01第一章 Fluent概述.ppt

1、第一章 Fluent概述,1 Fluent的工程应用背景 2 Fluent软件包相关知识 3 Fluent软件包的安装及运行 4 Fluent的简单实例,1 Fluent的工程应用背景,Fluent是目前国际上比较流行的商用CFD软件包，在美国的市场占有率为60。 具有丰富的物理模型，先进的数值方法及强大的后处理能力 只要涉及流体、热传导及化学反应等的工程问题，都可用Fluent进行解算。,能够解决的工程问题,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

2、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,能够解决的工程问题,惯性坐标系和非惯性坐标系下的流动问题模拟 多运动坐标系下的流动问题 化学组分混合与反应 可以处理热量、质量、动量和化学组分的源项 用Lagrangian 轨道模型模拟稀疏相（颗粒，水滴，气泡等） 多孔介质流动 一维风扇、热交换器性能计算 两相流问题 复杂表面形状下的自由面流动,二维网格： 三维网格：,2 Fluent软件包相关知识,2.1 组成 2.2 各软件间的协同关系 2.3 软件功能介绍,2.1 组成,FLUENT解法器 prePDF，用于模拟PDF燃烧过程 GAMBIT，网格生成 TGr

3、id，额外的处理器，用于从现有的边界网格生成体网格。 Filters(Translators)，转换其它程序生成的网格，用于FLUENT计算。可以接口的程序包括：ANSYS, I-DEAS, NASTRAN,PATRAN等。,2.2 各软件间的协同关系,2.3 软件功能介绍,2.3 软件功能介绍,GAMBIT 专用的CFD前置处理器(几何/网格生成) Fluent4.5 基于结构化网格的通用CFD求解器 Fluent6.0 基于非结构化网格的通用CFD求解器 Fidap 基于有限元方法的通用CFD求解器 Polyflow针对粘弹性流动的专用CFD求解器 Mixsim 针对搅拌混合问题的专用CF

4、D软件 Icepak 专用的热控分析CFD软件,3 Fluent软件包的安装及运行,3.1 软件的安装步骤 step 1: 首先安装exceed软件，推荐是exceed6.2版本，再装exceed3d,按提示步骤完成即可，提问设定密码等，可忽略或随便填写。 step 2: 点击gambit文件夹的setup.exe，按步骤安装； step 3: FLUENT和GAMBIT需要把相应license.dat文件拷贝到FLUENT.INC/license目录下； step 4：安装完之后，把x:FLUENT.INCntbinntx86gambit.exe命令符拖到桌面（x为安装的盘符）； step

5、5: 点击fluent源文件夹的setup.exe，按步骤安装； step 6: 从程序里找到fluent应用程序，发到桌面上。,安装可能出现的几个问题,1. 出错信息“unable find/open license.dat，第三步没执行； 2. gambit在使用过程中出现非正常退出时可能会产生*.lok文件，下次使用不能打开该工作文件时，进入x:FLUENT.INCntbinntx86，把*.lok文件删除即可； 3. 安装好FLUENT和GAMBIT最好设置一下用户默认路径，推荐设置办法，在非系统分区建一个目录，如d:users a） win2k用户在控制面板用户和密码高级高级，在使用

6、fluent用户的配置文件修改本地路径为d:users，重起到该用户运行命令提示符，检查用户路径是否修改； b） xp用户，把命令提示符发送到桌面快捷方式，右键单击命令提示符快捷方式在快捷方式起始位置加入D:users,重起检查。,几种主要文件形式,jou文件-日志文档，可以编辑运行； dbs文件-gambit工作文件； msh文件-从gambit输出得网格文件； cas文件-经fluent定义后的文件； dat文件-经fluent计算数据结果文件。,3.2 软件的运行,FLUENT解法器的说明 FLUENT 2D， 二维单精度解法器 FLUENT 3D，三位单精度解法器 FLUENT 2dd

7、p，二维双精度解法器 FLUENT 3ddp，三维双精度解法器,3.2 软件的运行,WINDOEWS NT下，点击FLUENT6。 在MSDOS下，键入命令。 FLUENT 2D/3D/2ddp/3ddp。平行计算命令为：FLUENT 2D/3D/2ddp/3ddp -t x 。x 是处理器编号。如，我们用3号处理器计算三维双精度问题，命令为： FLUENT 3ddp t3 FLUENT命令的一般形式为： FLUENT version -help options,4 Fluent的简单实例,4.1 用FLUENT程序求解问题的步骤 4.2 Fluent的简单实例,4.1 用FLUENT程序求解

