FLUENT中的求解器、算法和离散方法 作为一个非科班出身的CFD工程师，一开始常常被CFD软件里各种概念搞的晕头转向。最近终于静下心来看了看CFD理论的书，理清了一些概念。就此写一遍博文，顺便整理一下所学内容。 I 求解器： FLUENT中求解器的选择在如下图所示界面中设置： FLUENT中的求解器主要是按照是否联立求解各控制方程来区分的，详见下图：
II 算法： 算法是求解时的策略，即按照什么样的方式和步骤进行求解。FLUENT中算法的选择在如下图所示的界面中设置：
这里简单介绍一下SIMPLE、SIMPLEC、PISO等算法的基本思想和适用范围。 SIMPLE算法：基本思想如前面讲求解器的那张图中解释分离式求解器的例子所示的一样，这里再贴一遍： 1.假设初始压力场分布。 2.利用压力场求解动量方程，得到速度场。 3.利用速度场求解连续性方程，使压力场得到修正。 4.根据需要，求解湍流方程及其他方程 5.判断但前计算是否收敛。若不收敛，返回第二步。 简单说来，SIMPLE算法就是分两步走：第一步预测，第二步修正，即预测－修正。 SIMPLC算法：是对SIMPLE算法的一种改进，其计算步骤与SIMPLE算法相同，只是压力修正项中的一些系数不同，可以加快迭代过程的收敛。 PISO算法：比SIMPLE算法增加了一个修正步，即分三步：第一步预测，第二步修正得到一个修正的场分布，第三步在第二步基础上在进行一侧修正。即预测－修正－修正。PISO算法在求解瞬态问题时有明显优势。对于稳态问题可能SIMPLE 或SIMPLEC更合适。 如果你实在不知道该如何选择，就保持FLUENT的默认选项好了。因为默认选项可以很好解决70％以上的问题，而且对于大部分出了问题的计算来说，也很少是因为算法选择不恰当所致。 III 离散方法： 离散方法是指按照什么样的方式将控制方程在网格节点离散，即将偏微分格式的控制方程转化为各节点上的代数方程组。FLUENT中离散方法的选择在如下图所示的界面中设置：
利用FLUENT 3D求解器求解 一、在FLUENT中读入网格文件，检查网格并定义长度单位 1、启动FLUENT，进入3D模式 操作：开始→程序→FLUENT→3d→Run，进入FLUENT。 2、读入网格文件 操作：File→Read→Case，选择在Gambit中绘制的网格文件.msh文件，点击OK完成数据读入。 3、调整网格尺寸比例 操作：Grid→Scale 打开“Scale Grid”对话框 （1）在Units Conversion 下的Grid Was Created In 右侧列表中选择合适的单位如：cm （在gambit中一般是以m为单位，要转化成fluent对应的单位cm）； （2）点击Change length Units: 此时左侧的Scale Factors下的X，Y，Z项都变为0.01。 （3）点击下边的Scale按钮：此时，Domain Extents下的单位由m变成cm；并给出区域的范围； （4）点击Close关闭对话框。 4、检查网格 操作：Grid→Check Fluent会对网格进行各种检查并在信息反馈窗口显示检查过程和结果，其中要注意保持最小体积为正值。 5、显示网格 操作：Display→Grid 打开网格显示对话框后，点击Display。 注意：用鼠标右键点击边界线，则在信息反馈窗口内将显示此边界的类型等信息。也可用此方法检查任何内部节点和网格线的信息。 二、创建计算模型 1、设置求解器 操作：Define→Models→Solver （1）在Solver项选择Segregated； （2）在Formulation项选择Implicit； （3）在Space项选择3D； （4）在Time项选择Unsteady； （5）Velocity Formulation，Unsteady Formulation保持默认值； （6）点击OK。 2、定义多相流模型 操作：Define→Models→Multiphase （1）在Model项选择Volume of Fluid； （2）在Number of Phase下选2； （3）在VOF Scheme项选择Geo-Reconstruct，Courant Number保持默认值； （fluent6.3.26里边VOF Scheme选expicity。） 在Body Force Formulation项选择Implicit Body Force； （4）点击OK。 3 、设置标准的k﹣ε湍流模型 操作：Define→Models→Viscous
