Fluent建模教程

目录1.理论知识1.1Gambit软件的介绍1.2Fluent软件的介绍1.3Exceed.13+Gambit.V2.4.06+Fluent.6.3安装介绍2.建模过程2.1Gambit启动2.2建立几何模型3.网格划分3.1划分网格3.2检查网格划分情况3.3设置边界类型3.4输出网格文件4.计算求解4.1检查网格并定义长度单位4.2设置计算模型4.3设置流体材料属性4.4设置边界条件4.5求解初始化4.6设置残差监视4.7保存case文件4.8求解计算4.9保存计算结果5.后期处理5.1读入case和data文件5.2显示网格5.3创建相关面5.4计算各单电池获得的质量流率5.5绘制图表6.参考链接第一章理论知识1.1Gambit软件的介绍GAMBIT是为了帮助分析者和设计者建立并网格化计算流体力学（CFD）模型和其它科学应用而设计的一个软件包。GAMBIT通过它的用户界面（GUI）来接受用户的输入。GAMBITGUI简单而又直接的做出建立模型、网格化模型、指定模型区域大小等基本步骤，然而这对很多的模型应用已是足够了。面向CFD分析的高质量的前处理器，其主要功能包括几何建模和网格生成。由于GAMBIT本身所具有的强大功能，以及快速的更新，在目前所有的CFD前处理软件中，GAMBIT稳居上游。GAMBIT软件具有以下特点：☆ACIS内核基础上的全面三维几何建模能力，通过多种方式直接建立点、线、面、体，而且具有强大的布尔运算能力，ACIS内核已提高为ACISR12。该功能大大领先于其它CAE软件的前处理器；☆可对自动生成的Journal文件进行编辑，以自动控制修改或生成新几何与网格；☆可以导入PRO/E、UG、CATIA、SOLIDWORKS、ANSYS、PATRAN等大多数CAD/CAE软件所建立的几何和网格。导入过程新增自动公差修补几何功能，以保证GAMBIT与CAD软件接口的稳定性和保真性，使得几何质量高，并大大减轻工程师的工作量；☆新增PRO/E、CATIA等直接接口，使得导入过程更加直接和方便；☆强大的几何修正功能，在导入几何时会自动合并重合的点、线、面；新增几何修正工具条，在消除短边、缝合缺口、修补尖角、去除小面、去除单独辅助线和修补倒角时更加快速、自动、灵活，而且准确保证几何体的精度；☆G/TURBO模块可以准确而高效的生成旋转机械中的各种风扇以及转子、定子等的几何模型和计算网格；☆强大的网格划分能力，可以划分包括边界层等CFD特殊要求的高质量网格。GAMBIT中专用的网格划分算法可以保证在复杂的几何区域内直接划分出高质量的四面体、六面体网格或混合网格；☆先进的六面体核心(HEXCORE)技术是GAMBIT所独有的，集成了笛卡尔网格和非结构网格的优点，使用该技术划分网格时更加容易，而且大大节省网格数量、提高网格质量；☆居于行业领先地位的尺寸函数（Sizefunction）功能可使用户能自主控制网格的生成过程以及在空间上的分布规律，使得网格的过渡与分布更加合理，最大限度地满足CFD分析的需要；☆GAMBIT可高度智能化地选择网格划分方法，可对极其复杂的几何区域划分出与相邻区域网格连续的完全非结构化的混合网格；☆新版本中增加了新的附面层网格生成器，可以方便地生成高质量的附面层网格；☆可为FLUENT、POLYFLOW、FIDAP、ANSYS等解算器生成和导出所需要的网格和格式。1.2Fluent软件的介绍CFD商业软件介绍之一——FLUENT通用CFD软件包，用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动。由于采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术，因而FLUENT能达到最佳的收敛速度和求解精度。灵活的非结构化网格和基于解的自适应网格技术及成熟的物理模型，使FLUENT在转换与湍流、传热与相变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、动/变形网格、噪声、材料加工、燃料电池等方面有广泛应用。