Fluent学习总结.docx
《Fluent学习总结.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《Fluent学习总结.docx（57页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
Fluent学习总结
Fluent学习总结报告
学号：
班级：
姓名：
指导老师：
前言
FLUENT是世界上流行的商用CFD软件包，包括基于压力的分离求解器、基于压力的耦合求解器、基于密度的隐式求解器、基于密度的显示求解器。
它具有丰富的物理模型、先进的数值方法和强大的前后处理功能，可对高超音速流场、传热与相变、化学与相变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、变/动网络、噪声、材料加工复杂激励等流动问题进行精确的模拟，具有较高的可信度，。
用户自定义函数也为改进和完善模型，处理个性化问题和给出更合理的边界条件提供了可能。
经过这一个学期对Fluent的初步入门学习，我对其有了初步的了解，通过练习一些例子，掌握了用Fluent求解分析的大概步骤和对鼠标的操作，也大概清楚这些分析有什么用。
由于软件和指导资料几乎全部都是英文书写，还没能完全地理解软件上各个选项的意义和选项之间的联系，目前仅仅是照着实例练操作，要想解决实际问题还远远不够，不过孰能生巧，我相信经过大量的练习，思考，感悟，我一定可以熟练掌握并运用Fluent。
本学习报告将从Fluent的应用总结分析和几个算例的操作来叙述。
fluent简单操作指南
1.读入文件
file--read--case找到.msh文件打开
2.网格检查
grid-check
网格检查会报告有关网格的任何错误，特别makesure最小体积不能使负值；
3.平滑和交换网格
grid-smooth/swap---点击smooth再点击swap,重复多次；
4.确定长度单位
grid-scale----
在unitsconversion中的gridwascreatedin中选择相应的单位，
点击changelengthunits给出相应的范围，点击scal,然后关闭；
5.显示网格
display--grid
建立求解模型
1.define-models-solver（求解器）
2.设置湍流模型
define-models-viscous
3.选择能量方程
define-models-energy
4设置流体物理属性
define-materials,进行设置，然后点击change/create,弹出的对话框点NO。
可以从材料库database选择材料和拷贝属性，也可以在properties栏编辑属性，然后点击change/create。
5设置边界条件
define-boundaryconditions，根据给定条件设置
6.求解
solver-initialize-initialize
computerfrom列表中选择要计算的点，点击init，close
7监控
display-monitors--surface
设置surfacemonitors的个数，勾选plot，点击define，在这里面修改和选择一些选项；
然后保存：
file-writer-case
7迭代
solver--iterate，会出现检测结果
8,显示计算结果
8.1利用不同颜色显示速度分布display--contours，勾选filled（就是填充），在contoursof选择，点击computer，点击display。
可以选择速度场，温度场，速度矢量场（这个注意，在style中选择arrow，scale需要自己填），等压力线（levels可以选择条数）
9.创建XY曲线图
plot-XYplot，
10.可以自定义函数
define---customfieldfunction中输入，然后在newfuntionname中输入名字，点击define,close;
在display---contours中的contoursof中选择customfieldfunction，下栏就出现编辑的公式；
11（重要）使用二姐离散化方法重新计算
11.1打开求解控制器设置对话框，设置能量方程的二阶离散，降低松弛系数
solve-controls--solution，在discretization下nenergy选择secondorder，under-relaxationfactors降低（具体为啥不知道）
