fluent组件参数设定参考.docx

Fluent组件参数设定参考第一部分 读入文件1.1 读入文件FLUENT组件读取工况文件（.cas）和网格文件(.msh)，并得到一些相关信息，之后运行FLUENT相应的程序，并运行FLUENT读取信息的脚本，点击打开加载网格信息显示在界面中以供用户调试。1.2 求解器类型二维三维指所导入的模型维数。单精度与双精度：单精度与双精度指求解器在表示变量的时候采用单精度的float类型或者采用double类型。在所有的操作系统上都可以进行单精度和双精度计算。对于大多数情况来说，单精度计算已经足够，但在下面这些情况下需要使用双精度计算：（1）计算域非常狭长（比如细长的管道），用单精度表示节点坐标可能不够精确，这时需要采用双精度求解器。（2）如果计算域是许多由细长管道连接起来的容器，各个容器内的压强各不相同。如果某个容器的压强特别高的话，那么在采用同一个参考压强时，用单精度表示其他容器内压强可能产生较大的误差，这时可以考虑使用双精度求解器。（3）在涉及到两个区域之间存在很大的热交换，或者网格的长细比很大时，用单精度可能无法正确传递边界信息，并导致计算无法收敛，或精度达不到要求，这时也可以考虑采用双精度求解器。第二部分 网格操作2.1 网格刻度网格刻度主要是可以改变原来网格创建的单位，在网格软件中，默认单位一般是毫米，而在FLUENT软件中，默认单位是米，所以需要修改。在面板上选择网格文件创建的单位，fluent组件将会再fluent里面将默认单位m改为网格文件创建的单位，一般改为mm。2.2 网格检查网格检查是检查网格的质量信息，要求网格不能有负体积，2.3 网格光顺临近单元体积的快速变化会导致大的截断误差。截断误差是指控制方程偏导数和离散估计之间的差值。FLUENT可以改变单元体积或者网格体积梯度来精化网格从而提高网格的光滑性。拉普拉斯光滑适用于各种类型的网格，当使用拉普拉斯方法时，一个拉普拉斯光滑操作被应用于非结构网格以重新配置节点。新节点的位置是它周围节点位置的平均。松弛因子（介于0与1之间的一个数）乘上计算所得的节点位置的增量。松弛因子取0时节点没移动，取1时节点的移动等于节点位置的整个增量。网格迭代次数缺省值为4。基于偏斜度的光滑仅适用于三角形或者四面体网格。通过重新配置倾斜改善网格的歪斜在极端情况下，操作可能建立越过边界的网格线，从而建立负体积。特别是用一个大的松弛因子执行多个光滑操作，这最有可能发生在急剧拐角或粗糙解决的突起拐角的地方。设置最小歪斜度fluent将努力移动部节点以改进歪斜值大于这个值的单元的歪斜情况。缺省对于2D情况该值为0.4，3D为0.8，迭代次数缺省为4。网格交换面的交换可以改善三角形网格或者四面体网格的质量，三角形网格，Delaunay圆周测试来判断是否一个面应当被交换，其中两个三角形单元共享这个面。如果一个单元的外接圆不包含第二个单元中的未被共享的节点，那么这队共享一个面的单元满足圆周测试。在圆周测试不满足的情况下，对角线或面被交换。重复使用面交换技术将产生一个强迫的Delaunay网格。如果一个网格是Delaunay网格，那么他是唯一的一个最大化网格中的最小角的分成三角形。所以这个分成三角形趋向于等边三角形，为给定的节点分布提供了最好的等边网格。四面体网格，面的交换包括：寻找三个单元共享一个边的结构和把他们两个单元共享一个面以降低歪斜和单元计数。执行交换，直到number swaped为0为止。第三部分 求解模型定义3.1求解器定义3.1.1 求解器类型压力基求解器在压力基求解器中，控制方程是依次求解的：原理是首先由动量方程求速度场，继而由压力方程进行修正使得速度场满足连续性条件。由于压力方程来源于连续性方程和动量方程，从而保证流场的模拟同时满足质量守恒和动量守恒。压力基求解器是从原来的分离式求解器发展来的，按顺序仪次求解动量方程、压力修正方程、能量方程和组分方程及其他标量方程，如湍流方程等，和之前不同的是，压力基求解器还增加了耦合算法，可以自由在分离求解和耦合求解之间转换， 需要注意的是，在压力基求解器中提供的几个物理模型，在密度基求解器中是没有的。这些物理模型包括：流体体积模型(VOF)，多项混合模型，欧拉混合模型，PDF燃烧模型，预混合燃烧模型，部分预混合燃烧模型，烟灰和NOx模型，Rosseland辐射模型，熔化和凝固等相变模型，指定质量流量的周期流动模型，周期性热传导模型和壳传导模型等。 与密度基求解器的区别：区别1：压力基求解器主要用于低速流和不可压缩流动的求解，而密度基求解器则主要针对高速流和可压缩流动而设计，但是现在两种方法都已经拓展成为可以求解很大流动速度范围的求解方法。两种求解方法的共同点是都使用有限容积的离散方法，但线性化和求解离散方程的方法不同。 区别2：密度基求解器从原来的耦合求解器发展来的，同时求解连续性方程、动量方程、能量方程和组分方程。然后依次再求解标量方程（只有标量，没有矢量的方程）（注：密度基求解器不求解压力修正方程，因为其压力是由状态方程得出的）。