Fluent建模教程講解

1、目錄1. 理論知識1.1 Gambit 軟件的介紹1.2 Fluent 軟件的介紹1.3 Exceed 安裝介紹2. 建模過程2.1 Gambit 啟動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)置邊界類型4.4 輸出網(wǎng)格文件4. 計算求解5.1 檢查網(wǎng)格并定義長度單位5.2 設(shè)置計算模型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 求解計算5.9 保存計算結(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1.1 Gambit軟件的介紹GAMBIT是為了幫助分析者和設(shè)計者建立并網(wǎng)格化計算流體力學（CFD模型和其它科學應(yīng)用而設(shè)計的一個軟件包。GAMBIT通過它的用戶界面（GUI）來接受用戶的輸入。GAMBIT GUI簡單而又直接的做出 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： ACIS內(nèi)核基礎(chǔ)上的全面三維幾何建模

3、能力，通過多種方式直接建立點、線、面、體，而且具有強大的布爾運算能力，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； 可對自動生成的 Journal文件進行編輯，以自動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)入過程新增自動公差修補幾何功能，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)入過程更加直接和方便；強大的幾何修正功能，在導(dǎo)入幾何時會自動

4、合并重合的點、線、面；新增幾何修正工具條，在消除短邊、縫合缺口、修補尖角、去除小面、去除 單獨輔助線和修補倒角時更加快速、自動、靈活，而且準確保證幾何體的精 度； G/TURBO模塊可以準確而高效的生成旋轉(zhuǎn)機械中的各種風扇以及轉(zhuǎn)子、定子等的幾何模型和計算網(wǎng)格；強大的網(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；先進的六面體核心 (HEXCORE技術(shù)是GAMBIT所獨有的，集成了笛卡爾 網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的優(yōu)點，使用該技術(shù)劃分網(wǎng)格時更加容易，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)功能可使用戶能自主控制網(wǎng)格的生成過程以及在空間上的分布規(guī)律，使得網(wǎng)格的過渡與分布更 加合理，最大限度地滿足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，用來模擬從不可壓縮到高度可壓縮范圍內(nèi)的復(fù)

6、雜流動。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、化學反應(yīng)與燃燒、多相流、旋轉(zhuǎn)機械、動 /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： 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)點和 網(wǎng)格單元的梯度算法；定常/非定常流動模擬，而且新增快速非定常模擬功能； FLUENT軟件中的動/變形網(wǎng)格技術(shù)主要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

7、完全由解算器自動生成。網(wǎng)格變形方式有三種：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FLUENTS獨有的，而且用途廣泛，可用于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格、變形較大問題以及物體運動規(guī)律事先不知道 而完全由流動所產(chǎn)生的力所決定的問題； FLUENT軟件具有強大的網(wǎng)格支持能力，支持界面不連續(xù)的網(wǎng)格、混合網(wǎng)格、動/變形網(wǎng)格以及滑動網(wǎng)格等。值得強調(diào)的是，F(xiàn)LUENT件還擁有多種基于解的網(wǎng)格的自適 應(yīng)、動態(tài)自適應(yīng)技術(shù)以及動網(wǎng)格與網(wǎng)格動態(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件包含豐富而先進的物理模型，使得用戶能夠

8、精確地模擬無粘流、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 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；含有強制/自然/混合對流的熱傳導(dǎo)，固體/流體的熱傳導(dǎo)、輻射; 化學組份的混合 / 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） ； 風扇，散熱器，以熱交換器為對象的集中參數(shù)模型； 慣性或非慣性坐標系，復(fù)數(shù)基準坐標系及滑移網(wǎng)格；動靜翼相互作用模型化后的接續(xù)界面；基于精細流場解算的預(yù)測流體噪聲的聲學模型；質(zhì)量、動量、熱、化學組份的體積源項；豐富的物性參數(shù)的數(shù)據(jù)庫； 磁流體模塊主要模擬電磁場和導(dǎo)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；高效率的并行計算功能，提供多種自動/手動分區(qū)算法；內(nèi)置MPI并行機制大幅度 提高并行效率。另外，F(xiàn)LUENT有動態(tài)負載平衡功能，確保全局高效并行計算； FLUENT件提供了友好的用戶界面，并為用戶提供了二次開發(fā)接口（ UDF； FL