Fluent经典问题及解答 1 对于刚接触到FLUENT新手来说，面对铺天盖地的学习资料和令人难读的FLUENT help，如何学习才能在最短的时间内入门并掌握基本学习方法呢？(#61) 2 CFD计算中涉及到的流体及流动的基本概念和术语：理想流体和粘性流体；牛顿流体和非牛顿流体；可压缩流体和不可压缩流体；层流和湍流；定常流动和非定常流动；亚音速与超音速流动；热传导和扩散等。（13楼） 3 在数值模拟过程中，离散化的目的是什么？如何对计算区域进行离散化？离散化时通常使用哪些网格？如何对控制方程进行离散？离散化常用的方法有哪些？它们有什么不同？（#80） 4 常见离散格式的性能的对比（稳定性、精度和经济性）(#62) 5 在利用有限体积法建立离散方程时，必须遵守哪几个基本原则？（#81） 6 流场数值计算的目的是什么？主要方法有哪些？其基本思路是什么？各自的适用范围是什么？(#130) 7 可压缩流动和不可压缩流动，在数值解法上各有何特点？为何不可压缩流动在求解时反而比可压缩流动有更多的困难？（#55） 8 什么叫边界条件？有何物理意义？它与初始条件有什么关系？（#56） 9 在一个物理问题的多个边界上，如何协调各边界上的不同边界条件？在边界条件的组合问题上，有什么原则？ 10 在数值计算中，偏微分方程的双曲型方程、椭圆型方程、抛物型方程有什么区别？（#143） 11 在网格生成技术中，什么叫贴体坐标系？什么叫网格独立解？（#35） 12 在GAMBIT的foreground和background中，真实体和虚实体、实操作和虚操作四个之间是什么关系？ 13 在GAMBIT中显示的“check”主要通过哪几种来判断其网格的质量？及其在做网格时大致注意到哪些细节？（#38） 14 画网格时，网格类型和网格方法如何配合使用？各种方法有什么样的应用范围及做网格时需注意的问题？(#169) 15 对于自己的模型，大多数人有这样的想法：我的模型如何来画网格？用什么样的方法最简单？这样做网格到底对不对？(#154) 16 在两个面的交界线上如果出现网格间距不同的情况时，即两块网格不连续时，怎么样克服这种情况呢？（#40） 17 依据实体在GAMBIT建模之前简化时，必须遵循哪几个原则？(#170) 18 在设置GAMBIT边界层类型时需要注意的几个问题：a、没有定义的边界线如何处理？b、计算域内的内部边界如何处理（2D）？（#128） 19 为何在划分网格后，还要指定边界类型和区域类型？常用的边界类型和区域类型有哪些？（#127） 20 何为流体区域（fluid zone）和固体区域（solid zone）？为什么要使用区域的概念？FLUENT是怎样使用区域的？(#41) 21 如何监视FLUENT的计算结果？如何判断计算是否收敛？在FLUENT中收敛准则是如何定义的？分析计算收敛性的各控制参数，并说明如何选择和设置这些参数？解决不收敛问题通常的几个解决方法是什么？（9楼） 22 什么叫松弛因子？松弛因子对计算结果有什么样的影响？它对计算的收敛情况又有什么样的影响？（7楼）
一、基本设置 1．Double Precision的选择 启动设置如图，这里着重说说Double Precision（双精度）复选框，对于大多数情况，单精度求解器已能很好的满足精度要求，且计算量小，这里我们选择单精度。然而对于以下一些特定的问题，使用双精度求解器可能更有利[1]。 a.几何特征包含某些极端的尺度（如非常长且窄的管道），单精度求解器可能不能足够精确地表达各尺度方向的节点信息。 b.如果几何模型包含多个通过小直径管道相互连接的体，而某一个区域的压力特别大（因为用户只能设定一个总体的参考压力位置），此时，双精度求解器可能更能体现压差带来的流动（如渐缩渐扩管的无粘与可压缩流动模拟）。 c.对于某些高导热系数比或高宽纵比的网格，使用单精度求解器可能会遇到收敛性不佳或精确度不足不足的问题，此时，使用双精度求解器可能会有所帮助。 [1] 李鹏飞,徐敏义,王飞飞.精通CFD工程仿真与案例实战：FLUENT GAMBIT ICEM CFD Tecplot[M]. 北京,人民邮电出版社,2011:114-116
2．网格光顺化 用光滑和交换的方式改善网格：通过Mesh下的Smooth/Swap来实现，可用来提高网格质量，一般用于三角形或四边形网格，不过质量提高的效果一般般，影响较小，网格质量的提高主要还是在网格生成软件里面实现，所以这里不再用光滑和交换的方式改善网格，其原理可参考《FLUENT全攻略》（已下载）。 3．Pressure-based与Density-based 求解器设置如图。下面说一说Pressure-based和Density-based 的区别： Pressure-Based Solver是Fluent的优势，它是基于压力法的求解器，使用的是压力修正算法，求解的控制方程是标量形式的，擅长求解不可压缩流动，对于可压流动也可以求解；Fluent 6.3以前的版本求解器，只有Segregated Solver和Coupled Solver，其实也是Pressure-Based Solver的两种处理方法；
求解器的使用 FLUENT提供了三种不同的求解器 Segregated，coupled implicit，coupled explicit（显式格式主要用于激波等波动解的捕捉问题） 传统上，分离解法（segregated）主要用于不可压缩以及适度压缩的流动中。相反，耦合算法是为高速可压流体设计的。 默认情况下，fluent使用分离求解器。对于高速可压流体，与很强的体积力高度耦合的流动，或者是在非常精确的网格上求解流动情况，可以考虑使用耦合隐式算法代替。 对于需要使用耦合隐式算法（coupled implicit）的case，如果电脑没有足够的内存，可以使用分离解法（segregated）或者耦合显式算法（coupled explicit）代替。（显示算法节约内存，但是需要更多的计算步数达到收敛。） 选择离散格式 1.一阶迎风格式v.s. 