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第01章 fluent简单算例21

第01章 fluent简单算例21
第01章 fluent简单算例21

第一章开始

赵玉新(国防科技大学航天学院)

注意:此文只用于流体力学的教学和科学研究,如若涉及到版权问题请于本人联系。

本章对FLUENT做了大致的介绍,其中包括:FLUENT的计算能力,解决问题时的指导,选择解的形式。为了便于理解,我们在本章演示了一个简单的例子,该例子的网格文件在安装光盘中已准备好。

引言

FLUENT是用于模拟具有复杂外形的流体流动以及热传导的计算机程序。它提供了完全的网格灵活性,你可以使用非结构网格,例如二维三角形或四边形网格、三维四面体/六面体/金字塔形网格来解决具有复杂外形的流动。甚至可以用混合型非结构网格。它允许你根据解的具体情况对网格进行修改(细化/粗化)。

对于大梯度区域,如自由剪切层和边界层,为了非常准确的预测流动,自适应网格是非常有用的。与结构网格和块结构网格相比,这一特点很明显地减少了产生“好”网格所需要的时间。对于给定精度,解适应细化方法使网格细化方法变得很简单,并且减少了计算量。其原因在于:网格细化仅限于那些需要更多网格的解域。

FLUENT是用C语言写的,因此具有很大的灵活性与能力。因此,动态内存分配,高效数据结构,灵活的解控制都是可能的。除此之外,为了高效的执行,交互的控制,以及灵活的适应各种机器与操作系统,FLUENT使用client/server结构,因此它允许同时在用户桌面工作站和强有力的服务器上分离地运行程序。

在FLUENT中,解的计算与显示可以通过交互界面,菜单界面来完成。用户界面是通过Scheme语言及LISP dialect写就的。高级用户可以通过写菜单宏及菜单函数自定义及优化界面。

程序结构

该FLUENT光盘包括:FLUENT解算器;prePDF,模拟PDF燃烧的程序;GAMBIT, 几何图形模拟以及网格生成的预处理程序;TGrid, 可以从已有边界网格中生成体网格的附加前处理程序;filters (translators)从CAD/CAE软件如:ANSYS,I-DEAS,NASTRAN,PATRAN 等的文件中输入面网格或者体网格。图一所示为以上各部分的组织结构。注意:在Fluent 使用手册中"grid" 和"mesh"是具有相同所指的两个单词

图一:基本程序结构

我们可以用GAMBIT产生所需的几何结构以及网格(如想了解得更多可以参考GAMBIT的帮助文件,具体的帮助文件在本光盘中有,也可以在互联网上找到),也可以在已知边界网格(由GAMBIT或者第三方CAD/CAE软件产生的)中用Tgrid产生三角网格,四面体网格或者混合网格,详情请见Tgrid用户手册。也可能用其他软件产生FLUENT所需要的网格,比如ANSYS(Swanson Analysis Systems, Inc.)、I-DEAS (SDRC);或者MSC/ARIES,MSC/PATRAN以及MSC/NASTRAN (都是MacNeal-Schwendler公司的软件)。与其他CAD/CAE 软件的界面可能根据用户的需要酌情发展,但是大多数CAD/CAE软件都可以产生上述格式的网格。

一旦网格被读入FLUENT,剩下的任务就是使用解算器进行计算了。其中包括,边界条件的设定,流体物性的设定,解的执行,网格的优化,结果的查看与后处理。

PreBFC和GeoMesh是FLUENT前处理器的名字,在使用GAMBIT之前将会用到它们。对于那些还在使用这两个软件的人来说,在本手册中,你可以参考preBFC和GeoMesh的详细介绍。

本程序的能力

FLUENT解算器有如下模拟能力:

●用非结构自适应网格模拟2D或者3D流场,它所使用的非结构网格主要有三角形/五边

形、四边形/五边形,或者混合网格,其中混合网格有棱柱形和金字塔形。(一致网格和悬挂节点网格都可以)

