哈尔滨工业大学fluent讲义各种计算模型介绍网格介绍ppt课件

1、 7/5/20041CFD-FVM FLUENT6.0 FLUENT6.0 的运用的运用能源与环境工程中心哈尔滨工业大学 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外形的流动和换热问题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u再加上多相流模型、热辐射模型、化学组分的输运、熄灭与化学反响流模型等. u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. 7/5/20043CFD-FVM 7/5/20044CFD-FVM 求解器uFlowWizard，针对设计工程师运用u FIDAP，基于有限元方法u

2、 Polyflow，针对粘弹性流动的u MixSim，针对搅拌混合的公用u AirPak，强大的通风系统分析u IcePak，专业的电子热分析u Qfin，专门针对散热器优化u针对各种复杂流动的物理景象，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到达优化组合，u构成多种解算器，可根据实践运用选择恰当的求解器 7/5/20045CFD-FVM 7/5/20046CFD-FVM 产生FLUENT所需求的网格gambitTgrid：在知边境网格由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，用其他软件ANSYSgambit单独的完好

3、的CFD前处置器建立几何体和导入几何体生成网格检查网格质量设置边境类型和介质类型 7/5/20047CFD-FVM Boundary layersu在边境处u对2D问题，附着在edgesu对3D问题，附着在faces 7/5/20048CFD-FVM u线网格划分 7/5/20049CFD-FVM 面网格 7/5/200410CFD-FVM 面网格 7/5/200411CFD-FVM 体网格 7/5/200412CFD-FVM 体网格uHex/Wedge: CooperuTet/Hybrid: TGrid 7/5/200413CFD-FVM 顶点类型EEESSSCCCRRuEnd (E)u0

4、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 7/5/200414CFD-FVM Formula for map scheme: 4*End+N*SideFormula for submap scheme: 4*End

5、+ L*Side + M*(E+C) + N* (2*E+R)ESSESEESMap: 4*End + 4*SideEEEECEECDefault 7/5/200415CFD-FVM How to Make a Volume Cooperable Manually change the vertex types on the side faces so they are mappable and/or submappableEESSSSEEEEECExample: manually change the vertex types 7/5/200416CFD-FVM 网格划分u网格生成质量对计算

6、精度与稳定性影响极大。u在几何外形复杂的区域上要生成好的网格相当困难uMeshing grid numberu grid qualityu超越90的精神要用在生成适宜的网格上 7/5/200417CFD-FVM 战略uBoundary layersuPre-meshinguSizing functionsu为降低离散误差，减少单元数量，最好运用hex(六面体网格)u对外形复杂的几何体可分解成几个简单几何体再用六面体网格 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

7、，要满足一定的条件。u对于二维图形来说，它必需是一个region，也就是说要求是一个联通域。u对于三维图形而言，要求其是一个ASCI body 7/5/200419CFD-FVM u由于各软件设置的最小识别尺寸不同，u 导入后的几何体能够会出现：u不完好、有缝隙的几何体u有一些CFD分析时不需求的一些细小的几何构造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: 7/5/200420CFD-FVM uGambit中有三类几何体：uReal:uVi

8、rtual:u根据一个或多个实体(real，称为宿主)来确定其几何描画uFaceted geometry(有小面的几何体):u象virtual 一样处置u一些实几何操作对虚几何体不能正常运用 7/5/200421CFD-FVM 多相流动uMultiphase flow in fluentu同一物质，不同的相 (气、液、固)u不同的物质一样的相水和油u整个流体系统分为主相和多个次相u主相看成是延续介质u次相离散分布在 延续相中 7/5/200422CFD-FVM Multiphase modelsDispersed phase model (DPM)：拉格朗日离散相模型粒子/液滴/气泡在定常和非

9、定常流动中的粒子轨迹动量、热和质量与流体之间的耦合液滴的蒸发和沸腾，湿颗粒的枯燥Mixture model: N种组分的混合模型求解混合物的动量方程，经过确定相对速度来描画离散相Eulerian multiphase flow model:欧拉多相流模型针对于N 种固体颗粒的气固流和液固流的粒子相模型对各相求解动量和延续方程Volume of fluid model (VOF): VOF 多相流模型 气液流动或液液流动，不同组分之间互不相容自在外表问题，包括外表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 7/5/200423CFD-FVM RadiationuSurface to

10、surface (S2S): 模拟封锁体内辐射传输，不思索参与性介质的辐射uRosseland：分散近似法，当光学厚度(衰减系数*几何光学长度)大于3时运用。uP1：思索散射，适于光学厚的介质uDiscrete transfer (DTRM)：不思索散射，准确，适于光学薄的介质uDiscrete ordinates (DOM)：思索散射，准确，适于光学薄的介质 7/5/200424CFD-FVM 化学反响和熄灭uSpecies transport: 不思索化学反响的组分传输，经过求解组分传输方程uNon-premixed combustion (无预混的熄灭模型): 燃料和氧化剂分别从不同入口

11、流入反响区uPremixed combustion (预混的熄灭模型): 反响物在进入反响区前进展混合uPartially premixed combustion (部分预混的熄灭模型) 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延续浇铸的铸造过程u凝固资料与壁面的接触热阻 7/5/200426CFD-FVM Pollutant formation(污染物的构成过程)u氧化氮NO, NO2, N2Ou只能采用segregated solver