FLUENT软件具有以下特点：☆FLUENT软件采用基于完全非结构化网格的有限体积法，而且具有基于网格节点和网格单元的梯度算法；☆定常/非定常流动模拟，而且新增快速非定常模拟功能；☆FLUENT软件中的动/变形网格技术主要解决边界运动的问题，用户只需指定初始网格和运动壁面的边界条件，余下的网格变化完全由解算器自动生成。网格变形方式有三种：弹簧压缩式、动态铺层式以及局部网格重生式。其局部网格重生式是FLUENT所独有的，而且用途广泛，可用于非结构网格、变形较大问题以及物体运动规律事先不知道而完全由流动所产生的力所决定的问题；☆FLUENT软件具有强大的网格支持能力，支持界面不连续的网格、混合网格、动/变形网格以及滑动网格等。值得强调的是，FLUENT软件还拥有多种基于解的网格的自适应、动态自适应技术以及动网格与网格动态自适应相结合的技术；☆FLUENT软件包含三种算法：非耦合隐式算法、耦合显式算法、耦合隐式算法，是商用软件中最多的；☆FLUENT软件包含丰富而先进的物理模型，使得用户能够精确地模拟无粘流、层流、湍流。湍流模型包含Spalart-Allmaras模型、k-ω模型组、k-ε模型组、雷诺应力模型(RSM)组、大涡模拟模型(LES)组以及最新的分离涡模拟(DES)和V2F模型等。另外用户还可以定制或添加自己的湍流模型；☆适用于牛顿流体、非牛顿流体；☆含有强制/自然/混合对流的热传导，固体/流体的热传导、辐射；☆化学组份的混合/反应；☆自由表面流模型，欧拉多相流模型，混合多相流模型，颗粒相模型，空穴两相流模型，湿蒸汽模型；☆融化溶化/凝固；蒸发/冷凝相变模型；☆离散相的拉格朗日跟踪计算；☆非均质渗透性、惯性阻抗、固体热传导，多孔介质模型（考虑多孔介质压力突变）；☆风扇，散热器，以热交换器为对象的集中参数模型；☆惯性或非惯性坐标系，复数基准坐标系及滑移网格；☆动静翼相互作用模型化后的接续界面；☆基于精细流场解算的预测流体噪声的声学模型；☆质量、动量、热、化学组份的体积源项；☆丰富的物性参数的数据库；☆磁流体模块主要模拟电磁场和导电流体之间的相互作用问题；☆连续纤维模块主要模拟纤维和气体流动之间的动量、质量以及热的交换问题；☆高效率的并行计算功能，提供多种自动/手动分区算法；内置MPI并行机制大幅度提高并行效率。另外，FLUENT特有动态负载平衡功能，确保全局高效并行计算；☆FLUENT软件提供了友好的用户界面，并为用户提供了二次开发接口（UDF）；☆FLUENT软件采用C/C++语言编写，从而大大提高了对计算机内存的利用率。1.3Exceed.13+Gambit.V2.4.06+Fluent.6.3安装介绍1)将压缩包解压为三个文件夹到D盘，如图1-1所示。图1-1压缩包解压文件2)安装环境exceed.13i.如图1-2所示，双击应用程序Msetup进行安装。图1-2文件夹exceed.13ii.弹出窗口如图1-3所示，点击installexceed。图1-3exceed.13安装iii.弹出窗口如图1-4所示，点击personalinstallation。图1-4exceed.13安装iv.弹出窗口如图1-5所示，选择english，点击OK。图1-5exceed.13安装v.剩余步骤按照提示操作直至安装结束。3)安装gambiti.在解压缩后的文件夹内，双击应用程序gambit-install-2.4.6，如图1-6所示。图1-6gambit解压缩文件夹ii.弹出对话框如图1-7所示。依次按照提示点击next。图1-7gambit安装iii.将安装文件保存到D盘，如图1-8所示。（与此前安装的exceed，以及此后将要安装的fluent都置于同一个根目录下，以免运行时报错。）图1-8gambit安装依次按照提示点击next，直至安装结束。iv.将图1-6内所示的拷贝到D:\fluent.Inc\license。将拷贝到D:\Fluent.Inc\gambit2.4.6。