●不可压或可压流动

●定常状态或者过渡分析

●无粘,层流和湍流

●牛顿流或者非牛顿流

●对流热传导,包括自然对流和强迫对流

●耦合热传导和对流

●辐射热传导模型

●惯性(静止)坐标系非惯性(旋转)坐标系模型

●多重运动参考框架,包括滑动网格界面和rotor/stator interaction modeling的混合界面

●化学组分混合和反应,包括燃烧子模型和表面沉积反应模型

●热,质量,动量,湍流和化学组分的控制体源

●粒子,液滴和气泡的离散相的拉格朗日轨迹的计算,包括了和连续相的耦合

●多孔流动

●一维风扇/热交换模型

●两相流,包括气穴现象

●复杂外形的自由表面流动

上述各功能使得FLUENT具有广泛的应用,主要有以下几个方面

●Process and process equipment applications

●油/气能量的产生和环境应用

●航天和涡轮机械的应用

●汽车工业的应用

●热交换应用

●电子/HV AC/应用

●材料处理应用

●建筑设计和火灾研究

总而言之,对于模拟复杂流场结构的不可压缩/可压缩流动来说,FLUENT是很理想的软件。对于不同的流动领域和模型,FLUENT公司还提供了其它几种解算器,其中包括NEKTON,FIDAP、POL YFLOW、IcePak以及MixSim。

FLUENT使用概述

FLUENT采用非结构网格以缩短产生网格所需要的时间,简化了几何外形的模拟以及网格产生过程。和传统的多块结构网格相比,它可以模拟具有更为复杂几何结构的流场,并且具有使网格适应流场的特点。FLUENT也能够使用适体网格,块结构网格(比如:FLUENT 4和许多其它的CFD结算器的网格)。FLUENT可以在2D流动中处理三角形网格和四边形网格,在3D流动中可以处理四面体网格,六边形网格,金字塔网格以及楔形网格(或者上述网格的混合)。这种灵活处理网格的特点使我们在选择网格类型时,可以确定最适合特定应用的网格拓扑结构。

在流场的大梯度区域,我们可以适应各种类型的网格。但是你必须在解算器之外首先产生初始网格,初始网格可以使用GAMBIT、Tgrid或者某一具有网格读入转换器的CAD系统。

计划你的CFD分析

当你决定使FLUENT解决某一问题时,首先要考虑如下几点问题:定义模型目标:从CFD模型中需要得到什么样的结果?从模型中需要得到什么样的精度;选择计算模型:你将如何隔绝所需要模拟的物理系统,计算区域的起点和终点是什么?在模型的边界处使用什么样的边界条件?二维问题还是三维问题?什么样的网格拓扑结构适合解决问题?物理模型的选取:无粘,层流还湍流?定常还是非定常?可压流还是不可压流?是否需要应用其它的物理模型?确定解的程序:问题可否简化?是否使用缺省的解的格式与参数值?采用哪种解格式可以加速收敛?使用多重网格计算机的内存是否够用?得到收敛解需要多久的时间?在使用CFD分析之前详细考虑这些问题,对你的模拟来说是很有意义的。当你计划一个CFD工程时,请利用提供给FLUENT使用者的技术支持。.

解决问题的步骤

确定所解决问题的特征之后,你需要以下几个基本的步骤来解决问题:

1.创建网格.

2.运行合适的解算器:2D、3D、2DDP、3DDP。

3.输入网格

4.检查网格

5.选择解的格式

6.选择需要解的基本方程:层流还是湍流(无粘)、化学组分还是化学反应、热传导模型等7.确定所需要的附加模型:风扇,热交换,多孔介质等。

8..指定材料物理性质

8.指定边界条件

9.调节解的控制参数

10.初始化流场

11.计算解

12.检查结果

13.保存结果

14.必要的话,细化网格,改变数值和物理模型。

第一步需要几何结构的模型以及网格生成。你可以使用GAMBIT或者一个分离的CAD 系统产生几何结构模型及网格。也可以用Tgrid从已有的面网格中产生体网格。你也可以从相关的CAD软件包生成体网格,然后读入到Tgrid或者FLUENT (详情参阅网格输入一章)。

