【清华】lesson 11 计算流体力学-软件应用_394403860
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点击Apply。
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6：边界条件类型的指定
In利stit用uteGoAf PMroBceIsTs建Sys立tem计En算gin区ee域ring和指定 边界条件类型
选择Operation/Zones，打开Specify Boundary Types。
左侧的入口边edge.1，选择VELOCITY_INLET速度入口 边界条件，输入名称为inlet
Elements中，包括Quad（四边形），Tri（三角形）， 和Quad/Tri（四边形/三角形混合）
Type中，包括Map（映射成结构化网格）、Submap （分块/区映射结构化网格）、Pave（平铺成非结构 化网格）和Tri Primitive（将一个三角形区域分解为三 个四边形区域再划分结构化网格）。
设置求解器格式、选择计算 模型、设置运行环境、设置 材料特性、设置边界条件
对网格模型进行检查、修改
导入、导出文件，保存分析结果
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2：文件导入和网格操作 （1）读入网格文件 （2）检查网格文件
（3）设置计算区域尺寸 （4）显示网格
点击File/Read/Case，读入 expand.msh网格文件。
（3）设置计算区域尺寸 （4）显示网格
点击Grid/Check 网格信息 Domain Extents：计算域大小 minimum volume：最小的网格
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§7 FLUENT软件应用简介
Institute of Process System Engineering
利用GAMBIT建立计算区域和指定 边界条件类型
1：文件的创建及求解器的选择 2：创建控制点 3：创建边 4：创建面 5：划分网格
6：边界条件类型的指定 7：mesh网格文件的输出
Global域内，在x、y、z坐 标处创建控制点
控制点的名称，若系统自 动命名，则为Vertex.*
点击创建控制点 11
2：创建控制点
In利stit用uteGoAf PMroBceIsTs建Sys立tem计En算gin区ee域ring和指定 边界条件类型
点击，查看各个控制点的名称
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7：mesh网格文件的输出
In利stit用uteGoAf PMroBceIsTs建Sys立tem计En算gin区ee域ring和指定 边界条件类型
选择File/Export/Mesh，打开输出文件对话框。 选中复选框Export 2-D(X-Y) Mesh，输入文件名。点击Accept。 通过观察Transcript窗口，确定保存网格文件成功。 最后，保存任务文件，退出GAMBIT。
§7 FLUENT软件应用简介
Institute of Process System Engineering
利用FLUNENT解决某一工程问题时，需要详细考虑的问题：
① 确定计算目标。预期获得怎样的结果？（速度场、温度场、气动力等），获 得结果需要的时间要求？需要得到怎样的精度？
② 选择计算模型。问题能否简化？（如三维问题简化成二维或轴对称问题）， 如何界定计算区域？边界条件怎样？各个边界信息是否充分？选择怎样的网 络拓扑结构更适合？这些问题将决定计算模型的选用。
利用FLUENT求解器求解
1：FLUENT求解器的选择 2：文件导入和网格操作
3：选择计算模型 4：定义流体的物理性质
5：设置边界条件 6：求解方法的设置及其控制
7：计算结果显示
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1：FLUENT求解器的选择
Institute利of P用roFceLsUs SEyNstTem求E解ngi器nee求rin解g
右侧的出口边edge.5，选择OUTFLOW充分发展边界条 件，输入名称为outlet
轴对称线edge.6，选择AXIS轴对称边界条件，输入名 称为axial
其他边edge.2、edge.3、edge.4，选择WALL边界条件， 自动生成名称
edge.1
edge.6
edge.5
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1. 菜单栏
In利stit用uteGoAf PMroBceIsTs建Sys立tem计En算gin区ee域ring和指定 边界条件类型
3. 绘图工 具面板
俯视图 正视图
2. 图形窗口
三维视图 侧视图
6. 命令记 录窗口
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5. 文本命令窗口
7. 控件解 释窗口
4. 视图控 制面板
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1：文件的创建及求解器的选择 （1）启动GAMBIT软件 （2）建立新文件 （3）选择求解器
突然扩张圆管示意图
如右图所示
管长和台阶高度的比值为15 ∴ 可以认为出口已经是充分发展的流动
入口水流速度 0.1m/s
常温下密度 1000kg/m3