二阶迎风格式 当流动与网格匹配（校准）时，一阶迎风格式是可以接受的。对于三角形和四面体网格，由于流动不会与网格匹配，通常使用二阶离散格式会得到更准确的结果。对于四边形/六面体网格，使用二阶离散格式会取得更好的结果，尤其是复杂的流动情况。对于大多数情况，可以在计算初始，使用二阶的离散格式。然而在一些情况下，可以开始使用一阶的离散格式然后在一些计算之后转变为二阶格式。例如，如果正在运行一个高马赫数的流动计算，这个的初始解与期望的解相差很大，最终，如果二阶离散格式很难收敛，应该尝试使用一阶离散格式。 2.Quick格式v.s. Upwind（Quick格式适用于网络结构，流动方向与网格一致，对于非结 构网格推荐使用二阶迎风） 对于在四边形或者六面体网格中的旋转或者回旋流，Quick离散格相比于二阶离散格式可以提供更准确的结果。对于存在震动的可压缩流动（网格为四边形，六面体或者混合网格），推荐对所有的变量使用Quick离散格式，包括密度。 3.中心差分格式v.s. 迎风格式 当使用LES湍流模型时，是可以使用中心差分格式的，并且只有当网格间距足够好，以至于局部的Peclet数的大小小于1时才可以使用。 4.power法则（power law）v.s. 迎风 power法则是可以使用的，但是总体上产生与一阶格式相同的准确度 选择压力离散格式 当使用分离式求解器时（segregated），可以使用多种压力离散格式。在大多数情况下，（默认的）标准的格式是可以接受的，但是一些类型的模型会在其他格式中取得更好的结果：对于包含大的体积力的问题，推荐使用体积力重量（body-force-weighted）格式。 对于包含高的漩涡数，高瑞利数的自然对流，高速的旋转流动，包含多孔介质的流动，在高度弯曲区域中的流动，使用PRESTO!格式 对于可压流，应使用二阶格式 当其他格式并不合适时，使用二阶格式以提高准确性。 选择密度离散格式（求解一个单相可压流动） 如果计算一个含有震动的可压流动时，一阶迎风格式可以平滑震动；对于这样的流动，应该使用二阶迎风或者Quick格式
蒸汽喷射器内的传热模拟 问题描述： 该问题为一个蒸汽喷射器的内部流动和热量交换问题。左侧进入的工作蒸汽12245Pa，下侧进入的引射流体压力为1360.5Pa，右侧出口的压力为6802.5Pa。该问题中所说的压力皆为相对压力，蒸汽皆为饱和水蒸汽。喷射器的结构如图1所示。 图1 喷射器结构图 在本例中将利用FLUENT-2D的非耦合、隐式求解器，针对在喷射器内的定常流动进行求解。在求解过程忠，还会利用FLUENT的网格优化功能对网格进行优化，使所得到的解更加可信。 本例涉及到： 一、利用GAMBIT建立喷射器计算模型 （1）在CAD中画出喷射器的图形 （2）将CAD图形输出为*.sat的文件格式 （3）用GAMBIT读入上面输出的*.sat文件 （4）对各条边定义网格节点的分布，在面上创建网格 （5）定义边界内型 （6）为FLUENT5/6输出网格文件 二、利用FLUENT-2D求解器进行求解 （1）读入网格文件 （2）确定长度单位：MM （3）确定流体材料及其物理属性 （4）确定边界类型 （5）计算初始化并设置监视器 （6）使用非耦合、隐式求解器求解 （7）利用图形显示方法观察流场与温度场
一、前处理——用CAD画出喷射器结构图并导入GAMBIT中 在CAD中按所给的尺寸画出喷射器的结构图，画完后输出为pensheqi.sat的文件（如图2所示）。 CAD中的操作：文件→输出…. 点击保存到你想保存到的文件夹中 图2 输出数据对话框 启动GAMBIT ，建立一个新的GAMBIT文件。 操作：File→NEW… 此时出现的窗口如图3所示。在ID右侧的文本框内填入：f:\文件夹名\pensheqi 点击Accept后，即建立了一个新的文件。
Model slover slover:求解器 Pressuere based: 基于压力 Density based：基于密度 Formulation:算法 implicit: 隐式算法 explicit：显式算法 space：选择空间属性 2D：二维空间 Axisymmetric：轴对称空间 Axisymmetric swirl：轴对称旋转空间 3D：三维空间 time：时间 steady:稳态 unsteady:非稳态 (~~~~~~~~~~~~~~~~~) velocity formulation：速度属性 absolute：绝对速度 relative：相对速度 Gradient option:梯度选项 Green-Gauss Cell-Based：格林－高斯基于单元体－默认方法；解有伪扩散（求解域的拖尾现象）。伪扩散是指在平流扩散方程数值解中因平流项有限差分的截断误差引起的虚假扩散。这是解方程欧拉型模式所特有的。其大小与所用的有限差分格式有关，有时甚至完全掩盖方程中其他扩散项的作用。为克服伪扩散，须采取特殊的技术措施和各种不同的差分格式。 Green-Gauss Node-Based：格林－高斯基于节点－更精确；最小化伪扩散；推荐用在三角网格上。 least-quares cell based：基于单元体的最小二乘法插值。推荐用于多面体网格，与基于节点的格林-高斯格式具有相同的 精度和格式。 porous formulation：选择多孔算法 superficial velocity：表面速度算法 physical velocity：物理速度算法 Multiphase Model:多相流模型 Volume of Fluid：VOF模型 Mixture：混合模型 Eulerian：欧拉模型 Energy：能量方程