至于创建几何图形生成网格的详细信息清查月相关软件使用手册

第二步,启动FLUENT解算器

后面将会介绍第三到十四步详细操作,下面的表告诉了我们哪一步需要什么软件

表一:FLUENT菜单概述

启动FLUENT

UNIX和Windows NT启动FLUENT的方式是不同的,详细参阅相关介绍。不同的安装过程也是为了使FLUENT能够正确启动而设定的。

单精度和双精度解算器

在所有计算机操作系统上FLUENT都包含这两个解算器。大多数情况下,单精度解算器高效准确,但是对于某些问题使用双精度解算器更合适。下面举几个例子:如果几何图形长度尺度相差太多(比如细长管道),描述节点坐标时单精度网格计算就不合适了;如果几何图形是由很多层小直径管道包围而成(比如:汽车的集管)平均压力不大,但是局部区域压力却可能相当大(因为你只能设定一个全局参考压力位置),此时采用双精度解算器来计算压差就很有必要了。

对于包括很大热传导比率和(或)高比率网格的成对问题,如果使用单精度解算器便无法有效实现边界信息的传递,从而导致收敛性和(或)精度下降

在UNIX系统启动FLUENT有如下几个启动方法:

●在命令行启动适当的版本;

●在命令行启动,但是不指定版本,然后在面板上选择适当的版本;在命令行启动,

但是不指定版本,然后读入case文件(或者case文件和数据文件)来启动适当的

版本。

命令行启动适当版本:可以指定维度和精度:fluent 2d运行二维单精度版本;相应的fluent 3d;fluent 2ddp;fluent 3ddp都分别运行相应的版本。并行版本的启动请参阅相关的并行版本启动方法在此不予介绍。

在解算器的面板中指定版本

Figure 1:启动时的控制台窗口

在版本提示中健入2d、3d、2ddp或者3ddp启动相应版本。

如果是在图形用户界面(GUI)中启动适当的版本,请选择File/Run...菜单,然后将会出现如下图所示的菜单,这样你就可以选择合适的版本了(你也可以在这个面板上启动远程机器上的FLUENT或者并行版本,详细的内容请参阅相关主题

Figure 2: FLUENT可以在选择结算器的面板上启动适当的版本

在面板上启动解算器一般遵循如下方法:

1. 开关3D选项指定3D还是2D解算器

2. 开关双精度选项启动双精度或者单精度解算器

3. 点击Run按钮

如果可执行程序不在你的搜索目录下,你可以在点击Run之前指定完全的文件名。

读Case文件指定解算器版本:

启动时如果未指定版本(在命令行输入fluent),将会出现前面所看到的控制台窗口,在File/Read/Case.. 或者File/Read/Case & Data..菜单中择适当的case文件或者data文件,我们就可以启动适当的版本了。(详细内容型参阅“读写case和data文件”部分)。当然也可以在版本的文本菜单中用read-case或者read-case-data命令。File/Read/Case & Data...菜单或者read-case-data命令中读入的case和data文件具有相同的名字,而且扩展名分别为.cas 和.dat.。

在Windows NT 中启动FLUENT有几种方法,下面做一介绍

Windows NT 4.0中有两种方法启动FLUENT:

开始菜单——程序菜单——Fluent.Inc(安装时可以改名)菜单——点击FLUENT 6

在MS-DOS命令提示符中键入fluent 2d、fluent 3d、fluent 2ddp或者fluent 3ddp启动相应版本。需要注意的是,进行上述步骤之前你要设定用户环境以便于MS-DOS可以找到fluent。你可以遵照如下做法:选择程序组的"Set Environment",该程序会将Fluent.Inc目录加入到你的命令搜索行。

在MS-DOS命令提示符中你也可以启动并行FLUENT。在n个处理器上运行并行版本,键入fluent-version-tn(tn在2d, 3d, 2ddp,或者3ddp之后),n为处理器的个数。比如:fluent 3d -t3表示在3个处理器上运行3D版本),详细内容请参阅并行处理部分