然后迭代，再display发现温度等参数得到较好改善
12.自适应性网格修改功能
display--contours
12.1在contoursof中选择temperature,options不选nodevalues,点击display，
在contoursof中选择adaption，options一样不选nodevalues,点击display，
在一定范围内回执温度梯度，标出需要改进的单元（重要），在options中不选择autorange以改变最小温度梯度值，
在min输入0.01，点击display，有颜色的网格为“高梯度”范围，
12.2对高温区梯度的网格进行改进
Adapt--Gradient（梯度）,在gradientsof中选择temperature，在options下不选coarsen（使变粗），仅执行网格修改
点击computer，fluent修正maxandmin，在refinethreshold（入口，极限，临界值）
点击mark，fluent会显示要改进的个数
点击manage，打开对话框，点击display，会显示要改进的地方
点击adapt，点击YES，然后close
13显示改进后的网格
display---grid
然后可以再次计算查看结果
一、FLUENT可以计算的流动类型
1.任意复杂外形的二维/三维流动；
2.可压、不可压流；
3.定常、非定常流；
4.牛顿、非牛顿流体流动；
5.对流传热，包括自然对流和强迫对流；
6.热传导和对流传热相耦合的传热计算；
7.热传导和对流传热相耦合的传热计算；
8.辐射传热计算；
9.惯性（精止）坐标、非惯性（旋转）坐标下中的流场计算；
10.多层次移动参考系问题，包括动网格界面和计算动子/静子相互干扰问题的混合面等问题；
11.化学组元混合与反应计算，包括燃烧模型和表面凝结反应模型；
12.源项体积任意变化的计算，源项类包括热源、质量源、动量源、湍流源和化学组分源项等形式；
13.颗粒、水滴和气泡等弥散相的轨迹计算，包括弥散相与连续项耦合的计算。
14.多空介质流动计算；
15.用一维模型计算风扇和换热器的性能；
16.两相流，包括带穴流动计算；
17.复杂表面问题中带自由面流动的计算。
简而言之，FLUENT适用于各种复杂外形的可压和不可压流动计算。
二、Fluent的基本功能与求解步骤
（一）FLUENT的基本功能
1.导入网格模型（ReadMesh）：
包括导入GAMBIT网格、检查网格、更改单位以及光顺网格等（IncludingreadingGAMBITmesh;checkinggrid;scalegridandsmoothgrid.etc.）。
2.确定计算模型（Definemodel）：
是否考虑传热；流动是无黏、层流，还是湍流；是否为多相流；是否包含相变（Whetnerithaveheattranfer;itislaminarfloworturbulentflow,etc.）。
3.定义材料特性（Definematerails）：
包括密度、分子量、黏度、比热容、热传导系数、标准状态焓等（Includingdensity,viscosity,specificheat,coefficientofheatconduction,tetc.）。
4.设置边界条件（Boundarycondition）：
包括进出口边界、周期性与对称性边界、内部区域和内部表面边界四类边界条件。
（Includinginlet/outlet,symmetricalandperiodic,internalzoneandfaceboundary.）
5.求解计算（Solve）：
能进行稳态与非稳态迭代计算，通过求解控制参数能对求解过程进行精确控制（Solvesteady/unsteadyiterativecalculation,byparameterstocontrolprocessprecisely.）。
6.计算结果后处理（Postprocessing）：
显示云图、矢量图、等值线图；生成动画；进行面积分；报告统计信息等（Candisplaycontours,velocityvectorsandcreateanimate,etc.）。
（二）FLUENT的求解步骤
1.利用Gambit创建计算模型。
2.划分网格和设置边界条件。
3.保存文件（*.msh）
4.打开Fluent，并选择相应的求解器。
5.网格
