CFD軟件應(yīng)用課件

1、FLUENT軟件調(diào)查：各位同學(xué)計(jì)劃用FLUENT模擬哪類問題？針對求解區(qū)域利用GAMBIT生成計(jì)算網(wǎng)格的基本概念和基本技能利用FLUENT做流動相關(guān)問題模擬的基本概念、理論和基本技能利用FLUENT做結(jié)果分析（數(shù)值計(jì)算后處理）的基本概念和基本技能課程主要目標(biāo)讓FLUENT普及為工科研究生的基本工具課程考核（FLUENT 大作業(yè) 要求）用FLUENT完成一個(gè)實(shí)例全過程，并撰寫報(bào)告提交紙質(zhì)報(bào)告文檔(具體格式見后);實(shí)例的dbs、msh、cas、dat 壓縮后發(fā)給我，壓縮文件名上注明姓名 班級；無論文件大小均通過QQ郵箱的中轉(zhuǎn)功能375260054 第8周交倪老師 報(bào)告格式要求研究的意義：要求論證本

2、算例用FLUENT模擬必要性;實(shí)例介紹，物理結(jié)構(gòu)，物理過程，模擬所要達(dá)到的目的，想得到的規(guī)律等，模擬工況介紹構(gòu)體過程：說明模擬區(qū)域是如何確定的，做了哪些近似處理，(圖示所構(gòu)體)網(wǎng)格劃分：為了提高計(jì)算精度、求解速度，采用了哪些技巧，最終網(wǎng)格劃分情況(圖示)求解過程中模型的選取及其依據(jù)，能列出其數(shù)學(xué)方程更好報(bào)告格式要求求解器的設(shè)置，如差分格式、松馳因子的選取;模擬結(jié)果及分析：單一工況的云圖、矢量圖、軌跡圖，XY-PLOT；多工況之間的比較(二維曲線)數(shù)據(jù)的精度分析：有沒有可供比較的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或者權(quán)威數(shù)據(jù)，或者可對比選用不同模型對結(jié)果的影響結(jié)論第1講 計(jì)算流體力學(xué)基礎(chǔ)及FLUENT軟件介紹第2講 小算

3、例快速演示GAMBIT的構(gòu)體技巧及面網(wǎng)格的生成 第3講GAMBIT體網(wǎng)格生成及邊界條件類型第4講 FLUENT的操作界面及其功能、特性介紹 第5講FLUENT鍋爐煤燃燒實(shí)例分析第6講FLUENT泵、傳熱實(shí)例分析第7章 結(jié)果后處理 TECPLOT Oringe 主要內(nèi)容 安世亞太http:/ANSYSCFXFLUENTFLUENT在中國上海飛昂北京?；倚?999年購買1個(gè)License，版本Fluent 5.1最新ANSYS 14.0用 ICEM CFD代替GAMBIT所在行業(yè) ：動力機(jī)械 通過瞬態(tài)流場分析，找到了流動和結(jié)構(gòu)振動之間的關(guān)系，指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)出更小噪音的壓縮機(jī)CFX模擬空調(diào)離心壓

4、縮機(jī) 所在行業(yè) ：電子電器 CFX中的共扼傳熱模塊對分析這類問題有明顯的優(yōu)勢，對風(fēng)扇來講，CFX不用用戶給出近似模型，而是直接對散熱風(fēng)扇進(jìn)行詳細(xì)模擬，這是保證整個(gè)模擬結(jié)果精確的重要環(huán)節(jié)CFX模擬機(jī)箱內(nèi)部散熱情況CFX模擬500 MW電站煤粉鍋爐爐內(nèi)燃燒CFX模擬的500 MW電站煤粉鍋爐爐內(nèi)燃燒。該鍋爐安裝了48個(gè)旋流穩(wěn)燃低Nox燃燒器，考慮了平板過熱器的影響，結(jié)果顯示了在燃燒器噴流交叉形成的高溫、高氧區(qū)，Nox生成速率大。模擬了三種不同的英國煤在不同過量空氣系數(shù)的工況下燃燒，其中Nox濃度和爐膛出口處的未燃碳與測量值的誤差分別在15%和3%以內(nèi)。此項(xiàng)目得到了英國貿(mào)易和工業(yè)部的支持 CFX模擬