密度基求解器收敛速度快，需要内存和计算量比压力基求解器要大！ 特点：适用于压力基但不适用于密度基的模型： （1） 空化模型 （2） VOF模型 （3） Mixture多相流模型（4） Eulerian多相流模型 （5） 非预混燃烧模型 （6） 预混燃烧模型 （7） 部分预混燃烧模型 （8） 组合PDF传输模型密度基求解器(Coupled Sover）原理：直接求解瞬态N-S方程(此方程理论上是绝对稳定的)，将稳态问题转化为时间推进的瞬态问题，由给定的初场时间推进到收敛的稳态解，即时间推进法。由于控制方程是非线性的，且相互之间是耦合的，因此，在得到收敛解之前，要经过多轮迭代: 1)根据当前的解的结果，更新所有流动变量。如果计算刚刚开始，则用初始值来更新。2)同时求解连续方程、动量方程、能量方程及组分输运方程的耦合方程组（后两个方程视需要进行求解） 3)根据需要，逐一地求解湍流、辐射等标量方程。注意在求解之前，方程中用到的有关变量要用到前面得到的结果更新。 4)对于包含离散相的模拟，当内部存在相间耦合时，根据离散相的轨迹计算结果更新连续相的源项。 5)检查方程组是否收敛，若不收敛，回到第1）步，重新计算。 格式：密度基求解器有两种格式：隐式和显式。密度基显式与隐式求解器依次求解额外的标量方程（如湍流和辐射等）。两种格式求解器的主要不同点在于对于耦合方程的线性化上。由于隐式格式具有很好的稳定性，因此使用隐式求解器能够比显式格式更快的获得收敛的稳定解。然而，隐式格式要比显式格式消耗更多的内存。隐式使用高斯/赛德尔对称块方法解出变量；显式使用龙格-库塔显式时间积分格式。具体情况可以查看Fluent理论手册。 特点：对于高速可压流动，由强体积力(如浮力或者旋转力)导致的强耦合流动，或者在非常精细的网格上求解的流动，需要考虑密度基求解器。密度基求解器耦合了流动和能量方程，常常很快便可以收敛。密度基求解器所需要的内存约是压力基求解器的1.5到2倍，选择时可以根据这一情况来权衡利弊。在需要耦合隐式的时候，如果计算机内存不够，就可以采用压力基或密度基显式。密度基显式虽然也耦合了流动和能量方程，但是它还是比密度基隐式需要的内存少，当然它的收敛性也相应差一些。显式格式主要用于激波等波动解的捕捉问题。3.1.2 梯度选项格林高斯单元（green-gauss cell based）应该是说在计算离散的两个点的压力差时是以代表单元的中心点位代表计算的(默认方法); 解有伪扩散（求解域的拖尾现象）。伪扩散是指在平流扩散方程数值解中因平流项有限差分的截断误差引起的虚假扩散。这是解方程欧拉型模式所特有的。其大小与所用的有限差分格式有关，有时甚至完全掩盖方程中其他扩散项的作用。为克服伪扩散，须采取特殊的技术措施和各种不同的差分格式。而四边形、六面体网格采用基于cell的方法。而格林高斯节点（green-gauss node based）是在计算离散的两个点的压力差时是以单元边界的两个节点为标准计算的。该方式更精确；最小化伪扩散；推荐用在三角网格上。一般三角形、四面体网格采用基于node；在压力变化不是太显著的地方，两种选择应该欻别非常小。但是两种计算方法的时间应该是基于节点的用计算时间更长。LEAST SQUARES CELL BASED基于单元的最小二乘方法，属于无网格方法，是最近计算领域新兴的数值方法。该方法采用固定重构核近似建立形函数，并利用最小二乘配点法对控制方程进行离散处理。固定重构核近似与传统的重构核近似相比，其优点是对形函数求导方便，这有效改善了无网格方法计算过程复杂的弱点。另外最小二乘配点法是将直接配点法语最小二乘技术相结合产生的一种新的配点方法。它既有较好的计算精度和计算复杂性。3.1.3 时间属性所谓的定常（steady）和非定常（unsteady）就表述了流动状态是否随时间变化的含义，若流体中任何一点的压力，速度和密度等物理量都不随时间变化，则为定常流动；反之只要压力，速度和密度中任一物理量岁时间变化则为非定常流动。这在计算过程中就是体现在方程不同，非稳态流多了时间变量，那么非稳态流就要进行时间离散。其次，两种求解的结果对比而言：一种情况是你要求解的物理问题是稳态（steady）的，从理论上来说那么两种求解方式收敛之后的结果都是一样或者近似的。只不过需要注意的是，在非稳态的求解中dt的选取会影响你的计算结果，有可能会计算发散，而且还必须要足够的计算步达到收敛才能和稳态的结果进行比较。换句话说，如果你用非稳态的方法去求解稳态流，如果计算本身就没收敛，就取结果进行比较，那么肯定是不行的。一般而言，在进行非定常（unsteady）求解的时候，前面一段时间的计算结果基本上是不予采用的，因为有一个数值收敛的过程。另一种是你要求解的物理问题是非定常（unsteady）的，那么你用定常（steady）的求解方法得出的结果就是一堆垃圾了，没有任何价值。选择steady就是稳态计算，稳态是关心最后的结果，非稳态是关心整个过程。非稳态一阶与非稳态二阶是指控制方程对时间进行一阶求导还是二阶求导。显然二阶求导需要消耗跟多的内存和较多的计算时间。