Fluent6.3_入门基础培训

离散格式（3）
对流项的插值方法有:
– First-Order Upwind – 易收敛，一阶精度 – Power Law –对低雷诺数流动 ( Recell < 5 )比一阶格式更精确
5. 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。
软件结构及常用文件类型（2）
GAMBIT 设置几何形状 生成2D或3D网格
几何形状或 网格 其它软件包， 如CAD，CAE等
导热与对流换热耦合问题；
辐射Biblioteka Baidu热； 惯性坐标系和非惯性坐标系下的流动问题模拟；
基本功能（2）
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；
基本概念（6）
有旋流动和无旋流动：有旋流动是指流场中各处的旋度(流体微 团的旋转角速度)不等于零的流动，无旋流动是指流场中各处的 旋度都为零的流动。
流体运动是有旋流动还是无旋流动，取决于流体微团是否有旋 转运动，与流体微团的运动轨迹无关。流体流动中，如果考虑 粘性，由于存在摩擦力，这时流动为有旋流动：如果粘性可以 忽略，而流体本身又是无旋流，这时流动为无旋流动。
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。
软件结构及常用文件类型（1）
FLUENT包应该包括以下几个部分： 1. FLUENT解法器 2. prePDF，用于模拟PDF燃烧过程 3. GAMBIT，网格生成 4. TGrid，额外的处理器，用于从现有的边界网格生成体网格。
4. 设置初始环境；
5. 设置完初始环境之后，把时间调整过来，重启电脑！
基本概念（1）
理想与实际流体：根据是否考虑流体的粘性，可将流体分为理 想流体和实际流体。 可压缩流体与不可压缩流体：根据流体压缩性的大小，可将流 体分为可压缩流体与不可压缩流体。密度随压强变化大且不可 视为常数的为可压缩流体，反之，称为不可压缩流体。 正常情况下，液体和低速气体（<50m/s）可视为不可压缩流体。 牛顿流体和非牛顿流体：根据流体是否满足牛顿内摩擦定律， 可将流体分为牛顿流体和非牛顿流体。符合牛顿内摩擦定律， 也就是切应力与速度梯度成正比的流体为牛顿流体。 水、酒精等大多数纯液体、轻质油、低分子化合物溶液以及低 速流动的气体等均为牛顿流体； 非牛顿流体：油漆、稀润滑脂、高分子溶液、乳化液、淀粉糊、 石灰浆、牛奶、牙膏、血液、泥浆等。
离散格式（1）
在对指定问题进行CFD计算之前，首先要将计算区域离散化， 即对空间上连续的计算区域进行划分，把它划分成许多个子区 域，并确定每个区域中的节点，从而生成网格。然后将控制方 程在网格上离散，即将偏微分方程格式的控制方程转化为各个 节点上的代数方程组，然后求解离散方程组，得到各个节点上 的解。
.dat文件： FLUENT计算数据结果的数据文件。
安装方法
Fluent最初只支持UNIX操作系统，面向高端用户。随着Windows 的普及，Fluent也开始支持Windows系统。但其前处理软件 Gambit仍然需要在UNIX系统下运行。所以在安装Gambit前，要安 装一个模拟UNIX系统的软件Exceed。
Fluent 基础
主要内容
发展历史
基本功能 软件结构及常用文件类型 安装方法（基于6.3版本） 基本概念 求解器的选择
离散格式
初始化 边界条件的设定
可用的参考资料
发展历史
1975年 谢菲尔德大学（UK）开发了Tempest 1983年 美国的流体技术服务公司creature推出fluent 1988年 Fluent Inc.成立 1995年 收购最大对手FDI公司（ FIDAP ） 1997年 收购Polyflow公司（粘弹性和聚合物流动模拟）
