流体传热研究fluent软件
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• 把细长条换成一小块体，建立多孔边条件 • 一点建议：开始的时候一定要选择合适的 单位，否则可能无法进行多次BOOL运算。 • 虽然有Export ,Import , cadfix 建议前处理 和计算的软件最好配套。导入导出损失不 孝，修改是很麻烦的 • 事情解决不了有时候不是软件的问题，是 方法的问题
计算结果（1） 已经计算的工况
• 无偏航角（湍流（k-ε方程），无粘（Euler方程） ）
– 亚音速段
• • • • 马赫数Ma=0.8016 攻角 α=0度（*） 马赫数Ma=0.8016 攻角 α=2.10424度 马赫数Ma=1.5350 攻角 α=0度 （*） 马赫数Ma=1.5350攻角 α=0.99518度
• 软件概况
– Operating System:AIX4.3 – Parallel Environment: MPICH – Parallel Solver: Starhpc
并行计算 实际计算概况
采用定常的求解方式，失败！ 非定常的计算方法，逼近定常解。 • 计算的时间步长很小（10－6s），逐渐加大时间步 长，加快收敛速度。 • 计算中采用16个节点并行计算，每个迭代步耗时 40s左右。 • 每个工况，如果完全从初场迭代，需三天左右达 到定常状态，如果利用已有的计算结果开始迭代， 大约需要一天左右的时间得到结果。
– 超音速段
•
有偏航角
计算结果（2） 全机静压分布
计算结果（3）
轴向剖面上静压分布（全域）
计算区域足够大
计算结果（4）
轴向剖面上静压分布（机头）
计算结果（5） 轴向剖面上马赫数分布
计算结果（6） 机翼横断面上静压分布
计算结果（7） 机翼横断面上马赫数分布
计算结果（8） 尾翼附近流场
计算结果（12）
计算结果与试验结果的对比 （无偏航情况 Ma=0.8016α=0度 ）
升力系数 实验结果(未修正) 无粘（Euler方程） 湍流（k-ε 方程） 0.01304 0.01359 0.01258 阻力系数 0.01787 0.01318 0.02109 俯仰力矩系数 -0.00153 -0.00710 -0.00147
Fluent 的可靠性和准确性
example1：
生成飞机外流场的计算网格计算区域
生成飞机外流场的计算网格 表面网格（全机）
并行计算（fluent） 并行计算环境简介
• 硬件概况
– IBM RS/6000 SP高性能并行计算系统。 – 4个高节点组成，专门针对大型计算设计的硬件结构。 – 每个节点有主频375M的16个CPU（PowerPC），每节点的CPU 共享16G内存。 – 每节点内置硬盘存贮34G，整个系统外挂7133磁盘阵列，容量1T， 以RAID5配置给每个节点250G。 – 4个节点之间通过千兆以太交换机进行数据交换。
前处理：网格的生成
GAMBIT：翼身与机翼组合体
前处理：网格的生成
GAMBIT：翼身与机翼组合体填充图
前处理：网格的生成
IGG：全部的BLOCK
前处理：网格的生成
IGG：翼身组合体面网格
前处理：网格的生成
• 网格全结构化 • 网格总体数量为588,732 • BLOCK数共计40个
计算：fluent
计算结果处理：问题
• 在最后结果处理中，我们发现了一个无法 解释的问题。机翼上下表面的交界线附近 压力产生了突变，甚至一个交界点分别位 于上表面和下表面时压力竟然不同。我们 对此无法解释。
怎样才能学好fluent软件
• 先做例子，按照fluent和gambit帮助文件 • 多思考，勤查资料 • 坚持不懈，刻苦钻研，通过网上论坛，qq 群等方式得到高手的指点 • 与课题结合，找到自己课题的切入点 • 多交流，成立fluent交流小组，定期交流自 己的心得体会，解决自己的困惑和问题
用fluent软件如何作论文和应掌握那些方面的知识
• 熟练的建模能力和划分网格的技巧 • 扎实的流体力学和传热学知识，包括计算 传热学和计算流体力学知识 • 数据处理和分析的能力 • 编程能力 • 论文的格式和要求(传热大家的论文） • 研究的方法和思路要清晰，尽可能快的吸 收需要的知识为我所用！！
compliant wall
rigid wall
动脉血管脉动流 动的模拟
Velocity contour plot
