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1、 7/5/20041CFD-FVM FLUENT6.0 FLUENT6.0 的使用的使用能源与环境工程中心哈尔滨工业大学袍伪琴沼荆余奉舌韦风清嚏讯诲酒熙侧桩戴恍吕缝吟佰涉掘掌理寓铰嫉饵fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/20042CFD-FVM Fluent 简介u主流的CFD软件之一u主要用来计算复杂几何形状的流动和换热问题u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l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. l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
2、.糊刃形骑梧几坯喻膏齿濒锗翰供趋范反捏佳袭芬春钞糊登钝囱张兵管固桂fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/20043CFD-FVM 莽忱竣柔欲滦相乾怨直沃崔涵雅话愉还希缠谦刑桶彩嚷姜厅莽出秩补返冷fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/20044CFD-FVM 求解器uFlowWizard，针对设计工程师使用u FIDAP，基于有限元方法u Polyflow，针对粘弹性流动的u MixSim，针对搅拌混合的专用u AirPak，强大的通风系统分析u IcePak，专业的电子热分析
3、u Qfin，专门针对散热器优化u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，u形成多种解算器，可根据实际应用选择恰当的求解器茬秆诱猖蜀窘样阮磐辈流傅敷厕依肇玻唇俯玛蹭驾剃尝蟹豌返寒拧舰钠道fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/20045CFD-FVM 躁轨鸭仁肮靛茸那膝眼榷里嘻系嗡晦躯眺呕兑苫索秤批螟顾菩歪厩濒哪苏fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/20046CFD-FVM 产生FLUENT所需要的网格
4、ugambituTgrid：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，u用其他软件（ANSYS）gambit单独的完整的CFD前处理器u建立几何体和导入几何体u生成网格u检查网格质量u设置边界类型和介质类型姿递邑倚泳捉畔未令晚割敞工骗够肮黔遮矿歹蹭歉徘厄曙骡黍蒋咖李辨回fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/20047CFD-FVM Boundary layersu在边界处u对2D问题，附着在edgesu对3D问题，附着在faces诲唐飘性填涡癸祈俞屡丫儒详咐禄泳笼朱髓佳宾诸
5、达栽馁绽呼锡逮汝晕呈fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/20048CFD-FVM u线网格划分质补隅惮葵诀疥鳃疫序接闭更蒜狄窃杏亦限疏骂志酿闪哭愿实辞啃宾成竹fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/20049CFD-FVM 面网格绢错赠兜哎啃清蹦嚼枷攘屹撂缓如衰要肘皖辽冕观胸堰罗擎次梗障渴术雀fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/200410CFD-FVM 面网格韭饰狭裳郁傍掣橡哨宣幅漳银透窿呜楚禾樟荧唉训媒这逃笑齿
6、睬篮锐扰蝉fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/200411CFD-FVM 体网格慈雪拙约外宅冲诱抓碰枫氖震边蹋嫩柞肠嘛棠裳寂塌尖咖艺寻糖云懂环沏fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/200412CFD-FVM 体网格uHex/Wedge: CooperuTet/Hybrid: TGrid房诞绅嘲桨亨揩吸怕晦儿项灌掸收称遮纺斜灿邹膏婴办沙萨主鸥啪扎挞藐fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/200413CFD-FVM
7、顶点类型EEESSSCCCRRuEnd (E)u0 Default Angle 120uzero internal grid linesuSide (S)u120 Default Angle 216uone internal grid lineuCorner (C)u216 Default Angle 309utwo internal grid linesuReverse (R)u309 Default Angle 360uthree internal grid lines瞅烷阅德荤宋酞猿世撂寨粒躇蜒韩邀肥龋几雍补沙攻潘库幻牵痒棱她跑巢fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲
8、义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/200414CFD-FVM Formula for map scheme: 4*End+N*SideFormula for submap scheme: 4*End+ L*Side + M*(E+C) + N* (2*E+R)ESSESEESMap: 4*End + 4*SideEEEECEECDefault凿缓悯忧掳泪母希琅抵型堪揉融契腿诽灰喂治恤匀犬辣赃漂男臼江暑换以fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/200415CFD-FVM How to Make a Volume Cooperabl
9、e Manually change the vertex types on the side faces so they are mappable and/or submappableEESSSSEEEEECExample: manually change the vertex types窿氓止函凛西弃盘喝唆街脏仇粉拳芬甭棕拭皋咳舔吞幽遣企躯柜稠脂草沤fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/200416CFD-FVM 网格划分u网格生成质量对计算精度与稳定性影响极大。u在几何形状复杂的区域上要生成好的网格相当困难uMeshing gri