1）．读入网格（*．Msh）
File→Read→Case
通过File/Read/Case即可读取*.msh网格文件。
FLUENT不但能读取GAMBIT生成的网格，还能读取诸如ICEM等软件生成的网格。
读取成功后，会在窗口界面显示网格的基本信息。
读入网格后，在窗口显示进程
2）．检查网格
Grid→Check
在将网格导入FLUENT后，还需要对网格进行检查，以便确定是否可以直接用于CFD求解。
选择Grid/check，FLUENT会自动完成网格检查，同时生成报告。
特别注意，报告必须以Done结尾才能进行下一步计算。
Fluent对网格进行多种检查，并显示结果。
要注意最小容
积，确保最小容积值为正。
3）．设置单位长度为
Grid→Scale
FLUENT内部存储网格的单位长度为m，而GAMBIT等软件使用的长度单位为mm。
因此，在导入网格后需要对其进行缩放或更改单位。
通过Grid/ScaleGrid选项可对网格进行缩放。
既可通过选择网格创建单位得到比例因子，也可自行设定比例因子。
光顺网格与交换单元面：
光顺（Smooth）的目的是重新配置节点；交换单元面（Swap）的目的是修改单元连接性。
这两项操作主要是为了改善网格质量。
但是，FLUENT仅要求对三角形和四面体网格进行此操作，不应对其他类型网格进行此操作。
反复点击Smooth和Swap即可进行光顺与交换操作。
当窗口界面提示Smooth完成时即可不进行该操作；当NumberSwapped显示为0时，表示交换单元面工作完成。
4）.显示网格
Display→Grid
可以用鼠标右键检查边界区域、数量、名称、类型将在窗
口显示，这个操作对于同样类型的多个区域情况很有用，
可以快速区别它们。
6.建立求解模式。
1）.设置求解器
Define→Models→Solver
网格准备好后，接下来需要确定采用什么样的求解器及什么样的计算模式。
FLUENT提供了分离和耦合两类求解器，而耦合求解器又分为隐式和显式两种。
对于计算模式，FLUENT允许用户指定计算是稳态的还是非稳态的，以及计算模型在空间是普通的2D或3D还是轴对称问题。
选择Define/Models/Solver即可打开求解器设置对话框。
1.1、分离式求解器（SegregatedSolver）求解过程为：
按顺序逐一的求解各方程（关于u、v、w、p和T的方程），也就是先在全部网格上解出一个方程，然后再解另外一个方程。
分离式求解器是FLUENT6.3以前的版本采用的，FLUENT6.3中采用的是基于压力（PressureBased）的求解器，但两者实质是相同的。
1.2、耦合式求解器（CoupledSolver）求解过程为：
同时求解连续方程、动量方程、能量方程及组分运输方程，然后再逐一的求解湍流等标量方程。
耦合式求解器是FLUENT6.3以前的版本采用的，FLUENT6.3中采用的是基于密度（DensityBased）的求解器，但两者实质是相同的。
1.3、在压力基和密度基两种求解器中，都要想办法将离散的非线性控制方程线性化为在每一个计算单元中相关变量的方程组。
为此，可采用显式和隐式两种方案实现这一线性化过程。
隐式（Implicit）：
对于给定变量，单元内的未知量用邻近单元的已知和未知值来计算。
因此，每一个未知量会在不止一个方程中出现，这些方程必须同时求解才能就出未知量的值。
显式（Explicit）：
对于给定变量，每一个单元内的未知量用只包含已知值得关系式来计算。
因此未知量只在一个方程中出现，而且每一个单元内的未知量的方程只需解一次就可以得到未知量的值。
在压力基求解器中，只采用隐式求解方案；在密度基求解器中，可采用隐式或显式两种求解方案进行控制方程的线性化。
压力基隐式：
同时考虑所有单元来解出一个变量的场分布，然后再同时考虑所有单元求解下一个变量，直至得到所有场分布。
密度基隐式：
最后同时接解出所有单元内的变量。
密度基显示：
同时求解一个单元内的所有变量。
1.4、压力基求解器以前主要用于不可压流动和微可压流动，而密度求解器用于高速可压流动，现在，两种求解器都适用于从不可压到高速可压的很大范围的流动。
但总的来讲，虽然FLUENT默认使用压力基求解器，当计算高速可压流动、由强体积力导致的强耦合流动或非常精细的网格上求解流动时，密度基求解器往往更具优势。
5、除求解器外，用户还可选择计算模式，一般我们取默认选项即可。
ØSpace：
选择模型空间几何特征。
ØTime：