Tutorial:Modeling Flow-Induced(Aeroacoustic)Noise Problems Using FLUENT Introduction This tutorial demonstrates how to model2D turbulent?ow across a circular cylinder using large eddy simulation(LES)and compute?ow-induced(aeroacoustic)noise using FLUENT’s acoustics model. You will learn how to: ?Perform a2D large eddy simulation. ?Set parameters for an aeroacoustic calculation. ?Save acoustic source data for an acoustic calculation. ?Postprocess aeroacoustic results. Prerequisites This tutorial assumes that you are familiar with the FLUENT interface and that you have a good understanding of basic setup and solution procedures.Some steps will not be shown explicitly. In this tutorial you will use the acoustics model.If you have not used this feature before,?rst read Chapter21,Predicting Aerodynamically Generated Noise,of the FLUENT6.2 User’s Guide
FLUENT求解器设置主要包括：1、压力-速度耦合方程格式选择2、对流插值3、梯度插值4、压力插值 下面对这几种设置做详细说明。 一、压力-速度耦合方程求解算法 FLUENT中主要有四种算法：SIMPLE，SIMPLEC，PISO，FSM (1)SIMPLE(semi-implicit method for pressure-linked equations)半隐式连接压力方程方法，是FLUENT的默认格式。 (2)SIMPLEC(SIMPLE-consistent)。对于简单的问题收敛非常快速，不对压力进行修正，所以压力松弛因子可以设置为1 (3)Pressure-Implicit with Splitting of Operators (PISO)。对非定常流动问题或者包含比平均网格倾斜度更高的网格适用 (4)Fractional Step Method (FSM)对非定常流的分步方法。用于NITA格式，与PISO具有相同的特性。 二、对流插值（动量方程） FLUENT有五种方法：一阶迎风格式、幂率格式、二阶迎风格式、MUSL三阶格式、QUICK格式 （1）FLUENT默认采用一阶格式。容易收敛，但精度较差，主要用于初值计算。 （2）Power Lar.幂率格式，当雷诺数低于5时，计算精度比一阶格式要高。 （3）二阶迎风格式。二阶迎风格式相对于一阶格式来说，使用更小的截断误差，适用于三角形、四面体网格或流动与网格不在同一直线上；二阶格式收敛可能比较慢。 （4）MUSL(monotone upstream-centered schemes for conservation laws).当地3阶离散格式。主要用于非结构网格，在预测二次流，漩涡，力等时更精确。 （5）QUICK（Quadratic upwind interpolation）格式。此格式用于四边形/六面体时具有三阶精度，用于杂交网格或三角形/四面体时只具有二阶精度。 三、梯度插值梯度插值主要是针对扩散项。 FLUENT有三种梯度插值方案：green-gauss cell-based，Green-gauss node-based，least-quares cell based. （1）格林-高斯基于单元体。求解方法可能会出现伪扩散。 （2）格林-高斯基于节点。求解更精确，最小化伪扩散，推荐用于三角形网格上 （3）基于单元体的最小二乘法插值。推荐用于多面体网格，与基于节点的格林-高斯格式具有相同的精度和格式。 四、压力插值压力基分离求解器主要有五种压力插值算法。 （1）标准格式（Standard)。为FLUENT缺省格式，对大表妹边界层附近的曲线发现压力梯度流动求解精度会降低（但不能用于流动中压力急剧变化的地方——此时应该使用PRESTO!格式代替） （2）PRESTO!主要用于高旋流，压力急剧变化流（如多孔介质、风扇模型等），或剧烈弯曲的区域。 （3）Linear（线性格式）。当其他选项导致收敛困难或出现非物理解时使用此格式。 （4）second order（二阶格式）。用于可压缩流动，不能用于多孔介质、阶跃、风扇、VOF/MIXTURE多相流。 （5）Body Force Weighted体积力。当体积力很大时，如高雷诺数自然对流或高回旋流动中采用此格式。