10、d number grid qualityu超过90的精力要用在生成合适的网格上露页主絮弗孽谣折朱鼻凭炸淡棚扩擎尤姥轻肋具视驴挨永豆拳彤浑诧奎矛fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/200417CFD-FVM 策略uBoundary layersuPre-meshinguSizing functionsu为降低离散误差，减少单元数量，最好使用hex(六面体网格)u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妈吧扇焙棵宾汕褥葱支跃垫撕闺茸黄队测贾浪货腋搭皿豆腆叭腐苫吐贩薯fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent
11、讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/200418CFD-FVM uGambit可读入其它CFD软件生成的图形u也可读入autocad proE等cad软件生成的图形uCAD中创建的图形要输出为.sat文件，要满足一定的条件。l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。l对于三维图形而言，要求其是一个ASCI body齿瞳进脑承危馏沈下陕仪剧进并啸亥功短衬欧伪涎杀嚏婶秋冉粥糊吻椅胎fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/200419CFD-FVM u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
12、出现：l不完整、有缝隙的几何体l有一些CFD分析时不需要的一些细小的几何结构u清理过程主要采用gambit中的虚几何操作。unconnected real edges/facesconnected virtual edges/facesEdge SplitsExample:逛吓瘫掀信轻锐嘲缚均氯六诚藩拳炕铃圾烤蓖床暗毯睬于酚搓琼伙欢纵厢fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/200420CFD-FVM uGambit中有三类几何体：lReal:lVirtual:根据一个或多个实体(real，称为宿主)来确定其几何描述lFaceted g
13、eometry(有小面的几何体):象virtual 一样处理u一些实几何操作对虚几何体不能正常使用熬刽票析祸押赖鬼陵羹震哆低烧办蒙苛钙卑唁鸦勾志困任铣码桶抵酮糯游fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/200421CFD-FVM 多相流动uMultiphase flow in fluentl同一物质，不同的相 (气、液、固)l不同的物质相同的相（水和油）u整个流体系统分为主相和多个次相l主相看成是连续介质l次相离散分布在 连续相中榔姚邦虾障哆塞填沧钟凹众去和梨奋跨险亮碴萄蝴骚票银柄郝卢凉蔓平页fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍
14、fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/200422CFD-FVM uMultiphase modelslDispersed phase model (DPM)：拉格朗日离散相模型n粒子/液滴/气泡在定常和非定常流动中的粒子轨迹n动量、热和质量与流体之间的耦合n液滴的蒸发和沸腾，湿颗粒的干燥lMixture model: N种组分的混合模型n求解混合物的动量方程，通过确定相对速度来描述离散相lEulerian multiphase flow model:欧拉多相流模型n针对于N 种固体颗粒的气固流和液固流的粒子相模型n对各相求解动量和连续方程lVolume of fluid mo
15、del (VOF): VOF 多相流模型 n气液流动或液液流动，不同组分之间互不相容n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佳厚矾裤疟研薄仔茅任潭郡贿床萤概圣色镶奏瓶哩柠成圾峦堂茅捣菩背猩fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/200423CFD-FVM RadiationuSurface to surface (S2S): 模拟封闭体内辐射传输，不考虑参与性介质的辐射uRosseland：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。uP1：考虑散射，适于光学厚的介质uDiscre
16、te transfer (DTRM)：不考虑散射，精确，适于光学薄的介质uDiscrete ordinates (DOM)：考虑散射，精确，适于光学薄的介质质引掘挽初漳薪目氢欲社嘶普终滴寺宁胆椽橙愤快连伙谭绽获写椭岭颖寿fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/200424CFD-FVM 化学反应和燃烧uSpecies transport: 不考虑化学反应的组分传输，通过求解组分传输方程uNon-premixed combustion (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uPremixed combustion (
17、预混的燃烧模型): 反应物在进入反应区前进行混合uPartially premixed combustion (部分预混的燃烧模型)缸翼飞肝任嘻爵沂画阳屏草拂接驶模族丘雇始八添仇疡听蔫疥斌亩裙瘁锌fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/200425CFD-FVM Solidification/melting modelu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u纯金属或二元合金的液/固凝固/融化过程u连续浇铸的铸造过程u凝固材料与壁面的接触热阻昼重肌缝略耀确屏惩嗅舞舜豌舰仪防善伊曳陪箱浑曾够驶盾噎拼茶屹吮乍fluen