10、UENT軟件采用C/C+語言編寫，從而大大提高了對計算機內(nèi)存的利用率。1.3 Exceed 安裝介紹i. 將壓縮包解壓為三個文件夾到 D 盤，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 進行安裝。ii.圖 1- 2 文件夾 exceed.13彈出窗口如圖 1-3 所示，點擊 install exceed圖 1- 3 exceed.13 安裝iii.彈出窗口如圖 1-4所示，點擊 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. 彈出對話框如圖1-7所示。依次按照提示點擊next 0圖1- 7 gambit安裝iii. 將安裝文件保存到 D盤，如圖1-8所示。（與此前安裝的exceed，以及此后將要安裝的flue nt都置于同一個根目錄下，以免運行時報錯。）圖1- 8 gambit安裝依次按照提示點擊next，直至安裝結(jié)束。iv. 將圖 1-6 內(nèi)所示的 國拷

12、貝至U D:fluent.lnclicense 。 將拷貝到 D:Fluent.lncgambit2.4.6 。（勾掉選項，不要 對 server name 進行設(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進行安裝2.2按照提示點擊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1)雙擊桌面的Ga

13、mbit 246擊Run,啟動Gambit軟件,第二章建模過程快捷方式，如圖2-1 ;彈出對話框，如圖 2-2，單窗口布局如2-3所示。2- 1 啟動 GAMBIT圖圖 2- 3 Gambit2- 2 Gambit Startup 對話框窗口布局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)建立方體的對話框，在對應(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)置對話框點擊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左鍵來轉(zhuǎn)

14、動圖形，按下右鍵上下拖動可以縮放圖形。ii.點擊園，彈出對話框，點選 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，左鍵點擊已畫出的立方體模型， 模型變成紅色，同時黃色區(qū)域內(nèi)自動顯示所選模型的編號，如-，最后點擊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，移動剛創(chuàng)建的長方體。首先確定相關(guān)點的坐標，步驟如圖 2-10 所示。圖 2-

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

16、所示。點擊左邊剛移動的模型，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 )點擊圖中 define 按鈕，彈出對話框，如圖 2-16 所示。選擇 X negative ，點擊 apply 。彈回到 2-16 界面，再次點擊 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 將剛生成的長方體按照圖 2-19 所示參數(shù)進行移動，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長方體，參數(shù)為 width(x)=10, depth(y)=4.5,height(z)=23 。 如圖 2-21 所示。將a點移動到b點，參數(shù)如圖2-22，得到模型如圖2-23所示。圖2- 22 移動a點到b點圖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)點擊上步所構(gòu)建的主管部分，兩個部 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)制并移動圖圖2- 25主管in let建立完成點擊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)動模型，可以看到各個部分的情況。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對話框步驟3點擊之后，彈出對話框，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。按住右鍵點擊在整個操作界面的右下角global co ntrol，彈出菜單，選擇

19、開 Shaded得到模型的三維視圖圖 2- 30 global control回至U globalcontrol菜單，點擊彈 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)]有顯示點的實體模型，如圖2-32所示。圖2- 32單電池3D實體模型視圖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，左鍵點擊黃色區(qū)域，再按住 shift 鍵，左鍵點擊所構(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 實體模型視圖接下來，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 10-cell stack ，如圖 2-37 所示。點擊 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 ，點選模型之后，黃色部分自動顯示所選模型代號， element 將自動 選擇hex, type自動選擇submap。（注：此處亦可根據(jù)運算的需要選擇其它類型 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)。 作者嘗試過使用 四面體網(wǎng)格進行劃分，不僅劃分速度較慢，而且在進行網(wǎng)格檢查的時候發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格 的扭曲度較大，計算結(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 所示點擊 apply ，系統(tǒng)開始