例如，均匀气流流过平板，在紧靠壁面的附面层内，需要考虑 粘性影响，因此，附面层内为有旋流动，附面层外的流动，就 性可以忽略，为无旋流动。
求解器选择（1）
FLUENT求解器： (1)FLUENT 2d ——二维单精度求解器； (2)FLUENT 3d ——三维单精度求解器： (3)FLUENT 2ddp ——二维双精度求解器； (4)FLUENT 3ddp ——三维双精度求解器。
prePDF PDF查表
2D或3D网格
FLUENT 网格输入及调整 物理模型 边界条件 流体物性确定 计算 结果后处理
边 界 网 格
PDF程序
网格
体边 网界 格和 （ 或 ） TGrid 2D三角网格 3D四面体网格 2D和3D混合网格
基本程序结构示意图
软件结构及常用文件类型（3）
FLUENT软件文件类型： .jou文件：日志文档，可以编辑运行。 .dbs文件：Gambit工作文件，若想修改网格， 可以打开进行再 编辑, 可以打开进行再编辑。 .msh文件：Gambit输出的网格文件。 .cas文件：.msh文件经过Fluent处理后得到的文件。
基本概念（4）
亚音速流动与超音速流动：当气流速度很大，或者流场压力变 化很大时，流体就受到了压缩性的影响。 马赫数是流体速度与当地音速之比值，而音速在不同高度、温 度等状态下又有不同数值，因此无法将 Ma的数值换算为固定的 km/hr 或 mph 等单位。 Ma<1时，为亚音速流动； Ma<<1时，流体的可压缩性及压力脉动对密度变化影响都 可以忽略; Ma≈1时候（跨音速），可压缩性影响就显得十分重要了； Ma >1，超音速流动。
节点之间的近似解，一般认为光滑变化，原则上可以应用插值 方法确定，从而得到整个计算域上的近似解。
这种插值方式被称为离散格式（discrezitation scheme）
离散格式（2）
离散格式 中心差分 一阶迎风 二阶迎风 混合格式 指数格式 QUICK 格式 改进的 QUICK 格式 稳定性及稳定条件 条件稳定 Pe≤2 绝对稳定 绝对稳定 绝对稳定 绝对稳定 条件稳定 Pe≤8/3 绝对稳定 精度与经济性 在不发生振荡的参数范围内，可以获得校准确的结果。 虽然可以获得物理上可接受的解，但当 Pe 数较大时，假 扩散较严重。为避免此问题，常需要加密计算网格。 精度较一阶迎风高，但仍有假扩散问题。 当 Pe≤2 时，性能与中心差分格式相同。当 Pe>2 时，性 能与一阶迎风格式相同。 主要适用于无源项的对流扩散问题，对有非常数源项的 场合，当 Pe 数较高时有较大误差。 可以减少假扩散误差，精度较高，应用较广泛，但主要 用于六面体和四边形网格。 性能同标准 QUICK 格式，只是不存在稳定性问题。
基本概念（2）
层流和湍流：层流是流体运动规则，各部分分层流动互不掺混， 质点的轨线是光滑的，而且流动稳定。湍流的特征则完全相反， 流体运动极不规则，各部分激烈掺混，质点的轨线杂乱无章， 而且流场极不稳定。这两种截然不同的运动形态在一定条件下 可以相互转化。
可用雷诺数进行判定。雷诺数是流体惯性力与黏性力比值的量 度，它是一个无量纲量。 雷诺数较小时，黏滞力对流场的影响大于惯性力，流场中流速 的扰动会因黏滞力而衰减，流体流动稳定，为层流；反之，若 雷诺数较大时，惯性力对流场的影响大于黏滞力，流体流动较 不稳定，流速的微小变化容易发展、增强，形成紊乱、不规则 的紊流流场。
基本概念（5）
热传导及扩散：当流体中存在温度差时，温度高的地方将向温 度低的地方传送热量，这种现象称为热传导。同样地，当流体 混合物中存在组元的浓度差时，浓度高的地方将向浓度低的地 方输送该组元的物质，这种现象称为扩散。 理想流体忽略了粘性，即忽略了分子运动的动量输运性质，因 此在理想流体中也不应考虑质量和能量输运性质——扩散和热 传导，因为它们具有相同的微观机制。
用哪种压力梯度来计算 控制方程中的导数项。
求解器选择（3）
