FLUENT软件使用说明.doc

FLUENT问题：一、计算思路建模 流场网格 分区、结构、尺寸边界模型离散迭代处理分析二、求解问题二 维三 维理想气体层 流湍 流二 相 流化学反应三、学些方法典型实例具体问题学习小节：CFD 分析的基本步骤1. 定义目标模型2. 确定模型区域 3. 选择合适的求解器u二者都可用于广泛的流体计算，但一般情况下发：lsegregated ：适用于不可压及微可压流。只使用隐式格式。lcoupled ：适用于高速可压流，有强体积力的耦合流以及密网格问题。耦合求解流动和能量方程，可以快速收敛。lcoupled implicit 格式内存需要量大，如果内存不够可以使用coupled explicit，同样也是耦合求解流动和能量方程，但收敛速度较慢。Segregated适用于不可压及微可压流，只使用隐式格式。 Coupled 适用于高速可压流，有强体积力的耦合流以及流场密网较密的问题以上情况宜使用coupled implicit 格式，但需内存量大。当内存不足时，可用segregated或coupled explicit （显式格式比隐式格式收敛慢）4.4. 选择并生成网格对简单的几何体，四边形/六面体网格比使用三角形/四面体网格用更少的单元数可以生成更好的网格。对复杂的几何体，四边形/六面体网格己经没有数值精度上的优势，而使用三角形/四面体网格可以节省大量时间。5. 建立数值模型边界设定有处理6. 计算求解 u在FLUENT中可以选择控制方程中对流项的离散方法。有四种方法可以选择：FirstOrder、Second Order、QUICK、Power。l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。l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。l当使用四边形或六面体网格，流场有旋转或旋涡时QUICK格式可能会比二阶格式精度更高。lPower格式精度与一阶格式相当uFLUENT提供了3种速度压力耦合方法： SIMPLE，SIMPLEC(SIMPLE-Consistent)和 PISO。lSIMPLE, SIMPLEC通常用于稳态计算，瞬态计算推荐使用PISO。l当网格比较歪斜时，无论稳态或瞬态计算使用PISO方法比较好。lFLUENT默认使用SIMPLE方法，但当对于较简单的问题（层流且无其它物理模型）计算的收敛注意受速度压力耦合的影响，这时可以使用SIMPLEC方法，将下松弛因子设为1.0,以加速收敛。但有些时候这会引起计算不稳定。l当你需要保守的方法时，可用SIMPLE。当流场复杂时（包含湍流或其它物理模型），计算收敛常受其它因素影响，这时使用SIMPLE和SIMPLEC方法的收敛性都相同。l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。某些情况下，必须给出真确的初值。例如在喷管计算中就得不到超音速流结果除非给出超音速初场。湍流模型的选择u实际上没有一种湍流模型能适合所有的流动情况。对湍流模型的选择依赖于流动中包含的物理情况，对特定问题已有的经验，对精度的要求，计算机的计算能力，能够花费的分析时间等。lSpalart-Allmaras 模型，此模型只包含一个输运方程，不足以计算与当地剪切层厚度相关的长度尺度。此模型使用于与航空宇航有关的壁面限制流动、有反向压力梯度的边界层计算和涡轮机械中的问题。有初始的形式上看，Spalart-Allmaras是一个有效的的雷诺数模型，要求粘性影响区域的边界层被合适的解析。当网格不够密时，此模型会使用wall functions。并且当未生成边界层网格时，此模型的数值误差会比k-模型小。且Spalart-Allmaras模型是一个较新的模型，并不是对所有复杂流都适用。比如，此模型对各向同性的湍流衰减不能作出很好的预测。此一方程模型对长度尺度方向的变化不能作出迅速的适应，如突然由壁面限制流变为自由流。l标准k-模型(Standard k-epsilon Model)，此模型包含两个独立的方程来确定湍流的速度和长度尺度。此模型对工程流体及传热计算中广泛的湍流计算都是稳健、经济的，可以得到较合理的结果。lRNG k- 模型，此方法通过严格的统计方法得到。在形式上与标准k-模型相似，但有下面新的特点：(1)由于在方程中添加了一项使得显著提高了对高变形流动的计算精度。(2)模型中包含了旋涡对湍流的影响，提高了计算旋涡流动的精度。(3)此模型对Prandtl数提供了分析公式，而标准k-模型使用的是用户定义的常值。(4) 标准k-模型是一个高雷诺数模型，而RNG k- 模型提供了一个对低雷诺数时粘性影响的分析公式，这个属性是否能有效，取决于对临近壁面区域的处理。这些特性使得RNG k-模型在很大范围内比标准k-模型的精度和可靠性更高。但对计算机资源要求也更高一些。lrealizable k-模型，此模型与标准k-模型主要有下面两方面的差别：(1)包含一个新的计算湍流粘性的公式。(2)对耗散率使用了新的方程由速度波动的均方得到。此模型可以更精确的预测方形或圆形喷嘴的扩散率、较适合计算转动的流场，有较强反向压力梯度的边界层，带有分离流和回流的情况。realizable k-模型和RNG k-模型在流场中有强的流线型曲率及有旋转流动和旋涡流时比标准k-模型更好。lReynolds stress模型(Reynolds stress model (RSM)，此模型比上述一方程和二方程模型更适用于有流线型曲率、旋转、旋涡流动及具有强的应力变化率的流动，对复杂的流动会作出比较好的预测。但，并不是对所有的流动Reynolds stress模型都会比其它简单模型好，而且RSM会消耗更多的计算机资源。使用RSM时，最好是所关心的流动特性是由各向异性的雷诺应力引起的，如高旋涡流，流动通道旋转，压力引起的管道内的二次流。u以上模型中Spalart-Allmaras模型由于只有一个方程，所以要求计算机资源最少。而标准k-模型要求比Spalart-Allmaras模型高，realizable k-模型又比标准k-模型要求高一些。而RNG k-模型比标准k-模型多耗CPU时间1015%。由于有更多的雷诺应力输运方程，RSM多耗5060%的CPU时间和1520%的内存。l大涡模拟( Large Eddy Simulation (LES) )此模型提供了“过滤”方程对大尺度的涡进行基于时间的分析，而将小于网格大小尺度的涡滤掉。由于此模型较新，且对计算机资源要求很高。对实际工程计算推荐使用雷诺模型。大涡模拟提供一种可尝试的方法。流场的入口和出口u对计算区域的流场入口和出口可以选择设置多种边界条件。u一下列出流场入口和出口可以使用的边界条件：l常用边界条件nPressure inletnPressure outletl不可压流nVelocity inlet：速度分量、温度nOutflowl可压流nMass flow inletnPressure far-fieldl特殊情况nInlet vent, outlet vent, intake fan, exhaust fanu入口和出口边界条件对下列条件都可以定义通量：l内流：喷气发动机、反应堆。l外流：飞行器外流、自然对流。u在与边界垂直方向不应有大的梯度。u在靠近边界处尽量较少歪斜网格。确定湍流参数u在入口（ inlet ）、出口（outlet）、外场(far-field)有湍流时要求定义以下参数：l湍流动能 k l湍流耗散率 euFLUENT中有四种方法指定湍流参数：l显示给出 k、 e l给出湍流强度和长度尺度l给出湍流强度和粘性比l给出流体强度和水利直径u湍流强度和长度尺度取决于上游流场情况，例如：l涡轮的排气Intensity = 20 %Length scale = 1 - 1