计算传热第讲

计算传热第讲第一页，共八十二页，编辑于2023年，星期一主要内容第一讲：绪论第二讲：传热问题的数学描述第三讲：数学模型与求解区域的离散化第四讲：扩散方程的数值解第五讲：离散方程的求解、加速及注意事项第六讲：对流扩散方程的离散化第七讲：非边界层对流换热的数值计算第八讲：网格生成技术简介第九讲：紊流模型第二页，共八十二页，编辑于2023年，星期一主要参考书陶文铨编著.数值传热学.西安交通大学出版社PatankarSV.NumericalHeatTransferandFluidFlow.N.Y.,McGraw-Hill,1980ShihTM.NumericalHeatTransfer,Washington,HemispherePublishingCo.,1984陶文铨著.计算传热学的近代进展.科学出版社，2000年AndersonJDJR.ComputationalFluidDynamics.McGraw-Hill,1995第三页，共八十二页，编辑于2023年，星期一学习与授课点滴学：自学动手作业考核：平时作业：独立完成期末考试授课：画龙点睛经验所得第四页，共八十二页，编辑于2023年，星期一第一讲LECTUREONE绪论INTRODUCTION第五页，共八十二页，编辑于2023年，星期一阅读要求及作业陶文铨：数值传热学，第一章作业：陶文铨，P25题1－7第六页，共八十二页，编辑于2023年，星期一数值模拟方法与研究进展(计算流体力学与计算传热学)第七页，共八十二页，编辑于2023年，星期一第八页，共八十二页，编辑于2023年，星期一第九页，共八十二页，编辑于2023年，星期一第十页，共八十二页，编辑于2023年，星期一第十一页，共八十二页，编辑于2023年，星期一数学模拟的方法较早提出的模型有零维模拟、一维模拟和零维加一维的板块模拟。所谓零维模拟就是不考虑流体力学的热力学模拟。假设温度和浓度空间分布均匀。它常用与内燃机中，在化工上称之为良好搅拌反应器（well-stirredreactor,缩写为WSR）模型。这类模型只能按热力学原理对给定的初态找出终态（如总体传热和燃烧的外部特性与给定条件间的关系）。一维模拟可以预报出各类变量沿轴线方向的变化规律，假定横截面上变量分布均匀。这类模拟虽然比零维模拟可以给出更多的信息，但这种方法所模拟的仍是简化了的流动、传热和燃烧过程。这类模拟有时叫平推流（栓塞流）（plugflow）模拟。进一步发展的板块模拟，其中把整个流场分成若干个平推流部分（代表向前流动）和良好搅拌反应器部分（代表回流流动）。这类模拟实际上就是零维加一维模拟。第十二页，共八十二页，编辑于2023年，星期一数值模拟大致分成如下步骤：（1）建立基本守衡方程由流体力学、传热学、燃烧学热等离子体动力学及其他科学的基础原理出发，建立基本守衡方程组，即连续方程、动量方程、能量方程、组分方程、湍流方程等。（2）确定边界条件按给定的几何形状和尺寸，确定计算域并给定该计算域进出口、轴线（或对称面）、各边壁及自由面处的边界条件。第十三页，共八十二页，编辑于2023年，星期一（3）选择模型或封闭方法湍流两相流的基本方程通常是不封闭的。由物理概念或某假说出发，提出模拟理论是必要的。这些模型有气相和颗粒相的湍流模型、颗粒相的整体模型、湍流流动中的气相反应模型、辐射换热模型、污染物生成模型等。（4）建立有限差分方程组用数值法求解偏微分方程组，必须使方程离散化，湍流两相流模拟的常用离散化方法是有限差分法，也可以选用其他离散方法，如有限元法、有限分析法。第十四页，共八十二页，编辑于2023年，星期一（5）制定求解方法对单相流动已有各种不同的差分方程组求解方法，如对抛物型流动（边界层、射流、管流和喷管流等）有GENMIX前进积分算法，对椭圆问题（回流流动等）有涡量-流函数算法、压力-速度修正算法（SIMPLE系列解法）等。对湍流两相流，有更专门的解法，如PSIC、IPSA、GEMCHIP、PCGC-2、LEAGAP等。（6）研究计算技巧合理经济的网格划分，迭代方法确定等。第十五页，共八十二页，编辑于2023年，星期一（7）编写计算程序（8）调试程序（9）模拟结果与实验的对比（10）改进模型及解法可见，数值模拟不仅是计算方法和计算技巧的问题，而且还包含一整套物理和化学过程理论，也包括深入细致的实验测量。数值模拟的建立乃是反复的理论设想、计算实践与实验测量三者相互效核的最终结果。第十六页，共八十二页，编辑于2023年，星期一CFD、NHT的发展史

