池單獨(dú)按次序劃分結(jié) 束后也并不需要再將十層結(jié)構(gòu)再進(jìn)行一次合并，因?yàn)橹斑M(jìn)行的劃分是虛擬劃 分。）詳細(xì)步驟如下。1）創(chuàng)建用于分割電堆的面步驟如圖 3-5 所示。得到界面如圖 3-6 所示。圖 3- 5 創(chuàng)建用于分割的面圖 3- 6 創(chuàng)建的面的示意圖此時(shí)，需將所創(chuàng)建的面移動(dòng)到電堆的最底層和倒數(shù)第二層的交界處。步驟如3- 7 所示。圖 3- 7 移動(dòng)分割面將此面復(fù)制到相鄰的兩個(gè)單電池之間。 共需向上復(fù)制 8 個(gè)。步驟如圖 3-8 所示圖 3- 8 復(fù)制分割面得到界面如圖 3-9 所示2）分割實(shí)體通過(guò)

24、所建立的面，將電堆劃分為十個(gè)單電池。步驟如圖3-10所示。圖3- 10分割實(shí)體過(guò)程設(shè)置得到效果如圖3-11所示。圖3- 11電堆被分割后的效果圖3）單獨(dú)劃分從電堆的最上層單電池幵始，依次向下進(jìn)行劃分。針對(duì)最上層的單電池，步驟如圖3-12所示。圖3- 12單獨(dú)劃分網(wǎng)格設(shè)置過(guò)程如圖3-13所示。圖3- 13單獨(dú)劃分網(wǎng)格過(guò)程該層電池劃分結(jié)束，粗略的可以發(fā)現(xiàn)，所劃分的網(wǎng)格較圖3-4中所示的效果而言，沒(méi)有出現(xiàn)扭曲的現(xiàn)象，非常規(guī)整。如圖3-14所示。（具體的網(wǎng)格數(shù)據(jù)在隨后的步驟中將會(huì)給出。）圖3- 14部分網(wǎng)格示意圖剩下的單電池劃分方式相同。逐一劃分結(jié)束之后將得到如圖3-15所示的效果。圖3- 15電堆網(wǎng)

25、格整體示意圖3.2檢查網(wǎng)格劃分情況Jjrl T點(diǎn)擊位于主界面右下角工具欄中的猛 圖標(biāo)，打幵網(wǎng)絡(luò)設(shè)置對(duì)話(huà)框，如圖3-16所示。圖3- 16網(wǎng)格檢查1）在display type （顯示類(lèi)型）項(xiàng)選擇 plane （平面）。2）選擇 3D element 以及一。3）在 quality type （質(zhì)量類(lèi)型）項(xiàng)選擇 equalangle skew。4）在cut orientation項(xiàng)，用鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng) Z軸滑塊，會(huì)顯示不同的 Z值平面上的網(wǎng)格5）在cut orientation項(xiàng)，用鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng) X或Y軸滑塊，則會(huì)顯示 X和Y平面上的網(wǎng)格。6）在display type項(xiàng)選擇range，點(diǎn)擊對(duì)話(huà)框下

26、部滑塊可選擇顯示的比例及大小。同時(shí)可以看出網(wǎng)格總數(shù)以及每一部分的網(wǎng)格質(zhì)量好壞。3.3設(shè)置邊界類(lèi)型注意：在設(shè)置邊界類(lèi)型之前，可按照之前介紹的方法，在E審中將網(wǎng)格設(shè)置為不可見(jiàn)，這樣利于計(jì)算機(jī)減少在這個(gè)階段的計(jì)算量，同時(shí)便于對(duì)相關(guān)面進(jìn)行觀察 和設(shè)置。1）設(shè)置入口邊界。操作如圖 3-17所示。圖3- 17邊界類(lèi)型設(shè)置注：第五步時(shí)，右鍵長(zhǎng)按，拖動(dòng)選擇velocitynlet。第六步時(shí)，按住shift鍵，左鍵點(diǎn)選模型中的第一個(gè)入口，變成紅色表明選中為in let 1 。如圖3-18所示。圖 3-18 選擇 inlet1以相同的方式設(shè)置其他兩個(gè)速度入口in let 2 和in let 3 。2）設(shè)置出口邊界