电子计算机机箱 的热分析与流体 的粒子轨迹图
搅拌机的速度流线图
用fluent 软件作流体分析的主要步骤
• 提出问题和分析问题 • 建立数学模型 • 用gambit 建立几何模 型，然后划分网格， 施加边界条件 • 导入fluent软件进行网 格检查，施加边界条 件，定义流体属性， 求解设置 • 求解（观察迭代残差 曲线的收敛趋势，及 时修正求解设置参数， 或者其他方面的设置） • 结果显示(温度，速度， 压力） • 数据处理（origin, excel, tecplot 等）
• • • • • 建筑空气动力学传统解决方法（实验） 先前Fluent解决建筑空气动力学的实例 使用Fluent对首都展览馆数值模拟过程 使用Fluent对新北京电视台数值模拟 Fluent对低速复杂几何形状内流模拟的一点 经验
建筑空气动力学传统解决方法（实验）
先前Fluent解决建筑空气动力学的实 例
• • • • • • • 基本控制方程：三维EULER方程 边界条件：远场压力、对称 差分格式：一阶迎风格式 理想可压空气 V=0.9Ma 共计算了三个攻角：0度、1度、3度 迭代步数：2000
计算结果处理：CFview
Cfview：翼身组合体马赫数分布（Ma＝0.9，a＝0）
计算结果处理：CFview
Result
房子整体压力图
屋顶压力图
屋顶压力系数图
Path Lines
example3
飞行器模拟：机翼几何参数
• • • • • • • •
弦长：10M 机翼前缘后掠角50.4度 展弦比：1.242 尖削比：0.1421 副翼铰链轴位于80%弦线处 副翼展向位于56.6%和82.9%的翼展之间 副翼旋转角度：6度 机翼剖面为相对厚度6%的圆弧翼形
生成网格后的检测
设置物质，边条件
• 按部就班。 • Solver: coupled,Implicit,3D,steady,Absolute • K-epsilon (2equ) • Open condition……
Name: porous
• Face permeablility(m2) 1 • Porous Medium Thickness (m) 1.2 • Pressure-Jump Coefficient (1/m) 0.1
• • 资料来源 http://www.hikeytech.com/fluent_app/cooltower.htm
• FLUEN T软件 的非结 构化网 格能力 使其能 快速地 准确地 模拟大 尺度复 杂几何 的绕流 问题。
工作环境
• • • • 北京大学力学系流体力学教研室 机器配置双奔三866，2G内存 Gambit2.0 Fluent6.0
• 流动问题几乎都能解决 • 流体和固体的共轭传热问题 • 流体和固体的耦合问题（水流冲击一板条或者鸟 类的翅膀扇动的过程，利用动网格）
发动机的冷却水套的温度分布
催化剂固体颗粒的浓度分布
initial mesh
u=u(t), sinusoidal inlet velocity
rigid wall
计算结果处理：Cfview
国外及北航计算结果
我们的计算结果
下表面压力系数分布（Ma＝0.9，a＝0）
计算结果处理：Cfview
试验及北航计算结果
我们的计算结果
上表面压力系数分布（Ma＝0.9，a＝1）
wenku.baidu.com
计算结果处理：Cfview
试验及北航计算结果
我们的计算结果
上表面压力系数分布（Ma＝0.9，a＝3）
Fluent 软件简介
• 美国总部 • 基于有限容积法 • 功能强大，全世界最通用的流体传热计算 软件之一。 • 应用领域十分广泛(航空航天，汽车，空调 供热，流体机械，化学反应，电子元件冷 却，石油开采，换热器等众多领域）
Fluent 的强大功能
• Fluent 可解决的问题: – 汽车的内流和外流及气缸内的流动 – 高速航天空气动力学 – 火箭的内部流动 – 涡轮机械 – 反应容器的设计 – 台风或飓风，建筑物风环境 – 气泡动力学及两相流 – 混合容器 – 流化床 – 流体诱导噪声的预测 – 煤粉或者油，燃气的燃烧
升力系数 阻力系数 俯仰力矩系数
实验结果(未修正) 湍流（k-ε 方程，迭代 15000step） 湍流（k-ε 方程，迭代 24000step）
0.05469
0.03935
-0.02263
0.05549
0.03651
-0.01317
0.05542
0.03650