计算传热学或数值传热学（NumericalHeatTransfer,NHT）与计算流体动力学（ComputationalFluidDynamics,CFD）的主要研究内容是一致的，不少文献把热流问题的数值计算一概称为CFD。因而计算传热的发展史在很大程度上也就是计算流体动力学的发展史。CFD与NHT之间也还有不少区别：计算传热学不讨论无粘流动及跨、超音速流动数值计算中的一些特殊问题（如激波的捕获等），而后者却是CFD中的一个重要研究内容。第十七页，共八十二页，编辑于2023年，星期一CFD/NHT的发展过程分为三阶段早在1933年，英国科学家Thom应用手摇计算机完成了对一个外掠圆柱流动的数值计算，但应用计算机和数值方法求解流动及传热问题在全世界范围内逐渐形成规模而且得出有益的结果，大致始于60年代。因而这里的讨论从60年代开始。从60年代开始至今，我们可以把NHT的发展过程分为三阶段，每一个阶段中的主要发展事件如下。第十八页，共八十二页，编辑于2023年，星期一一、萌芽初创时期（1965-1974）（1）交错网格的提出。初期的NHT发展过程中所碰到的两个主要困难之一是，网格设置不适当时会得出具有不合理的压力场的解。1965年美国Harlow/Welch提出了交错网格的思想，即把速度分量与压力存放在相差半个步长的网格上，使每个速度分量的离散方程中同时出现相邻两点间的压力差这样有效地解决了速度与压力存放在同一套网格上时会出现的棋盘式不合理压力场的问题，促使了求解Navier-Stokes方程（不可压缩粘性流体的运动微分方程）的原始变量法（即以速度、压力为求解变量的方法）的发展。第十九页，共八十二页，编辑于2023年，星期一（2）对流项差分迎风格式的再次确认。初期的发展过程中所遇到的另一困难是，对流项采用中心差分时，对流速较高的情况的计算会得出振荡的解。早在1952年，Courant,Issacson和Rees三人已经在数值求解双曲型微分方程中引入了迎风差分的思想，但迎风差分对克服振荡的应用并未得到重视。1966年，Gentry,Martin及Daly三人，以及Barakat和Clark等，各自撰写介绍了迎风格式在求解可压缩流及非稳态层流流动中的应用。交错网络的提出及对流项迎风差分的采用，使流动与对流换热的求解建立在一个比较健壮的数值方法基础上。

第二十页，共八十二页，编辑于2023年，星期一（3）世界上第一本介绍计算流体及计算传热学的杂志——“JournalofComputationalPhysics”于1966年创刊。Gentry等关于确认迎风差分的论文]就发表在该刊第1卷第1期。（4）Patankar与Spalding于1967年发表了求解抛物型流动的P－S方法。

