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fluent学习笔记

fluent技术基础与应用实例

4.2.2fluent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→operatingcondition）

7、制定边界条件（Define→BoundaryConditions）

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minimumvolume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→Grid

3、选择计算模型

（1）、基本求解器的定义

Define→Models→Solver

Fluent中提供了三种求解方法：

·非耦合求解segregated

·耦合隐式求解coupledimplicit

·耦合显示求解coupledexplicit

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。

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→boundarycondition

（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materialname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—velocitycoupling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—relaxationfactors选项可以设置控制方程求解时的松弛因子。

（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numberofiterations为总的迭代次数；reportinginterval为fluent输出监视信息的间断次数；UDFprofileUpdateinterval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timestepsize对应时间步长，numberoftimesteps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。

Maxiterationspertimestep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。

·inletvent：

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。

·intakefan：

进口风扇条件需要给定压降、流动方向和环境总压总温。

·outletvent：

排出风扇给定损失系数和环境压力和静温。

·exhaustfan：

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（velocityinlet）

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（pressureinlet）

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（massflowinlet）

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，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（pressureoutlet）

用于定义流动出口的静压（如果有回流存在，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（pressurefar-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（inletvent）

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（outletvent）

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（intakefan）

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（exhaustfan）

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，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镜像对称特征的情况，也可以用来描述粘性流体中的零滑移壁面。

在对称边界上，不需要定义任何边界条件，但必须定义对称边界的位置。

注意：

对于轴对称问题中的中心线，应使用轴边界条件来定义，而不是对称边界条件。

周期（periodic）

用于计算的物理几何模型和所期待的流动的解具有周期性重复的情况

轴（axis）

用于描述轴对称几何体的中心线。

在轴边界上

不必定义任何边界条件。

内部单元区域

流体（fluid）

流体区域是一个单元组，所有激活的方程都要在这些单元上进行求解。

向流体区域输入的信息只是流体介质的类型。

对于当前材料列表中没有的材料，需要用户自行定义。

固体（solid）

固体区域也是一个单元组，只不过这组单元仅用来进行传热求解计算，不进行任何流动计算。

作为固体处理的材料可能事实上是流体，但是假定其中没有对流发生。

固体区域仅仅需要输入材料的类型。

风扇（fan）

风扇是集总参数模型，对于确定具有已知特性的风扇对于大流域流场的影响。

这种边界条件允许用户输入风扇的压力和流量关系曲线，给定风扇旋流速度的径向和切向分量。

风扇模型并不提供对风扇叶片上的流动的详细描述，它只预测通过风扇的流量。

散热器（radiator）

是热交换器（如散热器或冷凝器）的集总参数模型，用于模拟热交换器对流场的影响。

这种边界条件下，允许用户指定压降与传热系数作为正对着散热器方向的速度的系数。

多孔介质阶跃（porousjump）

用于模拟速度和压降特性均为已知的薄膜。

它本质上是内部单元区域中使用的多孔介质模型的一维简化。

这种边界条件可用于通过筛子和过滤器的压降模型，及不考虑热传导影响的散热器模拟。

该模型比完整的多孔介质模型更可靠，更容易收敛，应尽可能采用

内部截面（interior）

用在两个区域（如水泵中间叶轮一起旋转的流体区域与周围的非旋转流体区域）的界面处，将两个区域“隔开”。

在改变街上，不需要用户输入任何内容，只需要指定其位置

2.6.3初始条件

在瞬态问题（非稳态问题）中，除了要给定边界条件外，还需要给出流动区域内各计算点的所有流动变量的初值，及初始条件。

但总体而言，除了要在计算开始前初始化相关的数据外，并不需要其他的特殊处理，所以初始条件相对比较简单。

稳态问题不需要初始条件。

在给定初始条件时要注意一下两点：

要针对所有计算变量，给定整个计算域内各单元的初始条件。

初始条件一定是物理上合理的，否则一个不合理的初始条件必须必然导致不合理的计算结果。

要做到结合定理的初始条件，只能靠经验或实测结果。