-0.01315
Example2：
利用Fluent进行建筑空气动力学计算
计算结果（13）
计算结果与试验结果的对比 （无偏航情况 Ma=1.5350α=0度）
升力系数 实验结果(未修正) 0.00107
阻力系数 0.03933
俯仰力矩系数 -0.00763
无粘（Euler方程）
湍流（k-ε 方程）
0.00408
0.00408
0.03677
0.03677
-0.00702
-0.00702
写在几何建模以前
• 建议作几何建模的同志机械制图要过关
• 建议选择好的单位 • 建议使用Excel记录建立几何外形时候使用的 数据
使用Fluent对首都展览馆数值模拟过 程
• 几何建模
几何模型以及环境
网格生成
网格生成
网格生成困难的地方： 感觉，Mission Impossible
解决办法&小小心得
Cfview：翼身组合体压力分布（Ma＝0.9，a＝0）
计算结果处理：CFview
Cfview：副翼马赫数分布（Ma＝0.9，a＝0）
计算结果处理：Cfview
Cfview：副翼压力分布（Ma＝0.9，a＝0）
计算结果处理：Cfview
国外及北航计算结果
我们的计算结果
上表面压力系数分布（Ma＝0.9，a＝0）
谢 谢 大 家！
提出问题：流动的性质（内流，外流，层流/紊流，
单相/多相流，可压/不可压…..） 流体属性（牛顿流体：液体、单组分气体、多组分气体， 化学反应气体；非牛顿流体）
分析问题－建模：N_S方程，Boltzman方程（稀
薄气体流动），各类本构方程与封闭模型
求解问题 ：计算方法，离散方法的选择 数据处理和结果显示
计算结果（14）
计算结果与试验结果的对比 （无偏航情况 Ma=0.8016 α=2.10424度）
升力系数
阻力系数
俯仰力矩系数
实验结果(未修正)
0.14257
0.02049
-0.01653
湍流（k-ε 方程）
0.13683
0.02477
-0.01121
计算结果（15）
计算结果与试验结果的对比 （无偏航情况 Ma=1.5350 α=0.99518度）
流体传热研究的强大工具 －fluent 软件
云 和 明 博士
山东大学空间热科学中心
主要内容
• • • • • • Fluent 软件简介 Fluent 的强大功能 用fluent 软件作流体分析的主要步骤 Fluent 的可靠性和准确性 怎样才能学好fluent软件 用fluent软件如何作论文和应掌握那些方面 的知识
计算结果（1） 已经计算的工况
• 无偏航角（湍流（k-ε方程），无粘（Euler方程） ）
– 亚音速段
• • • • 马赫数Ma=0.8016 攻角 α=0度（*） 马赫数Ma=0.8016 攻角 α=2.10424度 马赫数Ma=1.5350 攻角 α=0度 （*） 马赫数Ma=1.5350攻角 α=0.99518度
• 软件概况
– Operating System:AIX4.3 – Parallel Environment: MPICH – Parallel Solver: Starhpc
并行计算 实际计算概况
采用定常的求解方式，失败！ 非定常的计算方法，逼近定常解。 • 计算的时间步长很小（10－6s），逐渐加大时间步 长，加快收敛速度。 • 计算中采用16个节点并行计算，每个迭代步耗时 40s左右。 • 每个工况，如果完全从初场迭代，需三天左右达 到定常状态，如果利用已有的计算结果开始迭代， 大约需要一天左右的时间得到结果。
– 超音速段
•
有偏航角
计算结果（2） 全机静压分布
计算结果（3）
轴向剖面上静压分布（全域）
计算区域足够大
计算结果（4）
轴向剖面上静压分布（机头）
计算结果（5） 轴向剖面上马赫数分布
计算结果（6） 机翼横断面上静压分布
计算结果（7） 机翼横断面上马赫数分布
计算结果（8） 尾翼附近流场
计算结果（12）
计算结果与试验结果的对比 （无偏航情况 Ma=0.8016α=0度 ）
升力系数 实验结果(未修正) 无粘（Euler方程） 湍流（k-ε 方程） 0.01304 0.01359 0.01258 阻力系数 0.01787 0.01318 0.02109 俯仰力矩系数 -0.00153 -0.00710 -0.00147
Fluent 的可靠性和准确性
example1：
生成飞机外流场的计算网格计算区域
生成飞机外流场的计算网格 表面网格（全机）
