fluent学习笔记.doc

fluent技术基础与应用实例4.2.2 fluent数值模拟步骤简介主要步骤：1、根据实际问题选择2D或3Dfluent求解器从而进行数值模拟2、导入网格（File→Read→Case,然后选择有gambit导出的.msh文件）3、检查网格（Grid→Check）如果网格最小体积为负值，就要重新进行网格划分4、选择计算模型5、确定流体物理性质（Define→Material）6、定义操作环境（Define→operating condition在本文档中，所有的箭头符号一律用减号表示，待到文档编辑完成再进行统一的替换故先在此声明）7、制定边界条件（Define→Boundary Conditions）8、求解方法的设置及其控制9、流场初始化（Solve→Initialize）10、迭代求解（Solve→Iterate）11、检查结果12、保存结果，后处理等具体操作步骤：1、fluent2d或3d求解器的选择2、网格的相关操作（1）、读入网格文件（2）、检查网格文件文件读入后，一定要对网格进行检查上述的操作可以得到网格信息，从中看出几何区域的大小另外从minimum volume 可以知道最小网格的体积，若是它的值大于零，网格可以用于计算，否则就要重新划分网格。

3）、设置计算区域在gambit中画出的图形是没有单位的，它是一个纯数量的模型故在进行实际计算的时候，要根据实际将模型放大或缩小方法是改变fluent总求解器的单位4）、显示网格Display→Grid3、选择计算模型（1）、基本求解器的定义Define→Models→SolverFluent中提供了三种求解方法：·非耦合求解 segregated·耦合隐式求解 coupled implicit·耦合显示求解 coupled explicit非耦合求解方法主要用于不可压缩流体或者压缩性不强的流体耦合求解方法用在高速可压缩流体fluent默认设置是非耦合求解方法，但对于高速可压缩流动，有强的体积力（浮力或离心力）的流动，求解问题时网格要比较密集，建议采用耦合隐式求解方法耦合能量和动量方程，可以较快的得到收敛值耦合隐式求解的短板：运行所需要的内存比较大若果必须要耦合求解而机器内存不够用，可以考虑采用耦合显示求解方法盖求解方法也耦合了动量，能量和组分方程，但是内存却比隐式求解方法要小由此可见，显示方法是非耦合方法和耦合隐式方法的折中体现需要指出的是，非耦合求解器的一些模型在耦合求解器里并不一定都有。

耦合求解器里没有的模型包括：多相流模型、混合分数/PDF燃烧模型、预混燃烧模型污染物生成模型、相变模型、Rosseland辐射模型、确定质量流率的周期性流动模型和周期性换热模型有点重复，但是可以看看加深理解Fluent提供三种不同的求解方法；分离解、隐式耦合解、显示耦合解分理解和耦合解的主要区别在于：连续方程、动量方程、能量方程和组分方程解的步骤不同分离解按照顺序解，耦合解是同时解两种解法都是最后解附加的标量方程隐式解和显示解的区别在于线性耦合方程的方式不同Fluent默认使用分离求解器，但是对于高速可压流动，强体积力导致的强烈耦合流动（流体流动耦合流体换热耦合流体的混合，三者相互耦合的过程—文档整理者注）（浮力或者旋转力），或者在非常精细的网格上的流动，需要考虑隐式解这一解法耦合了流动和能量方程，收敛很快2）、其他求解器的选择在实际问题中，除了要计算流场，有时还要计算温度场或者浓度场等，因此还需要其他的模型主要的模型有：Multiphase（多相流动） viscous（层流或湍流）energy（是否考虑传热）species（反应及其传热相关）（3）操作环境的设置Define→operation→condition该项设置所考虑的主要内容为外部环境对内部反应的影响4、定义流体的物理性质5、设置边界条件Define→boundary condition（1）、设置流体区域（fluid）的边界条件在zong列表中选择fluid，即流体所在的区域，然后单击set，可以看到关于fluid区域连接条件设置的对话框，其中material name温恩框中显示的是fluid区域中的物质，从fluent数据库中复制出来物质的明智都会在这里显示出来，只要选择即可。

2）其他边界条件的设置例如壁面、进出口之类额边界条件6、求解方法的设置及其控制下面介绍连续性方程以动量方程的具体求解形式1）、求解参数的设置Solve→controls→solution打开求解器控制的对话框，其中equation项下面是当前问题的控制方程；pressure—velocity coupling对应的是压力速度耦合求解方式；discretization对应的是pressure和momentum（动量）的离散方式另外under—relaxation factors 选项可以设置控制方程求解时的松弛因子什么是松弛因子？2）初始化Solve→initialize→initialize打开相应的对话框可以初始化流场一般来说，初始解对于求解的影响比较大，所以给出的初始解要尽量接近真实值确定初始解后，依次单击init、apply和close按键3）打开残差图Solve→monitors→residual若是选择options下面的plot，就可以在计算式动态的现实计算残差的走势；convergence下面对应的数值是计算结果的残差要满足的最低要求，它的数值越小说明计算的精度要求越高4）、保存当前的case和data文件（5）、开始迭代保存好是设置后可以进行迭代求解，此时迭代的一些控制参数可以利用迭代设置对话框进行设置。

