1、FLUENT 简介简介Introductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 December 2006CFD是什么是什么?计算流体力学计算流体力学(CFD)是一门通过求解大量的控制方程是一门通过求解大量的控制方程来预测流体流动、热传导、化学反应以及相关现象的来预测流体流动、热传导、化学反应以及相关现象的学科学科 包含质量、动量、能量、元素守恒方程等包含质量、动量、能量、元素守恒方程等 CFD分析与下列情况相关：分析与下列情况相关：新设计方案的研究新设计方案的研究 产品开发细节产品开发细节 故障解决方案故障解决方案 重新设计重新设计 CFD 分析补充了测试和实验功能分析补充了
2、测试和实验功能 简化了实验设计和数据分析中所要求的工作量简化了实验设计和数据分析中所要求的工作量Introductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 December 2006CFD 如何工作如何工作?FLUENT 求解器是基于求解器是基于有限有限体积法体积法建立的建立的 旨在使控制体或控制单元区旨在使控制体或控制单元区域离散化域离散化 在控制体的区域内求解质量、在控制体的区域内求解质量、动量、能量、元素等守恒方动量、能量、元素等守恒方程程偏微分方程通过离散处理成一偏微分方程通过离散处理成一系列的代数方程系列的代数方程 所有的代数方程根据计算域所有的代数方程根据计算域求解求
3、解VAAVdVSdddVtAAVUnsteadyConvectionDiffusionGeneration管流动区域被离散为有限的控制单管流动区域被离散为有限的控制单元（网格）元（网格）方程方程变量变量连续性1X 方向动量uY 方向vZ方向w能量hControlVolumeIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 December 2006CFD 模型模型u生成网格前处理前处理u实体模型Solveru流动方程l质量nSpecies mass fractionnPhase volume fractionl动量l能量u状态方程u所支持的计算模型u计算模型l紊流l燃烧
4、l辐射l多相流l相转换l动区域l动网格u选择材料u边界条件u初始条件求解器设置后处理后处理Introductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 December 2006CFD 分析分析 基本步骤基本步骤问题的鉴定及预处理问题的鉴定及预处理 定义你所需要的模型定义你所需要的模型 确定即将模拟的区域确定即将模拟的区域 设计并创建网格设计并创建网格求解求解 建立数学模型建立数学模型 计算并监控计算并监控后处理后处理 检查结果检查结果1.考虑是否需要修改模型考虑是否需要修改模型Introductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 December 2006定义
5、你所需要的模型定义你所需要的模型 你需要什么样的结果，如压力减小、质量流量，它们你需要什么样的结果，如压力减小、质量流量，它们将如何被使用？将如何被使用？你的可选模型有哪些？你的可选模型有哪些？在你的分析中需要哪些计算模型在你的分析中需要哪些计算模型(湍流、可压流、辐射湍流、可压流、辐射)？你需要做哪些简化假设？你需要做哪些简化假设？你可以做哪些简化假设？你可以做哪些简化假设？(对称性、周期性对称性、周期性)你是否需要独特的建模功能？你是否需要独特的建模功能？FLUENT 6中可使用用户自定义函数中可使用用户自定义函数UDF(用用C语言编写语言编写)精确度要求精确度要求?何时需要结果何时需要结
6、果?u问题的鉴定及预处理 定义你所需要的模型 确定即将模拟的区域 设计并创建网格Introductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 December 2006确定即将模拟的区域确定即将模拟的区域如何分离完整模型中的一部分如何分离完整模型中的一部分?计算域从何处开始，何处结束计算域从何处开始，何处结束?在边界处是否有边界条件在边界处是否有边界条件?边界条件类型是否与已知条件相边界条件类型是否与已知条件相适应适应?是否可以在合理数据点处扩展区是否可以在合理数据点处扩展区域域?是否可以简化或近似为是否可以简化或近似为2D 或轴或轴对称问题对称问题?例如例如:除尘器除尘器u问题的
7、鉴定及预处理 定义你所需要的模型 确定即将模拟的区域 设计并创建网格GasRiserCycloneL-valveGas所考虑的区域所考虑的区域Introductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 December 2006设计并创建网格设计并创建网格能否从另一个模块中获得启示？如能否从另一个模块中获得启示？如MixSim,IcePak,or AirPak能否使用能否使用quad/hex 网格？是否应该使用网格？是否应该使用tri/tet网格或网格或hybrid 网格网格?几何体和流体的复杂度如何几何体和流体的复杂度如何?是否需要非正交网格的分界面是否需要非正交网格的分界面?