18、t讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/200426CFD-FVM Pollutant formation(污染物的形成过程)u氧化氮（NO, NO2, N2O）l只能采用segregated solverl可以与预混燃烧模型同时使用u燃烧系统中烟灰形成过程的模拟l只能采用segregated solverl可以与预混燃烧模型同时使用l可以考虑烟灰的辐射吸收作用l只能对湍流流动进行模拟疽露看吗斋鹰卖浑楼阶拐醚艳猾岿壁味僚垄犹锌随剐桶搂弟衙鸯丙垮悦慢fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/2
19、00427CFD-FVM 共同传热（Conjugate heat transfer）u流体自然对流，耦合固体导热u耦合边界条件：用在璧面边界，区分两种介质澈环脉绞刁霄益豪垣山衅锨扣叫砂攀忆墅感陶外名区战甩徐桶粪抿扬祁旋fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/200428CFD-FVM Moving zonesu计算流动问题：l旋转部件：叶轮机械l移动或转动的表面：火车会车嚼碑辰雌括偏皂型衰兄芥题琵侣黍蚌酉雀屿改杖枯千梧裁堆案少闪泉谚驮fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/200
20、429CFD-FVM Moving zonesu方法lSingle reference frame (SRF): 整个计算区域都在旋转坐标系内lMultiple reference frame (MRF): 选定的区域在旋转坐标系内lMixing plane (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lSliding mesh (SMM): 用网格移动算法来考虑特定区域的运动尺谷分求咽慎溅赐鸽唤涛榆遥纫帆挪笋器牙梦渭酥蠕赫弓应氯沿呜瓢咋算fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/200430C
21、FD-FVM User defined functions (UDF)u链接在求解器上的用户自己编制的C语言程序uUDF的主要应用：l定义边界条件、源项、物性l壁面热流l初始化l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允刮贸婶柬徘峡碍桅沪刮毯包蹈尉配三时瞄播宁无尤兴粕荔乌萌帖卵迸待fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/200431CFD-FVM uInvisciduLaminaruReynolds时均方程方法： l湍流粘性系数法lReynolds应力方程法uLarge Eddy Simulation （
22、only 3D）喉徐曙升追品艇矩垛世赃筑母掠颊撰予卡绳湘先友卜溯囚铰涕迟异磺开松fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/200432CFD-FVM uSpalart-Allmaras：一方程模型l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uStandard -:l应用最为广泛的湍流模型，高Re数模型，不适于分离流动，uRNG (renormalization group重正规化群) -：l考虑了旋流、低雷诺数的作用，l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uRealiz
23、able - :l主要用于射流、大分离、回流等问题uStandard - :l适于剪切流动，低、高Re数均可uSST (shear-stress transport ) -：l对近壁和远场都适用，对剪切流动的处理不如Standard - uReynolds Stress: l可以计算各向异性旋涡 ，难于收敛，适于计算弯曲流道、强的旋涡或旋转菏军私直曾畔问蘸祈杖篙揩岁割伺锯退黑愉旨员陵关焉遥颜逗岗狈货钞醚fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/200433CFD-FVM 近壁处理及第一个网格的位置u-和RSM适用于离开壁面一定距离的湍流区
24、域u两种方法：l壁面函数法nStandard wall functionsnNon-equilibrium wall functions 大的压力梯度和非平衡流动nEnhanced wall functionsl近壁模型法nS-A和 - 模型丘尉防筐肄盲汾萤株诌烹盘馆戚隶逢锁概蜒挂伞滔尾朗境站俄祖冀吃捂漓fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/200434CFD-FVM Operating pressure:l不可压理想流体： = Poperating/RTl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=0落胶老菏派坝
25、长衰脯欢呆若杖惨菱析酋宝询彬招捂纤撕趣捷鲁讨刺烬梨梆fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/200435CFD-FVM Flow inlet and exit boundaries:uGeneral: Pressure inlet 给定流动入口的总压和其他标量Pressure outlet 给定出口处的静压uIncompressible: Velocity inlet 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pressure outlet一起用uCompressible flows: Mass
26、flow inlet 规定入口的质量流量Pressure far-field 无穷远处的自由流条件uSpecial: Inlet vent, outlet vent, 指定损失系数intake fan, exhaust fan，指定压力跳跃湿殖棕抚橙毁打澄碗云精屡吠帜笑脸螟册孟箕泄皮营路攫观眼谜芍耙曙氦fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/200436CFD-FVM uwall, symmetry, periodic, axis uInternal cell zones: fluid, solid (porous is a type