求解参数设置（Solution Methods/Solution Controls）： 在设置完计算模型和边界条件后，即可开始求解计算了，因为常会出现求解不收敛或者收敛速度很慢的情况，所以就要根据具体的模型制定具体的求解策略，主要通过修改求解参数来完成。在求解参数中主要设置求解的控制方程、选择压力速度耦合方法、松弛因子、离散格式等。 在VOF模型中，PISO比较适合于不复杂的流体，SIMPLE和SIMPLEC适合于可压缩的流体或者处于封闭域中的流体。 ? 求解的控制方程: 在求解参数设置中，可以选择所需要求解的 控制方程。可选择的方程包括Flow(流动方程)、 Turbulence(湍流方程)、Energy(能量方程)、 V olume Fraction(体积分数方程)等。在求解过程 中，有时为了得到收敛的解，先关闭一些方程， 等一些简单的方程收敛后，再开启复杂的方程 一起计算。 ? 选择压力速度耦合方法: 在基于压力求解器中，FLUENT提供了压力 速度耦合的4种方法，即SIMPLE、 SIMPLEC(SIMPLE．Consistent)、PISO以及 Coupled。定常状态计算一般使用SIMPLE或者 SIMPLEC方法，对于过渡计算推荐使用PISO 方法。PISO方法还可以用于高度倾斜网格的定 常状态计算和过渡计算。需要注意的是压力速 度耦合只用于分离求解器，在耦合求解器中不 可以使用。 在FLUENT中，可以使用标准SIMPLE算法和SIMPLEC算法，默认是SIMPLE算法，但对于许多问题如果使用SIMPLEC可能会得到更好的结果，尤其是可以应用增加的亚松弛迭代时。 对于相对简单的问题(如没有附加模型激活的层流流动)，其收敛性可以被压力速度耦合所限制，用户通常可以使用SIMPLEC算法很快得到收敛解。在SIMPLEC算法中，压力校正亚松弛因子通常设为1.0，它有助于收敛，但是，在有些问题中，将压力校正松弛因子增加到1.0可能会导致流动不稳定，对于这种情况，则需要使用更为保守的亚松弛或者使用SIMPLE 算法。对于包含湍流或附加物理模型的复杂流动，只要用压力速度耦合做限制，SIMPLEC 就会提高收敛性，它通常是一种限制收敛性的附加模拟参数，在这种情况下，SIMPLE和SIMPLEC会给出相似的收敛速度。 对于所有的过渡流动计算，推荐使用PISO算法邻近校正。它允许用户使用大的时间步，而且对于动量和压力都可以使用亚松弛因子1.0。对于定常状态问题，具有邻近校正的PISO 并不会比具有较好的亚松弛因子的SIMPLE或SIMPLEC好。对于具有较大扭曲网格上的定常状态和过渡计算推荐使用PISO倾斜校正。 当使用PISO邻近校正时，对所有方程都推荐使用亚松弛因子为1.0或者接近1.0。如果只对高度扭曲的网格使用PISO倾斜校正，则要设定动量和压力的亚松弛因子之和为1.0(例如，压力亚松弛因子0.3，动量亚松弛因子0.7)。
FLUENT求解器介绍 作者：Simwe 来源：发布时间：2011-07-25 Segregated Solver 该算法源于经典的SIMPLE算法。其适用范围为不可压缩流动和中等可压缩流动。这种算法不对Navier-Stokes方程联立求解，而是对动量方程进行压力修正。该算法是一种很成熟的算法，在应用上经过了很广泛的验证。这种方法拥有多种燃烧、化学反应及辐射、多相流模型与其配合，适用于汽车领域的CFD 模拟。 Coupled Explicit Solver 这种算法由Fluent公司与NASA联合开发，主要用来求解可压缩流动。该方法与SIMPLE算法不同，而是对整个Navier-Stokes方程组进行联立求解，空间离散采用通量差分分裂格式，时间离散采用多步Runge-Kutta格式，并采用了多重网格加速收敛技术。对于稳态计算，还采用了当地时间步长和隐式残差光顺技术。该算法稳定性好，内存占用小，应用极为广泛。 Coupled Implicit Solver 该算法是其它所有商用CFD软件都不具备的。该算法也对Navier-Stokes方程组进行联立求解，由于采用隐式格式，因而计算精度与收敛性要优于Coupled Explicit方法，但却占用较多的内存。该算法另一个突出的优点是可以求解全速度范围，即求解范围从低速流动到高速流动。 FLUENT求解方法的选择 ①非耦合求解；②耦合隐式求解；③耦合显式求解， 非耦合求解方法主要用于不可压缩或低马赫数压缩性流体的流动。耦合求解方法则可以用在高速可压缩流动。FLUENT默认设置是非耦合求解，但对于高速可压流动，或需要考虑体积力(浮力或离心力)的流动，求解问题时网格要比较密，建议采用耦合隐式求解方法求解能量和动量方程，可较快地得到收敛解。缺点是需要的内存比较大(是非耦合求解迭代时间的1.5-2.0倍)。如果必须要耦合求解，但机器内存不够时，可以考虑用耦合显式解法器求解问题。该解法器也耦合了动量，能量及组分方程，但内存却比隐式求解方法小。缺点是收敛时间比较长