8、在每个区域内网格需要什么样的分辨率？在每个区域内网格需要什么样的分辨率？对于几何体网格划分的是否充分对于几何体网格划分的是否充分?是否可以预测区域的梯度是否可以预测区域的梯度?是否需要利用适应功能增加分辨率是否需要利用适应功能增加分辨率?计算机内存是否满足需求计算机内存是否满足需求?需要多少内存需要多少内存?需用到多少模型需用到多少模型?TriangleQuadrilateralPyramidPrism/WedgeTetrahedronHexahedronu问题的鉴定及预处理 定义你所需要的模型 确定即将模拟的区域 设计并创建网格Introductory FLUENT NotesFLUENT
9、v6.3 December 2006比较比较Tri/Tet 和和 Quad/Hex 网格网格对于对于简单简单的几何体，的几何体，quad/hex 网网格比格比tri/tet网格可以以较少的网格网格可以以较少的网格数量得到更优的结果数量得到更优的结果.当网格与流体关联时会出现当网格与流体关联时会出现 reduced false diffusion.对于对于复杂复杂的几何体，的几何体，quad/hex 没没有数量上的优势，可以通过使用有数量上的优势，可以通过使用tri/tet 网格来保存网格来保存 流体与网格基本无关联流体与网格基本无关联.Introductory FLUENT NotesFLUE
10、NT v6.3 December 2006混合网格实例混合网格实例 阀口网格阀口网格 指定的区域可以用不同指定的区域可以用不同的网格类型来划分的网格类型来划分.单独使用四面体或六面单独使用四面体或六面体网格可以使计算效率体网格可以使计算效率和精确度得到提高和精确度得到提高.在在GAMBIT和和TGRID中中均可使用混合网格生成均可使用混合网格生成工具工具.IC 发动机阀口的混合网格四面体网格六面体网格Wedge meshIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 December 2006非正交网格实例非正交网格实例 非正交网格是指在分界面两边的网格节点不完全匹配
11、非正交网格是指在分界面两边的网格节点不完全匹配.有助于复杂几何体网格的生成有助于复杂几何体网格的生成 适用于渐变网格的要求适用于渐变网格的要求.例如例如:3D 薄膜冷却薄膜冷却 冷却剂从高压室的管道中注入冷却剂从高压室的管道中注入 高压室用四面体网格划分高压室用四面体网格划分 管道用六面体网格划分管道用六面体网格划分高压部分可以用简化的网格模型代替.分界面Introductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 December 2006建立数学模型建立数学模型 对于给定的模型需要完成以下步对于给定的模型需要完成以下步骤：骤：选择合适的计算模型选择合适的计算模型 湍流、燃烧、多
12、相流等湍流、燃烧、多相流等 定义材料定义材料 液体液体 固体固体 混合体混合体 指定操作条件指定操作条件 在所有边界区域指定边界条件在所有边界区域指定边界条件 提供初始条件提供初始条件 设置求解控制器设置求解控制器 设置残差（收敛性）监控器设置残差（收敛性）监控器先求解二维模型可以在短时间内为你提供关于模型选择和求解设置等参考经验u求解建立数学模型.计算并监控.Introductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 December 2006计算结果计算结果 迭代计算离散化的守恒方程迭代计算离散化的守恒方程 为得到收敛解需要迭代很多步数为得到收敛解需要迭代很多步数 满足如下条