在Windows NT 3.51上运行:有两个方式启动FLUENT

鼠标双击FLUENT 5程序图标

MS-DOS方式的方法同上

启动选项

启动解算器之前要想知道版本信息,你可以键入fluent –help命令,下面是该命令的选项:格式:fluent [version] [-help] [options]

options:-cl following argument passed to fluent,

-cxarg following argument passed to cortex,

-cx host:p1:p2 connect to the specified cortex process,

-driver [ gl | opengl | null | pex | sbx | x11 | xgl ],

sets the graphics driver (available drivers vary by platform),

-env show environment variables,

-g run without gui or graphics,

-gu run without gui,

-gr run without graphics,

-help this listing,

-i journal read the specified journal file,

-nocheck disable checks for valid license file and server,

-post run a post-processing-only executable,

-project x write project x start and end times to license log,

-r list all releases,

-rx specify release x,

-v list all versions,

-vx specify version x,

-n no execute,

-hcl following argument passed to fluent host,

-loadx start compute nodes from host x,

-manspa manually spawn compute nodes,

-ncl following argument passed to fluent compute node,

-px specify parallel communicator x,

-pathx specify root path x to Fluent.Inc,

-tx specify number of processors x,

在Windows NT系统中,只有-driver, -env, -gu(有限制), -help, -i journal, -r, -rx, -v, -vx,和-tx可用。

前三个选项是用来指定FLUENT和Cortex的声明的。Cortex为用户提供界面和FLUENT 图形窗口的程序。选项-cx host:p1:p2只用于手动启动解算器的情况。

如果你输入fluent –driver,你可以指定解算期间的图形驱动器(如:fluent -driver xgl)。输入fluent –env将会在FLUENT运行之前列出所有环境变量。命令fluent –g将会运行Cortex 而没有图形窗口与图形用户界面。如果你不是用X-Windows显示或者你想提交一份批处理任务这一选项十分有用。命令fluent –gu将会运行Cortex而没有图形用户界面。命令fluent –gr 将会运行Cortex而没有图形。(在Windows NT系统中,命令fluent –gu会以图标的形式运行FLUENT,如果你去图标化,就会得到图形用户界面。这一选项用于和-i journal选项连接以后台模式处理任务

要启动解算器并立即读入日志文件,输入fluent -i journal,journal为所要读入的日志文件名。选项-nocheck加速了启动过程但不检查许可证服务器是否运行。这一功能在你知道许可证服务器已经运行时或者你根本就不想启动许可证服务器时(比如说:你根本就没有权力启动它)是很有用的。命令fluent –post将会运行一个解算器的版本,它可以允许你设定问题,或者进行后处理过程,但是不允许你进行计算。

选项-project x允许你对每一个工程分别记录CPU的时间。如果通过键入-project x(x 是工程的名字)开始一项工作,与CPU事件有关的信息会记录在许可证管理的log文件中。要确定某项工程的CPU时间,将license.log文件中的USER CPU和SYSTEM CPU值加起来即可。

输入fluent version –r(其中version为版本号),将会列出指定版本的所有版本号。选项fluent –rx运行FLUENT的x版本。当然你也可以输入fluent –v此时可以列出所有的版本号,然后指定版本。你可以输入fluent –n或者在任何其它的连接词中使用-n选项,来查看可执行程序在哪里而不必运行它。

剩下的选项是和并行计算有关的。选项-hcl用于通过FLUENT主机过程的声明,选项-ncl 用于通过FLUENT计算节点的声明,选项-loadx用于远程前端机器的并行机器上启动并行计算节点过程,选项-manspa用于取消默认的计算节点过程产生,选项-px指定了并行通信装置x的使用,其中x是运行于多处理器UNIX机器上的任何一个通信装置,选项-pathx指定了Fluent.Inc安装的根目录,选项-tx指定了所使用的x处理器,关于启动并行版本的FLUENT的更多信息,请参阅解算器的并行版本的启动。

解算器中用户可以选择的输入

选择解的格式

FLUENT提供三种不同的解格式:分离解;隐式耦合解;显式耦合解。三种解法都可以在很大流动范围内提供准确的结果,但是它们也各有优缺点。分离解和耦合解方法的区别

在于,连续性方程、动量方程、能量方程以及组分方程的解的步骤不同,分离解是按顺序解,耦合解是同时解。两种解法都是最后解附加的标量方程(比如:湍流或辐射)。隐式解法和显式解法的区别在于线化耦合方程的方式不同。详情请参阅相关章节。