压力基求解器 在压力基求解器中，控制方程是依次求解的。压力基求解器是从原来的分离式求解器发展来的，按顺序仪次求解动量方程、压力修正方程、能量方程和组分方程及其他标量方程，如湍流方程等，和之前不同的是，压力基求解器还增加了耦合算法，可以自由在分离求解和耦合求解之间转换，需要注意的是，在压力基求解器中提供的几个物理模型，在密度基求解器中是没有的。这些物理模型包括：流体体积模型(VOF)，多项混合模型，欧拉混合模型，PDF燃烧模型，预混合燃烧模型，部分预混合燃烧模型，烟灰和NOx模型，Rosseland辐射模型，熔化和凝固等相变模型，指定质量流量的周期流动模型，周期性热传导模型和壳传导模型等。 与密度基求解器的区别： 区别1：压力基求解器主要用于低速不可压缩流动的求解，而密度基求解器则主要针对高速可压缩流动而设计，但是现在两种方法都已经拓展成为可以求解很大流动速度范围的求解方法。两种求解方法的共同点是都使用有限容积的离散方法，但线性化和求解离散方程的方法不同。 区别2：密度基求解器从原来的耦合求解器发展来的，同时求解连续性方程、动量方程、能量方程和组分方程。然后依次再求解标量方程。（注：密度基求解器不求解压力修正方程，因为其压力是由状态方程得出的）。密度基求解器收敛速度快，需要内存和计算量比压力基求解器要大！ 特点： 适用于压力基但不适用于密度基的模型： （1）空化模型 （2） VOF模型 （3） Mixture多相流模型 （4） Eulerian多相流模型 （5）非预混燃烧模型 （6）预混燃烧模型 （7）部分预混燃烧模型 （8）组合PDF传输模型 密度基求解器(Coupled Sover）是同时fluent求解连续方程、动量方程、能量方程及组分输运方程的耦合方程组，然后逐一地求解湍流标量方程。由于控制方程是非线性的，且相互之间是耦合的，因此，在得到收敛解之前，要经过多轮迭代: 1)根据当前的解的结果，更新所有流动变量。如果计算刚刚开始，则用初始值来更新。 2)同时求解连续方程、动量方程、能量方程及组分输运方程的耦合方程组（后两
在FLUENT软件当中，有两种数值方法可以选择： ●基于压力的求解器。 ●基于密度的求解器。 从传统上讲，基于压力的求解器是针对低速、不可压缩流开发的，基于密度的求解器是针对高速、可压缩流开发的。但近年来这两种方法被不断地扩展和重构，使得它们可以突破传统上的限制，可以求解更为广泛的流体流动问题。 FLUENT软件基于压力的求解器和基于密度的求解器完全在同一界面下，确保FLUENT对于不同的问题都可以得到很好的收敛性、稳定性和精度。 1. 基于压力的求解器 基于压力的求解器采用的计算法则属于常规意义上的投影方法。投影方法中，首先通过动量方程求解速度场，继而通过压力方程的修正使得速度场满足连续性条件。由于压力方程来源于连续性方程和动量方程，从而保证整个流场的模拟结果同时满足质量守恒和动量守恒。由于控制方程(动量方程和压力方程)的非线性和相互耦合作用，就需要一个迭代过程，使得控制方程重复求解直至结果收敛，用这种方法求解压力方程和动量方程。 在FLUENT软件中共包含两个基于压力的求解器，一个是分离算法，另一个是耦合算法。 1) 基于压力的分离求解器 分离求解器顺序地求解每一个变量的控制方程，每一个控制方程在求解时被从其他方程中“解耦”或分离，并且因此而得名。分离算法内存效率非常高，因为离散方程仅仅在一个时刻需要占用内存，收敛速度相对较慢，因为方程是以“解耦”方式求解的。 工程实践表明，分离算法对于燃烧、多相流问题更加有效，因为它提供了更为灵活的收敛控制机制。 2) 基于压力的耦合求解器 基于压力的耦合求解是FLUENT 6.3的一个新功能。它以耦合方式求解动量方程和基于压力的连续性方程，它的内存使用量大约是分离算法的1.5到2倍；由于以耦合方式求解，使得它的收敛速度具有5到10倍的提高。同时还具有传统压力算法物理模型丰富的优点，可以和所有动网格、多相流、燃烧和化学反应模型兼容，同时收敛速度远远高于基于密度的求解器。 2. 基于密度的求解器 基于密度的方法就是直接求解瞬态N－S方程(瞬态N－S方程理论上是绝对稳定的)，将稳态问题转化为时间推进的瞬态问题，由给定的初场时间推进到收
FLUENT求解器设置 2010-04-29 09:12 FLUENT求解器设置主要包括：1、压力-速度耦合方程格式选择2、对流插值 3、梯度插值 4、压力插值 下面对这几种设置做详细说明。 一、压力-速度耦合方程求解算法 FLUENT中主要有四种算法：SIMPLE，SIMPLEC，PISO，FSM (1)SIMPLE(semi-implicit method for pressure-linked equations)半隐式连接压力方程方法，是FLUENT的默认格式。 (2)SIMPLEC(SIMPLE-consistent)。对于简单的问题收敛非常快速，不对压力进行修正，所以压力松弛因子可以设置为1 (3)Pressure-Implicit with Splitting of Operators (PISO)。对非定常流动问题或者包含比平均网格倾斜度更高的网格适用 (4)Fractional Step Method (FSM)对非定常流的分步方法。用于NITA格式，与PISO具有相同的特性。 