5、煙氣脫硫塔內(nèi)部的流動和反應(yīng)Babcock & Wilcox公司采用CFX模擬的煙氣脫硫塔內(nèi)部的流動和反應(yīng)，他們以前采用的模型試驗(yàn)需要花費(fèi)8周時(shí)間，大約8萬美金，在改用CFX模擬后，能在2周的時(shí)間內(nèi)得到大量詳細(xì)的對設(shè)計(jì)有用的信息，費(fèi)用也降低到1萬美金，節(jié)約了77的投資CFX模擬流化床內(nèi)氣泡形成和發(fā)展過程由于和許多工業(yè)和大型研究項(xiàng)目的廣泛合作，CFX的多相流模型一直處于仿真技術(shù)的前列。這些模型可以模擬任何擴(kuò)散和連續(xù)流動的組合，包括液體、固體、氣體和化學(xué)物質(zhì)我校及國內(nèi)外數(shù)值計(jì)算的歷史發(fā)展傳熱、流動及燃燒數(shù)值計(jì)算基本原理CFD軟件介紹總體應(yīng)用情況 第一講緒言 一、我校及國內(nèi)外燃燒過程數(shù)值計(jì)算的歷史發(fā)展

6、計(jì)算傳熱學(xué)（NHT）發(fā)展簡史第一階段-萌芽初創(chuàng)時(shí)期(1965-1974)交錯(cuò)網(wǎng)格迎風(fēng)格式1967年P(guān)atankar和Spalding發(fā)表了求解拋物型流動P-S方法1972年SIMPLE算法問世1974年Thompson適體坐標(biāo)-網(wǎng)格生成技術(shù)第二階段-開始走向工業(yè)應(yīng)用階段（1975-1984)1979年由美國Illinois大學(xué)的Minkowycz教授主編的國際刊物Numerical Heat Transfer創(chuàng)刊1979年Spalding教授及其合作者開發(fā)的流動與傳熱問題的大型通用軟件PHOENICS第一版問世1979年Leonard發(fā)表了具有良好穩(wěn)定性和高精度的QUICK格式工業(yè)界和熱科學(xué)領(lǐng)

7、域的研究方法也產(chǎn)生改變，由傳統(tǒng)的依靠實(shí)驗(yàn)，轉(zhuǎn)而采用實(shí)驗(yàn)和計(jì)算并舉的方法。PC機(jī)逐漸成為NHT研究領(lǐng)域的一種重要工具，也使NHT更進(jìn)一步走向普及。一批CFD/NHT的商用軟件陸續(xù)投放市場。PHONICS(1981)、FLUENT(1983)、FIDAP(1983)、FLOW-3D(1991)、COMPACT等等第三階段-進(jìn)一步興旺發(fā)達(dá)的近期(1985-至今)目前數(shù)值計(jì)算向更高的計(jì)算精度、更好的區(qū)域適應(yīng)性和更強(qiáng)的魯棒性(robustness，健壯性)方向發(fā)展。包括：(1)非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格研究蓬勃發(fā)展(2)高精度格式層出不群(3)細(xì)觀數(shù)值計(jì)算漸漸普及(4)模型研究不斷深入(5)基于效率和精度的要求，新算

8、法或改進(jìn)算法不斷出現(xiàn)(6)應(yīng)用研究不斷深入和復(fù)雜我校爐內(nèi)燃燒過程數(shù)值計(jì)算國家科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)其它院校清華浙大華中西安交大國外英國斯波爾丁美國帕坦卡日本古口博實(shí)驗(yàn)與數(shù)值計(jì)算的結(jié)合在計(jì)算傳熱學(xué)的發(fā)展過程中，英國帝國理工大學(xué)的Spalding進(jìn)行了開創(chuàng)性的工作。自此之后隨著湍流模型、湍流燃燒模型和計(jì)算工具和方法的不斷發(fā)展，流動、傳熱和燃燒過程的數(shù)值模擬也不斷得到深化和發(fā)展。至今，我們可以完全模擬航空發(fā)動機(jī)、火箭發(fā)動機(jī)、柴油發(fā)動機(jī)、大型鍋爐等有反應(yīng)和傳熱的內(nèi)流動過程和外流動過程。 斯波爾丁Spalding普遍的研究方法理論、數(shù)值與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合建立物理模型建立數(shù)學(xué)模型數(shù)值計(jì)算(優(yōu)越性)與實(shí)驗(yàn)對照進(jìn)一步的改進(jìn)