分离解以前用于FLUENT 4和FLUENT/UNS,耦合显式解以前用于RAMPANT。分离解以前是用于不可压流和一般可压流的。而耦合方法最初是用来解高速可压流的。现在,两种方法都适用于很大范围的流动(从不可压到高速可压),但是计算高速可压流时耦合格式比分离格式更合适。

FLUENT默认使用分离解算器,但是对于高速可压流(如上所述),强体积力导致的强烈耦合流动(比如浮力或者旋转力),或者在非常精细的网格上的流动,你需要考虑隐式解法。这一解法耦合了流动和能量方程,常常很快便可以收敛。耦合隐式解所需要内存大约是分离解的1.5到2倍,选择时可以通过这一性能来权衡利弊。在需要隐式耦合解的时候,如果计算机的内存不够就可以采用分离解或者耦合显式解。耦合显式解虽然也耦合了流动和能量方程,但是它还是比耦合隐式解需要的内存少,但是它的收敛性相应的也就差一些。

注意:分离解中提供的几个物理模型,在耦合解中是没有的:多项流模型;混合组分/PDF 燃烧模型/预混合燃烧模型/Pollutant formation models/相变模型/Rosseland辐射模型/指定质量流周期流动模型/周期性热传导模型。

用户选择解的格式:点击菜单Define/Models/Solver..弹出下面图框,选择所需要的格式即可。

Figure 1:解算器控制面板

算例

为了演示FLUENT的问题解决和后处理能力,你可以用CD上提供的网格文件解决一个很简单的问题。所要解决的问题请看下图。在该问题中 a cavity in the shape of a

60^?rhombus, 边长0.1米,内部为常密度空气,上部是一个速度为0.1m/s向右运动的壁面,雷诺数大约为500,流动是层流。

Figure 1: 驱动腔内的流体流动

程序概要

上述问题是一个简单的二维问题,流动为层流,无热传导,不需考虑特殊的物理模型,除此之外,所有的问题,如几何图形,网格,边界位置和类型已经在网格生成的时候定义了。你只需读入网格文件就可以读入全部信息了。

本问题模拟的步骤简化为:读入并检查网格,选择默认的分离解,定义物理模型,指定流体性质,指定边界条件,保存问题的设置,初始化解域,计算解,保存结果,检查结果。.

在开始之前把安装CD上的/fluent_inc/fluent5/tut/sample/cavity.msh网格文件复制到工作目录。读入网格:点击菜单File/Read/Case...弹出下面的对话框

一般说来,一个case文件包括网格,边界条件和解的控制参数。网格文件是它的子集,本算例中的网格已经保存为FLUENT的格式了,所以可以像读入其它case文件一样来读入它。(如果网格文件是其它格式,请选择菜单File/Import)

Figure 1: 读入网格

在上图中选择所需文件,双击便可读入。本例中选择了cavity.msh文件。FLUENT在读网格的过程中会在控制台窗口显示进程。

检查网格

读入网格之后要检查网格:菜单Grid/Check。在检查过程中,你可以在控制台窗口中看到区域范围,体积统计以及连通性信息。具体显示内容如下:

Domain Extents:

x-coordinate: min (m) = 0.000000e+00, max (m) = 1.500000e-01

y-coordinate: min (m) = 0.000000e+00, max (m) = 8.660000e-02

V olume statistics:

minimum volume (m3): 7.156040e-05

maximum volume (m3): 7.157349e-05

total volume (m3): 8.660000e-03

Face area statistics:

minimum face area (m2): 9.089851e-03

maximum face area (m2): 9.091221e-03

Checking number of nodes per cell.

Checking number of faces per cell.

Checking thread pointers.

Checking number of cells per face.

Checking face cells.

Checking face handedness.

Checking element type consistency.

Checking boundary types:

Checking face pairs.

Checking periodic boundaries.

Checking node count.

Checking nosolve cell count.

Checking nosolve face count.

Checking face children.

Checking cell children.

