Gambit和FLUENT软件的使用方法及实例分析

湍流模型
优缺点 应用多，计算小，有较多数据积累和比较高的精度，对于曲 率较大和压力梯度较强等复杂流动模拟效果欠佳，一般工程 计算都使用此模型，其收敛性和计算精度能满足一般的工程 计算要求，但模拟旋流和绕流时有缺陷 能模拟射流撞击、分离流、二次流和旋流等中等复杂流动， 受到涡旋粘性同性假设限制除强旋流过程无法精确预测外， 其它流动都可以使用此模型 和RNG基本一致，还可以更好的模拟圆形射流，受到涡旋 粘性同性假设限制除强旋流过程无法精确预测外，其它流动 都可以使用此模型 对于壁面边界层，自由剪切流，低雷诺数流动性能较好。适 合于存在逆压力梯度时的边界层流动，分离与转捩 基本与标准k-ω模型相同，但不适合于自由剪切流
商业流体软件的使用方法及 实例分析
主讲人：XYZ 时间：2018-11-28
目 录
1 FLUENT计算的基本原理 2 GAMBIT&FLUENT简介 3 FLUENT算例介绍
1 FLUENT计算的基本原理
1.1 FLUENT能做什么？
求解通用方程
u j t x j x j
a, 尽量使用结构化网格
b, 对计算区域合理分块
c, 物理量变化较大地方需 加密网格
Valve part
常用网格划分软件
Gambit, Tgrid, ICEM CFD,
Pointwise, Hypermesh等
2.3 圆管网格划分-Gambit
存储位置 文件名
操作区
几何结构操作区
点，线，面，体
第一步：对计算区域进行网格划分； 第二步：通用方程通过有限体积法转换成 代数方程； 第三步：通过数值计算方法求解代数方程， 得到预测结果。 第四步：预测结果的显示和分析。
控制体积
1.2 FLUENT怎么做？
求解器 前处理
几何模型 生成网格 控制方程
质量方程 动量方程 能量方程
物理模型
湍流模型 燃烧模型 辐射模型 多相流 相变模型 运动区域或网格
默认
Linear
Second order
Body Force Weighted
高旋流， 压力急剧 变化流
其他选项导致 可压缩流动，不能用于 收敛困难或出 多孔介质、阶跃、风扇、 体积力很大 现非物理解 VOF/MIXTURE多相流。
动量，能量方程离散
一阶迎风 二阶迎风 QUICK格式 中间差分/有 界差分
网格划分操作区
边界层，线，面，体
边界和区域设定操作区
面wk.baidu.com区域
半径为2的圆
边长为1的正方形
布尔操作，圆减方
分块完成：五个部分，每个 部分都是四边形
边网格划分-1：均匀网格30
边网格划分-2：非均匀网格30，靠近 壁面为0.01，沿中心发展等比增加
面网格划分
速度入口
压力出口
固壁
2.4 FLUENT简介
时间项 对流项
S x j
源项
扩散项
ϕ 物理标量：速度，温度，组分，湍动能等 Гϕ扩散系数：流体粘性，热扩散系数等 FLUENT：通过数值计算方法，求解通用方程，得到随时 间和空间变化的物理量的通用CFD软件。
1.2 FLUENT怎么做？
FLUENT求解方法：有限体积法
SIMPLEC或PISO 时，压力亚松驰 因子调为大于0.7， 甚至可以为1.0
2.4.7 收敛条件设置
能量方程为10-8，其他10-6
2.4.8 初始化
混合初始化 标准初始化
PATCH
2.4.9 计算设置
时间步长 时间步数
每个时间步长内 迭代步数 10-15 最好
3 FLUENT算例介绍
初值计算
默认
三阶精度（结 分离涡模拟 构化网格） 大涡模拟
2.4.5 空间和时间离散方法 湍动能等 QUICK 中间差分/ 一阶迎风 二阶迎风 格式 有界差分 分离涡模拟 默认 大涡模拟 时间离散 二阶隐式 有界二阶隐式 计算量大
一阶隐式 默认
显式格式
分离涡模拟 大涡模拟
密度基求解 器
2.4.6 亚松驰因子设置
3.1 冷热流体混合
网格划分
初始设置
单位设置
几何空间单位设置
模型设置
材料设置
计算域材料设置（注意多个计算域）
边界条件设置 冷流体入口
湍流强度内流5%，外流1%
对称边界
压力出口
固壁边界
时间和空间离散设置
收敛条件设置（单精度）
监测设置：出口平均温度
初始化
计算设置
自动保存设置
方程形式 物理模型
后处理
边界条件 初始条件
2 GAMBIT&FLUENT简介
2.1 确定计算区域
轴对称 圆管简化成二维轴对称
对称轴
面对称
对称面
周期性
流体 周期性面
2.2 划分网格
二 维 三 维 非结 构化 结构 化
2.2 划分网格
混合网格
四面体 网格 六面体 网格
划分网格小提醒
残差曲线
出口平均温度曲线
流量计算
速度云图 （Tecplot）
温度云图（Tecplot）
定义出口线段
输出线段上的温度
输出线段上的温度数据
2.4.1 初始设置
二维，三维
双精度
单核，并行
2.4.1 初始设置
2.4.2 模型设置 Models 多相流 能量 粘性：层流，湍流 辐射模型 热交换 组分 离散相 凝固和融化 声动
yplus=30 yplus=1
RANS湍流模型 k-ε：标准 RNG Realizable k-ω：标准 BSL SST 分离涡模拟 大涡模拟
SIMPLE
应用广泛
PISO
更多的单个迭 代CPU时间， 减少迭代步数
Green-gauss cell-based 伪扩散
梯度 Green-gauss node-based 伪扩散最小， 计算量大
Least-quares cell based 最佳选择
2.4.5 空间和时间离散方法 压力离散 Standard PRESTO!
入口边界
速度入口，压力入口， 流
量入口（可压缩）
出口边界
压力出口，Outflow（不建
议）
固壁边界 对称，周期性边界
2.4.5 空间和时间离散方法

压力速度耦合 梯度 压力离散 动量，能量 湍动能等 时间离散
2.4.5 空间和时间离散方法 压力速度耦合 SIMPLEC 收敛速度更快
标准k-ε
RNG k-ε
Realizable k-ε 标准 k-ε SST k-ω
分离涡模拟
大涡模拟
比RANS湍流模型预测效果好，网格要求和计算时间较严格
比RANS湍流模型预测效果好，网格要求和计算时间最严格
2.4.3 材料设置
2.4.3 材料设置
源项，动网格，多孔介质
2.4.4 边界条件设置