fluent讲义.

7/5/20041CFD-FVMFLUENT6.0的使用能源与环境工程中心哈尔滨工业大学7/5/20042CFD-FVMFluent简介主流的CFD软件之一主要用来计算复杂几何形状的流动和换热问题其数学模型的组成主要是以纳维-斯托克斯方程与各种湍流模型为主体再加上多相流模型、热辐射模型、化学组分的输运、燃烧与化学反应流模型等.大多数附加的模型是在主体方程组上补充一些附加源项、附加输运方程与关系式.7/5/20043CFD-FVM7/5/20044CFD-FVM求解器FlowWizard，针对设计工程师使用FIDAP，基于有限元方法Polyflow，针对粘弹性流动的MixSim，针对搅拌混合的专用AirPak，强大的通风系统分析IcePak，专业的电子热分析Qfin，专门针对散热器优化针对各种复杂流动的物理现象，FLUENT软件采用的不同的数值解法，以期在计算速度、稳定性和精度等方面达到优化组合，形成多种解算器，可根据实际应用选择恰当的求解器7/5/20045CFD-FVM7/5/20046CFD-FVM产生FLUENT所需要的网格gambitTgrid：在已知边界网格（由GAMBIT或者第三方CAD/CAE软件产生的）产生三角网格，四面体网格或者混合网格，用其他软件（ANSYS）gambit单独的完整的CFD前处理器建立几何体和导入几何体生成网格检查网格质量设置边界类型和介质类型7/5/20047CFD-FVMBoundarylayers在边界处对2D问题，附着在edges对3D问题，附着在faces7/5/20048CFD-FVM线网格划分7/5/20049CFD-FVM面网格7/5/200410CFD-FVM面网格7/5/200411CFD-FVM体网格7/5/200412CFD-FVM体网格Hex/Wedge:CooperTet/Hybrid:TGrid7/5/200413CFD-FVM顶点类型EEESSSCCCRREnd(E)0DefaultAngle120zerointernalgridlinesSide(S)120DefaultAngle216oneinternalgridlineCorner(C)216DefaultAngle309twointernalgridlinesReverse(R)309DefaultAngle360threeinternalgridlines7/5/200414CFD-FVMFormulaformapscheme:4*End+N*SideFormulaforsubmapscheme:4*End+L*Side+M*(E+C)+N*(2*E+R)ESSESEESMap:4*End+4*SideEEEECEECDefault7/5/200415CFD-FVMHowtoMakeaVolumeCooperableManuallychangethevertextypesonthesidefacessotheyaremappableand/orsubmappableEESSSSEEEEECExample:manuallychangethevertextypes7/5/200416CFD-FVM网格划分网格生成质量对计算精度与稳定性影响极大。在几何形状复杂的区域上要生成好的网格相当困难Meshinggridnumbergridquality超过90％的精力要用在生成合适的网格上7/5/200417CFD-FVM策略BoundarylayersPre-meshingSizingfunctions为降低离散误差，减少单元数量，最好使用hex(六面体网格)对形状复杂的几何体可分解成几个简单几何体再用六面体网格7/5/200418CFD-FVMGambit可读入其它CFD软件生成的图形也可读入autocadproE等cad软件生成的图形CAD中创建的图形要输出为.sat文件，要满足一定的条件。对于二维图形来说，它必须是一个region，也就是说要求是一个联通域。对于三维图形而言，要求其是一个ASCIbody7/5/200419CFD-FVM由于各软件设置的最小识别尺寸不同，导入后的几何体可能会出现：不完整、有缝隙的几何体有一些CFD分析时不需要的一些细小的几何结构清理过程主要采用gambit中的虚几何操作。unconnectedrealedges/facesconnectedvirtualedges/facesEdgeSplitsExample:7/5/200420CFD-FVMGambit中有三类几何体：Real:Virtual:根据一个或多个实体(real，称为宿主)来确定其几何描述Facetedgeometry(有小面的几何体):象virtual一样处理一些实几何操作对虚几何体不能正常使用7/5/200421CFD-FVM多相流动Multiphaseflowinfluent同一物质，不同的相(气、液、固)不同的物质相同的相（水和油）整个流体系统分为主相和多个次相主相看成是连续介质次相离散分布在连续相中7/5/200422CFD-FVMMultiphasemodelsDispersedphasemodel(DPM)：拉格朗日离散相模型粒子/液滴/气泡在定常和非定常流动中的粒子轨迹动量、热和质量与流体之间的耦合液滴的蒸发和沸腾，湿颗粒的干燥Mixturemodel:N种组分的混合模型求解混合物的动量方程，通过确定相对速度来描述离散相Eulerianmultiphaseflowmodel:欧拉多相流模型针对于N种固体颗粒的气－固流和液－固流的粒子相模型对各相求解动量和连续方程Volumeoffluidmodel(VOF):VOF多相流模型气－液流动或液－液流动，不同组分之间互不相容自由表面问题，包括表面张力和壁面接触角的影响(不混溶的流体之间有明显的分界面7/5/200423CFD-FVMRadiationSurfacetosurface(S2S):模拟封闭体内辐射传输，不考虑参与性介质的辐射Rosseland：扩散近似法，当光学厚度(衰减系数*几何光学长度)大于3时使用。