对于稳态问题，迭代设置对话框见教材其中number of iterations 为总的迭代次数；reporting interval 为fluent输出监视信息的间断次数；UDF profile Update interval说明fluent每隔多少次调用一次用户自定义函数对于非稳态问题，迭代是指的对话框见教材其中time step size对应时间步长，number of time steps 代表需要求解的时间步数，它们与总的求解时间的关系是：时间步长*时间步数=总的求解时间Max iterations per time step 代表每个时间步长最多迭代的次数（6）保存计算后的case和data文件7、fluent自带的后处理模块Fluent自带的图形工具可以很方便的处理CFD求解结果中包含的信息，并观察相应的结果显示网格、等值线和轮廓、速度矢量和极限流程图——亿图软件Fluent工程技术与实例分析Fluent拥有众多的物理模型，可以满足用户精确地模拟无粘性流体、层流、紊流、传热和传质、多孔介质、化学反应、颗粒运输、多相流、自由表面流、相变流等复杂流动现象的需要软件的基本结构1、前处理前处理包括gambit、tgrid和filters、其中gambit是由fluent公司自主开发的专用CFD前置处理器，用于模拟对象的几何模型以及网格生成。

Tgrid是一个附加的前置处理器，他可以从gambit或者其他CAD/CAE软件包中读入所生成的模拟对象的几何结构，从现在的边界网络开始生成由三角形、四面体或者混合网格组成的体网格Filters实际上就是其他CAD/CAE软件包与fluent之间的接口，可以将其他软件包所生成的面网格或者体网格读入到fluent当中2、求解器Fluent6.3.26是一个基于非结构化网格的通用求解器，支持并行运算，分单精度和双精度两种3、后处理Fluent本身附带有强大的后处理功能呢，有云图、等值线图、矢量图、剖面图、XY散点图、粒子轨迹图、动画等多种方式显示储存和输出计算结果，可以平移、缩放、旋转图像，也可以将计算结果导入到其他后处理软件中边界条件问题CFD 模拟时，常用的基本边界条件包括：流动进口边界、流动出口边界、给定压力边界、壁面边界、对称边界和周期性循环边界1、进出口边界条件Fluent提供了10种类型的流动进、出口条件他们分别是：·速度进口：给出进口速度及需要计算的所有标量值，适用于不可压缩流动·压力进口：给出进口的总压和其他需要计算的标量进口值·质量流量进口：主要用于可压缩流动，给出进出口的质量流量。

对于不可压缩流动，没有必要给出该边界条件，因为密度是常数，我们可以用速度进口条件·压力出口：给定流动出口的静压对于有回流的出口，该边界条件比outflow边界条件更容易收敛·压力远场：该边界条件只对可压缩流动适合·outflow：白边界条件用以模拟在求解问题之前，无法知道出口速度或压力；出口流动符合完全发展条件，出口处，除了压力之外，其他参量梯度为零该边界条件适合可压缩流动·inlet vent：进口风扇条件需要给定一个损失系数流动方向和环境总压和总温·intake fan：进口风扇条件需要给定压降、流动方向和环境总压总温·outlet vent：排出风扇给定损失系数和环境压力和静温·exhaust fan：排除风扇给定压降、环境静压类别边界条件名称物理意义进口边界 出口边界速度进口（velocity inlet）用于定义流动进口边界处的速度和流动的其他标量型变量压力进口（pressure inlet）定义流动进口边界的总压（总能量）和其他标量型变量（如温度），及进口边界上总压等标量型变量是固定的质量进口（mass flow inlet）用来规定进口的质量流量，即进口边界上质量流量固定，而总压等可变，该边界条件与压力进口边界条件相反。

该边界条件只用于可压流动，对于不可压流动，请使用速度进口边界条件出流（outflow）用于规定在求解前流速和压力未知的出口边界该边界条件适用于出口处的流动时完全发展的情况在该边界上，用户不需要定义任何内容（除非模拟辐射传热、离散相及多口出流）该条件不能用于可压流动该条件也不能与压力进口边界条件一起使用，这是可用压力出口边界条件压力出口（pressure outlet）用于定义流动出口的静压（如果有回流存在，还包括其他的标量变量）当有回流时，使用压力出口边界条件代替出流边界条件常常有更好的收敛速度压力远场（pressure far-field）用来描述无穷远处的自由可压流体该边界条件只用于可压流动，气体的密度通过理想气体定律来计算为了得到理想计算结果，要将改边界远离我们所关心的计算区域进风口（inlet vent）用于描述具有指定的损失系数、周围（进口）总压和温度的进风口排风口（outlet vent）用于描述具有指定的损失系数、周围（排放处）总压的温度的排风口进气扇（intake fan）用于描述具有指定的压力阶跃、流动方向、周围（进口）总压和温度的外部进风扇排气扇（exhaust fan）用于描述具有指定的压力阶跃、周围（排放处）的静压的外部排风扇壁面重复轴类边界壁面（wall）用于限定流体和固体区域。

在粘性流动中，壁面被默认为无滑移边界条件壁面，无滑移边界条件但用户可以根据壁面边界区域的平移或者转动来指定一个切向速度分量，或者通过指定剪切来模拟一个“滑移”壁面对称（symmetry）用于物理外形以及所期望的流动的解具有。