在P－S方法中，把x-y平面上的计算区域（边界层）转换到x-w平面上（w为无量纲流函数），从而不论在边界层的起始段还是在其后的发展段，所设置的计算节点均可落在边界层范围内。（5）1969年Spalding在英国帝国理工学院（ImperialCollege）创建了CHAM（Concentration,HeatandMass,Limited），旨在把他们研究组的成果推广应用到工业界。第二十一页，共八十二页，编辑于2023年，星期一（6）1972年SIMPLE算法问世在求解不可压缩流体的流动问题时，如果对所形成的包含速度分量及压力的代数方程仍采用直接求解的方法，则就可以同时得出速度与压力的解。但这样的求解方法，即使在今天尚未得到广泛采用。于是所谓分离式的求解方法应运而生，即先求解有关一个速度分量，而把其他作为常数，随后再逐一求解其它变量。于是就产生了这样的问题：就是所谓速度与压力的耦合问题。SIMPLE算法成功地解决了这一问题。SIMPLE算法的一个基本思想是，在流场迭代求解的任何一个层次上，速度场都必须满足质量守恒方程，这是保证流场迭代计算收敛的一个十分重要的原则。第二十二页，共八十二页，编辑于2023年，星期一（7）1974年美国学者Thompson,Thames及Mastin提出了采用微分方程来生成适体坐标的方法（TTM方法）。TTM方法的提出，为有限差分法与有限容积法处理不规则边界问题提供了一条崭新的道路——通过变换把物理平面上的不规则区域（二维问题）变换到计算平面上的规则区域，从而在计算平面上完成计算，再将结果传递到物理平面上。在TTM方法提出后，逐渐地在CFD/NHT领域中形成了“网格生成技术”这一分支，并成为目前世界上很活跃的研究方向。每隔2~3年，世界上要举行一次专门会议（ConferenceonNumericalGridGenerationinCFDandRelatedFields）。

第二十三页，共八十二页，编辑于2023年，星期一二、走向工业应用阶段（1975-1984）

1977年由Spalding及其学生开发的ENMIX程序公开发行。1979年在计算传热学的发展进程中有三件大事应载入史册：（1）由美国Illinois大学的Minkowycz教授任主编的国际杂志“NumericalHeatTranster”创刊杂志分为两种：A：Appications（应用篇）及B：Fundamentals（基础篇）。

第二十四页，共八十二页，编辑于2023年，星期一（2）由Spalding教授及其合作者开发的流动传热计算的大型通用软件PHOENICS第一版问世。PHOENICS是英语Parabolic,HyperbolicorEllipticNumericalIntegrationCodeSeries的缩写（意为对抛物型、双曲型、椭圆型方程进行数值积分的系列程序）。（3）Leonard在1979年发表了著名的QUICK格式[56]。这是一个具有三阶精度的（从界函面数插值而言）的对流项离散格式，其稳定性优于中心差分。目前QUICK已在CFD/NHT研究与应用中得到广泛的应用。第二十五页，共八十二页，编辑于2023年，星期一1980年Patankar教授的名著“NumericalHeatTransferandFluidFlow”出版。这本书内容精炼，说理透彻，注重物理概念的阐述，深受全世界数值传热的研究者与使用者的欢迎。出版后不久，被相继译成俄文、日文、波兰文及中文等，成为数值传热学领域中的一本经典著作。1981年英国的CHAM公司把PHOENICS软件正式投入市场，开创了CFD/NHT商用软件市场的先河。第二十六页，共八十二页，编辑于2023年，星期一随着计算机工业的进一步发展，CFD/NHT的计算逐步由二维向三维，由规则区域向不规则区域，由正交坐标系向非正交坐标系发展。于是，为克服棋盘形压力场而引入的交错网格的一些弱点，1982年Rhie与Chou提出了同位网格方法[50]。这种方法吸取了交错网格成功的经验而又把所有的求解变量布置在同一套网格上，目前在非正交曲线坐标系的计算中得到广泛的应用。关于处理不可压缩流场计算中流速与压力的耦合关系的算法，在这一段时期内也有进一步的发展，先后提出了SIMPLER[1,57,60]，SIMPLEC[61]算法。

在这10年期间，我国的CFD/NHT研究工作也有显著进步。

第二十七页，共八十二页，编辑于2023年，星期一三、兴旺发达的近期（1985年至今）

（1）Singhal撰文指出了促使CFD/NHT应用于工程实际应解决的问题。

他认为当时工业界的应用之所以不够踊跃，除了数值计算方法及模型有待完善外，软件使用的方便及友好性不够完善也是重要原因。（2）前后处理软件的迅速发展。

所谓前处理，是指生成计算网格的技术；所谓后处理，主要是指流场温度场等计算结果的绘图或可视化的手段。

（3）巨型机的发展促使了并行算法及紊流直接数值模拟（DNS）与大涡模拟（LES）的发展。第二十八页，共八十二页，编辑于2023年，星期一（4）PC机成为CFD/NHT研究领域中的一种重要工具是该时期的一个特色。