27、。如同設(shè)置inlet的方式，點(diǎn)選模型另一側(cè)的三個(gè)面來(lái)設(shè)置oulet1 ，outlet2和outlet3。注意type項(xiàng)要相應(yīng)的選擇 pressure_out 。邊界類(lèi)型設(shè)置完畢之后的界面如圖3-19所示。圖3- 19邊界類(lèi)型設(shè)置完成注意：對(duì)于其他未設(shè)置的面，默認(rèn)為固壁。3.4輸出網(wǎng)格文件操作如圖3-20所示。圖3- 20網(wǎng)格輸岀圖3- 21文件名稱(chēng)保存保留默認(rèn)設(shè)置，點(diǎn)擊 accept確認(rèn)。如圖3-21所示第四章 計(jì)算求解1) 檢查網(wǎng)格并定義長(zhǎng)度單位圖 4- 1 啟動(dòng) fluent1) 讀入網(wǎng)格文件如圖 4-2 所示操作順序。圖 4- 2 讀入網(wǎng)格信息 在相應(yīng)的文件夾內(nèi)找到之前保存的 10-ce

28、ll stack.msh 讀入。讀入后界面如圖4- 3 所示。圖 4- 3 網(wǎng)格信息顯示2) 網(wǎng)格光滑與交換操作如圖 4-4 所示。圖 4- 4 網(wǎng)格光滑彈出對(duì)話(huà)框如圖 4-5 所示。圖 4- 5 網(wǎng)格光劃過(guò)程反復(fù)點(diǎn)擊smooth和swap,直到主界面顯示的數(shù)據(jù)沒(méi)有變化，顯示no nodesmoved, smoothing complete. Done. 為止。關(guān)閉對(duì)話(huà)框。3) 確定長(zhǎng)度單位為 cm。依次點(diǎn)擊 grid-scale ，打開(kāi)長(zhǎng)度單位設(shè)置對(duì)話(huà)框，如圖 4-6 所示。圖 4- 6 設(shè)置模型尺寸i. 在 1 處點(diǎn)選 mm。ii. 點(diǎn)擊 2 處后，此時(shí) domain extents 的單

29、位全部變?yōu)?mm。iii. 點(diǎn)擊 3 處，界面給出區(qū)域的范圍。4) 檢查網(wǎng)格依次點(diǎn)擊 grid check。 Fluent 會(huì)對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行各種檢查并在信息反饋窗口中顯示檢查過(guò)程和結(jié)果，如圖 4-7 所示圖 4- 7 檢查網(wǎng)格信息其中，特別需要注意的是，最小體積必須是正值，不能有警告或者錯(cuò)誤信息，最后一行必須是 Done。5) 顯示網(wǎng)格依次點(diǎn)擊 display grid ，打開(kāi)網(wǎng)格顯示對(duì)話(huà)框后，按圖 4-8 操作，可得到區(qū)域網(wǎng)格圖。圖 4- 8 顯示網(wǎng)格2) 設(shè)置計(jì)算模型1) 設(shè)置求解器按照?qǐng)D 4-9 順序操作，彈出求解器設(shè)置對(duì)話(huà)框，如圖 4-10 所示。圖 4- 9 設(shè)置計(jì)算模型圖 4- 10

30、模型設(shè)置信息保留原始設(shè)置，點(diǎn)擊 OK。2) 啟動(dòng)能量方程點(diǎn)擊 define modelsenergy ，打開(kāi)能量方程設(shè)置對(duì)話(huà)框，如圖 4-11 所示，點(diǎn)擊 OK。圖 4- 11 設(shè)置能量方程3) 設(shè)置層流模型點(diǎn)擊 define models viscous ，打開(kāi)對(duì)話(huà)框， 如圖 4-12 所示，點(diǎn)選 laminar ，其他保留初始設(shè)置，點(diǎn)擊 OK。圖 4- 12 設(shè)置層流模型3) 設(shè)置流體的材料屬性點(diǎn)擊 define materials ，打開(kāi)材料屬性設(shè)置對(duì)話(huà)框，如圖 4-13 所示。圖 4- 13 設(shè)置流體材料屬性i. 點(diǎn)擊右側(cè)的 fluent database ，打開(kāi)流體材料庫(kù)對(duì)話(huà)框，如圖

31、 4-14 所示。圖 4- 14 選擇流體材料為氫氣ii.在 fluent fluid materials列表中選擇 hydrogen 。iii.點(diǎn)擊 copy，點(diǎn)擊 close。iv. 回到圖4-13，此時(shí) material name 里面顯示的就是剛才點(diǎn)選的hydrogen了，點(diǎn)擊 change/creat。v. 點(diǎn)擊close，關(guān)閉材料屬性設(shè)置對(duì)話(huà)框。4）設(shè)置邊界條件依次點(diǎn)擊 Define bou ndary con diti on，打幵邊界條件設(shè)置對(duì)話(huà)框，如圖4-15所示。1）選擇工作流體為氫氣按照?qǐng)D4-15所示步驟執(zhí)行。圖4- 15選擇工作流體為氫氣2）設(shè)置入流口的邊界條件Inlet