粘性
0.001kg/(m·s)
������������������ ������������������������ × ������. ������ × ������. ������
Institute利of P用roFceLsUs SEyNstTem求E解ngi器nee求rin解g
单击Run，启动FLUENT求解器，出现FLUENT的操作界面。
对网格、计算中间过程、计算结果、 相关报表等信息进行显示和查询
对网格进行自适应设置和调整
调整用于控制求解的有关参数、 初始化流场、启动求解过程
In利stit用uteGoAf PMroBceIsTs建Sys立tem计En算gin区ee域ring和指定 边界条件类型
选择File/New，弹出Create New Session ID：输入expand为GAMBIT要创建的文件名 Title：文件描述 选中“Save current session”复选框，才可创 建新文件
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1：文件的创建及求解器的选择 （1）启动GAMBIT软件 （2）建立新文件 （3）选择求解器
In利stit用uteGoAf PMroBceIsTs建Sys立tem计En算gin区ee域ring和指定 边界条件类型
GAMBIT是一个比较通用的前处理器，可以 为多种软件进行建模。 因此，系统有多种求解器类型供选择。 选择FLUENT 5/6作为求解器。
13
4：创建面
In利stit用uteGoAf PMroBceIsTs建Sys立tem计En算gin区ee域ring和指定 边界条件类型
选择Operation/Geometry/Face，创建Create Face Wireframe表单。 选择所有的边。 点击Apply，图形变为蓝色。可以看到，Transcript窗口更新了操作信息。
运行fluent6.3.13，出现FLUENT求解器版本的选择窗口。
2d：二维、单精度求解器 2ddp：二维、双精度求解器 3d：三维、单精度求解器 3ddp：三维、双精度求解器
本例是轴对称突扩流动的二维问题，且对解的精度要求不高， 因此选择2d求解器。
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1：FLUENT求解器的选择
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2：创建控制点
In利stit用uteGoAf PMroBceIsTs建Sys立tem计En算gin区ee域ring和指定 边界条件类型
依次创建6个点（0,0,0）（0,0.1,0） （0.5,0.1,0）（0.5,0.2,0）（2,0.2,0）（2,0,0）
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利用FLUENT求解器求解
1：FLUENT求解器的选择 2：文件导入和网格操作
3：选择计算模型 4：定义流体的物理性质
5：设置边界条件 6：求解方法的设置及其控制
7：计算结果显示
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Institute of Process System Engineering
GAMBIT
Geometry And Mesh Building Intelligent Tool
在FLUENT的控制台窗口，可 以看到一些网格文件的基本 信息，包括网格节点个数、 边界条件等。
本例中，还有一个警告信息， 提示将问题修改为轴对称问 题。
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Institute利of P用roFceLsUs SEyNstTem求E解ngi器nee求rin解g
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2：文件导入和网格操作 （1）读入网格文件 （2）检查网格文件
③ 确定物理模型。无粘度或有粘度？层流或湍流？定常或非定常？可压缩流动 或不可压缩流动？
④ 确定解的程序。是否使用默认解的格式与参数值？采用哪种求解格式可以加 速收敛？估计得到收敛解需要的时间？是否需要选择高阶格式？
⑤ 分析改进计算。根据获得的收敛结果，分析流型是否正确？关键的物理现象 模拟是否正确？力、力矩、流量、温度等与实验值比较是否满足模拟精度要 求，是否需要做模型上的改进？计算域是否需要扩大？边界层是否需要加密 网格？……
������������ = ������ =
������. ������������������
= ������������������������������
y O R = 0.1 m
0.5 m
R = 0.2
m
x
1.5 m
流体计算区域示意图
流动为湍流 边界条件：入口—速度入口
出口—充分发展条件 其他壁面—对称轴边界条件。
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问题描述
Institute of Process System Engineering
一个圆形的突然扩张管道，假设工质为水 模拟目的：利用FLUENT模拟水流在管道中的速度场 定常、不可压缩流动问题，不考虑传热。
圆截面管道，不考虑重力 ∴ 该三维流体可以简化为二维轴对称流动问题
边界类型指定
