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1、暖通吧真人社区暖通人的社交工具 FLUENT 入门教程如何入门学习任何一个软件，对于每一个人来说，都存在入门的时期。认真勤学是必须的，什么是最好的学习方法，我也不能妄加定论，在此，我愿意将我三年前入门FLUENT 心得介绍一下，希望能给学习FLUENT 的新手一点帮助。由于当时我需要学习FLUENT 来做毕业设计，老师给了我一本书，韩占忠的FLUENT流体工程仿真计算实例与应用，当然，学这本书之前必须要有两个条件：第一，具有流体力学的基础，第二，有FLUENT 安装软件可以应用。然后就照着书上二维的计算例子。目录1. 1 如何入门2. 2 CFD 计算中涉及到的流体及流动的基本概念和术语1.
2、 2.1 理想流体（ Ideal Fluid ）和粘性流体（ Viscous Fluid ）2. 2.2 牛顿流体（ Newtonian Fluid ）和非牛顿流体（non-Newtonian Fluid）3. 2.3 可压缩流体（ Compressible Fluid）和不可压缩流体（Incompressible Fluid）4. 2.4 层流（ Laminar Flow ）和湍流（ Turbulent Flow ）5. 2.5 定常流动（ Steady Flow ）和非定常流动（Unsteady Flow ）6. 2.6 亚音速流动 (Subsonic) 与超音速流动（Supersonic
3、 ）7. 2.7 热传导（ Heat Transfer ）及扩散（ Diffusion ）3. 3 在数值模拟过程中，离散化的目的是什么？如何对计算区域进行离散化？离散化时通常使用哪些网格？如何对控制方程进行离散？离散化常用的方法有哪些？它们有什么不同？1. 3.1 离散化的目的2. 3.2 计算区域的离散及通常使用的网格3. 3.3 控制方程的离散及其方法4. 3.4 各种离散化方法的区别4. 4 常见离散格式的性能的对比（稳定性、精度和经济性）5. 5 流场数值计算的目的是什么？主要方法有哪些？其基本思路是什么？各自的适用范围是什么？6. 6 可压缩流动和不可压缩流动，在数值解法上各有何特
4、点？为何不可压缩流动在求解时反而比可压缩流动有更多的困难？1. 6.1 可压缩 Euler 及 Navier-Stokes方程数值解2. 6.2 不可压缩Navier-Stokes方程求解7. 7 什么叫边界条件？有何物理意义？它与初始条件有什么关系？8. 8 在数值计算中，偏微分方程的双曲型方程、椭圆型方程、抛物型方程有什么区别？9. 9 在网格生成技术中，什么叫贴体坐标系？什么叫网格独立解？10. 10 在 GAMBIT 中显示的 “check ”主要通过哪几种来判断其网格的质量？及其在做网格时大致注意到哪些细节？11. 11 在两个面的交界线上如果出现网格间距不同的情况时，即两块网格不连
5、续时，怎么样克服这种情况呢？12. 12 在设置 GAMBIT 边界层类型时需要注意的几个问题：a、没有定义的边界线如何处理？b、计算域内的内部边界如何处理（ 2D ）？13. 13 为何在划分网格后，还要指定边界类型和区域类型？常用的边界类型和区域类型有哪些？14. 14 20 何为流体区域（ fluid zone ）和固体区域（ solid zone ）？为什么要使用区域的概念？FLUENT 是怎样使用区域的？15. 15 21 如何监视 FLUENT 的计算结果？如何判断计算是否收敛？在FLUENT 中收敛准则是如何定义的？分析计算暖通吧真人社区暖通人的社交工具 收敛性的各控制参数，并