13、件时说明已收敛：满足如下条件时说明已收敛：当从一次迭代进入下一次迭代时，当从一次迭代进入下一次迭代时，求解变量值的变化可以忽略不计求解变量值的变化可以忽略不计 可以通过残差图来监控这个趋势可以通过残差图来监控这个趋势 所有的量已达到守恒状态所有的量已达到守恒状态 收敛解的精确度取决于：收敛解的精确度取决于：所选计算模型的适合度和精确度所选计算模型的适合度和精确度 网格的分辨率和独立性网格的分辨率和独立性 模型模型u求解建立数学模型.计算并监控.一个收敛的、网格独立的解将会提供有效的工程解!Introductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 December 2006检查结
14、果检查结果 检查结果，评估求解方案并检查结果，评估求解方案并提取有效数据提取有效数据 可视工具可以用于回答如下可视工具可以用于回答如下问题：问题：整体的流动形式？整体的流动形式？是否有分流？是否有分流？震动、剪切层等来自于哪？震动、剪切层等来自于哪？流动的主要特征是否已解决？流动的主要特征是否已解决？数据显示工具可以用于计算数据显示工具可以用于计算定量解：定量解：力和力矩力和力矩 平均传热系数平均传热系数 面积分量和体积分量面积分量和体积分量 Flux Balances检查结果是为了确定参数达到平衡，物理特性也正确。大残差可能是有少量的低质量单元引起。u后处理检查结果考虑是否需要修改模型Int
15、roductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 December 2006考虑是否需要修改模型考虑是否需要修改模型计算模型是否合适？计算模型是否合适？是湍流吗是湍流吗?是非定常流吗是非定常流吗?是否有可压缩的影响是否有可压缩的影响?是否有是否有3D的影响的影响?边界条件是否正确？边界条件是否正确？计算域是否足够大计算域是否足够大?边界条件是否合适边界条件是否合适?边界值合理吗边界值合理吗?网格划分是否合适网格划分是否合适?网格是否与改善的结果匹配？网格是否与改善的结果匹配？求解方案的变化与网格匹配是否有影响？或求解方案的变化与网格匹配是否有影响？或者说求解方案与网格各自独立
16、，无相互影响？者说求解方案与网格各自独立，无相互影响？边界的分辨率是否需要改进？边界的分辨率是否需要改进？u后处理检查结果考虑是否需要修改模型Introductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 December 2006FLUENT软件示范软件示范 启动启动FLUENT(假设网格已经生成假设网格已经生成).建立一个简单模型建立一个简单模型.求解流场求解流场.结果后处理结果后处理.在每个面板上都可以通过按帮助按钮来得到在在每个面板上都可以通过按帮助按钮来得到在线帮助和参考文献线帮助和参考文献 要求你已安装参考文献，并已连接网络浏览器要求你已安装参考文献，并已连接网络浏览器.
17、Introductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 December 2006在电脑上操纵在电脑上操纵Fluent进入你的工作站进入你的工作站注册名注册名:fluent密码密码:fluentDirectoriesYour FLUENT session will start in c:users指南中的指南中的 mesh/case/data 文件文件 可以按下列路径找到可以按下列路径找到:c:Student Filesfluenttut建议你将文件保存到一个集中的工作文件夹建议你将文件保存到一个集中的工作文件夹:c:users工作文件夹可以通过桌面快捷方式进入工作文件夹可以通过桌面快捷方式进入 c:users启动启动FLUENT 或或 GAMBIT从开始菜单或桌面快捷方式点击正确的按钮从开始菜单或桌面快捷方式点击正确的按钮.在在DOS命令下输入命令下输入 fluent 或或 gambit提醒：当进入一个新的模型时你需要重新启动提醒：当进入一个新的模型时你需要重新启动FLUENT，避免将不同模型，避免将不同模型中的求解设置混淆中的求解设置混淆.
