第二章 FLUENT 计算步骤

图2-4 Grid Display（网格显示）面板
图2-5 网格显示
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2.3 计算模型
2.3.1 设置求解器参数 执行下列菜单操作，打开 Solver（求解器）面板： Define -> Models->Solver... 求解器的缺省设置如图2-6 所 示，本算例中可以保持这些 缺省参数设置。
▪ 2.2.5 显示网格
▪ 执行下列菜单操作，打开Grid Display（网格显 示）面板，如图2-4 所示：
➢ Display -> Grid...
▪ 选择所有表面，然后点击Display（显示）按钮， FLUENT 随即打开一个新的显示窗口显示网格， 如图2-5 所示。
▪ 用右键点击图形显示窗口中的一个边界，则与这 个边界相关的信息就会显示在控制台窗口中。在 网格区域很多时，用这种方法可以比较方便地分 辨各个区域。
2.2 处理网格
▪ 网格处理包括网格的输入、检查、光顺、 比例转换和显示等操作。
▪ 2.2.1 读入网格文件
➢ 首先启动FLUENT 的2D 版，然后读入网格文 件elbow.msh：
➢ File -> Read -> Case...
▪ 2.2.2 检查网格
▪ 执行下列菜单操作，进行网格检查：
▪ Grid -> Check
▪ 设置完毕后，关闭Materials（材料）面板。
图2-9 Materials（材料）面板
2.5 定义边界条件
▪ 打开边界条件面板，如图2-10 所示： ➢ Define -> Boundary Conditions...
▪ 2.5.1 设定流体条件 ▪ 在Zone（区域）列表中选择fluid-9，Type（类型）列表
▪ 点击Scale（比例）按钮进行比例计算。注意在 计算域范围（Domain Extents）中，网格的单位 显示仍然是国际单位制中的m（米）。
▪ 点击Change Length Units（改变长度单位）按钮 ，可以将英寸变为长度单位，同时可以从面板下 方计算域范围中看到x、y 坐标的最大值改变为64 英寸。
2.1 问题概述
▪ 如图2-1 所示
➢ 温度为26℃的冷流体流过弯管 ➢ 温度为40℃的热流体从转弯处流入，并与主流
中的冷流体混合。 ➢ 管道的尺寸如图2-1 所示，单位为英寸，而边
界条件和流体材料性质则采用国际单位制。 ➢ 入口处的雷诺数为2.03 x 105，因此必须使用
湍流模型。
图2-1 弯管流动图示
▪ 本章通过计算一个二维弯管中的湍流流动和热传导过程再 次演示FLUENT 的求解过程，在这个算例中可以看到 FLUENT 计算的标准流程，其中包括：
➢ （1）如何读入网格文件。 ➢ （2）如何使用混合的单位制定义几何模型和物质属性。 ➢ （3）如何设定边界条件和和物质属性。 ➢ （4）如何初始化计算并用残差曲线监视计算进程。 ➢ （5）如何用分离求解器计算流场。 ➢ （6）如何用FLUENT 的图形显示功能检查流场。 ➢ （7）如何用二阶精度离散格式获得更高精度的流场。 ➢ （8）以温度梯度为基准调整网格以提高对温度场的计算精度。
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▪ Define -> Materials... ▪ 在Name中键入材料名称water，然后设定水的各种物理性质，其中
Density为1000kg/m3， Cp为4216J/kg-K，thermal conductivity为 0.677W/m-K，viscosity为8x10-4kg/m-s。最后点击Change/Create 按钮完成创建过程。在FLUENT 提示是否用新的材料数据覆盖air 的 数据时，点击NO 按钮予以否认。 ▪ 实际上FLUENT 的材料性质数据库中已经存在水的数据，因此也可 以简单地将相关数据直接从Database（数据库）中调入，如果个别 数据与前面的数据有出入，可以直接在面板上进行修改。
图2-7 粘性模型面板
▪ 2.3.3 启用能量方程计算 ▪ 执行下列菜单操作，打开Energy（能量）面板，并激活
能量计算，如图2-8 所示： ➢ Define->Models->Energy...
图2-8 能量方程面板
2.4 定义材料性质
▪ 创建一种新的物质，命名为water（水），并设置相关参数。 ▪ 首先执行下列菜单操作，打开Materials（材料）面板，如图2-9 所示
图2-2 Smooth/Swap Grid（光顺/转换网格）面板
▪ 2.2.4 按比例调整网格 ▪ 执行下列菜单操作，打开Scale Grid（按比
例调整网格）面板：
▪ Grid -> Scale...
图2-3 Scale Grid（按比例转换网格）面板
▪ 在Units Conversion（单位转换）下面的Grid Was Created In 列表中选择in（英寸）作为网格 创建数据单位。
▪ 此时控制台窗口中会显示与网格有关的信 息，包括网格空间范围、体积信息、表面 积信息、节点信息等等。其中最需要检查 的是网格单元的体积不能为负值，否则计 算将无法继续下去。
▪ 2.2.3 光顺并转换网格
▪ 执行下列菜单操作，打开Smooth/Swap（网格光 顺和转换）面板：
➢ Grid -> Smooth/Swap...
中相应地反白显示为fluid（流体）。 ▪ 点击Set...（设置）按钮打开Fluid（流体）面板，如图2-
图2-6 Solver（求解器）面板
▪ 2.3.2 选择湍流模型
▪ 执行下列菜单操作，打开Vicous（粘性）面板， 如图2-7 所示：
➢ Define->Models->Viscous...
▪ 在Model 列表中选择k-epsilon (2 eqn)，即k −ε 两方程模型。
▪ 点击OK 按钮接受系统对k −ε 模型的缺省设置， 包括标准模型设置、壁面函数设置和湍流模型常 数的设置等等。
▪ 光顺网格可以提高网格质量，提高计算精度。在 启动光顺/转换网格面板后，点击Smooth（光顺 ）按钮，然后再点击Swap（转换）按钮，控制 台上将报告被转换网格的数量。反复点击 Smooth（光顺）按钮和Swap（转换）按钮，直 到报告中被转换（Swap）的网格数量降低为零 ，则网格光顺处理过程结束。