选择是定常流动还是非定常流动。
VelocityFormulation：
选择绝对速度还是相对速度。
ØGradientOption：
指定采用哪种压力梯度方法来计算控制方程中的导数项。
ØPorousFormulation：
指定多孔介质速度指定方式。
2）.设置计算模型
Define→Models
1.Multiphase（多项流）
Fluent中的多相流模型
三种欧拉-欧拉多相流模型，即是VOF（volumeoffluid）、混合物（mixture）模型、欧拉（Eulerian）模型
vof模型
VOF方法
vof模型是一种在固定的欧拉网格下的表面跟踪方法。
当需要得到一种或多种相互不相容流体间的交界面时，可以采用这个模型。
在vof模型中，不同的流体组分共用着一套动量方程，计算时在整个流场的每个计算单元内，都记录下个流体组分所占有的体积率。
vof模型的应用的例子包括流体喷射、分层流、自由面流动、灌注、晃动、液体中大气泡的流动、水坝决堤时的水流以及求得任意液-气分界面的稳态或者瞬态分界面。
混合物模型
滑移速度
混合物模型，这是一种简化的多项流模型，可用于各项有不同速度的多项流，两相流或者多相流（流体或颗粒）。
因为在欧拉模型中，各相被处理为相互贯通的连续体，混合物模型的求解的是混合物的动量方程，并通过相对速度来描述离散相。
混合物模型的应用包括低负载的粒子负载流、气泡流、沉降和气旋分离器。
混合物模型也可用于没有离散相相对速度的均匀多相流。
Eulerian模型
欧拉模型是fluent中最为复杂的多相流模型。
它建立了一套包含有n个动量方程和连续方程来求解每一相。
压力项和各界面交换系数是耦合在一起的。
耦合的方式则依赖于所含有的情况，颗粒流（流-固）的处理与非颗粒流（流-流）是不同的。
欧拉模型的应用包括气泡柱、上浮、颗粒悬浮和流化床。
VOF模型适应于分层的或者自由表面流动，而mixture模型和Eulerian模型适应于流动中有相混合或者分离，或者分散相的体积分数超过10%的情形。
为了更好地区分mixture模型和Eulerian模型，给出以下建议：
如果分散相有着宽广的分布，mixture模型是最可取的。
如果分散相只集中在区域中的一部分，应当使用Eulerian模型。
如果相间曳力规律是可利用的，Eulerian模型通常比mixture模型能给出更精确的结果。
如果相间的曳力规律不明了，mixture模型是最好的选择。
mixture模型比Eulerian模型要少求解一部分方程，所以mixture模型计算量较小，如果精度要求很高，Eulerian模型是更好的选择。
但是，复杂的Eulerian模型比mixture模型的计算稳定性要差。
2.Energy（能量方恒）
Define/Models/Energy
如果用户选中EnergyEquation复选框，则表示计算过程中要使用能量方程，考虑热交换。
对于一般的液体流动问题，如水利工程及水利机械流场，可不考虑传热；而气体流动模拟时，往往需要考虑热交换。
在fluent中使用其他模型时，如果需要考虑传热，用户需要激活相应的模型、提供热边界条件、给出控制传热或（和
）依赖于温度变化的各种介质参数。
如果模拟的是流动，并且希望在能量方程中包含粘性生成热，在下面介绍的ViscousModel对话框中激活ViscousHeating选项（这一选项仅在激活能量方程的前提下出现，且只能用于分离式求解器）。
默认状态下，Fluent在能量方程中忽略了粘性生成热，而耦合式求解器则包含有粘性生成热。
对于流体剪切应力较大（如流体润滑问题）和高速可压流动，用户应考虑粘性耗散。
3.Viscous（粘性模型）
Define/Models/Viscous
Fluent共提供了7种粘性模型（ViscousModel）：
无粘、层粘、Spalart-Allmaras单方程、Κ ε双方程、 ω双方程、Reynolds应力和大涡模拟模型，其中大涡模拟模型只对三维问题有效。
Inviscid模型
进行无粘计算。
Laminar模型
用层流的模型进行流动模拟。
层流模拟与无粘模型一样，不需要用户输入任何与计算相关的参数。
Spalart-AIlmaras（1eqn）模型
用Spalart-AlRmaras单方程模型进行湍流计算。
这是用于求解动力涡粘输运方程的相对
简单的一种模型，它包含了一组最新发展的单方程模型，在这些方程f}l不必要去计算和局
部剪切层厚度相关的长度尺度。
Spalart-A1!