Done.

网格检查是最容易出的问题是网格体积为负数。如果最小体积是负数你就需要修复网格以减少解域的非物理离散。你可以在Adapt下拉菜单中选中Iso-Value...来确定问题之所在,其它关于网格检查的信息请参阅“网格检查”一章。

显示网格:菜单为Display/Grid...。

在网格显示面板(下图)点击Display按钮便会打开图形显示窗口并画出网格,你将会看到下面第二个图所示的内容。

Figure 1: 网格显示面板

Figure 2: 默认视角的网格显示

该图可以用鼠标控制放大或缩小,用鼠标圈住的内容松开鼠标之后该内容就会在窗口内满屏显示。

选择解算器的具体格式

对于本问题,速度很小,可以假定为不可压流,所以使用分离解算器很合适。分离解算器是FLUENT默认的解算器,不需改变。如果你要选择一个耦合解算器,请参考在Define/Models菜单中的Solver面板。

定义物理模型

FLUENT中默认物理模型是层流流动,本例是层流,不需修改模型的设定。如果你需要修改物理模型,则需要Define/Models子菜单中的粘性模型面板以及其它面板。

指定流体物理性质

选择菜单:Define/Materials...得到如下对话框

Figure 1:材料控制面板

如果不使用空气,可以在材料数据库中选择其它气体,或者创建自己的材料数据。对于这个问题,需要对空气的性质做一些修改:密度为1.0 kg/m^3,粘性为2*10^-5 kg/m-s,点击Change/Create保存然后关闭面板。

指定边界条件

设定边界条件的数值与类型,使用菜单Define/Boundary Conditions...得到下图

Figure 1: 边界条件面板

设定边界条件,首先在区域列表中选择,然后在类型列表中修改该区域的类型,确定完类型之后就可以点击Set...按钮(双击区域名字和点击Set...按钮具有相同功能) 。

对于本问题,移动壁面的边界条件需要改为x方向速度0.1 m/s。如果你不能确定哪一个是移动壁面,你可以在图形窗口的上壁面边界点击鼠标右键(该图形窗口仍然显示图2所示的网格),区域信息便会在FLUENT控制台窗口上显示出来,而且wall-2会在边界面板的区域列表中自动被选上。现在点击Set...按钮便可以弹出下面图框:

Figure 2: 壁面面板

选择Moving Wall选项便可以得到下面图框,从而设定壁面速度了。速度方向默认为X向,所以只需设定速度大小为0.1(注意:邻近的流体区域并没有运动,如果你模拟的是旋转参考系,你不必担心相对运动和绝对运动的设定,它们是等价的。

Figure 3: 移动壁面的壁面面板

输入数值之后,点击OK保存设定,关闭面板。

本问题的其它边界都是空腔的其它三个边的壁面边界条件(wall-5)。本例使用默认边界条件——静止边界条件。到此为止,边界条件设定完毕。

调整解的控制

在Solve/Controls子菜单中打开的面板里,你可以改变压松弛因子、多网格参数以及其它流动参数的默认值。在使用解算器一章可以找到它们的详细设定,一般说来这些参数不需要修改。对于本问题来说默认的设定已经足够

激活残差图(Residual Plotting):点击菜单Solve/Monitors/Residual...,在选项中,打开Plot选项激活残差图形,然后点击OK,从而可以在计算过程中查看残差。

Figure 1: 残差监测面板

保存Case文件

有关问题定义的输入保存在case中,为了以后继续分析,你必须保存该文件(计算结果会保存在另一个data文件中)。选择File/Write/Case...菜单,弹出下面对话框,保存case 文件。

Figure 1:保存一个Case文件

输入文件名,FLUENT会自动添加相应的扩展名,点击OK保存文件cavity.cas。

解决问题

流场初始化

迭代之前你需要初始化流场提供一个初始解。你可以从一个或多个边界条件算出初始解,也可以分别输入流场的数值,相应菜单为Solve/Initialize/Initialize...,点击得到Figure 1. 虽然流动极为可能发展为强烈的循环流,所有的初值都为0也是可以的,因此你可以保持默认值不变,初始化流动,点击Init按钮,然后关闭面板