二、对流插值（动量方程） FLUENT有五种方法：一阶迎风格式、幂率格式、二阶迎风格式、MUSL三阶格式、QUICK格式 （1）FLUENT默认采用一阶格式。容易收敛，但精度较差，主要用于初值计算。 （2）Power Lar.幂率格式，当雷诺数低于5时，计算精度比一阶格式要高。 （3）二阶迎风格式。二阶迎风格式相对于一阶格式来说，使用更小的截断误差，适用于三角形、四面体网格或流动与网格不在同一直线上；二阶格式收敛可能比较慢。 （4）MUSL(monotone upstream-centered schemes for conservation laws).当地3阶离散格式。主要用于非结构网格，在预测二次流，漩涡，力等时更精确。 （5）QUICK（Quadratic upwind interpolation）格式。此格式用于四边形/六面体时具有三阶精度，用于杂交网格或三角形/四面体时只具有二阶精度。 三、梯度插值梯度插值主要是针对扩散项。 FLUENT有三种梯度插值方案：green-gauss cell-based，Green-gauss
FLUENT求解器设置 FLUENT求解器设置主要包括：1、压力-速度耦合方程格式选择2、对流插值 3、梯度插值 4、压力插值 下面对这几种设置做详细说明。 一、压力-速度耦合方程求解算法 FLUENT中主要有四种算法：SIMPLE，SIMPLEC，PISO，FSM (1)SIMPLE(semi-implicit method for pressure-linked equations)半隐式连接压力方程方法，是FLUENT 的默认格式。 (2)SIMPLEC(SIMPLE-consistent)。对于简单的问题收敛非常快速，不对压力进行修正，所以压力松弛因子可以设置为1 (3)Pressure-Implicit with Splitting of Operators (PISO)。对非定常流动问题或者包含比平均网格倾斜度更高的网格适用 (4)Fractional Step Method (FSM)对非定常流的分步方法。用于NITA格式，与PISO具有相同的特性。 二、对流插值（动量方程） FLUENT有五种方法：一阶迎风格式、幂率格式、二阶迎风格式、MUSL三阶格式、QUICK格式 （1）FLUENT默认采用一阶格式。容易收敛，但精度较差，主要用于初值计算。 （2）Power Lar.幂率格式，当雷诺数低于5时，计算精度比一阶格式要高。 （3）二阶迎风格式。二阶迎风格式相对于一阶格式来说，使用更小的截断误差，适用于三角形、四面体网格或流动与网格不在同一直线上；二阶格式收敛可能比较慢。 （4）MUSL(monotone upstream-centered schemes for conservation laws).当地3阶离散格式。主要用于非结构网格，在预测二次流，漩涡，力等时更精确。 （5）QUICK（Quadratic upwind interpolation）格式。此格式用于四边形/六面体时具有三阶精度，用于杂交网格或三角形/四面体时只具有二阶精度。 三、梯度插值梯度插值主要是针对扩散项。 FLUENT有三种梯度插值方案：green-gauss cell-based，Green-gauss node-based， least-quares cell based. （1）格林-高斯基于单元体。求解方法可能会出现伪扩散。 （2）格林-高斯基于节点。求解更精确，最小化伪扩散，推荐用于三角形网格上 （3）基于单元体的最小二乘法插值。推荐用于多面体网格，与基于节点的格林-高斯格式具有相同的精度和格式。 四、压力插值压力基分离求解器主要有五种压力插值算法。 （1）标准格式（Standard)。为FLUENT缺省格式，对大表妹边界层附近的曲线发现压力梯度流动求解精度会降低（但不能用于流动中压力急剧变化的地方——此时应该使用PRESTO!格式代替） （2）PRESTO!主要用于高旋流，压力急剧变化流（如多孔介质、风扇模型等），或剧烈弯曲的区域。（3）Linear（线性格式）。当其他选项导致收敛困难或出现非物理解时使用此格式。 （4）second order（二阶格式）。用于可压缩流动，不能用于多孔介质、阶跃、风扇、VOF/MIXTURE多相流。 （5）Body Force Weighted体积力。当体积力很大时，如高雷诺数自然对流或高回旋流动中采用此格式。
Pressure-Based Solver是基于压力法的求解器，使用的是压力修正算法，求解的控制方程是标量形式的，擅长求解不可压缩流动，对于可压流动也可以求解；Fluent 6.3以前的版本求解器，只有Segregated Solver和Coupled Solver，其实也就是Pressure-Based Solver的两种处理方法；Density-Based Solver 应该是Fluent 6.3新发展出来的，它是基于密度法的求解器，求解的控制方程是矢量形式的，主要离散格式有Roe，AUSM+，该方法的初衷是让Fluent具有比较好的求解可压缩流动能力，但目前格式没有添加任何限制器，因此还不太完善；它只有Coupled的算法；对于低速问题，他们是使用Preconditioning方法来处理，使之也能够计算低速问题。Preconditioning方法应该是以压力、速度、晗值为原始变量，以时间推进方法(TMM)为基础，能够将可压和不可压流场计算方法统一起来。Segregated方法是基于压力，而coupled 求解是基于密度的。这样就使得segregated求解低速流动较好，而coupled求解音速/超音速问题较好。不推荐使用coupled求解马赫数低于4的流动。但是速度越高，需要的网格就越多（因为segregated 趋向于“平滑”波动），所以必须多加注意划分网格。 分离式求解器(Segregated Solver)以前主要用于不可压缩流动和微可压流动，而耦合式求解器用于高速可压流动。现在，两种求解器都适用于从不可压到高速可压的很大范围的流动，但总的来讲，当计算高速可压流动时，耦合式求解器比分离式求解器更有优势。