9、完善后的數(shù)值計(jì)算對物理過程的進(jìn)一步預(yù)報(bào)普遍的研究方法數(shù)值與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合二、傳熱、流動及燃燒數(shù)值計(jì)算基本原理離散化計(jì)算區(qū)域離散化控制方程離散化用有限的時(shí)空點(diǎn)代替連續(xù)的、無限的時(shí)空點(diǎn) 描述物理過程的復(fù)雜的偏微分方程形成網(wǎng)格 可用于計(jì)算機(jī)求解的代數(shù)方程（差分方程） 計(jì)算傳熱學(xué)就是用離散的有限點(diǎn)的狀態(tài)變量去刻劃和近似連續(xù)的無限點(diǎn)的真實(shí)過程。這個(gè)刻劃和近似的依據(jù)就是真實(shí)過程所應(yīng)該滿足的基本方程。因此我們計(jì)算傳熱學(xué)所得到的解是這樣一種形式：有別于解析解或純數(shù)學(xué)手段所給出的解的形式：CFDNHT區(qū)域離散化 xrxr對角直角坐標(biāo)法貼體坐標(biāo)xy曲線坐標(biāo)張量分析法非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格 混合控制方程離散化 yxyx控

10、制容積有限元法 控制容積有限差分 有限差分法(Finite Difference Method, FDM)有限體積法(Finite Volume Method, FVM)有限元法(Finite Element Method, FEM)有限分析法(Finite Analytic Method, FAM)把控制方程中的各階導(dǎo)數(shù)用相應(yīng)的差分表達(dá)式來代替 偏微分形式的控制方程離散化 差分格式對流擴(kuò)散方程中對流項(xiàng)的離散格式 迎風(fēng)格式、中心差分格式、混合格式、乘方格式、QUICK格式等 QUICK格式 一階迎風(fēng) WWWPEEEwei-2i-1i+1i+2SIMPLE（Semi-Implicit Metho

11、d for Pressure Linked Equations）算法，字面意思為求解壓力耦合方程的半隱式方法。 SIMPLE系列算法它的基本思想為：在求解NavierStokes方程時(shí)采用壓力修正算法，先給定一個(gè)壓力場（它可以是假定的或是上一層次的計(jì)算所確定的），在此條件下按次序求解u和v的代數(shù)方程，由此所得到的速度場未必能滿足質(zhì)量守恒的要求，因必須對給定的壓力場加以修正。 SIMPLE算法包括各種改進(jìn)方案是不可壓縮流體的NavierStokes方程數(shù)值求解中應(yīng)用非常廣泛的算法，并且已成功地應(yīng)用于可壓縮流體的數(shù)值計(jì)算中。SIMPLE算法SIMPLE算法計(jì)算步驟(1)假定一個(gè)速度分布，記為u0,

12、v0，以此計(jì)算動量離散方程中的系數(shù)及常數(shù)項(xiàng)；(2)假定一個(gè)壓力場p*；(3)依次求解兩個(gè)動量方程，得u* 、v*；(4)求壓力修正方程得p；(5)計(jì)算修正后的速度場；(6)求解k-方程；(7)將經(jīng)過修正的壓力p作為新的壓力給定值p*，返回第一步；(8)重復(fù)全過程，直至收斂。數(shù)學(xué)模型紊流模型完全模擬大渦模擬紊流粘性系數(shù)法雷諾(Reynolds)時(shí)均方程法 雷諾應(yīng)力方程法 k-epsilon雙方程模型 其它模型輻射模型、燃燒模型、顆粒相模型、多組分模型 等基本控制方程湍流的數(shù)值模擬方法其它一些數(shù)值計(jì)算基本術(shù)語邊界條件初場初始化迭代松馳因子殘差收斂、發(fā)散1陶文銓，計(jì)算傳熱學(xué)的近代進(jìn)展，科學(xué)出版社2朱家鯤 著,計(jì)算流體力學(xué)，科學(xué)出版社，19853陶文銓 著,數(shù)值傳熱學(xué)，西安交通大學(xué)出版社，1988.74王應(yīng)時(shí),范維澄，周力行，徐旭常 著,燃燒過程數(shù)值計(jì)算，科學(xué)出版社，19865 S.V.帕坦卡(美)著，張政 譯，傳熱與流體流動的數(shù)值計(jì)算，科學(xué)出版社，1984 參考文獻(xiàn)FLUENT流體工程仿真計(jì)算實(shí)例與應(yīng)用作者：韓占忠王敬譯者：蘭小平出版社：北京理工大學(xué)出版社出版日期：2004-6-11 Fluent技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用實(shí)例(CAD/CAM/CAE實(shí)用技術(shù)