(勾掉选项，不要对servername进行设定)v.安装结束，重启电脑。4)安装fluenti.打开已解压缩的文件夹，双击进行安装。ii.按照提示点击next，同样将其安装到D:\fluent.Inc。如图1-9所示。图1-9fluent安装iii.安装结束之后，将fluent解压缩后的文件夹内的拷贝到D:Fluent.Inc\license。iv.重启电脑，安装成功。第二章建模过程2.1Gambit启动1)双击桌面的Gambit2.4.6快捷方式，如图2-1；弹出对话框，如图2-2，单击Run，启动Gambit软件，窗口布局如2-3所示。图2-1启动GAMBIT图2-2GambitStartup对话框图2-3Gambit窗口布局2.2建立几何结构1)建立气道部分操作步骤：i.operation→geometry→volume，弹出创建立方体的对话框，在对应的width（X）、depth（Y）、height（Z）内填入相应数据，如图2-4所示。图2-4立方体设置对话框点击apply，所创建的立方体如图2-5所示。图2-5单条气道可以按下鼠标左键来转动图形，按下右键上下拖动可以缩放图形。ii.点击，弹出对话框，点选copy=16，z=-6，其他设置不变，结果如图2-6所示。图2-6copyvolumes界面首先在的黄色区域单击左键，再按住shift键，左键点击已画出的立方体模型，模型变成红色，同时黄色区域内自动显示所选模型的编号，如，最后点击apply，得到界面如图2-7所示。图2-7气道部分iii.构建气道的导流部分如步骤a)所示，设置参数如图2-8，得到界面如图2-9。图2-8分流部分设置图2-9创建分流部分接着，移动刚创建的长方体。首先确定相关点的坐标，步骤如图2-10所示。图2-10确定相关点的坐标图2-11提取点的代号按住shift，左键点击模型上任一点，黄色区域会自动提取点的代号，如图2-11所示。点击apply，主界面下方transcript将显示该点的坐标，如图2-12所示。图2-12显示该点的坐标将与移动模型所需的点的坐标记录好之后，便可以开始移动模型了。相关参数设置如图2-13。图2-13模型移动参数设置图2-14导流部分图按住shift键，左键点选刚创建的模型，该模型变成红色，表明已点选成功，同时，图2-13黄色区域内将显示出相应的模型编号。点击apply，得到界面如图2-14所示。点击左边刚移动的模型，将其映射到X轴正向。设置参数，如图2-15所示。图2-15导流部分映射（a）图2-16导流部分映射（b）点击图中define按钮，弹出对话框，如图2-16所示。选择Xnegative，点击apply。弹回到2-16界面，再次点击apply。得到界面如图2-17所示。图2-17气道部分模型iv.构建气道主管部分步骤如d)所示，相关尺寸设置如图2-18所示。图2-18主管部分参数图2-19模型移动将刚生成的长方体按照图2-19所示参数进行移动，得到结构如图2-20。图2-20主管inlet1部分结构图2-21创建主管inlet1剩余结构同样的方法再一次建立一个长方体，参数为width(x)=10,depth(y)=4.5,height(z)=23。如图2-21所示。将a点移动到b点，参数如图2-22，得到模型如图2-23所示。图2-22移动a点到b点图2-23主管inlet1结构复制主管部分。按住shift键，左键连续点击上步所构建的主管部分，两个部件都变成红色，表示已选定，相关参数设置如2-24所示。图2-24主管复制并移动图图2-25主管inlet建立完成点击apply，得到界面如图2-25所示。按照2-16所示的映射方式，将刚构建的三个主管映射到另外一侧，得到界面如图2-26所示。图2-26单电池完整2D视图按住左键，转动模型，可以看到各个部分的情况。将所有部件合为一体。步骤如图2-27所示。图2-27合并各部件图2-28合并步骤3对话框步骤3点击之后，弹出对话框，如图2-28所示。完成步骤2后，主界面上所有部件全部变为红色