基本流场计算

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1、Fluent基本流场计算基本流场n无粘流动n粘性流动n层流n湍流n周期性流动n可压缩流动n旋流与旋转流动数学模型：N-S方程流场参数n压力n密度n速度n大小、方向、分量n涡量n流函数n马赫数n流场参数n湍流n湍流动能n湍流强度n湍流耗散率n湍流粘性系数n雷诺应力n压力：表压vs.绝对压力表压operating pressure压力水平operating pressure绝对压力真空Gauge pressureAbsolute pressure压力：总压vs.静压均为表压均为表压不可压缩流可压缩流压力：压力与势压nFluent压力计算包含势压（Hydrostatic Head ）n输入的压力不需

2、要考虑势压n输出压力（静压、总压）不包含势压无粘流动适用情况n高Re，惯性力远大于粘性力n复杂粘性流动的初始计算数学模型：欧拉方程能量方程没有扩散能量方程没有扩散模型设置求解策略n初始计算时减小松弛因子或Courant数，计算稳定后令其恢复原值可压缩流模拟可压缩流概述nM0.3n总压n总温数学模型nN-S方程n能量方程n激活“Viscous heating”(Pressure-based solver)n状态方程nMaterial - Density -Ideal gas law模型参数设置nOperating Conditions：popnDefine -Models-EnergynDefi

3、ne -Models-Viscous viscous heatingnDefine -Materials. n密度：ideal-gas n边界条件n压力都是相对值相对值(表压表压，Gauge pressure)，进口温度为总温总温n压力进口：给定总温、总压，超音速进口给定静压n质量流进口：质量流率、总温n压力出口：给定静压(超声速时被忽略)浮动工作压力n绝对压力随时间逐渐加大n封闭腔体内的气体加热或燃烧n把气体压缩进封闭腔体n局限n不适用于跨声速和不可压流动n不能与以下边界条件联用：压力进口、压力出口、压力远场、exhaust fan, inlet vent, intake fan, outl

4、et vent可压流动求解策略n（Pressure-based solver）初始化流场到几乎滞止（速度几乎为0，压力为进口总压，温度为进口总温）。前50次迭代关闭能量方程，压力松弛因子设为0.4，动量方程设为0.3。解稳定后激活能量方程，压力松弛因子设为0.7n设置合理的温度、压力极限，避免发散n开始时在边界处使用减小的压力比，然后增加压力比直至达到所需的操作条件。考虑从不可压流动解开始计算可压流动解n某些情况下可从无粘流动开始计算求解方法nPressure-based solvernDensity-based solver旋流(Swirling)与旋转(Rotating)流动Fluent中

5、的旋流与旋转流动问题1，轴对称旋流或旋转流动；2，完全三维旋流或旋转流动；3，一个坐标系旋转的流动；4，多坐标系旋转流动；5，流动需要滑移网格。轴对称旋流或旋转流动（2D）Rotating Flow in a CavitySwirling Flow in a Gas BurnerMomentum Conservation Equation for Swirl Velocity3D旋流n特点：n存在切向梯度，或几何结构不对称n求解策略：n初始2D计算n柱坐标速度边界n求解过程渐次加大旋流强度旋转坐标系旋流物理图像Typical Radial Distribution of w in a Free

6、 VortexIdeal free vortex flow:r w = constant旋转流动物理图像Stream Function Contours for Rotating Flow in a Cavity旋流的湍流模拟nS0.5，雷诺应力模型旋旋流流与旋转流动的网格设置与旋转流动的网格设置n对于轴对称问题，旋转轴必须是x 轴、n网格划分必须保证有足够分辨率。n旋转流动：边界层很薄，FLUENT需要在靠近旋转壁面边界的地方网格比较细。n旋流流动：周向速度梯度比较陡（自由涡中心线附近），因此要保证有很好的求解效果，网格要求比较密2D轴对称旋流模拟1. Define-models-Solve

7、r2. 给出进口或者壁面的旋流速度分量轴对称旋流模拟策略nPRESTO! 压力离散格式 n改变松弛因子。径向和轴向速度为0.3-0.5，周向速度为0.8-1n分步求解n网格必须足够精细，以分辨大压力梯度和轴向速度梯度n先用小的旋转速度或者进口旋流速度进行计算。然后再增加到要计算的值n由于径向和周向动量耦合， ，适合采用耦合算法 Pressure-based segregated solver轴对称旋流模拟策略：分步求解n先求解无旋流动。即用Axisymmetric ,而不选用Axisymmetric swirl option。并且不设置任何有旋边界条件。计算的结果作为有旋流动的初始值n击活Ax

8、isymmetric Swirl option，设置有旋和旋转边界条件。只求解周向速度n关闭周向动量方程，求解连续和其它动量方程n给定合适松弛因子，同时求解所有方程周期性流动周期性流动n无压降的周期性重复问题；n有压降的周期性流动问题无压降周期性流动Rotational periodicSwirling Flow in a Cylindrical Vessel无压降周期性流动Translational periodicPhysical Domain无压降周期性流动模型设置n周期性边界条件有压降的周期性流动computational domainStreamlines in a 2D tube

9、heat exchangerflow direction p 0有压降的周期性流动适用条件适用条件1、流动是不可压不可压的2、几何形状必须是周期性平移，不是旋转平移，不是旋转3、如果用Density-based solver求解，则只能给定压力阶跃压力阶跃；如果是Pressure-based solver solver，可以给定质量流率或者压力阶跃质量流率或者压力阶跃。4、周期性流动中不能考虑进口和出口有质量差，也不考虑过程中的额外源项或者稀疏相源项。5、只能计算进口出口没有质量流率变化的组分问题。但不能考虑化学反应不能考虑化学反应。6、不能计算离散相离散相或者多相流动多相流动问题。有压降周期

10、性流动的数学模型数学模型n速度：n压力：Pressure-based solver:有压降周期性流动的模型设置模型设置1、决定是给定质量流量还是压力梯度。2、给出质量流量或压力梯度。如果你选择了给定质量流量，你也可以给出压力梯度（假定值），但不是必须的。如果给定值合理，可以加速流动场收敛速度。对计算结果也没有影响。对于轴对称问题，质量流量是2 弧度的质量流量。有压降周期性流动的模型设置模型设置3、通过定义流向的X，Y，Z点来（或者二维时候的X，Y）定义流动方向。流动方向是从初始点到指定点的方向上，该方向必须和周和周期性平移边界平行期性平移边界平行。4、如果确定了质量流量，FLUENT需要计算出

11、压力梯度 。可以通过改变Relaxation Factor 和Number of Iterations（压力修正方程迭代次数）或者给出估计的 用以控制计算过程。有压降周期性流动的模型设置模型设置nDensity-based solver用户自定义标量用户自定义标量模型n单相流动n如果对流通量不需要求解，求解的方程为n如果对流通量需要计算，则求解的方程为n如果用户用自定义函数来确定对流通量，则方程为用户自定义标量模型n多相流动n单相标量n混全物标量用户自定义标量的模型设置1、指定用户自定义标量数。Define-models-user-defined scalars 2、确定对流通量对流通量确定形式。None (不需要计算)，mass flow rate (计算对流通量)，user defined（用户定义对流通量）。只能用一个确定对流通量的方法。3、非稳态项非稳态项4、如果需要用用户自定义源项，则：define-boundary conditions,给出自定义源项自定义源项设置。5、自定义标量扩散系数：define-matierial6、定义自定义函数的边界条件，进口和出口边界条件。可以给固定值，也可以给出通量。