Non Iterative Time Advancement是非迭代时间进程Frozen Flux Formulation是冷冻配方的意思对基于压力的解算器t必须足够小用来解决依赖于时间的特征；保证每个时间步的最大迭代步数中能够达到收敛；合适的时间步长可以有以下估计得出：时间步长估算也能够被选择为了能够解算得出非定常流动的特征（比如流动在一个已知的波动周期内）3.1.4 速度属性在使用Pressure-based的求解器时，Fluent允许用户定义的速度形式有绝对的和相对的，使用相对的速度形式是为了在Fluent中使用运动参考系以及滑移网格方便定义速度，关于这两个速度的理解很简单，如果速度入口处的单元在计算的过程中有运动发生的情况（如果你使用了运动参考系或者滑移网格），你可以选择使用指定相对于邻近单元区域的速度或在参考坐标系中的绝对速度来定于入口处的速度；如果速度入口处的相邻单元在计算过程中没有发生运动，那么这两种方法所定义的速度是等价的；如果使用Density-based的求解器，这个求解器的算法只允许统一使用绝对的速度形式。所以，绝对速度属性选项的效率较高，适合大多数情况。相对速度属性选项被主要用于，主流区域随着转子旋转的旋转体系的流动。3.1.5 空间属性二维与三维比较好理解就是求解问题的模型维度。轴对称（axisymmetric）和轴对称旋转（axisymmetric swirl）的差别：轴对称也就是关于一个坐标轴对称，2D的轴对称问题仍为2D问题。而轴对称旋转就是一个区域关于一条坐标轴回转所产生的区域，这产生的将是一个回转体，是3D的问题。在Fluent中使用这个，是将一个3D的问题简化为2D问题，减少计算量，需要注意的是，在Fluent中，回转轴必须是x轴。3.2 能量方程有传热过程、或者有能量添加如化学反应、再或者考虑粘性或者摩擦生热等能量耗散过程的时候，对于高速可压缩流动都需要激活能量方程。如果只是考虑流动，而不考虑温度或者能量的时候就不需要。3.3 粘性模型3.3.1 无粘膜型无粘流动分析不考虑粘性影响，而且很适合于处理高雷诺数应用问题中惯性力由区域粘性力主导的情况。高速导弹气动分析就是较为合适的无粘流动的例子。像这样的例子物体上压力远远大于粘性力。因此，无粘流动分析可以很快的给出作用于物体上的力的初步估计。当改变物体外形来最小化升力或者阻力，你就可以考虑在升力和阻力中流体粘性和湍流粘性的影响来进行粘性分析。无粘流动另一个常用的领域是，对包含复杂物理现象或者复杂流动几何外形流动进行分析，从而给出初始解。在这种情况下，粘性力是很重要的，但是在初期计算时会忽略动量方程粘性项。一旦计算已经开始而且残差开始减小，你就可以打开粘性项（通过激活层流或湍流流动）继续计算直至收敛。对于一些复杂流动，这是唯一可以开始计算的方法。对于无粘流，FLUENT解欧拉方程。质量守恒方程和层流流动的一样，但是动量方程和能量方程因为忽略了分子扩散项而得到化简。3.3.2 层流模型 层流模型主要用于层流流动的数值模拟。3.3.3 S-A湍流模型(1 eqn) Spalart-AllmarasSpalart-Allmaras模型是一种低耗的利用Boussinesq逼近，改进的涡粘输运方程的RANS模型。中心问题是怎样计算漩涡粘度。这个模型被Spalart-Allmaras提出，用来解决因湍流动粘滞率而修改的数量方程。应用范围：Spalart-Allmaras 模型是设计用于航空领域的，主要是墙壁束缚（wall-bounded）流动，而且已经显示出很好的效果。比如机翼上的超音速/跨音速流动，边界层流动。在透平机械中的应用也愈加广泛。在有逆压梯度的情况下给出了较好的结果。在原始形式中Spalart-Allmaras 模型对于低雷诺数模型是十分有效的，要求边界层中粘性影响的区域被适当的解决。在FLUENT中，Spalart-Allmaras 模型用在网格划分的不是很好时。这将是最好的选择，当精确的计算在湍流中并不是十分需要时。再有，在模型中近壁的变量梯度比在k-e模型和k-模型中的要小的多。这也许可以使模型对于数值的误差变得不敏感。模型评价：1 Spalart-Allmaras模型中的输运变量在近壁处的梯度要比k-中的小，这使得该模型对网格粗糙带来数值误差不太敏感。2相对较新的模型还没有应用于各种复杂的工程流动，例如不能依靠它去预测均匀衰退，各向同性湍流。3作为单方程的模型对流动尺度变换较大的流动不太合适，比如平板射流问题，从有壁面影响流动突然变化到自由剪切流，流场尺度变化明显等问题。3.3.4 K-湍流模型(2 eqn)3.3.4.1 标准k-最简单的完整湍流模型是两个方程的模型，要解两个变量，速度和长度尺度。在FLUENT中，标准k-模型自从被Launder and Spalding提出之后，就变成工程流场计算中主要的工具了。适用范围广、经济，有合理的精度，这就是为什么它在工业流场和热交换模拟中有如此广泛的应用了。它是个半经验的公式，是从实验现象中总结出来的。湍动能输运方程是通过精确的方程推导得到，耗散率方程是通过物理推理，数学上模拟相似原型方程得到的，稳定而且相对精确。