nnaras模型是专门用于求解航空领域的壁面限制
流动，对于受逆压力梯度作用的边界层流动，已取f,}很好的效果，在透平机械中的应用也越来越普遍。
原始的Spalart-Allmaras模型实际是一种低雷诺数模型，要求在近壁而区的网格划分得
很细。
但在FLUENT中，由于引入了壁面函数法，这样，Spalart-A1lmaras模型用在较粗的
壁面网格时也可取得较好的结果。
因此，当精确的湍流计算并不是十分需要时，这种模型
是最好的选择。
需要注意的是，Spa}a}t-Ahmara模型是一种相对比较新的模型，现在不能
断定它适用于所有类型的复杂工程流动。
单方程模型经常因为对长度尺度的变化不敏感而
受到批评，例如，当壁面约束流动突然转变为自由剪切流时，就属于这种情况。
k-epsiln（eqn）模型Κ ε
使用k-s双方程模型进行湍流计算。
该模型又分为标准k-s模型、RNGk-e模型和Realizabek-ε3种。
3种模型的特点在本书第4章有介绍。
这类模型是目前粘性模拟
使用最广泛的模型。
各种模型需要输入的参数不同，这些参数在第4章中有相应介绍。
用
户在初次使用FLUENT时，可暂时用其默认值，待以后有经验时再修正。
k-omega（2eqn）
使用k ω双方程模型进行湍流计算。
k-ω双方程模型分为标准k ω模型和SSTk-ω模型。
标准kω模型基于Wilcoxk-ω。
模型，在考虑低雷诺数、可压缩性和剪切流特性的基础上修改而成。
Wilcoxk-ω模型在预测自由剪切流传播逮率时;取得了很好的效果，成功应用于尾迹流、混合层流动、平板绕流、圆柱绕流和放射状喷射。
因而，可以说该模型能够应用于壁面约束流动和自由剪切流动。
SSTk-ω模型的全称是剪切应力输运（shear-tressTransport）k-ω模型，是为了使标准k-ω模型在近壁面区有更好的精度和算法稳定性而发展起来的，也可以说是将kω模型转换到k-ω模型的结果。
因此，SSTk-ω模型在许多时候比标准k-ω模型更有效。
ReynoldsStress模型
使用Reynolds应力模型（RSN）进行湍流计算。
在FLUENT中，Reynolds应力模型是最精细制作的湍流模型。
它放弃了各向同性的涡粘假定，直接求解Reynolds应力方程。
由于它比单方程和双方程模型更加严格地考虑了流线弯曲、旋涡、旋转和张力快速变化、它对于复杂流动总体上有更高的预测精度。
但是，为使Reynold，方程封闭而引入了附加模型（尤其是对计算精度有重要影响的压力应变项和耗散率项模型），也会使这种方法的预测结果的真实性受到挑战。
总体来讲，Reynolds应力模型的计算量很大。
当要考虑Reynolds应力的各向异性时，例如咫风流动、懈烧室高速旋转流、管道中二次流，必须用Reynolds应力模型。
LargeEddySimulation模型
使用大涡模拟模型进行湍流计算，该模型只对三维问题有效。
Spalart-Allmaras单方程模型，直接解出修正过的湍流粘性，用于有界壁面流动的航空领域（需要较好的近壁面网格）尤其是绕流过程；该模型也可用于粗网格。
Standardk-e双方程模型。
是默认的k-e模型，系数由经验公式给出。
只对高Re的湍流有效，包含粘性热、浮力、压缩性等选项
RNGk-e标准k-e模型的变形，方程和系数来自解析解。
在e方程中改善了模拟高应变流动的能力；用来预测中等强度的旋游和低雷诺数流动
Realizablek-e标准k-e模型的变形。
用数学约束改善模型的性能。
能用于预测中等强度的旋流
Standardk-w两个输运方程求解k与w。
对于有界壁面和低雷诺数流动性能较好，尤其是绕流问题；包含转捩。
自由剪切和压缩性选项
SSTk-w标准k-w模型的变形。
使用混合函数将标准k-e模型与k-w模
型结合起来，包含了转捩和剪切选项
ReynoldsStress直接使用输运方程来解出雷诺应力，避免了其它模型的粘性假设，模拟强旋流相比其它模型有明显优势
SpalartAllmaras计算量小，对一定复杂的边界层问题有较好的效果计算结果没有被广泛的测试，缺少子模型典型的应用场合为航空领域的绕流模拟
Standardk-e应用多，计算量适中，有较多数据积累和比较高的精度对于曲率较大和压力梯度较强等复杂流动模拟效果欠佳一般工程计算都使用此模型，其收敛性和计算精度能满足一般的工程计算要求，但模拟旋流和绕流时有缺陷
RNGk-e能模拟射流撞击、分离流、二次流和旋流等中等复杂流动受到涡旋粘性同性假设限制除强旋流过程无法精确预测外，其它流动都可以使用此模型
Realizablek-e和RNG基本一致，还可以更好的模拟圆形射流受到涡旋粘性同性假设限制除强旋流过程无法精确预测外，其它流动都可以使用此模型
Standk-w对于壁面边界层，自由剪切流，低雷诺数流动性能较好。
适合于
存在逆压力梯度时的边界层流动，分离与转捩
SSTk-w基本与标准k-w模型相同。
由于对壁距离依赖性较强，因此
升级会员 