32、 1操作步驟如圖4-16、4-17所示圖 4- 16 inlet1 設(shè)置（1）圖 4- 17 in let 設(shè)置（2）補(bǔ)充說(shuō)明：i. 第四步，速度0.94m/s的設(shè)置。參考鏈接： A key geometric parameter for the flow uniformityin planarsolid oxide fuel cell stacks. Wuxi Bi, Daife n Chen, Ziji ng Lin*.in ter nati nal journal of hydrogen en ergy 3 4 （ 2 0 0 9 ） 3 8 7 3-3 8 8 4. 中的3.3節(jié)，關(guān)于

33、入口速度的計(jì)算公式。ii. 第六步，反應(yīng)溫度取 1073K,此時(shí)的氫氣密度經(jīng)計(jì)算為0.02287kg/m3。iii. 其余兩個(gè)入流口 inlet2 和inlet3 的操作和inlet1 相同。3）設(shè)置出流口的邊界條件Outlet1的操作步驟如圖4-18所示。圖 4- 18 outlet1 設(shè)置Outlet2和outlet3 的步驟與上述相同。5）求解初始化點(diǎn)擊solve initialize initialize，打幵求解初始化設(shè)置對(duì)話(huà)框，如圖4-19所示。圖4- 19模型初始化完成流場(chǎng)初始化。6）設(shè)置殘差監(jiān)視點(diǎn)擊solve monitor residual，打幵監(jiān)視器設(shè)置對(duì)話(huà)框，如圖4-20

34、所示圖4- 20殘差監(jiān)視窗口補(bǔ)充說(shuō)明：第二部將數(shù)值設(shè)定為1e-06，這是比較高的收斂值，雖然會(huì)降低計(jì) 算的速度，但可以使得計(jì)算的精度更好。7）保存case文件點(diǎn)擊 file write case，保存文件名為 10-cell stack.cas 。8）求解計(jì)算點(diǎn)擊solve iterate，打幵迭代計(jì)算對(duì)話(huà)框，如圖4-21所示。圖4- 21計(jì)算迭代窗口Flue nt幵始計(jì)算。在迭代191次后，計(jì)算收斂，殘差監(jiān)視曲線如圖4-22所示圖4- 22殘差監(jiān)視曲線補(bǔ)充說(shuō)明（一）:關(guān)于計(jì)算是否收斂的判斷。圖4-22是計(jì)算進(jìn)行到第191步時(shí)殘差曲線的走勢(shì)。因?yàn)闆](méi)有普適的收斂判斷 標(biāo)準(zhǔn)，所以在觀察殘差曲線時(shí)，

35、不要僅僅監(jiān)視殘差曲線下降的數(shù)量級(jí)，最好同 時(shí)能夠監(jiān)視相關(guān)流場(chǎng)變量的變化情況。簡(jiǎn)單地說(shuō)，可以用三種方法判斷計(jì)算是否已經(jīng)收斂：（參考鏈接：流體中文網(wǎng)flue nt 全攻略.pdf )（1）觀察殘差曲線。為 10-6 ，則殘差下降到小于 10-6 時(shí)，系統(tǒng)即認(rèn)為計(jì)算已經(jīng)收斂并同時(shí)終止計(jì)算。（2）流場(chǎng)變量不再變化。有時(shí)候不論怎樣計(jì)算， 殘差都不能降到收斂判據(jù)以下。 此時(shí)可以用具有代表性 的流場(chǎng) 變量來(lái)判斷計(jì)算是否已經(jīng)收斂如果流場(chǎng)變量在經(jīng)過(guò)很多次迭代后不再發(fā) 生變化，就可以認(rèn)為計(jì)算已經(jīng)收斂。（3）總體質(zhì)量、動(dòng)量、能量達(dá)到平衡。在 Flux Reports （通量報(bào)告）面板中檢查質(zhì)量、動(dòng)量、能量和其他變量

36、的總 體平衡情況。通過(guò)計(jì)算域的凈通量應(yīng)該小于0.1%。Flux Reports （通量報(bào)告）面板如圖4-23所示，其啟動(dòng)方法為： Report - Fluxes圖 4- 23 Flux Reports （通量報(bào)告）面板9）保存計(jì)算結(jié)果點(diǎn)擊 file write data ，保存的文件名為 10-cell stack.dat 。補(bǔ)充說(shuō)明（二） ：如何將 fluent 背景設(shè)置為白色。方法一：打開(kāi) Fluent 軟件，在 file 里選擇 hardcopy ，進(jìn)入對(duì)話(huà)框后， 去掉 Reverseforegroung/background ，然后點(diǎn)擊 Preview，彈出的對(duì)話(huà)框選 Yes,然后再勾