应用范围：该模型假设流动为完全湍流，分子粘性的影响可以忽略，此标准-模型只适合完全湍流的流动过程模拟。局限性A 方程包括一个不能在壁面上计算的项，因此必须使用壁面函数B 在流动有强分离、大压力梯度情况下结果不太准确由于人们已经知道了k-模型适用的范围，因此人们对它加以改造，出现了RNG k-模型和带旋流修正k-模型：3.3.4.2 Renormalization-group (RNG) k-模型1 k-方程中的常数通过renormalization group定理（严格的统计技术）得到，在e方程中加入了一个条件，有效改善了精度；考虑了湍流漩涡，提高了这方面的精度；RNG理论为湍流Prandtl数提供了一个解析公式，然而标准k-模型使用的是用户提供的常数。然而标准k-模型是一种高雷诺数的模型，RNG理论提供了一个考虑低雷诺数流动粘性的解析公式。这些公式的效用依靠正确的对待近壁区域。这些特点使得RNG k-模型比标准k-模型在更广泛的流动中有更高的可信度和精度。对更复杂的剪切流来说比SKE表现更好，比如剪切流、旋流和分离流2 包括以下子模型a 解决低雷诺数下的differential viscosity 模型：标准k-模型是一个高雷诺数的模型，RNG理论提供了一个考虑低雷诺数流动粘性的解析公式。这些公式的效用依靠正确的对待近壁区域。b 由解析方法得到的Prandtl/Schmidt数的代数公式c 旋流修正3.3.4.3 Realizable k-模型带旋流修正的 k-模型(可实现的k-模型)带旋流修正的 k-模型是近期才出现的，比起标准k-模型来有两个主要的不同点。a. realizable意味着这个模型满足在雷诺应力上的数学约束，与物理湍流流动一致，保证湍流的连续性，为湍流粘性增加了一个公式，又被称为带旋流修正k-模型。b. 为耗散率增加了新的传输方程，这个方程来源于一个为层流速度波动而作的精确方程术语“realizable”，意味着模型要确保在雷诺压力中要有数学约束，湍流的连续性。c. 带旋流修正的 k-模型直接的好处是对于平板和圆柱射流的发散比率的更精确的预测。而且它对于旋转流动、强逆压梯度的边界层流动、流动分离、循环流动和二次流有很好的表现。d. 带旋流修正的 k-模型和RNG k-模型都显现出比标准k-模型在强流线弯曲、漩涡和旋转有更好的表现。由于带旋流修正的 k-模型是新出现的模型，所以现在还没有确凿的证据表明它比RNG k-模型有更好的表现。但是最初的研究表明带旋流修正的 k-模型在所有k-模型中流动分离和复杂二次流有很好的作用。e. 旋流修正的 k-模型的一个不足是在主要计算旋转和静态流动区域时不能提供自然的湍流粘度。这是因为带旋流修正的 k-模型在定义湍流粘度时考虑了平均旋度的影响。这种额外的旋转影响已经在单一旋转参考系中得到证实，而且表现要好于标准k-模型。由于这些修改，把它应用于多重参考系统中需要注意。应用范围：可实现的k-模型直接的好处是对于平板和圆柱射流的发散比率的更精确的预测。而且它对于旋转流动、强逆压梯度的边界层流动、流动分离和二次流有很好的表现。可实现的k-模型和RNG k-模型都显现出比标准k-模型在强流线弯曲、漩涡和旋转有更好的表现。由于带旋流修正的k-模型是新出现的模型，所以现在还没有确凿的证据表明它比RNG k-模型有更好的表现。但是最初的研究表明可实现的k-模型在所有k-模型中流动分离和复杂二次流有很好的作用。该模型适合的流动类型比较广泛，包括有旋均匀剪切流，自由流（射流和混合层），腔道流动和边界层流动。对以上流动过程模拟结果都比标准k-模型的结果好，特别是可再现k-模型对圆口射流和平板射流模拟中，能给出较好的射流扩张。模型评价：可实现的k-模型的一个不足是在主要计算旋转和静态流动区域时不能提供自然的湍流粘度，这是因为可实现的k-模型在定义湍流粘度时考虑了平均旋度的影响。这种额外的旋转影响已经在单一旋转参考系中得到证实，而且表现要好于标准k-模型。由于这些修改，把它应用于多重参考系统中需要注意。三种模型区别：计算湍流粘性方法不同；控制湍流扩散的Pr数不同；耗散项的形式不同3.3.5 K-湍流模型(2 eqn) 模型方程不包括在壁面上没有定义的项，例如不需要壁面函数可以在壁面积分对于有压力梯度的大范围边界层流动是精确稳定的K-提供以下两个子模型1 标准K-（SKW）模型在航天和涡轮机械领域得到最广泛的应用，几个K-子模型选项：压缩效果，转嫁，剪切流修正。2 剪切应力输运K-（SSTKW）模型（Menter,1994）SSTKW模型使用混合函数从壁面附近的标准模型逐渐过渡到边界层的外部的高雷诺数K-模型包含修正的湍流粘性公式来解决湍流剪切应力引起的输运效果k-模型标准 k-模型标准k-模型是基于Wilcox k-模型，它是为考虑低雷诺数、可压缩性和剪切流传播而修改的。应用范围：Wilcox k-模型预测了自由剪切流传播速率，像尾流、混合流动、平板绕流、圆柱绕流和放射状喷射，因而可以应用于墙壁束缚流动和自由剪切流动。