6、说明如何选择和设置这些参数？解决不收敛问题通常的几个解决方法是什么？16. 16 22 什么叫松弛因子？松弛因子对计算结果有什么样的影响？它对计算的收敛情况又有什么样的影响？17. 17 23 在 FLUENT 运行过程中，经常会出现“turbulence viscous rate”超过了极限值，此时如何解决？而这里的极限值指的是什么值？修正后它对计算结果有何影响18. 18 24 在 FLUENT 运行计算时，为什么有时候总是出现“reversed flow”？其具体意义是什么？有没有办法避免？如果一直这样显示，它对最终的计算结果有什么样的影响？学习任何一个软件，对于每一个人来说，都存在入门
7、的时期。认真勤学是必须的，什么是最好的学习方法，我也不能妄加定论，在此，我愿意将我三年前入门FLUENT 心得介绍一下，希望能给学习FLUENT 的新手一点帮助。由于当时我需要学习FLUENT 来做毕业设计，老师给了我一本书，韩占忠的FLUENT 流体工程仿真计算实例与应用，当然，学这本书之前必须要有两个条件：第一，具有流体力学的基础，第二，有FLUENT 安装软件可以应用。然后就照着书上二维的计算例子，一个例子，一个步骤地去学习，然后学习三维，再针对具体你所遇到的项目进行针对性的计算。不能急于求成，从前处理器GAMBIT ，到通过 FLUENT 进行仿真，再到后处理，如TECPLOT ，进行
8、循序渐进的学习，坚持，效果是非常显著的。如果身边有懂得 FLUENT 的老师， 那么遇到问题向老师请教是最有效的方法，碰到不懂的问题也可以上网或者查找相关书籍来得到答案。另外我还有本计算流体动力学分析王福军的，两者结合起来学习效果更好。理想流体和粘性流体；牛顿流体和非牛顿流体；可压缩流体和不可压缩流体；层流和湍流；定常流动和非定常流动；亚音速与超音速流动；热传导和扩散等。流体在静止时虽不能承受切应力，但在运动时，对相邻的两层流体间的相对运动，即相对滑动速度却是有抵抗的，这种抵抗力称为粘性应力。流体所具备的这种抵抗两层流体相对滑动速度，或普遍说来抵抗变形的性质称为粘性。粘性的大小依赖于流体的性质
9、，并显著地随温度变化。实验表明，粘性应力的大小与粘性及相对速度成正比。当流体的粘性较小（实际上最重要的流体如空气、水等的粘性都是很小的），运动的相对速度也不大时，所产生的粘性应力比起其他类型的力如惯性力可忽略不计。 此时我们可以近似地把流体看成无粘性的，这样的流体称为理想流体。十分明显，理想流体对于切向变形没有任何抗拒能力。 这样对于粘性而言，我们可以将流体分为理想流体和粘性流体两大类。应该强调指出，真正的理想流体在客观实际中是不存在的，它只是实际流体在某些条件下的一种近似模型。日常生活和工程实践中最常遇到的流体其切应力与剪切变形速率符合下式的线性关系，称为牛顿流体。而切应力与变形速率不成线性
10、关系者称为非牛顿流体。图2-1（a）中绘出了切应力与变形速率的关系曲线。其中符合上式的线性关系者为牛顿流体。其他为非牛顿流体，非牛顿流体中又因其切应力与变形速率关系特点分为膨胀性流体（Dilalant ），拟塑性流体（ Pseudoplastic ），具有屈服应力的理想宾厄流体（Ideal Bingham Fluid）和塑性流体（Plastic Fluid ）等。通常油脂、油漆、牛奶、牙膏、血液、泥浆等均为非牛顿流体。非牛顿流体的研究在化纤、塑料、石油、化工、食品及很多轻工业中有着广泛的应用。图2-1（b）还显示出对于有些非牛顿流体，其粘滞特性具有时间效应，即剪切应力不仅与变形速率有关而且与作
11、用时间有关。当变形速率保持常量，切应力随时间增大，这种非牛顿流体称为震凝性流体（Rheopectic Fluid）。当变形速率保持常量而切应力随时间减小的非牛顿流体则称为触变性流体（Thixotropic Fluid）。在流体的运动过程中，由于压力、温度等因素的改变，流体质点的体积（或密度，因质点的质量一定），或多或少有所改变。流体质点的体积或密度在受到一定压力差或温度差的条件下可以改变的这个性质称为压缩性。真实流体都是可以压缩的。它的压缩程度依赖于流体的性质及外界的条件。例如水在 100 个大气压下， 容积缩小 0.5% ，温度从 20 变化到 100 ，容积降低 4%。因此在一般情况下液体