1：文件的创建及求解器的选择 （1）启动GAMBIT软件 （2）建立新文件 （3）选择求解器
In利stit用uteGoAf PMroBceIsTs建Sys立tem计En算gin区ee域ring和指定 边界条件类型
工作目录Working Directory：设定为F:\example\1
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§7 FLUENT软件应用简介
Institute of Process System Engineering
利用GAMBIT建立计算区域和指定 边界条件类型
1：文件的创建及求解器的选择 2：创建控制点 3：创建边 4：创建面 5：划分网格
6：边界条件类型的指定 7：mesh网格文件的输出
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1：文件的创建及求解器的选择 （1）启动GAMBIT软件 （2）建立新文件 （3）选择求解器
启动 GAMBIT窗口
In利stit用uteGoAf PMroBceIsTs建Sys立tem计En算gin区ee域ring和指定 边界条件类型
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GAMBIT的窗口布局，包括7个部分：
Available中选择vertex.1和vertex.2，点击 ---->。关闭Vertex List窗口，点击 Apply，可以在图形窗口看到vertex.1和vertex.2被连接成直线。 或在图上直接点击2个控制点，再点击Apply，画出连接线。 其他线段以此类推。
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3：创建边
In利stit用uteGoAf PMroBceIsTs建Sys立tem计En算gin区ee域ring和指定 边界条件类型
选择Operation/Geometry/Edge，打开Create Straight Edge表单。 单击Create Straight Edge表单中向上的箭头 ，出现Vertex List窗口，在
面向CFD的专业前处理器软件
几何建模和输入 直接建立点、线、面、体几何 从主流的CAD/CAE系统，如PRO/E、UGII、IDEAS、CATIA、 SOLIDWORKS、ANSYS、PATRAN导入几何（STEP, Parasolid, IGES ）
针对所有的FLUENT求解器的网格生成 结构化和非结构化网格 网格质量检查
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5：划分网格
In利stit用uteGoAf PMroBceIsTs建Sys立tem计En算gin区ee域ring和指定 边界条件类型
选择Operation/Leabharlann Baiduesh/Face，打开Mesh Faces对话框。
选择face.1，在Spacing中输入0.01，选择Interval Size。
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6：边界条件类型的指定
In利stit用uteGoAf PMroBceIsTs建Sys立tem计En算gin区ee域ring和指定 边界条件类型
选择Operation/Zones，打开Specify Boundary Types。
左侧的入口边edge.1，选择VELOCITY_INLET速度入口 边界条件，输入名称为inlet
Elements中，包括Quad（四边形），Tri（三角形）， 和Quad/Tri（四边形/三角形混合）
Type中，包括Map（映射成结构化网格）、Submap （分块/区映射结构化网格）、Pave（平铺成非结构 化网格）和Tri Primitive（将一个三角形区域分解为三 个四边形区域再划分结构化网格）。
设置求解器格式、选择计算 模型、设置运行环境、设置 材料特性、设置边界条件
对网格模型进行检查、修改
导入、导出文件，保存分析结果
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2：文件导入和网格操作 （1）读入网格文件 （2）检查网格文件
（3）设置计算区域尺寸 （4）显示网格
点击File/Read/Case，读入 expand.msh网格文件。
（3）设置计算区域尺寸 （4）显示网格
点击Grid/Check 网格信息 Domain Extents：计算域大小 minimum volume：最小的网格
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§7 FLUENT软件应用简介
Institute of Process System Engineering
利用GAMBIT建立计算区域和指定 边界条件类型
1：文件的创建及求解器的选择 2：创建控制点 3：创建边 4：创建面 5：划分网格
6：边界条件类型的指定 7：mesh网格文件的输出
Global域内，在x、y、z坐 标处创建控制点
控制点的名称，若系统自 动命名，则为Vertex.*
点击创建控制点 11
2：创建控制点
In利stit用uteGoAf PMroBceIsTs建Sys立tem计En算gin区ee域ring和指定 边界条件类型
点击，查看各个控制点的名称
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7：mesh网格文件的输出