并行计算（fluent） 并行计算环境简介
• 硬件概况
– IBM RS/6000 SP高性能并行计算系统。 – 4个高节点组成，专门针对大型计算设计的硬件结构。 – 每个节点有主频375M的16个CPU（PowerPC），每节点的CPU 共享16G内存。 – 每节点内置硬盘存贮34G，整个系统外挂7133磁盘阵列，容量1T， 以RAID5配置给每个节点250G。 – 4个节点之间通过千兆以太交换机进行数据交换。
前处理：网格的生成
GAMBIT：翼身与机翼组合体
前处理：网格的生成
GAMBIT：翼身与机翼组合体填充图
前处理：网格的生成
IGG：全部的BLOCK
前处理：网格的生成
IGG：翼身组合体面网格
前处理：网格的生成
• 网格全结构化 • 网格总体数量为588,732 • BLOCK数共计40个
计算：fluent
计算结果处理：问题
• 在最后结果处理中，我们发现了一个无法 解释的问题。机翼上下表面的交界线附近 压力产生了突变，甚至一个交界点分别位 于上表面和下表面时压力竟然不同。我们 对此无法解释。
怎样才能学好fluent软件
• 先做例子，按照fluent和gambit帮助文件 • 多思考，勤查资料 • 坚持不懈，刻苦钻研，通过网上论坛，qq 群等方式得到高手的指点 • 与课题结合，找到自己课题的切入点 • 多交流，成立fluent交流小组，定期交流自 己的心得体会，解决自己的困惑和问题
用fluent软件如何作论文和应掌握那些方面的知识
• 熟练的建模能力和划分网格的技巧 • 扎实的流体力学和传热学知识，包括计算 传热学和计算流体力学知识 • 数据处理和分析的能力 • 编程能力 • 论文的格式和要求(传热大家的论文） • 研究的方法和思路要清晰，尽可能快的吸 收需要的知识为我所用！！
compliant wall
rigid wall
动脉血管脉动流 动的模拟
Velocity contour plot
电子计算机机箱 的热分析与流体 的粒子轨迹图
搅拌机的速度流线图
用fluent 软件作流体分析的主要步骤
• 提出问题和分析问题 • 建立数学模型 • 用gambit 建立几何模 型，然后划分网格， 施加边界条件 • 导入fluent软件进行网 格检查，施加边界条 件，定义流体属性， 求解设置 • 求解（观察迭代残差 曲线的收敛趋势，及 时修正求解设置参数， 或者其他方面的设置） • 结果显示(温度，速度， 压力） • 数据处理（origin, excel, tecplot 等）
• • • • • 建筑空气动力学传统解决方法（实验） 先前Fluent解决建筑空气动力学的实例 使用Fluent对首都展览馆数值模拟过程 使用Fluent对新北京电视台数值模拟 Fluent对低速复杂几何形状内流模拟的一点 经验
建筑空气动力学传统解决方法（实验）
先前Fluent解决建筑空气动力学的实 例
• • • • • • • 基本控制方程：三维EULER方程 边界条件：远场压力、对称 差分格式：一阶迎风格式 理想可压空气 V=0.9Ma 共计算了三个攻角：0度、1度、3度 迭代步数：2000
计算结果处理：CFview
Cfview：翼身组合体马赫数分布（Ma＝0.9，a＝0）
计算结果处理：CFview
Result
房子整体压力图
屋顶压力图
屋顶压力系数图
Path Lines
example3
飞行器模拟：机翼几何参数
• • • • • • • •
弦长：10M 机翼前缘后掠角50.4度 展弦比：1.242 尖削比：0.1421 副翼铰链轴位于80%弦线处 副翼展向位于56.6%和82.9%的翼展之间 副翼旋转角度：6度 机翼剖面为相对厚度6%的圆弧翼形
生成网格后的检测
设置物质，边条件
• 按部就班。 • Solver: coupled,Implicit,3D,steady,Absolute • K-epsilon (2equ) • Open condition……
Name: porous
• Face permeablility(m2) 1 • Porous Medium Thickness (m) 1.2 • Pressure-Jump Coefficient (1/m) 0.1
• • 资料来源 http://www.hikeytech.com/fluent_app/cooltower.htm
• FLUEN T软件 的非结 构化网 格能力 使其能 快速地 准确地 模拟大 尺度复 杂几何 的绕流 问题。