12、u可以与预混熄灭模型同时运用u熄灭系统中烟灰构成过程的模拟u只能采用segregated solveru可以与预混熄灭模型同时运用u可以思索烟灰的辐射吸收作用u只能对湍流流动进展模拟 7/5/200427CFD-FVM 共同传热Conjugate heat transferu流体自然对流，耦合固体导热u耦合边境条件：用在璧面边境，区分两种介质 7/5/200428CFD-FVM Moving zonesu计算流动问题：u旋转部件：叶轮机械u挪动或转动的外表：火车会车 7/5/200429CFD-FVM Moving zonesu方法uSingle reference frame (SRF):

13、整个计算区域都在旋转坐标系内uMultiple reference frame (MRF): 选定的区域在旋转坐标系内uMixing plane (MPM): 在旋转和静止区域的交界面运用混合平面来思索相邻区域的影响，如多级的叶轮机械uSliding mesh (SMM): 用网格挪动算法来思索特定区域的运动 7/5/200430CFD-FVM User defined functions (UDF)u链接在求解器上的用户本人编制的C言语程序uUDF的主要运用：u定义边境条件、源项、物性u壁面热流u初始化u在计算中参与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 7/5/200

14、431CFD-FVM uInvisciduLaminaruReynolds时均方程方法： u湍流粘性系数法uReynolds应力方程法uLarge Eddy Simulation only 3D 7/5/200432CFD-FVM uSpalart-Allmaras：一方程模型u不适于自在剪切流动、分别流动，多用于外流，如航空航天问题。准2D问题，如翼型绕流uStandard -:u运用最为广泛的湍流模型，高Re数模型，不适于分别流动，uRNG (renormalization group重正规化群) -：u思索了旋流、低雷诺数的作用，u适于自在剪切流动。主要运用于旋转机械，主要用于旋转坐标系

15、下的流动问题uRealizable - :u主要用于射流、大分别、回流等问题uStandard - :u适于剪切流动，低、高Re数均可uSST (shear-stress transport ) -：u对近壁和远场都适用，对剪切流动的处置不如Standard - uReynolds Stress: u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 7/5/200433CFD-FVM 近壁处置及第一个网格的位置u-和RSM适用于分开壁面一定间隔的湍流区域u两种方法：u壁面函数法uStandard wall functionsuNon-equilibrium wall func

16、tionsu 大的压力梯度和非平衡流动uEnhanced wall functionsu近壁模型法uS-A和 - 模型yyw/30030y1y 7/5/200434CFD-FVM Operating pressure:不可压理想流体： = Poperating/RT低马赫数可压流体：舍入误差高马赫数，习惯上运用绝对压力，Pop=0 7/5/200435CFD-FVM Flow inlet and exit boundaries:uGeneral: uPressure inlet 给定流动入口的总压和其他标量给定流动入口的总压和其他标量uPressure outlet 给定出口处的静压给定出口处

17、的静压uIncompressible: uVelocity inlet 给定入口处的流速和其他标量给定入口处的流速和其他标量uOutflow 对于出口处流速和压力不知道的情况对于出口处流速和压力不知道的情况u 不能与不能与pressure outlet一同用一同用uCompressible flows: uMass flow inlet 规定入口的质量流量规定入口的质量流量uPressure far-field 无穷远处的自在流条件无穷远处的自在流条件uSpecial: uInlet vent, outlet vent, 指定损失系数指定损失系数uintake fan, exhaust fan

18、，指定压力腾跃，指定压力腾跃 7/5/200436CFD-FVM uwall, symmetry, periodic, axis uInternal cell zones:u fluid, solid (porous is a type of fluid zone) uInternal face boundaries: u引入流动参数阶梯变化ufan, radiator, porous jump, wall, interior 7/5/200437CFD-FVM Segregated Solver Coupled Solver 7/5/200438CFD-FVM FLUENT offers a

19、 number of interpolation schemes:First-Order Upwind Scheme easiest to converge, only first order accurate.Power Law Schememore accurate than first-order for flows when Recell 5 (typ. low Re flows).Second-Order Upwind Schemeuses larger stencil for 2nd order accuracy, essential with tri/tet mesh or wh

20、en flow is not aligned with grid; slower convergenceQuadratic Upwind Interpolation (QUICK)applies to quad/hex and hyrbid meshes (not applied to tris), useful for rotating/swirling flows, 3rd order accurate on uniform mesh. 7/5/200439CFD-FVM Pressure-Velocity CouplingSIMPLEdefault scheme, robustSIMPL

21、ECAllows faster convergence for simple problems (e.g., laminar flows with no physical models employed).PISOuseful for unsteady flow problems or for meshes containing cells with higher than average skew. 7/5/200440CFD-FVM FLUENT interpolation schemes for Face Pressure:Standarddefault scheme; reduced accuracy for flows exhibiting large surface-normal pressure gradients near boundaries.Linearuse when other options result in convergence difficulties or unphysical behavior.Second-Orderu