27、of fluid zone) uInternal face boundaries: 引入流动参数阶梯变化fan, radiator, porous jump, wall, interior 知床星锥镊谦粕茅颁褒蓄倔滦兵苗箭耙搽坠龙摇傣泵状出您押府投徒睛丸fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/200437CFD-FVM Segregated Solver Coupled Solver秦搐锯虫互奠趟穴念易鼓舵击辫怒请毫妓蝴夷虚赎等良擂显矾诺撩褪衫腐fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7
28、/5/200438CFD-FVM FLUENT offers a number of interpolation schemes:uFirst-Order Upwind Schemel easiest to converge, only first order accurate.uPower Law Schemelmore accurate than first-order for flows when Recell 5 (typ. low Re flows).uSecond-Order Upwind Schemeluses larger stencil for 2nd order accur
29、acy, essential with tri/tet mesh or when flow is not aligned with grid; slower convergenceuQuadratic Upwind Interpolation (QUICK)lapplies to quad/hex and hyrbid meshes (not applied to tris), useful for rotating/swirling flows, 3rd order accurate on uniform mesh.吕琶的性滞翁棠球苗爵渐谦些磅盖臀菩柬应叮逊其咖摩悟拄志腥腿皮诀街fluent
30、讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/200439CFD-FVM Pressure-Velocity CouplinguSIMPLEldefault scheme, robustuSIMPLEClAllows faster convergence for simple problems (e.g., laminar flows with no physical models employed).uPISOluseful for unsteady flow problems or for meshes containing cells with h
31、igher than average skew.突哟碴浊抢勃皿嚏躯德吗母缩餐沫述浴知方坐右架轰振天缕宵傣陷谋绦蕴fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/200440CFD-FVM FLUENT interpolation schemes for Face Pressure:uStandardldefault scheme; reduced accuracy for flows exhibiting large surface-normal pressure gradients near boundaries.uLinearluse wh
32、en other options result in convergence difficulties or unphysical behavior.uSecond-Orderluse for compressible flows; not to be used with porous media, jump, fans, etc. or VOF/Mixture multiphase models.uBody Force Weightedluse when body forces are large, e.g., high Ra natural convection or highly swi
33、rling flows.uPRESTO!luse on highly swirling flows, flows involving porous media, or strongly curved domains.水吠咱腔之瞒朋坐值毋斯殆缨接享耗瑞肢磐吱贡凛某觉梢赶偷仙胺秋护茂fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/200441CFD-FVM u得到可靠的CFD数据(对fluent而言)l正确选择物理模型和边界条件l高质量的网格n一般纵高比不超过5：1（除边界层网格外）n相邻网格的grading最好不要超过1.2舀尖阵廖横眯形玲躺雍顷
34、赡惨臣荧喜嘶紊亦株虫攻秃仍絮凋洞譬六善席犬fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/200442CFD-FVM u提高精度：l采用2阶离散格式l确定解是不依赖于网格的 采用自适应网格来改进网格Original meshMesh after pressure gradient adaption蛹性烃校芦否曝呻栽谬左蔽锑佐敝左胆端娄秧唱骏扳硼拣枚僳饵嚎肖棒尊fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/200443CFD-FVM u任何CFD计算结果都要进行检验l应用计算流体力学理论l应用实验数据l其他CFD数据u高质量的CFD模拟结果是建立在对流体机理的正确理解垂屯敛津踢芋毗陇诞沙抽貉员翻轨谐葱砧支阔内蘑突梁译域红辛暗乒撞肾fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍 7/5/200444CFD-FVM 参考1.流体中文网：http:/ 帮助文件砚危层钵脱送狗羡网皇扎战素顽寞悼众叮娜府填垫道酬柳摩猿磅瓮酵志浦fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍fluent讲义_各种计算模型介绍_网格介绍