12、可以近似地看成不可压的。但是在某些特殊问题中，例如水中爆炸或水击等问题，则暖通吧真人社区暖通人的社交工具 必须把液体看作是可压缩的。气体的压缩性比液体大得多，所以在一般情形下应该当作可压缩流体处理。但是如果压力差较小，运动速度较小，并且没有很大的温度差，则实际上气体所产生的体积变化也不大。此时，也可以近似地将气体视为不可压缩的。在可压缩流体的连续方程中含密度，因而可把密度视为连续方程中的独立变量进行求解，再根据气体的状态方程求出压力。不可压流体的压力场是通过连续方程间接规定的。由于没有直接求解压力的方程，不可压流体的流动方程的求解具有其特殊的困难。实验表明，粘性流体运动有两种形态，即层流和湍
13、流。这两种形态的性质截然不同。层流是流体运动规则，各部分分层流动互不掺混，质点的轨线是光滑的，而且流动稳定。湍流的特征则完全相反，流体运动极不规则，各部分激烈掺混，质点的轨线杂乱无章，而且流场极不稳定。这两种截然不同的运动形态在一定条件下可以相互转化。以时间为标准，根据流体流动的物理量（如速度、压力、温度等）是否随时间变化，将流动分为定常与非定常两大类。当流动的物理量不随时间变化，为定常流动；反之称为非定常流动。定常流动也称为恒定流动，或者稳态流动；非定常流动也称为非恒定流动、非稳态流动。 许多流体机械在起动或关机时的流体流动一般是非定常流动，而正常运转时可看作是定常流动。当气流速度很大，或者
14、流场压力变化很大时，流体就受到了压速性的影响。马赫数定义为当地速度与当地音速之比。当马赫数小于1 时，流动为亚音速流动；当马赫数远远小于1（如 M 0.85 for Quad/Hex, or skewness 0.9 for Tri/Tetra elements). what values do you have? 2)Use of improper turbulent boudary conditions. 3)Not supplying good initial values for turbulent quantities. 出现这个警告，一般来讲，最可能的就是网格质量的问题，尤其是Y+
15、值的问题；在划分网格的时候要注意，第一层网格高度非常重要，可以使用NASA 的 Viscous Grid Space Calculator来计算第一层网格高度；如果这方面已经注意了，那就可能是边界条件中有关湍流量的设置问题，这个问题的意思是出现了回流，这个问题相对于湍流粘性比的警告要宽松一些，有些case 可能只在计算的开始阶段出现这个警告，随着迭代的计算，可能会消失，如果计算一段时间之后，警告消失了，那么对计算结果是没有什么影响的，如果这个警告一直存在，可能需要作以下处理：1.如果是模拟外部绕流，出现这个警告的原因可能是边界条件取得距离物体不够远，如果边界条件取的足够远，该处可能在计算的过程
16、中的确存在回流现象；对于可压缩流动，边界最好取在10 倍的物体特征长度之处；对于不可压缩流动，边界最好取在4 倍的物体特征长度之处。2.如果出现了这个警告，不论对于外部绕流还是内部流动，可以使用pressure-outlet边界条件代替outflow 边界条件改善这个问题。26 什么叫问题的初始化？在FLUENT 中初始化的方法对计算结果有什么样的影响？初始化中的“patch ”怎么理解？问题的初始化就是在做计算时，给流场一个初始值，包括压力、速度、温度和湍流系数等。理论上，给的初始场对最终结果不会产生影响，因为随着跌倒步数的增加，计算得到的流场会向真实的流场无限逼近，但是，由于Fluent 等计算软件存在像离散格式精度（会产生离散误差）和截断误差等问题的限制，如果初始场给的过于偏离实际物理场，就会出现计算很难收敛，甚至是刚开始计算就发散的问题。因此，在初始化时，初值还是应该给的尽量符合实际物理现象。这就要求我们对要计算的物理场，有一个比较清楚的理解。初始化中的patch 就
