Fluent操作

1FLUENT求解基本步骤分析问题及前处理求解执行过程后处理确定数值模拟的目标确定计算区域建立数值模拟物理模型和网格建立数学模型计算并监控结果检查计算结果修正模型2确定数值模拟的目标----需要得到的结果以及结果的用途需要达到的计算精度计算时间的要求建立物理模型时需要考虑的问题建立什么形式的物理模型？能否采用适当的简化措施？是否需要采用新的修正模型？3确定计算区域---将研究对象进行孤立化处理确定计算区域的初始和结束位置尽量将计算区域简化为二维或轴对称形式计算区域的边界上是否存在边界信息边界的形式能否容纳这些信息能否根据实验的测量得到边界信息4建立数值模拟物理模型和网格能否采用结构化网格在各个控制区域内需要什么样的网格精度计算机的内存容量是否满足要求几何形状以及流动的复杂程度对于这个几何形体需要什么样的网格精度大的网格梯度能否预测流场是否需要采用网格自适应技术需要计算的网格数量5建立数学模型选择合适的物理模型确定材料的特性给定操作工况给定所有边界条件设定数值计算的控制参数初始化设置监视点湍流、多相流、燃烧、辐射等状态以及状态参数6计算并监控结果通过迭代计算使结果收敛。计算结果收敛的判据收敛解的精度的取决因素求解变量在连续几个迭代次数中不发生变化满足守恒定律物理模型的简化程度和精度网格的精度7检查计算结果通过可视化工具和数学报告工具来检查计算结果。力和动量整个流场的特性发生流场突变的位置流场的关键特征可视化工具数学报告工具界面交换系数变量的积分值流量的衡关系8修正模型物理模型是否合适边界条件是否合适网格的精度是否满足要求是否需要考虑压缩性所取的计算区域是否能满足问题要求边界上变量值是否合理能否通过网格自适应技术提高计算精度对近壁处的处理是否需要修正是否需要考虑流体的涡结构9Gambit的使用Gambit用户界面图菜单栏命令面板命令显示窗命令输入窗命令解释窗视图控制面板视图10Gambit常用的几何造型工具点的生成线的生成11Gambit常用的几何造型工具面的生成体的生成12Gambit常用编辑功能常用编辑功能移动、复制布尔运算分裂与合并撤销、重复和删除连接与解除连接13Gambit网格生成边界层网格线网格面网格体网格绘制网格网格划分前你需要知道的问题：选择何种网格?网格质量要求?网格数量?计算机承受能力?三角形网格四边形网格四面体网格金字塔型网格楔形网格六面体网格2D网格3D网格线网格及面网格简介EEESEEESEEEE线网格界面PickingTemporarygraphicsLinks,DirectionsGrading/SpacingSpecialcharacteristicsApplyandDefaultsInvertandReverseOptionsSpecifyintervalsize,nograding,applywithoutmeshing各种面网格举例Specifygradingonly,applywithoutmeshingFaceMeshGeneratedUsingQuadPaveScheme(Pavefacemeshingschemesrequireanevennumberofelementsonedgemeshes)FaceMeshGeneratedUsingSubmapScheme12Generatefacemesh.3四边形网格举例Quad:MapQuad:SubmapQuad:Tri-PrimitiveQuad:PaveQuad/TriandTri举例Quad/TriMapQuad/TriPaveQuad/TriWedgeTriPaveFacemustbesplittogeneratemorethanonecellacrossTriangularcellTriangularcellQuadcells网格检查DisplayTypePlane/SphereRange显示合格网格比例.显示网格质量分布.查找劣质网格位置Select2D/3DandelementtypeSelectQualityTypeGAMBIT有以下几种网格质量检查内容：AspectRatioDiagonalRatioEdgeRatioEquiAngleSkewEquiSizeSkewMidAngleSkewSizeChangeStretchTaperVolume其中最重要的是网格扭曲度和体积变化率。网格扭曲度(QEAS).QEAS=0网格质量非常高QEAS=1网格质量差，很难收敛maxminmax,180eeEASeeQ0(best)1(worst)maxminLargestangleinfaceorcellSmallestangleinfaceorcellAngleforequiangularfaceorcellemaxminmaxmine60eTri/Tete90eQuad/Hex体积变化率(Qsc).默认QSC0.QSC=0表示相邻网格与选定网格面积/体积形同。一股撕裂流股就是具有所有由循环确定的组分流、总摩尔流、压力和焓的循环流股。它可以是一个回路中的任意一股流股12max,,,SCnQrrrAreaorVolumeofelementAreaorVolumeofneighborelementiirjiV1jV2jV3jV4jV3D举例QSC,i=Vj=1/Visincej=1haslargestvolumeratio低质量网格会引起计算发散或收敛速度慢.网格质量限制:六面体或四边形网格:网格扭曲度不大于0.85.三角形或四面体网格:网格扭曲度不大于0.9.所有网格单元:体积变化率不大于2尽量避免相邻网格体积的急剧变化.如果检查网格时出现问题，可能有以下原因模型存在尖角等过渡剧烈的几何结构。网格尺寸过大。网格类型不合适，等等。