标准k-模型的一个变形是SST k-模型，它在FLUENT中也是可用的。剪切压力传输（SST） k-模型SST k-模型由Menter发展，以便使得在广泛的领域中可以独立于k-模型，使得在近壁自由流中k-模型有广泛的应用范围和精度。为了达到此目的，k-模型变成了k-公式。SST k-模型和标准k-模型相似，但有以下改进：1. ST k-模型和k-模型的变形增长于混合功能和双模型加在一起。混合功能是为近壁区域设计的，这个区域对标准k-模型有效，还有自由表面，这对k-模型的变形有效。2. SST k-模型合并了来源于方程中的交叉扩散。3. 湍流粘度考虑到了湍流剪应力的传播。4. 模型常量不同：这些改进使得SST k-模型比标准k-模型在在广泛的流动领域中有更高的精度和可信度。SST和标准模型的不同之处是：1.从边界层内部的标准k-模型到边界层外部的高雷诺数的k-模型的逐渐转变。2.考虑到湍流剪应力的影响修改了湍流粘性公式。3.3.6 雷诺应力模型(5 eqn)雷诺压力模型（RSM）在FLUENT中RSM是最精细制作的模型。放弃等方性边界速度假设，RSM使得雷诺平均N-S方程封闭，解决了关于方程中的雷诺压力，还有耗散速率。这意味这在二维流动中加入了四个方程，而在三维流动中加入了七个方程。由于RSM比单方程和双方程模型更加严格的考虑了流线型弯曲、漩涡、旋转和张力快速变化，它对于复杂流动有更高的精度预测的潜力。但是这种预测仅仅限于与雷诺压力有关的方程。压力张力和耗散速率被认为是使RSM模型预测精度降低的主要因素。RSM模型并不总是因为比简单模型好而花费更多的计算机资源。但是要考虑雷诺压力的各向异性时，必须用RSM模型。例如飓风流动、燃烧室高速旋转流、管道中二次流。计算成效：cpu时间和解决方案：从计算的角度看Spalart-Allmaras模型在FLUENT中是最经济的湍流模型，虽然只有一种方程可以解。由于要解额外的方程，标准k-模型比Spalart-Allmaras模型耗费更多的计算机资源。带旋流修正的k-模型比标准k-模型稍微多一点。由于控制方程中额外的功能和非线性，RNGk-模型比标准k-模型多消耗1015%的CPU时间。就像k-模型，k-模型也是两个方程的模型，所以计算时间相同。比较一下k-模型和k-模型，RSM模型因为考虑了雷诺压力而需要更多的CPU时间。然而高效的程序大大的节约了CPU时间。RSM模型比k-e模型和k-模型要多耗费5060%的CPU时间，还有1520%的内存。除了时间，湍流模型的选择也影响FLUENT的计算。比如标准k-模型是专为轻微的扩散设计的，然而RNG k-模型是为高张力引起的湍流粘度降低而设计的。这就是RNG模型的缺点。同样的，RSM模型需要比k-模型和k-模型更多的时间因为它要联合雷诺压力和层流。RSM是最符合物理现象的模型：各向异性，输运中的雷诺应力可以直接计算出来RSM对控制方程需要更多的建模（其中压应力是最关键和最有难度的参数之一）RSM比2方程模型需要时间长且较难收敛适合有大弯曲流线、漩涡和转动的三维流动3.3.7 分离涡模型(DES)产生原因：对于高雷诺数壁面边界流动，LES在解近壁面区域时显得比较耗费时间；在近壁面区域使用DES/RANS可以降低对网格的要求在高雷诺数的外部空气动力流动方面，DES是LES的有效替代。3.3.8 大涡模型(LES)大涡模拟（LES）是基于网格尺度封闭模型及对大尺度涡进行直接求解N-S方程，其网格尺度比湍流尺度大，可以模拟湍流发展过程的一些细节，但其计算量仍很大，也仅用于比较简单的剪切流运动及管流。大涡模拟的基础是：湍流的脉动与混合主要是由大尺度的涡造成的，大尺度涡是高度的非各向同性，而且随流动的情形而异。大尺度的涡通过相互作用把能量传递给小尺度的涡，而小尺度的涡旋主要起到耗散能量的作用，几乎是各向同性的。这些对涡旋的认识基础就导致了大涡模拟方法的产生。Les大涡模拟采用非稳态的N-S方程直接模拟大尺度涡，但不计算小尺度涡，小涡对大涡的影响通过近似的模拟来考虑，这种影响称为亚格子Reynolds应力模型。大多数亚格子Reynolds模型都是将湍流脉动所造成的影响用一个湍流粘性系数，既粘涡性来描述。LES对计算机的容量和CPU的要求虽然仍然很高，但是远远低于DNS方法对计算机的要求，因而近年来的研究与应用日趋广泛。需要注意的是：1、大涡模拟有自己的亚格子封闭模型，这和k-模型完全是两回事。LES的亚格子模型表现的是过滤掉的小涡对大涡的影响（这种影响是相互的）。而Reynolds时均方程的k-是建立在时间统计平均的基础上的，考虑的是湍动能和湍流耗散输运方程。2、对于大涡模拟边界条件的设定，没有什么特别的要求。3、LES在FLUENT中对所有燃烧模型适用；3.3.9 其他模型及小结在Fleuent隐藏了很多湍流模型，在GUI面板中我们只能看到三种k-模型。但是实际上低雷诺数湍流模型我们同样可以使用。