22、劃分網(wǎng)格，界面如圖 3-3 所示。圖 3- 3 網(wǎng)格劃分過程界面注：以上直接進行網(wǎng)格劃分的方法通常只對于簡單的模型，對于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的 算例，比如本例而言，則會出現(xiàn)以下問題，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)格將會出現(xiàn)扭曲和不規(guī)則，這是劃分網(wǎng)格的大忌， 將嚴重影響隨后進行的計算的精讀。所以，針對復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，應(yīng)該將其分割成較 為簡單和規(guī)則的結(jié)構(gòu)來進行單獨劃分。針對本例，可將十層電堆重新劃分成十個 單層電池，分別對各層單電池進行劃分，網(wǎng)格類型為六面體網(wǎng)格。（注：這樣的劃分方案看似和之前電堆的建模過程相矛盾，實則是不同的，此時 的重新分割是通過建立虛

23、擬存在的面來劃分，旨在使得網(wǎng)格劃分的結(jié)構(gòu)更簡單， 同時保證各層單電池的網(wǎng)格是相互連接的。并且，十層單電池單獨按次序劃分結(jié) 束后也并不需要再將十層結(jié)構(gòu)再進行一次合并，因為之前進行的劃分是虛擬劃 分。）詳細步驟如下。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，需將所創(chuàng)建的面移動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 移動分割面將此面復(fù)制到相鄰的兩個單電池之間。 共需向上復(fù)制 8 個。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）分割實體通過

24、所建立的面，將電堆劃分為十個單電池。步驟如圖3-10所示。圖3- 10分割實體過程設(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）單獨劃分從電堆的最上層單電池幵始，依次向下進行劃分。針對最上層的單電池，步驟如圖3-12所示。圖3- 12單獨劃分網(wǎng)格設(shè)置過程如圖3-13所示。圖3- 13單獨劃分網(wǎng)格過程該層電池劃分結(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點擊位于主界面右下角工具欄中的猛 圖標，打幵網(wǎng)絡(luò)設(shè)置對話框，如圖3-16所示。圖3- 16網(wǎng)格檢查1）在display type （顯示類型）項選擇 plane （平面）。2）選擇 3D element 以及一。3）在 quality type （質(zhì)量類型）項選擇 equalangle skew。4）在cut orientation項，用鼠標左鍵拖動 Z軸滑塊，會顯示不同的 Z值平面上的網(wǎng)格5）在cut orientation項，用鼠標左鍵拖動 X或Y軸滑塊，則會顯示 X和Y平面上的網(wǎng)格。6）在display type項選擇range，點擊對話框下

26、部滑塊可選擇顯示的比例及大小。同時可以看出網(wǎng)格總數(shù)以及每一部分的網(wǎng)格質(zhì)量好壞。3.3設(shè)置邊界類型注意：在設(shè)置邊界類型之前，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，這樣利于計算機減少在這個階段的計算量，同時便于對相關(guān)面進行觀察 和設(shè)置。1）設(shè)置入口邊界。操作如圖 3-17所示。圖3- 17邊界類型設(shè)置注：第五步時，右鍵長按，拖動選擇velocitynlet。第六步時，按住shift鍵，左鍵點選模型中的第一個入口，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，點選模型另一側(cè)的三個面來設(shè)置oulet1 ，outlet2和outlet3。注意type項要相應(yīng)的選擇 pressure_out 。邊界類型設(shè)置完畢之后的界面如圖3-19所示。圖3- 19邊界類型設(shè)置完成注意：對于其他未設(shè)置的面，默認為固壁。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文件名稱保存保留默認設(shè)置，點擊 accept確認。如圖3-21所示第四章 計算求解1) 檢查網(wǎng)格并定義長度單位圖 4- 1 啟動 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)格光滑彈出對話框如圖 4-5 所示。圖 4- 5 網(wǎng)格光劃過程反復(fù)點擊smooth和swap,直到主界面顯示的數(shù)據(jù)沒有變化，顯示no nodesmoved, smoothing complete. Done. 為止。關(guān)閉對話框。3) 確定長度單位為 cm。依次點擊 grid-scale ，打開長度單位設(shè)置對話框，如圖 4-6 所示。圖 4- 6 設(shè)置模型尺寸i. 在 1 處點選 mm。ii. 點擊 2 處后，此時 domain extents 的單