压力基求解器通过连续性方程和动量方程导出压力方程或压力修 正方程 压力-速度耦合方程求解算法 – Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations (SIMPLE)
• 默认算法，稳健性好
求解器选择（2）
FLUENT中有两种求解器 – 压力 基和密度基。 压力基求解器以动量和压力为基 本变量 –通过连续性方程导出压力和 速度的耦合算法 –只采用隐式方式对控制方程 进行线性化 压力基求解器有两种算法 –分离求解器 – 压力修正和 动量方程顺序求解。 –耦合求解器(PBCS)–压力和 动量方程同时求解
标准 k-ω 模型
SST k-ω 模型
RSM 模型 LES 模型
求解器选择（7）
压力基求解器应用范围覆盖从低压不可压缩流到高速压缩流 –需要的内存少 –求解过程灵活 压力基耦合求解器 (PBCS) 适用于大多数单相流，比分离求解器性能 更好 –不能用于多相流（欧拉）、周期质量流和 NITA –比分离求解器多用1.5–2倍内存 密度基耦合求解器 (DBCS)适用于密度、能量、动量、组分间强耦合的 现象 –例如: 伴有燃烧的高速可压缩流动，超高音速流动、激波干扰 隐式方法一般优于显式，因为其对时间步有严格的限制 显式方法一般用于流动时间尺度和声学时间尺度相当的情况（如高马 赫激波的传播）
2006年 被ANSYS收购
在被ANSYS收购后为6.3版本 2009年6月发布12.0版本
2010年底发布13.0版本
2011年底发布14.0版本
基本功能（1）
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； 牛顿流体及非牛顿流体； 对流换热问题（包括自然对流和混合对流）；
密度基耦合求解器
–以矢量方式求解连续性方程、动量 方程、能量方程和组分方程
–通过状态方程得到压力
DBCS 可以显式或隐式方式求解
–隐式: 使用高斯赛德尔方法求 解所有变量
–显式: 用多步龙格库塔显式时 间积分法。
–其他标量方程按照分离方式求解
求解器选择（5）
求解器选择（6）
模型 S-A 模型 k-ε 模型 标准 重整化 可实现 特点及适用范围 大网格低成本湍流模型，适用于模拟中等复杂的内流和外 流以及压力梯度下的边界层流动 优缺点明确，适用于初始迭代、设计选型和参数研究 适用于涉及快速应变、中等涡和局部转捩的复杂剪切流动 计算精度高于重整化 k-ε 模型 在模拟近壁面边界层、自由剪切和低雷诺数流动时性能更 好。可以用于模拟转捩和逆压梯度下的边界层分离(空气动 力学中的外流模拟和旋转机械) 与标准 k-ω 模型性能类似，对壁面距离的依赖使得它不适 合于模拟自由剪切流动。 基于雷诺平均的湍流模型，避免各向同性涡粘性假设，需 要较多的 CPU 时间和内存消耗，适用于模拟强漩涡流等复 杂三维流动 适用于模拟瞬态的大尺度涡
基本概念（3）
定常流动和非定常流动：以时间为标准，根据流体流动的物理 量（如速度、压力、温度等）是否随时间变化，将流动分为定 常与非定常两大类。当流动的物理量不随时间变化，为定常流 动；反之称为非定常流动。 许多流体机械在起动或关机时的流体流动一般是非定常流动， 而正常运转时可看作是定常流动。
– SIMPLE-Consistent (SIMPLEC) • 对简单问题，收敛更快， 如层流 – Pressure-Implicit with Splitting of Operators (PISO) • 对非稳态流动或者高扭曲 度网格有用 – Coupled • 压力基耦合求解器
求解器选择（4）
基于Fluent6.3的软件安装及破解方法：
1. 安装之前，时间调整到2005年；
2. 先装exceed（安装文件在X:\Exceed.v9.0\Exceed\SET UP），再装 gambit，最后装fluent；
3. 按照提示，复制相应的许可证license到fluent和gambit的目录里；