在Fluent6.2中具体操作一共有三步：第一步，先在viscous model面板中选择k-模型；第二步，键入下面的命令：define/models/viscous/turbulence-expert/low-re-k屏幕显示：/define/models/viscous/turbulence-expert low-re-kEnable the low-Re k-epsilon turbulence model? no输入y在模型选择面板中我们就可以看见低雷模型low-re-ke model了。默认使用第0种低雷诺数模型。第三步，Fluent中提供6种低雷诺数模型，使用low-re-ke-index 命令设定一种。壁面边界条件K-系列模型和RSM模型在近壁面区域不可用，而Spalart-Allmaras和k-模型对所有区域都有效（假设网格足够好）壁面函数法标准壁面函数法利用对数校正法提供了必需的壁面边界条件（对于平衡湍流边界层）非平衡壁面函数法用来改善高压力梯度、分离、再附、滞止等情况的结果对能量和组分方程采用同样地方法优点：壁面函数允许在近壁面区域上使用相对较粗的网格增强壁面处理选项把混合边界模型和两层边界模型结合起来；对低雷诺数流动或者复杂近壁面现象很适合；湍流模型在内层上得到修正。第一网格点得布置对于标准或者非平衡的壁面函数法，每个壁面相邻的单元体中心必须位于对数层（log-law layer）中对于增强的壁面处理（EWT），每个与壁面相邻的单元体中心应该位于粘性亚层上在生成网格之前怎样估计壁面相邻的单元体大小：表面摩擦系数可以从经验公式中估算出来：在建立好流动模型之后使用后处理工具（XY图或者等值线图）来仔细检查近壁面网格布置近壁面建模推荐策略1对于大多数高雷诺数情况使用标准的或者非平衡的壁面函数（Re106），在分离、再附着或者射流流动中使用非平衡壁面函数2考虑使用加强壁面处理（EWT）的情况：特征雷诺数很低或者贴体特征需要解出来；大部分壁面区域上y+变化明显。3 使用大小合适的网格，避免将近壁面网格放置在过渡区中（5y+30）第四部分 求解条件定义4.1 单位设置4.2 材料设置4.2.1 密度对于可压流，理想气体关先生是适当的密度关系式对于不可压流你需选择下面方法的一种密度如果与温度无关，选择常数对于完全不可压流中压力有很小的变化，但是你要使用理想气体定理时来体现密度和温度的关系（如自然对流）时，你就应该使用不可压理想气体定律。不可压理想气体定律不能计算封闭区域的时间相关自然对流。当密度是温度的函数时（如自然对流问题）使用温度的多项式函数、分段线性函数或者分段多项式函数。对于温度有很小变化的自然对流问题，可以使用boussinesq模型。4.2.2 粘性Fluent提供了几种定义流体粘性的选项常数粘性（constant）温度和/或组分相关粘性分子运动论非牛顿粘性4.3 操作环境operating condition 下的operating pressure 可以不设，默认为0，此时在入口设的则是真实的压力，算出来的流场压力直接可以表示流场的实际压力，若设了 operating condition 下的operating pressure ，则得出的压力及入口设的压力需考虑 operating condition 下的operating pressure ，也就是需减去 operating condition 下的operating pressure 。4.4 边界条件质量流率是指单位时间内通过某一截面的质量,单位为质量通量是单位时间通过单位面积的质量Fluent 的人口和出口边界条件包括下列十种形式。速度入口边界（velocity inlet）：在入口边界给定速度和其他标量属性的值，适用于不可压流，如果用于可压流动中将产生非物理解，这是因为它允许驻点条件浮动。速度设定为负值时可表示出口，但是必须保证流量平衡。压力入口边界：在入口边界给定总压和其他标量变量的值。它既可以适用于可压流动（使用理想气体的各向同性流动关系式），也可以用于不可压流动（通过入口边界贝努力方程的应用完成）。用于压力已知但流动速度位置的情况。比如浮力驱动的流动，也可定义外部或无约束流的自由边界。压力入口需要输入如下信息：驻点总压（gauge total pressure），总温，流动方向，静压（supersonic/initial gauge pressure），湍流参数。质量流入口边界：在计算可压流时，给定入口处的质量流量。调整总压以适合流量入口，比压力入口更难收敛。要输入的信息有质量流量或速率，超音速/初始表压（如果当地为超音速取静压，如果为亚音速忽略此项；如果初场由此边界定的化用于初场计算）总温。压力出口边界：用于在流场出口处给定静压和其他标量变量的值。适用于压缩和不可压流动。如果流动在出口是超音速的指定的压力被忽略。在外流或非封闭区域流动，作为自由边界条件。要求输入表压（流体流入环境的静压）；回流量（当有回流发生时，起到进口的作用）。对理想气体可压缩流动，可以使用无反射出口边界条件。压强远场边界：这种类型的边界条件用于给定可压缩流的自由流边界条件，既在给定自由流马赫数和静参数条件确定后，给定无限远处的压强条件。