P1：考虑散射，适于光学厚的介质Discretetransfer(DTRM)：不考虑散射，精确，适于光学薄的介质Discreteordinates(DOM)：考虑散射，精确，适于光学薄的介质7/5/200424CFD-FVM化学反应和燃烧Speciestransport:不考虑化学反应的组分传输，通过求解组分传输方程Non-premixedcombustion(无预混的燃烧模型):燃料和氧化剂分别从不同入口流入反应区Premixedcombustion(预混的燃烧模型):反应物在进入反应区前进行混合Partiallypremixedcombustion(部分预混的燃烧模型)7/5/200425CFD-FVMSolidification/meltingmodel可以求解在某一温度或一定温度范围内有凝固或融化发生的流动过程纯金属或二元合金的液/固凝固/融化过程连续浇铸的铸造过程凝固材料与壁面的接触热阻7/5/200426CFD-FVMPollutantformation(污染物的形成过程)氧化氮（NO,NO2,N2O）只能采用segregatedsolver可以与预混燃烧模型同时使用燃烧系统中烟灰形成过程的模拟只能采用segregatedsolver可以与预混燃烧模型同时使用可以考虑烟灰的辐射吸收作用只能对湍流流动进行模拟7/5/200427CFD-FVM共同传热（Conjugateheattransfer）流体自然对流，耦合固体导热耦合边界条件：用在璧面边界，区分两种介质7/5/200428CFD-FVMMovingzones计算流动问题：旋转部件：叶轮机械移动或转动的表面：火车会车7/5/200429CFD-FVMMovingzones方法Singlereferenceframe(SRF):整个计算区域都在旋转坐标系内Multiplereferenceframe(MRF):选定的区域在旋转坐标系内Mixingplane(MPM):在旋转和静止区域的交界面使用混合平面来考虑相邻区域的影响，如多级的叶轮机械Slidingmesh(SMM):用网格移动算法来考虑特定区域的运动7/5/200430CFD-FVMUserdefinedfunctions(UDF)链接在求解器上的用户自己编制的C语言程序UDF的主要应用：定义边界条件、源项、物性壁面热流初始化在计算中加入用户定义的标量传输方程，例如：在计算流场时可以计算磁场或电场7/5/200431CFD-FVMInviscidLaminarReynolds时均方程方法：湍流粘性系数法Reynolds应力方程法LargeEddySimulation（only3D）7/5/200432CFD-FVMSpalart-Allmaras：一方程模型不适于自由剪切流动、分离流动，多用于外流，如航空航天问题。准2D问题，如翼型绕流Standard-:应用最为广泛的湍流模型，高Re数模型，不适于分离流动，RNG(renormalizationgroup重正规化群)-：考虑了旋流、低雷诺数的作用，适于自由剪切流动。主要应用于旋转机械，主要用于旋转坐标系下的流动问题Realizable-:主要用于射流、大分离、回流等问题Standard-:适于剪切流动，低、高Re数均可SST(shear-stresstransport)-：对近壁和远场都适用，对剪切流动的处理不如Standard-ReynoldsStress:可以计算各向异性旋涡，难于收敛，适于计算弯曲流道、强的旋涡或旋转7/5/200433CFD-FVM近壁处理及第一个网格的位置-和RSM适用于离开壁面一定距离的湍流区域两种方法：壁面函数法StandardwallfunctionsNon-equilibriumwallfunctions大的压力梯度和非平衡流动Enhancedwallfunctions近壁模型法S-A和-模型yyw/300~30y1y7/5/200434CFD-FVMRecommendedSettingsforOperatingPressureDensityRelationshipMachNumberRegimeOperatingPressureIdealGasLaw0orMeanFlowPressureMeanFlowPressureProfileFunctionofTemperatureIncompressiblenotusedConstantIncompressiblenotusedIncompressibleIdealGasLawIncompressibleMeanFlowPressureOperatingpressure:不可压理想流体：=Poperating/RT低马赫数可压流体：舍入误差高马赫数，习惯上使用绝对压力，Pop=07/5/200435CFD-FVMFlowinletandexitboundaries:General:Pressureinlet给定流动入口的总压和其他标量Pressureoutlet给定出口处的静压Incompressible:Velocityinlet给定入口处的流速和其他标量Outflow对于出口处流速和压力不知道的情况不能与pressureoutlet一起用Compressibleflows:Massflowinlet规定入口的质量流量Pressurefar-field无穷远处的自由流条件Special:Inletv