In利stit用uteGoAf PMroBceIsTs建Sys立tem计En算gin区ee域ring和指定 边界条件类型
选择File/Export/Mesh，打开输出文件对话框。 选中复选框Export 2-D(X-Y) Mesh，输入文件名。点击Accept。 通过观察Transcript窗口，确定保存网格文件成功。 最后，保存任务文件，退出GAMBIT。
§7 FLUENT软件应用简介
Institute of Process System Engineering
利用FLUNENT解决某一工程问题时，需要详细考虑的问题：
① 确定计算目标。预期获得怎样的结果？（速度场、温度场、气动力等），获 得结果需要的时间要求？需要得到怎样的精度？
② 选择计算模型。问题能否简化？（如三维问题简化成二维或轴对称问题）， 如何界定计算区域？边界条件怎样？各个边界信息是否充分？选择怎样的网 络拓扑结构更适合？这些问题将决定计算模型的选用。
利用FLUENT求解器求解
1：FLUENT求解器的选择 2：文件导入和网格操作
3：选择计算模型 4：定义流体的物理性质
5：设置边界条件 6：求解方法的设置及其控制
7：计算结果显示
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1：FLUENT求解器的选择
Institute利of P用roFceLsUs SEyNstTem求E解ngi器nee求rin解g
右侧的出口边edge.5，选择OUTFLOW充分发展边界条 件，输入名称为outlet
轴对称线edge.6，选择AXIS轴对称边界条件，输入名 称为axial
其他边edge.2、edge.3、edge.4，选择WALL边界条件， 自动生成名称
edge.1
edge.6
edge.5
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1. 菜单栏
In利stit用uteGoAf PMroBceIsTs建Sys立tem计En算gin区ee域ring和指定 边界条件类型
3. 绘图工 具面板
俯视图 正视图
2. 图形窗口
三维视图 侧视图
6. 命令记 录窗口
2020/1/21
5. 文本命令窗口
7. 控件解 释窗口
4. 视图控 制面板
8
1：文件的创建及求解器的选择 （1）启动GAMBIT软件 （2）建立新文件 （3）选择求解器
突然扩张圆管示意图
如右图所示
管长和台阶高度的比值为15 ∴ 可以认为出口已经是充分发展的流动
入口水流速度 0.1m/s
常温下密度 1000kg/m3
粘性
0.001kg/(m·s)
������������������ ������������������������ × ������. ������ × ������. ������
Institute利of P用roFceLsUs SEyNstTem求E解ngi器nee求rin解g
单击Run，启动FLUENT求解器，出现FLUENT的操作界面。
对网格、计算中间过程、计算结果、 相关报表等信息进行显示和查询
对网格进行自适应设置和调整
调整用于控制求解的有关参数、 初始化流场、启动求解过程
In利stit用uteGoAf PMroBceIsTs建Sys立tem计En算gin区ee域ring和指定 边界条件类型
选择File/New，弹出Create New Session ID：输入expand为GAMBIT要创建的文件名 Title：文件描述 选中“Save current session”复选框，才可创 建新文件
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1：文件的创建及求解器的选择 （1）启动GAMBIT软件 （2）建立新文件 （3）选择求解器
In利stit用uteGoAf PMroBceIsTs建Sys立tem计En算gin区ee域ring和指定 边界条件类型
GAMBIT是一个比较通用的前处理器，可以 为多种软件进行建模。 因此，系统有多种求解器类型供选择。 选择FLUENT 5/6作为求解器。
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4：创建面
In利stit用uteGoAf PMroBceIsTs建Sys立tem计En算gin区ee域ring和指定 边界条件类型
选择Operation/Geometry/Face，创建Create Face Wireframe表单。 选择所有的边。 点击Apply，图形变为蓝色。可以看到，Transcript窗口更新了操作信息。
运行fluent6.3.13，出现FLUENT求解器版本的选择窗口。
2d：二维、单精度求解器 2ddp：二维、双精度求解器 3d：三维、单精度求解器 3ddp：三维、双精度求解器
本例是轴对称突扩流动的二维问题，且对解的精度要求不高， 因此选择2d求解器。
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1：FLUENT求解器的选择
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2：创建控制点
In利stit用uteGoAf PMroBceIsTs建Sys立tem计En算gin区ee域ring和指定 边界条件类型
依次创建6个点（0,0,0）（0,0.1,0） （0.5,0.1,0）（0.5,0.2,0）（2,0.2,0）（2,0,0）