Fluent中求解器的比较和选择 Segregated方法是基于压力，而coupled求解是基于密度的。这样就使得segregated求解低速流动较好，而coupled求解音速/超音速问题较好。不推荐使用coupled求解马赫数低于4的流动。但是速度越高，需要的网格就越多（因为segregated趋向于“平滑”波动），所以必须多加注意划分网格。 分离式求解器以前主要用于不可压缩流动和微可压流动，而耦合式求解器用于高速可压流动。现在，两种求解器都适用于从不可压到高速可压的很大范围的流动，但总的来讲，当计算高速可压流动时，耦合式求解器比分离式求解器更有优势。 Fluent默认使用分离式求解器，但是，对于高速可压流动，由强体积力(如浮力或者旋转力)导致的强耦合流动，或者在非常精细的网格上求解的流动，需要考虑耦合式求解器。耦合式求解器耦合了流动和能量方程，常常很快便可以收敛。耦合式求解器所需要的内存约是分离式求解器的1.5到2倍，选择时可以根据这一情况来权衡利弊。在需要耦合隐式的时候，如果计算机内存不够，就可以采用分离式或耦合显式。耦合显式虽然也耦合了流动和能量方程，但是它还是比耦合隐式需要的内存少，当然它的收敛性也相应差一些。 需要注意的是，在分离式求解器中提供的几个物理模型，在耦合式求解器中是没有的。这些物理模型包括：流体体积模型(VOF)，多项混合模型，欧拉混合模型，PDF燃烧模型，预混合燃烧模型，部分预混合燃烧模型，烟灰和NOx模型，Rosseland辐射模型，熔化和凝固等相变模型，指定质量流量的周期流动模型，周期性热传导模型和壳传导模型等。 而下列物理模型只在耦合式求解器中有效，在分离式求解器中无效：理想气体模型，用户定义的理想气体模型，NIST理想气体模型，非反射边界条件和用于层流火焰的化学模型
单精度和双精度求解器 在所有的操作系统上都可以进行单精度和双精度计算。对于大多数情况来说，单精度计算已经足够，但在下面这些情况下需要使用双精度计算： （1）计算域非常狭长（比如细长的管道），用单精度表示节点坐标可能不够精确，这时需要采用双精度求解器。 （2）如果计算域是许多由细长管道连接起来的容器，各个容器内的压强各不相同。如果某个容器的压强特别高的话，那么在采用同一个参考压强时，用单精度表示其他容器内压强可能产生较大的误差，这时可以考虑使用双精度求解器。 （3）在涉及到两个区域之间存在很大的热交换，或者网格的长细比很大时，用单精度可能无法正确传递边界信息，并导致计算无法收敛，或精度达不到要求，这时也可以考虑采用双精度求解器。 网格文件是包含各个网格点坐标值和网格连接信息2，以及各分块网格的类型和节点数量等信息的文件 进程文件（journal file）是一个FLUENT 的命令集合，其内容用Scheme 语言写成。可以通过两个途径创建进程文件：一个是在用户进入图形用户界面后，系统自动记录用户的操作和命令输入，自动生成进程文件；另一个是用户使用文本编辑器直接用Scheme 语言创建进程文件，其工作过程与用FORTRAN 语言编程类似。 File -> Write -> Start Journal 系统就开始记录进程文件。此时原来的Start Journa（l 开始进程）菜单项变为Stop Journal（终止进程），点击Stop Journal（终止进程）菜单项则记录过程停止。 边界函数分布文件（profile file）用于定义计算边界上的流场条件 ，还可以将边界网格写入单独的文件，相应的菜单操作是： File -> Write -> Boundary Grid 在打开的文件选择窗口中保存文件即可。在用户对网格不满意时，可以先将边界网格保存起来，然后再用Tgrid 软件读入这个网格文件，并重新生成满意的立体网格。 FLUENT 目前可以兼容的导出格式包括ABAQUS、ANSYS、ASCII、AVS、CGNS、Data Explorer、EnSight (过去称为MPGS )、FAST、Fieldview、I-DEAS、NASTRAN、PATRAN、RadTherm 和Tecplot 格式。 需要注意的是，FLUENT 不支持表面（surface）数据。如果导出的文件中带有指定的表面，那么这样的文件将不能重新导入FLUENT。不过FLUENT 的网格生成软件TGrid 支持表面数据。另外，I-DEAS 软件不支持金字塔型的网格划分方式，所以如果网格中带有金字塔型网格的数据，I-DEAS 将无法识别这样的数据。EnSight6 和结构化FieldViewCase+Data 数据可以用FLUENT 并行版输出。