8、问题的步骤,确定几何形状，生成计算网格（用GAMBIT，也可以读入其它指定程序生成的网格） 选择2D或3D来模拟计算 输入网格 检查网格 选择解法器 选择求解的方程：层流或湍流（或无粘流），化学组分或化学反应，传热模型等。确定其它需要的模型如：风扇、热交换器、多孔介质等模型。,4.1 用FLUENT程序求解问题的步骤,确定流体物性 指定边界条件 条件计算控制参数 流场初始化 计算 检查结果 保存结果，后处理等。,第一步 创建网格,需要几何结构的模型以及网格生成。你可以使用GAMBIT或者一个分离的CAD系统产生几何结构模型及网格。也可以用Tgrid从已有的面网格中产生体网格。你也可以从相关的C

9、AD软件包生成体网格，然后读入到Tgrid或者FLUENT,第二步，启动FLUENT解算器,启动FLUENT UNIX和Windows NT启动FLUENT的方式是不同的，详细参阅相关介绍。不同的安装过程也是为了使FLUENT能够正确启动而设定的。 单精度和双精度解算器 在所有计算机操作系统上FLUENT都包含这两个解算器。大多数情况下，单精度解算器高效准确，但是对于某些问题使用双精度解算器更合适。,使用双精度解算器的情况,几何图形长度尺度相差太多（比如细长管道） 很大热传导比率,第步,4.2 Fluent的简单实例,所要解决的问题请看下图。在该问题中, 边长0.1米，内部为常密度空气，上部是

10、一个速度为0.1m/s向右运动的壁面，雷诺数大约为500，流动是层流。,Figure 1: 驱动腔内的流体流动,问题分析,上述问题是一个简单的二维问题，流动为层流，无热传导，不需考虑特殊的物理模型，除此之外，所有的问题，如几何图形，网格，边界位置和类型已经在网格生成的时候定义了。你只需读入网格文件就可以读入全部信息了。,模拟步骤,本问题模拟的步骤简化为：读入并检查网格，选择默认的分离解，定义物理模型，指定流体性质，指定边界条件，保存问题的设置，初始化解域，计算解，保存结果，检查结果。,用GAMBIT创建网格,然后Fluent读入网格：点击菜单File/Read/Case.弹出下面的对话框 在上

11、图中选择所需文件，双击便可读入。本例中选择了cavity.msh文件。FLUENT在读网格的过程中会在控制台窗口显示进程。,一般说来，一个case文件包括网格，边界条件和解的控制参数。网格文件是它的子集，本算例中的网格已经保存为FLUENT的格式了，所以可以像读入其它case文件一样来读入它。,检查网格,读入网格之后要检查网格：菜单Grid/Check。在检查过程中，你可以在控制台窗口中看到区域范围，体积统计以及连通性信息。 网格检查是最容易出的问题是网格体积为负数。如果最小体积是负数你就需要修复网格以减少解域的非物理离散。你可以在Adapt下拉菜单中选中Iso-Value.来确定问题之所在,

12、显示网格,显示网格：菜单为Display/Grid.。 在网格显示面板（下图）点击Display按钮便会打开图形显示窗口并画出网格，你将会看到下面第二个图所示的内容。,该图可以用鼠标控制放大或缩小，用鼠标圈住的内容松开鼠标之后该内容就会在窗口内满屏显示。,选择解算器的具体格式,对于本问题，速度很小，可以假定为不可压流，所以使用分离解算器很合适。分离解算器是FLUENT默认的解算器，不需改变。 如果你要选择一个耦合解算器，请参考在Define/Models菜单中的Solver面板。,定义物理模型,FLUENT中默认物理模型是层流流动，本例是层流，不需修改模型的设定。如果你需要修改物理模型，则需要