29、位全部變?yōu)?mm。iii. 點擊 3 處，界面給出區(qū)域的范圍。4) 檢查網(wǎng)格依次點擊 grid check。 Fluent 會對網(wǎng)格進行各種檢查并在信息反饋窗口中顯示檢查過程和結(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，不能有警告或者錯誤信息，最后一行必須是 Done。5) 顯示網(wǎng)格依次點擊 display grid ，打開網(wǎng)格顯示對話框后，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)置計算模型1) 設(shè)置求解器按照圖 4-9 順序操作，彈出求解器設(shè)置對話框，如圖 4-10 所示。圖 4- 9 設(shè)置計算模型圖 4- 10

30、模型設(shè)置信息保留原始設(shè)置，點擊 OK。2) 啟動能量方程點擊 define modelsenergy ，打開能量方程設(shè)置對話框，如圖 4-11 所示，點擊 OK。圖 4- 11 設(shè)置能量方程3) 設(shè)置層流模型點擊 define models viscous ，打開對話框， 如圖 4-12 所示，點選 laminar ，其他保留初始設(shè)置，點擊 OK。圖 4- 12 設(shè)置層流模型3) 設(shè)置流體的材料屬性點擊 define materials ，打開材料屬性設(shè)置對話框，如圖 4-13 所示。圖 4- 13 設(shè)置流體材料屬性i. 點擊右側(cè)的 fluent database ，打開流體材料庫對話框，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.點擊 copy，點擊 close。iv. 回到圖4-13，此時 material name 里面顯示的就是剛才點選的hydrogen了，點擊 change/creat。v. 點擊close，關(guān)閉材料屬性設(shè)置對話框。4）設(shè)置邊界條件依次點擊 Define bou ndary con diti on，打幵邊界條件設(shè)置對話框，如圖4-15所示。1）選擇工作流體為氫氣按照圖4-15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）補充說明：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、入口速度的計算公式。ii. 第六步，反應(yīng)溫度取 1073K,此時的氫氣密度經(jīng)計算為0.02287kg/m3。iii. 其余兩個入流口 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）求解初始化點擊solve initialize initialize，打幵求解初始化設(shè)置對話框，如圖4-19所示。圖4- 19模型初始化完成流場初始化。6）設(shè)置殘差監(jiān)視點擊solve monitor residual，打幵監(jiān)視器設(shè)置對話框，如圖4-20

34、所示圖4- 20殘差監(jiān)視窗口補充說明：第二部將數(shù)值設(shè)定為1e-06，這是比較高的收斂值，雖然會降低計 算的速度，但可以使得計算的精度更好。7）保存case文件點擊 file write case，保存文件名為 10-cell stack.cas 。8）求解計算點擊solve iterate，打幵迭代計算對話框，如圖4-21所示。圖4- 21計算迭代窗口Flue nt幵始計算。在迭代191次后，計算收斂，殘差監(jiān)視曲線如圖4-22所示圖4- 22殘差監(jiān)視曲線補充說明（一）:關(guān)于計算是否收斂的判斷。圖4-22是計算進行到第191步時殘差曲線的走勢。因為沒有普適的收斂判斷 標準，所以在觀察殘差曲線時，