工作环境
• • • • 北京大学力学系流体力学教研室 机器配置双奔三866，2G内存 Gambit2.0 Fluent6.0
• 流动问题几乎都能解决 • 流体和固体的共轭传热问题 • 流体和固体的耦合问题（水流冲击一板条或者鸟 类的翅膀扇动的过程，利用动网格）
发动机的冷却水套的温度分布
催化剂固体颗粒的浓度分布
initial mesh
u=u(t), sinusoidal inlet velocity
rigid wall
计算结果处理：Cfview
国外及北航计算结果
我们的计算结果
下表面压力系数分布（Ma＝0.9，a＝0）
计算结果处理：Cfview
试验及北航计算结果
我们的计算结果
上表面压力系数分布（Ma＝0.9，a＝1）
wenku.baidu.com
计算结果处理：Cfview
试验及北航计算结果
我们的计算结果
上表面压力系数分布（Ma＝0.9，a＝3）
Fluent 软件简介
• 美国总部 • 基于有限容积法 • 功能强大，全世界最通用的流体传热计算 软件之一。 • 应用领域十分广泛(航空航天，汽车，空调 供热，流体机械，化学反应，电子元件冷 却，石油开采，换热器等众多领域）
Fluent 的强大功能
• Fluent 可解决的问题: – 汽车的内流和外流及气缸内的流动 – 高速航天空气动力学 – 火箭的内部流动 – 涡轮机械 – 反应容器的设计 – 台风或飓风，建筑物风环境 – 气泡动力学及两相流 – 混合容器 – 流化床 – 流体诱导噪声的预测 – 煤粉或者油，燃气的燃烧
升力系数 阻力系数 俯仰力矩系数
实验结果(未修正) 湍流（k-ε 方程，迭代 15000step） 湍流（k-ε 方程，迭代 24000step）
0.05469
0.03935
-0.02263
0.05549
0.03651
-0.01317
0.05542
0.03650
-0.01315
Example2：
利用Fluent进行建筑空气动力学计算
计算结果（13）
计算结果与试验结果的对比 （无偏航情况 Ma=1.5350α=0度）
升力系数 实验结果(未修正) 0.00107
阻力系数 0.03933
俯仰力矩系数 -0.00763
无粘（Euler方程）
湍流（k-ε 方程）
0.00408
0.00408
0.03677
0.03677
-0.00702
-0.00702
写在几何建模以前
• 建议作几何建模的同志机械制图要过关
• 建议选择好的单位 • 建议使用Excel记录建立几何外形时候使用的 数据
使用Fluent对首都展览馆数值模拟过 程
• 几何建模
几何模型以及环境
网格生成
网格生成
网格生成困难的地方： 感觉，Mission Impossible
解决办法&小小心得
Cfview：翼身组合体压力分布（Ma＝0.9，a＝0）
计算结果处理：CFview
Cfview：副翼马赫数分布（Ma＝0.9，a＝0）
计算结果处理：Cfview
Cfview：副翼压力分布（Ma＝0.9，a＝0）
计算结果处理：Cfview
国外及北航计算结果
我们的计算结果
上表面压力系数分布（Ma＝0.9，a＝0）
谢 谢 大 家！
提出问题：流动的性质（内流，外流，层流/紊流，
单相/多相流，可压/不可压…..） 流体属性（牛顿流体：液体、单组分气体、多组分气体， 化学反应气体；非牛顿流体）
分析问题－建模：N_S方程，Boltzman方程（稀
薄气体流动），各类本构方程与封闭模型
求解问题 ：计算方法，离散方法的选择 数据处理和结果显示
计算结果（14）
计算结果与试验结果的对比 （无偏航情况 Ma=0.8016 α=2.10424度）
升力系数
阻力系数
俯仰力矩系数
实验结果(未修正)
0.14257
0.02049
-0.01653
湍流（k-ε 方程）
0.13683
0.02477
-0.01121
计算结果（15）
计算结果与试验结果的对比 （无偏航情况 Ma=1.5350 α=0.99518度）
流体传热研究的强大工具 －fluent 软件
云 和 明 博士
山东大学空间热科学中心
主要内容
• • • • • • Fluent 软件简介 Fluent 的强大功能 用fluent 软件作流体分析的主要步骤 Fluent 的可靠性和准确性 怎样才能学好fluent软件 用fluent软件如何作论文和应掌握那些方面 的知识