（5）多个计算传热与流动问题的大型商业通用软件陆续投放市场。继1981年PHOENICS上市以后，相继有FLUENT（1983年），FIDAP（1983年），STAR-CD（1987），FLOW-3D（1991年，现改为CFX）等进入市场，其中除FIDAP为有限元法外，其余产品均采用有限容积法。FIDAP以后又与FLUENT合并，成为该软件家族中的一个部分。1989年著名学者PatankarSV教授推出了计算流动传热-燃烧等过程的Compact系列软件第二十九页，共八十二页，编辑于2023年，星期一（6）一批CFD/NHT新的教材、参考书及期刊出版或创刊。

（7）欧共体解除对PHOENICS的禁运，商用软件正式进入中国的市场。（1993年底）（8）数值计算方法向更高的计算精度、更好的区域适应性及更强的健壮性（鲁棒性）的方向发展。

第三十页，共八十二页，编辑于2023年，星期一E4465Computationalfluiddynamicswithheatandmasstransfer第三十一页，共八十二页，编辑于2023年，星期一ConservationofmassConservationofmomentumConservationofenergyConservationofchargep-v-trelationsturbulenceboundarylayerapproximationsFundamentalsoftransferprocesses第三十二页，共八十二页，编辑于2023年，星期一NumericaltechniquesfortransferprocessesDiscretizationmethodsfor:conductionconvectivediffusionBasicequationsGridNonlinearityBoundaryconditionsTransientsRelaxationCalculationofthe:flowfieldtemperaturedistributionconcentrationfield第三十三页，共八十二页，编辑于2023年，星期一Vehicle-CFDComputationalFluidDynamics(CFD)isadisciplinethatsolvesasetofequationsgoverningthefluidflowoveranygeometricalconfiguration.Theequationscanrepresentsteadyorunsteady,compressibleorincompressible,andinviscidorviscousflows,includingnonidealandreactingfluidbehavior.Theparticularformchosendependsontheintendedapplication.Thestateoftheartischaracterizedbythecomplexityofthegeometry,theflowphysics,andthecomputertimerequiredtoobtainasolution.第三十四页，共八十二页，编辑于2023年，星期一ApplicationsinPowerIndustryHeatfluxdistributioninaboilerHeattransferandpressurelossinaheatexchangerFlow,heattransferanderosioninacondenserPerformanceofagasturbinecombustionchamberandflowthroughagasturbinetestcellFlowthroughahighpressuresteamturbinevalveHazardanalysis第三十五页，共八十二页，编辑于2023年，星期一VariousapplicationsAnimationshowingtheeffectsofbicycledrafting.,datacourtesyFluentInc.Hypervelocityimpactstudyforthespaceshuttle.DatacourtesyNASAJohnson.Animationofamodelofsubmarine.CourtesyFLUENT/UNSfromFluent,Inc.Simulationofaracingyachtkeeldesign.CourtesySiliconGraphics.第三十六页，共八十二页，编辑于2023年，星期一CarsFourviewsofcylinderintakeflow.DatacourtesyFordMotorCo.Sideandtopviewsoffuelsprayinadieselengine.Sequencefromacarinawindtunnelanimation.DatacourtesyFluent,Inc.Animationofflowoveracarinawindtunnel.DatacourtesyFordMotorCo.Twoviewsofacarcrash.第三十七页，共八十二页，编辑于2023年，星期一CivilandEnvironmentalEnvironmentalImpactAssessment

FloodAnalysisandDamBreachSimulationHydro-PowerSystemsWind

Interaction

with

Structures

PollutantDispersalandAirQuality

FireandSmokeSpread

HeatingandAirConditioning

WasteWaterTreatmentandWaterQuality

第三十八页，共八十二页，编辑于2023年，星期一OilandGasFluidsloshingintankers

DrillingoperationsandequipmentsimulationFluidflowaroundplatforms

WindandwaveloadingonstructuresFireriskandhazardanalysis

Industrialseparationprocesses

第三十九页，共八十二页，编辑于2023年，星期一TransportationAerodynamicsofAirplanesandtrainsCarsandtrucksMotorcyclesHydrodynamicsofshipsandsubmarinesDesignofcarcomponentsexhaustvalveModelingofsupersonic/hypersonicflowPassengersafetyanalysis