体网格简介对于几何结构简单的模型，六面体或楔形网格数量更少，质量更高。对于几何形状复杂的模型，六面体或楔形网格在质量方面的优势不再明显,而且划分网格花费的时间更长，此时可以选择四面体网格或者混合网格。六面体网格举例Hex–MapHex--SubmapHex–TetPrimitiveHex–CooperHex/WedgeandTet/HybridHex/Wedge:CooperTet/Hybrid:HexCore§Tet/Hybrid:TGridHexMeshing–MapMeshMeshsubmapfaceHexMeshing–SubmapMeshMeshHexMeshing–TetPrimitiveMeshHexMeshing–CooperSideFaces(twohidden)CooperdirectionSourceFacesCooperExamplesVolumeContainingMultipleHolessourcefacessourcefacessourcefacesSourceFacesNotParallelsourcefacesMultipleSourceFacesandMultipleInteriorLoops混合网格举例发动机排气阀网格不同区域根据结构划分不同网格.相对纯六面体或四面体网格，混合网格在效率和质量方面均有加强。这种网格可以在gambit里实现.HybridmeshforanICenginevalveporttetmeshhexmeshwedgemesh34设定边界条件边界类型适用范围速度进口适用于不可压缩流动问题。压力进口可压、不可压问题都适用。质量进口主要用于可压缩流动。压力出口只使用于模拟亚音速流动。压力远扬只对可压缩流动适合。自由出流压力进口条件、可压缩流动和有密度变化的非稳定流动不适用此边界条件。进口通风给定损失系数，流动方向和总压和总温。进口风扇给定压降，流动方向和环境总压和总温。出口通风给定损失系数和环境静压和静温。对称边界适用于流动及传热场是对称的情况。周期性边界用于几何边界，流动和换热是周期性重复的。固壁边界适用于壁面无滑移的情况。35Mesh网格文件的输出选择File→Export→Mesh就可以打开输出文件对话框。对于二维情况，必须选择Export2-D（X-Y）Mesh选项，才能输出正确的.msh文件。最后保存任务文件，退出Gambit。36Fluent求解器的使用Fluent数值模拟的一般步骤根据具体问题选择求解器版本类型。导入网格（FileReadCase，选择由Gambit导出的.msh文件）。检查网格（GridCheck）。如果网格最小体积为负，需要重新划分。选择计算模型。确定流体物理性质（DefineMaterials）。定义操作环境（DefineOperationCondition）。设置边界条件（DefineBoundaryCondition）。求解参数的设置。流场初始化（SolveInitialize）。迭代求解（SolveIterate）。保存结果，后处理。37求解器版本类型的选择2d2ddp3d3ddp二维、单精度求解器二维、双精度求解器三维、单精度求解器三维、双精度求解器大多数情况下，单精度求解器已经足够高效准确，所需内存也比双精度求解器要少，但在某些特殊情况下需要考虑使用双精度求解器，例如细长管道、热传导率很大以及高纵横比网格等问题。38Fluent操作界面Fluent操作界面图标题栏菜单栏控制台窗口39文件导入和网格操作读入网格文件依次点击File→Read→Case…，并选择所需计算的网格文件。检查网格文件依次点击Grid→Check，检查计算区域大小是否正确，以及最小网格体积是否大于零，出现负体积必须重新划分网格。设置计算区域尺寸依次点击Grid→Scale…,选择网格创建过程中所使用的单位。40选择计算模型——求解器的定义压力基密度基压力基主要用于低速不可压缩流动的问题密度基主要针对高速可压缩流动问题求解2D：二维空间Axisymmetric：轴对称（二维）AxisymmetricSwirl：轴对称回转（三维）3D：三维空间稳态非稳态41选择计算模型—其他计算模型的选定Fluent启动默认的是计算层流不可压流动，不需要设置其他模型。在实际问题中，除了要计算流场，有时还要计算温度场或浓度场等，因此可能会用到其他物理模型。多相流粘性辐射组分运输与化学反应凝固和融化离散相42粘性模型粘性模型适用范围无粘模型适用于粘性对流场影响可以忽略的计算。层流模型考虑粘性且流动类型为层流的情况。单方程湍流模型适用于翼形、壁面边界层等流动。k-ε模型适合高雷诺数湍流，不适合旋流。雷诺应力模型适用于强旋流动。离散涡湍流模型需要的网格数量大，计算量以及内存需要很大。大涡模拟同上。43定义操作环境OperatingPressure(pascal)：周围环境的压强，也称为参考压力。Gravity：是否考虑重力的影响。ReferencePressureLocation：设定的参考压力所在的位置。注意：Fluent规定了二维轴对称问题中的轴只能设定为与X轴平行。44定义流体物理性质流体的性质45设置边界条件46求解参数的设置Equations：当前问题需要求解的控制方程。Discretization：所求解的控制方程的差分离散格式。Under-RelaxationFactor：所求解的控制方程和一些变量的松弛因子。Pressure-VelocityCoupling：压力-速度耦合求解方式。47流场初始化通常用进口的量对全场进行初始化，即设置ComputeForm为入口边界，依次点击Init和Close图标完成对流场的初始化。48打开残差监控图Options下面的Print和Plot都被选中，则计算中各个方程的残差不仅被打印