35、不要僅僅監(jiān)視殘差曲線下降的數(shù)量級，最好同 時能夠監(jiān)視相關(guān)流場變量的變化情況。簡單地說，可以用三種方法判斷計算是否已經(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，系統(tǒng)即認為計算已經(jīng)收斂并同時終止計算。（2）流場變量不再變化。有時候不論怎樣計算， 殘差都不能降到收斂判據(jù)以下。 此時可以用具有代表性 的流場 變量來判斷計算是否已經(jīng)收斂如果流場變量在經(jīng)過很多次迭代后不再發(fā) 生變化，就可以認為計算已經(jīng)收斂。（3）總體質(zhì)量、動量、能量達到平衡。在 Flux Reports （通量報告）面板中檢查質(zhì)量、動量、能量和其他變量

36、的總 體平衡情況。通過計算域的凈通量應(yīng)該小于0.1%。Flux Reports （通量報告）面板如圖4-23所示，其啟動方法為： Report - Fluxes圖 4- 23 Flux Reports （通量報告）面板9）保存計算結(jié)果點擊 file write data ，保存的文件名為 10-cell stack.dat 。補充說明（二） ：如何將 fluent 背景設(shè)置為白色。方法一：打開 Fluent 軟件，在 file 里選擇 hardcopy ，進入對話框后， 去掉 Reverseforegroung/background ，然后點擊 Preview，彈出的對話框選 Yes,然后再勾

37、選 Reverse foregroung/background ，點擊 Preview，彈出對話框選擇 No,你會發(fā)現(xiàn) 此時 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，那還有一種更簡單的方法，就是直接右擊圖片框上面的藍色欄，選擇copy to Clipboard，復(fù)制到 WOR里就是白色背景，不過不會發(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))點擊 display grid ，打開網(wǎng)格顯示對話框，點擊 display ，顯示網(wǎng)格。如圖5- 1 所示。圖 5- 1 網(wǎng)格顯示補充說明：1) Option 項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) 可以利用鼠標左鍵和中鍵對圖形進行旋轉(zhuǎn)、縮放和移動。5.3 創(chuàng)建相關(guān)面本算例旨在研究整個電堆的氣流分布均勻性，這就需要將每一層單電池獲得 的氣流量進行比較，故本節(jié)的主要工作是測量每一層單電池三個氣流出口( outlet1 、outlet2 以及 out

39、let3 )的質(zhì)量流率。由于整個十層電堆是聯(lián)成一體 的， fluent 只能直接計算出整個電堆的總出口的質(zhì)量流率，而不能直接計算出每 一層單獨的質(zhì)量流率，所以需要創(chuàng)建相關(guān)的面，也就是整個電堆的 outlet 在 y 軸 正向上的若干橫截面來分別對每一層電池進行質(zhì)量流率的計算。具體步驟如下：1) 點擊 surface plane ，打開 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，也是整個電堆的 outlet1+outlet2+outlet3 的總和。圖

40、 5- 3 plane-1 示意圖補充說明：i. 關(guān)于步驟 2：points 中三個點坐標的解釋。Fluent 中 plane surface 所創(chuàng)建的面可由三個相關(guān)的點構(gòu)成，如圖 5-3 中 所示的三個點即為圖 5-2 中 points 所指示的點。 Points 中的三個相關(guān)點 的坐標，可以在 gambit 中通過點坐標的測量得到。具體方法見本文 2-10 。ii. 在步驟 4 之后，如果 fluent 沒有報錯，則相關(guān)的面（比如 plane-1 ）就構(gòu) 建成功了。就可以通過 display 來查看剛才構(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 針對本例，此處的目的是查看所構(gòu)建的 plane 是否和整個電堆的出口面積 相同，同時，整個電堆的出口面積是 outlet1+outlet2+outlet3 的總和， 所以在 surfaces 項選擇查看這四個面， 如果在圖像上是重合的， 那么說明 所構(gòu)建的 plane 是符合要求的。面積計算方法：點擊 report surface integrals ,如圖5-5所示。圖 5