37、選 Reverse foregroung/background ，點(diǎn)擊 Preview，彈出對(duì)話(huà)框選擇 No,你會(huì)發(fā)現(xiàn) 此時(shí) Fluent 的圖片背景是白色的了；方法二：如果只是想要圖片貼到WOR中，那還有一種更簡(jiǎn)單的方法，就是直接右擊圖片框上面的藍(lán)色欄，選擇copy to Clipboard，復(fù)制到 WOR里就是白色背景，不過(guò)不會(huì)發(fā)現(xiàn)顏色比在 Fluent 中淡些 建議用第一種方法！參考鏈接：第五章 后期處理5.1 讀入 case 和 data 文件點(diǎn)擊 file read case&data，讀入 10-cell stack.cas 和 10-cell stack.dat 。5.2 顯示網(wǎng)

38、格(結(jié)構(gòu))點(diǎn)擊 display grid ，打開(kāi)網(wǎng)格顯示對(duì)話(huà)框，點(diǎn)擊 display ，顯示網(wǎng)格。如圖5- 1 所示。圖 5- 1 網(wǎng)格顯示補(bǔ)充說(shuō)明：1) Option 項(xiàng)可以選擇需要觀察的線或者面。2) 在 edge type 中，如果只想觀察結(jié)構(gòu)，不需要觀察網(wǎng)格，就選擇 feature 。3) 在 surface 中可以選擇需要觀察的面。4) 可以利用鼠標(biāo)左鍵和中鍵對(duì)圖形進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、縮放和移動(dòng)。5.3 創(chuàng)建相關(guān)面本算例旨在研究整個(gè)電堆的氣流分布均勻性，這就需要將每一層單電池獲得 的氣流量進(jìn)行比較，故本節(jié)的主要工作是測(cè)量每一層單電池三個(gè)氣流出口( outlet1 、outlet2 以及 out

39、let3 )的質(zhì)量流率。由于整個(gè)十層電堆是聯(lián)成一體 的， fluent 只能直接計(jì)算出整個(gè)電堆的總出口的質(zhì)量流率，而不能直接計(jì)算出每 一層單獨(dú)的質(zhì)量流率，所以需要?jiǎng)?chuàng)建相關(guān)的面，也就是整個(gè)電堆的 outlet 在 y 軸 正向上的若干橫截面來(lái)分別對(duì)每一層電池進(jìn)行質(zhì)量流率的計(jì)算。具體步驟如下：1) 點(diǎn)擊 surface plane ，打開(kāi) plane surface 窗口。設(shè)置如圖 5-2 所示：圖 5- 2 創(chuàng)建相關(guān)的面所構(gòu)成的面 plane-1 如圖 5-3 中紅色部分所示。 Plane-1 是最底層單電池的氣 流出口，也是整個(gè)電堆的 outlet1+outlet2+outlet3 的總和。圖

40、 5- 3 plane-1 示意圖補(bǔ)充說(shuō)明：i. 關(guān)于步驟 2：points 中三個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)的解釋。Fluent 中 plane surface 所創(chuàng)建的面可由三個(gè)相關(guān)的點(diǎn)構(gòu)成，如圖 5-3 中 所示的三個(gè)點(diǎn)即為圖 5-2 中 points 所指示的點(diǎn)。 Points 中的三個(gè)相關(guān)點(diǎn) 的坐標(biāo)，可以在 gambit 中通過(guò)點(diǎn)坐標(biāo)的測(cè)量得到。具體方法見(jiàn)本文 2-10 。ii. 在步驟 4 之后，如果 fluent 沒(méi)有報(bào)錯(cuò)，則相關(guān)的面（比如 plane-1 ）就構(gòu) 建成功了。就可以通過(guò) display 來(lái)查看剛才構(gòu)成的面是否符合要求。操作 如圖 5-4 所示。圖 5- 4 網(wǎng)格顯示 針對(duì)本例，此處的目的是查看所構(gòu)建的 plane 是否和整個(gè)電堆的出口面積 相同，同時(shí)，整個(gè)電堆的出口面積是 outlet1+outlet2+outlet3 的總和， 所以在 surfaces 項(xiàng)選擇查看這四個(gè)面， 如果在圖像上是重合的， 那么說(shuō)明 所構(gòu)建的 plane 是符合要求的。面積計(jì)算方法：點(diǎn)擊 report surface integrals ,如圖5-5所示。圖 5