这种边界条件只能用于可压缩流计算。自由出流边界：如果在计算完成前无法确定压强和速度时，可以使用出流条件。这种边界条件适用于充分发展的流场，其做法是将除压强外的所有流动参数的法向梯度都设为零。这种边界条件不适用于可压缩流，因此进口不能为pressure inlet 只能是velocity inlet。不能模拟密度随时间变化的问题。当存在回流时很难收敛，不能模拟最终结果存在回流的物理问题接合面：厚度为零，内部边界面上的变量可以突变，用来实现下面的物理模型：风扇，散热器，多孔突变区域（相比多孔介质模型更易收敛），内部面。对称面：不需要输入；流场和几何都是对称的，对称面法向速度为零，对称面所有变量法向梯度为零。对称轴：轴对称问题的中心线，不需要输入，必须和X轴正向重合。壁面边界：速度无滑移，切向速度和固壁面速度相等，法向速度为零，可以定义壁面剪切力。在大多数湍流流动中，湍流的更高层次产生于边界层而不是流动边界进入流域的地方，因此这就导致了计算结果对流入边界值相对来说不敏感。然而必须注意的是要保证边界值不是非物理边界。非物理边界会导致你的解不准确或者不收敛。对于外部流来说这一特点尤其突出，如果自由流的有效粘性系数具有非物理性的大值，边界层就会找不到。第五部分 求解控制定义（solution controls）5.1 求解控制5.1.1 控制方程 （equations）控制方程的扩散项一般采用中心差分格式离散，而对流项则可采用多种不同的格式进行离散。Fluent允许用户为对流项选择不同的离散格式（注意：粘性项总是自动地使用二阶精度的离散格式）。默认情况下，当使用压力基求解器（以前的分离式求解器）时，所有的对流项均为一阶迎风格式离散；当使用密度基求解器（耦合式求解器）时，流动方程使用二阶精度格式，其他方程使用一阶精度格式进行离散。此外，当选择压力基求解器时，还可以为压力选择插值方式。能量方程：在求解模型里面选择能量方程在控制定义里面才能选择能量方程5.1.2 亚松弛因子（under-relaxation factors）对非线性方程使用迭代求解，为了使求解稳定，使用亚松弛因子使变量在两次迭代间的变化减小，默认的亚松弛因子值对大部分的问题都是适用的，但对于一些显著的非线性问题（如：某些湍流和高雷诺数自然对流）可考虑适当的减小因子值。使用默认的亚松弛因子开始计算时很好的习惯。如果经过4-5步的迭代残差任然增长，就需要减小亚松弛因子。如果残差变化有几个量级就需要考虑停止计算并回到最后保存的较好的数据文件。对于大多数流动不需要修改默认亚松弛因子。但是如果出现不稳定或者发散就需要减小亚松弛因子了，其中压力、动量、k和e的亚松弛因子默认值为0.2、0.5、0.5和0.5 。对于simplec格式一般不需要减小压力的亚松弛因子。在密度和温度强烈耦合的问题中（如高雷诺数的自然或混合对流流动）应该对温度和密度减小亚松弛。相反当温度和动量方程没有耦合或者耦合较弱时，流动密度是常数，温度的亚松弛因子可以设为1.0 。设置松弛因子最重要的是设置压力和动量松弛因子。5.1.3 压力-速度耦合（pressure-velocity coupling）压力-速度耦合是指在离散连续性方程时，利用连续性方程和动量方程联合推导出一个压力方程（或者压力修正）的数值运算法则。压力速度耦合只用于压力基求解器，对于密度基耦合器不可以使用它。Fluent提供了4种压力速度耦合方法：simple（semi-implicit method for pressure-linked equations 半隐式连接压力方程方法），simplec（simple-consistent）和PISO。Simple算法使用压力和速度之间的相互校正关系来强制质量守恒并获取压力场。缺省格式。Simplec（simple-consistent）允许简单问题快速收敛（比如没有物理上可用模型的层流）。大多数情况下使用simplec相对于simple是更好的。使用simplec大多数情况压力松弛因子设置为1以加速收敛速度。在某些情况下增加压力修正松弛因子到1，由于高的网格偏斜度（grid skewness）可以导致不稳定。因此需要使用skewness修正（skewness correction）。网格偏斜修正将修正偏斜度大于此值的网格。最大歪斜度最好小于0.7 。 PISO（pressure-implicit with splitting of operators）对非定常流动问题或者包含比平均网格倾斜度更高的网格适用。？Coupled： 以前有个FSM（fractional step method）用于对非定常流的分步方法，用于NITA格式；与PISO特征相同。不知道与coupled什么关系Simple和Simplec通常用于稳态计算，瞬态计算推荐使用PISO。当网格比较歪斜时，无论稳态或者瞬态计算使用PISO。Fluent默认使用SIMPLE方法，但当对于较简单的问题（层流且无其他物理模型）计算的收敛注意收压力-速度耦合的影响，这时可以使用SIMPLEC方法，将下松弛因子设为1，以加速收敛。