13、Define/Models子菜单中的粘性模型面板以及其它面板。,指定流体物理性质,选择菜单：Define/Materials.得到如下对话框 如果不使用空气，可以在材料数据库中选择其它气体，或者创建自己的材料数据。对于这个问题，需要对空气的性质做一些修改：密度为1.0 kg/m3，粘性为2*10-5 kg/m-s，点击Change/Create保存然后关闭面板。,指定边界条件,设定边界条件的数值与类型，使用菜单Define/Boundary Conditions.得到下图,设定边界条件，首先在区域列表中选择，然后在类型列表中修改该区域的类型，确定完类型之后就可以点击Set.按钮(双击区域名字和

14、点击Set.按钮具有相同功能) 。,对于本问题，移动壁面的边界条件需要改为x方向速度0.1 m/s。如果你不能确定哪一个是移动壁面，你可以在图形窗口的上壁面边界点击鼠标右键（该图形窗口仍然显示图2所示的网格），区域信息便会在FLUENT控制台窗口上显示出来，而且wall-2会在边界面板的区域列表中自动被选上。现在点击Set.按钮便可以弹出下面图框,选择momentum选单Moving Wall选项便可以得到下面图框，从而设定壁面速度了。速度方向默认为X向，所以只需设定速度大小为0.1(注意：邻近的流体区域并没有运动，如果你模拟的是旋转参考系，你不必担心相对运动和绝对运动的设定，它们是等价的。,

15、输入数值之后，点击OK保存设定，关闭面板。 本问题的其它边界都是空腔的其它三个边的壁面边界条件(wall-5)。本例使用默认边界条件静止边界条件。到此为止，边界条件设定完毕。,调整解的控制,在Solve/Controls子菜单中打开的面板里，你可以改变压松弛因子、多网格参数以及其它流动参数的默认值。在使用解算器一章可以找到它们的详细设定，一般说来这些参数不需要修改。对于本问题来说默认的设定已经足够,激活残差图,激活残差图（Residual Plotting）：点击菜单Solve/Monitors/Residual.，在选项中，打开Plot选项激活残差图形，然后点击OK，从而可以在计算过程中查看

16、残差。,保存Case文件,有关问题定义的输入保存在case中，为了以后继续分析，你必须保存该文件（计算结果会保存在另一个data文件中）。选择File/Write/Case.菜单，弹出下面对话框，保存case文件。,解决问题，流场初始化,迭代之前你需要初始化流场提供一个初始解。你可以从一个或多个边界条件算出初始解，也可以分别输入流场的数值，相应菜单为Solve/Initialize/Initialize.，点击得到Figure 1. 虽然流动极为可能发展为强烈的循环流，所有的初值都为0也是可以的，因此你可以保持默认值不变，初始化流动，点击Init按钮，然后关闭面板,计算,现在可以迭代了，选择S

17、olve/Iterate.菜单，打开下图 在迭代按钮处的对话框中输入10，表示迭代100步。,迭代开始之后，你应该察看图形窗口中的残差图。迭代之后，你的图形窗口应该像下图一样。残差由上向下逐渐减少，这是很好的标志。对于不同的机器残差只会有稍微的不同，所以你的图形不一定和下图完全相同。,检查流场,你可能也想检查流场，看它怎么发展。打开Display/Velocity Vectors.菜单，弹出下面的速度矢量面板的图框,此面板内的默认设定将会产生一个由速度大小标记颜色的矢量图，点击Display按钮得到下图：,即使是10次迭代，旋转的图像已经很清晰了。看来该解的过程是可以接受的，我们可以增加迭代步

18、骤完成该解。迭代100步时，你会发现在大约在第60步，迭代解就已经收敛到允许的误差范围了。在这个时候，残差图应该像下图一样，需要注意的是，不同的机器所需的收敛步是不同的。,保存结果,前所述，case文件保存之后，问题的定义和fluent计算结果分别保存在case文件和data文件中。必须保存这两个文件以便以后重新启动分析。注意：FLUENT不会自动保存这些文件，虽然在开始计算之前你已经保存了case文件和data文件，但是最好再保存一下。 保存case文件和data文件，选择File/Write/Case & Data. 菜单，弹出下面的对话框,在Case/Data 文件窗口输入文件名，FLUENT会自动添加相应的扩展名.cas和.dat在上图中你输入cavity作为文件名，FLUENT会自动保存case文件为cavity.cas，data文件为cavity.d