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利用FLUENT求解器求解
1：FLUENT求解器的选择 2：文件导入和网格操作
3：选择计算模型 4：定义流体的物理性质
5：设置边界条件 6：求解方法的设置及其控制
7：计算结果显示
2020/1/21
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Institute of Process System Engineering
GAMBIT
Geometry And Mesh Building Intelligent Tool
在FLUENT的控制台窗口，可 以看到一些网格文件的基本 信息，包括网格节点个数、 边界条件等。
本例中，还有一个警告信息， 提示将问题修改为轴对称问 题。
2020/1/21
Institute利of P用roFceLsUs SEyNstTem求E解ngi器nee求rin解g
21
2：文件导入和网格操作 （1）读入网格文件 （2）检查网格文件
③ 确定物理模型。无粘度或有粘度？层流或湍流？定常或非定常？可压缩流动 或不可压缩流动？
④ 确定解的程序。是否使用默认解的格式与参数值？采用哪种求解格式可以加 速收敛？估计得到收敛解需要的时间？是否需要选择高阶格式？
⑤ 分析改进计算。根据获得的收敛结果，分析流型是否正确？关键的物理现象 模拟是否正确？力、力矩、流量、温度等与实验值比较是否满足模拟精度要 求，是否需要做模型上的改进？计算域是否需要扩大？边界层是否需要加密 网格？……
������������ = ������ =
������. ������������������
= ������������������������������
y O R = 0.1 m
0.5 m
R = 0.2
m
x
1.5 m
流体计算区域示意图
流动为湍流 边界条件：入口—速度入口
出口—充分发展条件 其他壁面—对称轴边界条件。
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问题描述
Institute of Process System Engineering
一个圆形的突然扩张管道，假设工质为水 模拟目的：利用FLUENT模拟水流在管道中的速度场 定常、不可压缩流动问题，不考虑传热。
圆截面管道，不考虑重力 ∴ 该三维流体可以简化为二维轴对称流动问题
边界类型指定
1：文件的创建及求解器的选择 （1）启动GAMBIT软件 （2）建立新文件 （3）选择求解器
In利stit用uteGoAf PMroBceIsTs建Sys立tem计En算gin区ee域ring和指定 边界条件类型
工作目录Working Directory：设定为F:\example\1
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§7 FLUENT软件应用简介
Institute of Process System Engineering
利用GAMBIT建立计算区域和指定 边界条件类型
1：文件的创建及求解器的选择 2：创建控制点 3：创建边 4：创建面 5：划分网格
6：边界条件类型的指定 7：mesh网格文件的输出
2020/1/21
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1：文件的创建及求解器的选择 （1）启动GAMBIT软件 （2）建立新文件 （3）选择求解器
启动 GAMBIT窗口
In利stit用uteGoAf PMroBceIsTs建Sys立tem计En算gin区ee域ring和指定 边界条件类型
2020/1/21
7
GAMBIT的窗口布局，包括7个部分：
Available中选择vertex.1和vertex.2，点击 ---->。关闭Vertex List窗口，点击 Apply，可以在图形窗口看到vertex.1和vertex.2被连接成直线。 或在图上直接点击2个控制点，再点击Apply，画出连接线。 其他线段以此类推。
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3：创建边
In利stit用uteGoAf PMroBceIsTs建Sys立tem计En算gin区ee域ring和指定 边界条件类型
选择Operation/Geometry/Edge，打开Create Straight Edge表单。 单击Create Straight Edge表单中向上的箭头 ，出现Vertex List窗口，在
面向CFD的专业前处理器软件
几何建模和输入 直接建立点、线、面、体几何 从主流的CAD/CAE系统，如PRO/E、UGII、IDEAS、CATIA、 SOLIDWORKS、ANSYS、PATRAN导入几何（STEP, Parasolid, IGES ）
针对所有的FLUENT求解器的网格生成 结构化和非结构化网格 网格质量检查
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5：划分网格
In利stit用uteGoAf PMroBceIsTs建Sys立tem计En算gin区ee域ring和指定 边界条件类型
选择Operation/Leabharlann Baiduesh/Face，打开Mesh Faces对话框。
选择face.1，在Spacing中输入0.01，选择Interval Size。