Fuelsloshinganalysis第四十页，共八十二页，编辑于2023年，星期一OtherapplicationsFlowthroughporousmediaMixingvesseldesignCyclonedesignMetalcastingTurbinebladedesignPolymerizationreactorvesseldesignCoatingprocessesInkjetdesignCoolingofelectroniccomponents第四十一页，共八十二页，编辑于2023年，星期一什么是计算传热学借助计算机用数值方法求解传热问题传热学的基本任务：给出数学模型数学模型的求解：数学家问题：实际问题及其复杂性特殊问题：数学家也无能为力出路：借助实验或近似方法求解数值方法是一种典型的近似方法数学家发展起来的数值方法：不能奏效计算传热学：独具特色的数值方法推动了计算方法的发展第四十二页，共八十二页，编辑于2023年，星期一计算传热学：内涵计算传热学是一种近似方法其基础是数值方法离散化的近似算法解：非连续的（分析解是连续的）求解区域代表点上待求变量的近似值数值方法的核心：一系列的点代表连续的求解区域离散的待求变量的数值逼近或近似待求变量（连续函数）计算传热学的内涵：离散连续第四十三页，共八十二页，编辑于2023年，星期一计算传热学：总体步骤给出物理模型（Physicalmodel/description)借助基本原理/定律给出数学模型（Mathematicalmodel)质量守恒（MassConservation）能量守恒（EnergyConservation）动量守恒（MomentumConservation）傅立叶定律（Fourier’sheatconductionlaw)菲克定律（Fick’smassdiffusionlaw）牛顿内摩擦定律（Newton’sfrictionlaw）。。。。。。。出发点和基础！第四十四页，共八十二页，编辑于2023年，星期一求解区域的离散化(discretization)数学模型的离散化恰当的方法建立结点（代表点）处待求变量近似值（未知！！）之间的代数关系：离散化方程计算传热学：总体步骤对数学模型进行简化和化简简化：物理上的化简：数学上的VeryImportant！核心内容，成败关键第四十五页，共八十二页，编辑于2023年，星期一计算传热学：总体步骤求解离散化方程制约因素可靠性检验与分析解对比（简单问题）实验结果前人结果（Benchmarkproblems）结果表达与分析成品阶段图线拟合分析讨论第四十六页，共八十二页，编辑于2023年，星期一历史与现状基本思想源远流长Newton&Leibniz20世纪30年代出现了有限差分法；图解法影响计算传热学发展的主要因素实际需求，计算机的发展20世纪30年代的有限差分法30～60年代的大空白物理现象深入透彻的理解70年代对流换热计算技术的快速发展物理机理（physicalmechanism）明确数学上确定数值方法的发展：相辅相成，互为促进第四十七页，共八十二页，编辑于2023年，星期一现状与分类现状成熟的艺术，满足工程与科学研究的需要向系统化、通用化和商业化发展多种商业软件网上资源Blackboxprogramskilleasyreading第四十八页，共八十二页，编辑于2023年，星期一分类有限差分法（Finitedifferencemethod）用差商与代替导数经典、成熟数学理论基础明确主导方法有限容积法(Finitevolumemethod)控制容积法（Controlvolumemethod）基本上属于有限差分法的范畴第四十九页，共八十二页，编辑于2023年，星期一分类有限单元法（Finiteelementmethod)将求解区域分成若干个小的单元（element）设定待求变量在单元上的分布函数适应性强，适用于复杂的求解区域一度有取代有限差分法的趋势程序技巧要求告数学基础不如有限差分法明确第五十页，共八十二页，编辑于2023年，星期一分类边界单元法（Boundaryelementmethod)对数学模型在边界上离散化基于数学模型的基础解不需要全区域求解数学技巧要求高通用性差数学基础不是非常明确第五十一页，共八十二页，编辑于2023年，星期一分类样条边界单元法（Samplespectrum~)改进的边界单元法用样条插值解决边界元的基础解问题应用范围大大拓宽灵活性更强缺点：同边界单元法第五十二页，共八十二页，编辑于2023年，星期一分类有限分析法（Finiteanalyticalmethod)将求解区域分成若干个子区域给出在各个子区域上的分析解利用边界条件耦合各个子区域上的分析解从而得到离散化方程最大限度地引入了分析解的成分一般可以提高求解效率和精度数学技巧非常高与问题的性质有关很难形成通用程序第五十三页，共八十二页，编辑于2023年，星期一分类数值积分变换法（Numericalintegrationtransformmethod)将积分变换法引入各类问题的求解将问题进行分解：可以得到分析解的辅助问题多个（无限多个）常微分方程无需整体求解数学要求高前期准备工作量非常大很难形成通用的求解程序第五十四页，共八十二页，编辑于2023年，星期一数值方法