但有时这会引起计算不稳定。对于这种情况你需要使用更为保守的亚松弛或使用simple算法。当需要保守的方法时，可用simple。当流场复杂时（包含湍流或其他物理模型），只要用压力速度耦合做限制，simplec会提高收敛性。这时使用simple和simplec方法的收敛性都相同。瞬态计算使用PISO可以使用较大时间步长，可将所有方程的下松弛因子设为1.0.而对于歪斜很严重的网格，应将动量，压力方程的下松弛因子之和为1（如：压力方程下松弛因子设为0.3，动量方程设为0.7）。选择密度基求解器时界面中压力速度耦合将变为求解器参数设置对基于密度的显示求解器稳定性约束给柯郎数一个最大的限制，不能大于2（默认值是1），当收敛困难时减小柯郎数。基于密度的隐式算法，柯郎数不受稳定性约束限制，默认值是5.选择基于密度-显式格式时求解控制面板中的求解器参数框中有一个多重网格水平（multigrid level）选项。该选项对应multigrid control面板中的FAS多重网格max coarse level，设置该选项的级数系统将自动在计算中启动FAS多重网格法。启动FAS多重网格法在求解过程中将粗网格的解传递回细网格，可以加快流场变量信息的传播速度，加快计算收敛进程。在多重网格中级数越多收敛的速度越快，但是不能无限制增加计算，因为级数越多占用系统资源越多。同时粗网格是由临近的细网格结合而成的，理论上存在一个极限。AMG代数多重网格在缺省设置中是永远被使用的；FAS多重网格法不能与显式时间步长配合使用，因为粗网格计算将打乱细网格计算中对时间步长的计算。5.1.4 离散格式（discretization）场变量（储存于单元体中心）必须内插于控制体的面上。在fluent中可以选择控制方程中对流项的离散方法。FirstOrder upwind、Second Order upwind、QUICK、Power一阶迎风格式（FirstOrder upwind）：计算单元边界值只用到相邻单元的值。一阶迎风格式收敛较快，只有一阶精度，精度较差。当流动方向与网格相一致时（如：使用四边形或六面体网格的管内层流问题），一阶迎风格式就可以了，但一阶格式会增加计算中的数值扩散错误。二阶格式（Second Order upwind）：计算单元边界值用的相邻单元和其他邻近单元值。二阶格式收敛较慢，精度较高。当流动方向不与网格相一致时（如：流动方向倾斜的穿过网格线），或使用三角形、四面体网格，应使用二阶迎风格式以获得更高精度的解。在使用四边形或六面体网格的复杂流场时，也可以使用二阶格式以获得更高精度的解。Quick格式通过变量的二阶迎风与中心插值加上适当的权因子得到。Quick格式适用于结构化网格，对于非结构化网格推荐使用二阶迎风格式。当使用四边形或六面体网格，流场有旋转或漩涡时QUICK格式可能比二阶格式精度更高。Third order MUSCL（monotone upstream-centered schemes for conservation laws 当地三阶对流离散化格式），用于非结构化网格；在预测二次流，漩涡，力等时更精确。Power low格式精度与一阶格式相当，当雷诺数小于5（低雷诺数）时比一阶精度高。压力的插值方法（压力基求解器中使用pressure based）：动量方程中的压力，缺省方法是用插值得到，当压力变化较平稳时，可得到较好的结果。当在控制体间出现较大的动量梯度时，这种方法会出现较大的偏差。当流体具有大的体积力时，如强漩涡流，高雷诺数的自然对流，这种方法计算时也会出现困难。此外，fluent默认壁面法向方向压力梯度为0，这对边界层是合理的，但对于存在体积力或壁面有曲率时会出现错误。当标准压力插值方法不正确时，可以使用以下方法：线性插值，用相邻单元的压力平均值作为面压力值。二次方法，提供了比标准及线性插值更好的方法，但在计算开始时使用或对于质量不好的网格会出现计算困难。体积力分数计算（body-force-weighted），此方法计算面压力时假设体积力和压力间差值梯度为常数，当体积力在先前的动量方程中得到时，此方法较好，如浮力和轴对称旋转计算。PRESTO（pressure staggering option）法，此方法只用于四边形和六面体网格。计算中包含将体积力应使用body-force-weighted法。当有强漩涡流、高雷诺数自然对流、高速旋转流、多孔渗水流或流体流过大的弯曲的区域时可用PRESTO法。对可压流，使用二次方法。当其他方法不适用时可考虑用二次方法提高精度，例如当流体流过弯曲边界，而又使用的是非四边形，六面体网格时。5.2 求解限制求解限制对应fluent里面的求解极限（solution limits）面板设置次序为solve-control-limits。设置解变量是为了避免在计算中出现非物理解，比如密度或温度变成负值，或者大得远远超过真实值。在计算之前对缺省设定的解变量进行修改，以进行高温或高压的计算。如果计算过程中解变量超过极限值，系统会在屏幕上发出提示信息，提示在