分析解法与实验研究分析解法成本最低结果最理想影响因素表达清楚缺点：局限与非常简单的问题数值方法成本较低：数值实验适用范围宽缺点：可靠性差，表达困难实验研究可靠成本高将三种方法有机结合，互为补充，必然会取得相得益彰的效果第五十五页，共八十二页，编辑于2023年，星期一CFD与FLUENT第五十六页，共八十二页，编辑于2023年，星期一1、CFD是什么计算流体动力学（CFD）通过求解流场控制方程组，以及计算机数值计算和图像显示的方法，在时间和空间上定量描述流场的数值解，从而达到对物理问题研究的目的。应用CFD可以预测流体的行为，同时还可以得到传质（如分离和溶解），传热，相变（如凝固和沸腾），化学反映（如燃烧），机械运动（涡轮机），以及相关结构的压力和变形（如风中桅杆的弯曲）等等的性质。第五十七页，共八十二页，编辑于2023年，星期一CFD的基本思想CFD的基本思想可以归结为：把原来在时间域及空间域上连续的物理量的场，如速度场和压力场，用一系列有限个离散点上的变量值的集合来代替，通过一定的原则和方式建立起关于这些离散点上场变量之间关系的代数方程组，然后求解代数方程组获得场变量的近似值。最理想的数值模拟结果应可以形象地再现流动情景，与做实验没有什么差别。第五十八页，共八十二页，编辑于2023年，星期一数值模拟、实验、理论分析的关系做理论的目的是为了尽可能了解事物本质；做数值模拟则是在尽可能了解的基础上近似，用求解的方法来反演事实，这肯定是不准确的，但如果方法正确，应该是近似准确的；数值模拟的结果应该采用实验来进行验证。单纯实验测试单纯理论分析计算流体动力学第五十九页，共八十二页，编辑于2023年，星期一CFD的局限性数值解法是一种离散近似的计算方法，依赖于物理上合理、数学上适用、适合于在计算机上进行计算的离散的有限数学模型，且最终结果不能提供任何形式的解析表达式，只能是有限个离散点上的数值解，并有一定的误差；它不像物理模型实验一开始就能给出流动现象并定性地描述，往往需要由原体观测或物理模型试验提供某些流动参数，并需要对建立的数学模型进行验证；程序的编制及资料的收集、整理和正确利用，在很大程度上依赖于经验和技巧。第六十页，共八十二页，编辑于2023年，星期一CFD工作过程输运方程质量动量能量封闭方程底层物理模型求解器物理模型湍流燃烧辐射多相流相变动网格技术划分网格材料特性边界条件初始条件求解设置前处理物理模型后处理在网格的基础上求解方程第六十一页，共八十二页，编辑于2023年，星期一CFD的基本步骤分析问题及前处理

1.确定数值模拟的目标

2.确定计算区域

3.建立数值模拟物理模型和网格求解执行过程

4.建立数学模型

5.计算并监控结果后处理

6.检查结果

7.修正模型第六十二页，共八十二页，编辑于2023年，星期一确定数值模拟的目标需要得到的结果以及结果的用途建立物理模型时需要考虑的问题：在分析中需要建立什么形式的物理模型?采取什么样的简化措施？是否需要采用新的修正模型?FLUENT6

中用User-definedfunctions(C语言编写)实现需要什么样的计算精度？对计算时间有无要求?第六十三页，共八十二页，编辑于2023年，星期一确定计算区域GasRiserCycloneL-valveGas怎么样将研究对象进行孤立化处理?计算区域的初始和结束位置?在计算区域的边界上是否有存在的边界信息?边界的形式能否容纳这些信息?是否可以根据实验测量得到边界的信息?计算区域可否简化成二维或者轴对称形式?第六十四页，共八十二页，编辑于2023年，星期一建立数值模拟物理模型和网格能否采用结构化的网格？几何形状以及流动的复杂程度?在各个控制区域内需要什么样的网格精度对于这个几何形体需要什么样的网格精度?大的网格梯度是否能预测流场?是否需要采用网格自适应技术?计算机的内存容量是否满足要求?需要多少的计算网格?计算模型的数量?第六十五页，共八十二页，编辑于2023年，星期一HybridmeshforanICenginevalveporttetmeshhexmeshwedgemesh模型和网格欣赏第六十六页，共八十二页，编辑于2023年，星期一建立数学模型对于一个给定的问题，需要解决的问题有：选择合适的物理模型湍流，燃烧，多相流等确定材料的特性流体固体混合物给定操作工况给定所有边界条件给定初始条件给定数值计算的控制参数设置监视点第六十七页，共八十二页，编辑于2023年，星期一计算并监控结果迭代求解离散方程组.通过迭代计算使结果收敛什么情况达到收敛：求解变量在连续几个迭代次数中不发生改变：从残差方面可以大体监视这一过程满足守恒定律收敛解的精度取决于：物理模型的简化程度和精度网格的精度第六十八页，共八十二页，编辑于2023年，星期一检查结果检查结果并提取出有效数据.可视化工具能得到：整个流场的特性发生流场突变的位置流场的关键特征数学报告工具能够得到：力和动量界面交换系数表面和体上变量的积分值流量平衡关系第六十九页，共八十二页，编辑于2023年，星期一修正模型物理模型是否合适流动的湍流程度流动是否为非稳定流动是否需要考虑压缩性是否需要考虑流体的涡结构（3D）边界条件是否合适所选取的计算区域是否能满足问题要求边界条件是否合适边界上变量值是否合理网格的精度是否满足要求能否通过网格的自适应技术提高计算精度网格是否是独立于计算之外对近壁处的处理是否需要修正第七十页，共八十二页，编辑于2023年，星期一FLUENT中CFD过程的实现创建几何模型和网格模型（在GAMBIT或其它前处理软件中完成）；启动FLUENT求解器。导入网格模型；检查网格模型是否存在问题；选择求解器及运行环境；决定计算模型，即是否考虑热交换，是否考虑粘性等；设置材料特性；设置边界条件；调整用于控制求解的有关参数；初始化流场；开始求解；显示求解结果；保存求解结果；如有必要，修改网格或计算模型，重复上述过程重新进行计算。第七十一页，共八十二页，编辑于2023年，星期一FLUENT程序简介第七十二页，共八十二页，编辑于2023年，星期一FLUENT所能求解的问题采用三角形、四边形、四面体、六面体及其混合网格计算二维和三位流动问题；计算过程中，网格可以自适应可压缩与不可压缩流动问题稳态和瞬态流动问题无粘流，层流及湍流问题牛顿流体及非牛顿流体对流换热问题（包括自然对流和混合对流）导热与对流换热耦合问题辐射换热化学组分混合与反应用Lagrangian轨道模型模拟稀疏相（颗粒，水滴，气泡等）两相流问题复杂表面形状下的自由面流动第七十三页，共八十二页，编辑于2023年，星期一FLUENT的本质Fluent本质是做CFD计算fluent上所有的面板，最基本的功能就是实现两个目的：1).选择问题的物理和数值方法（数值算法、粘性模型、辐射、多相等）；2).边界的处理（fluent给定的各种边界，UDF）第七十四页，共八十二页，编辑于2023年，星期一FLUENT基本程序结构GAMBIT，网格生成TGrid，额外的处理器，用于从现有的边界网格生成体网格Gridgen前处理器FLUENT解法器prePDF，用于模拟PDF燃烧过程FLUENTGAMBITTGridFLUENT解法器FLUENT程序软件包应该包括以下几个部分：第七十五页，共八十二页，编辑于2023年，星期一GAMBIT设置几何形状生成2D或3D网格

其它软件包如CAD等FLUENT网格输入及调整物理模型边界条件