Figure 1:解的初始化面板

计算

现在可以迭代了,选择Solve/Iterate...菜单,打开下图

Figure 1: 迭代面板

在迭代按钮处的对话框中输入10,表示迭代10步。迭代开始之后,你应该察看图形窗口中的残差图。迭代之后,你的图形窗口应该像下图一样。残差由上向下逐渐减少,这是很好的标志。对于不同的机器残差只会有稍微的不同,所以你的图形不一定和下图完全相同。

Figure 2: 10次迭代之后的残差图

你可能也想检查流场,看它怎么发展。打开Display/Velocity Vectors..菜单,弹出下面的速度矢量面板的图框

Figure 3: 速度矢量面板

此面板内的默认设定将会产生一个由速度大小标记颜色的矢量图,点击Display按钮得到下图:

Figure 4:10步迭代之后的速度矢量

即使是10次迭代,旋转的图像已经很清晰了。看来该解的过程是可以接受的,我们可以增加迭代步骤完成该解。迭代90步时,你会发现在大约在第50步,迭代解就已经收敛到允许的误差范围了。在这个时候,残差图应该像下图一样,需要注意的是,不同的机器所需的收敛步是不同的。

Figure 5: 收敛之后的残差

现在可以保存数据察看收敛结果了。

保存结果

如前所述,case文件保存之后,问题的定义和fluent计算结果分别保存在case文件和data文件中。必须保存这两个文件以便以后重新启动分析。注意:FLUENT不会自动保存这些文件,虽然在开始计算之前你已经保存了case文件和data文件,但是最好再保存一下。

保存case文件和data文件,选择File/Write/Case & Data... 菜单,弹出下面的对话框

Figure 1: 保存case和data文件

在Case/Data 文件窗口输入文件名,FLUENT会自动添加相应的扩展名.cas和.dat在上图中你输入cavity作为文件名,FLUENT会自动保存case文件为cavity.cas,data文件为cavity.dat输入文件名之后点击OK保存,如果cavity.cas已经存在,FLUENT将会询问是否覆盖它,点击OK写入文件即可。

Figure 2:确认覆盖

注意:在结束进程之前,你可以启动新的FLUENT进程,读入case文件和data文件,重新分析和修改算例。

检查结果——画等值线

前面画过速度矢量图,现在在Display /Contours...中打开等值线面板如下图:

FLUENT推荐书目(2020年7月整理).pdf

2004-06 FLUENT流体工程仿真计算实例与应用韩占忠王敬兰小平北京理工大学出版社 第一章流体力学基础与fluent简介 第二章二维流动与传热的数值计算 第一节冷、热水混合器内部二维流动 第二节喷管内二维非定常流动 第三节三角翼的可压缩外部绕流 第四节三角翼不可压缩的外部绕流(空化模型应用) 第五节vof模型的应用 第六节组分传输与气体燃烧 第三章三维流动与传热的数值计算 第一节冷、热水混合器内的三维流动与换热 第二节粘性流体通过圆管弯头段的三维流动 第三节三维稳态热传导问题 第四节动网格问题 第五节叶轮机械的mixing plane模型 2004-09 计算流体动力学分析CFD软件原理与应用王福军清华大学出版社(偏重理论) 第1章计算流动力学基础知识 第2章基于有限体积法的控制方程离散 第3章基于SIMPLE算法的流场数值计算

第4章三维流模型及其在CFD中的应用 第5章边界条件的应用 第6章网格的生成 第7章FLUENT软件的基本用法 第8章CFD综合应用实例 2007-02 FLUENT技术基础与应用实例王瑞金张凯王刚清华大学出版社 第1章Fluent概述 第2章流体力学基础知识 第3章流体力学数值模拟基础 第4章Fluent软件介绍 第5章速度场的计算 第6章温度场的计算 第7章多相流模型 第8章凝固和融化模型 第9章可动区域中流动问题的模拟 第10章动网格模型 第11章UDF和UDS 第12章Fluent并行计算 第13章Tecplot软件 2008-07 Fluent高级应用与实例分析江帆,黄鹏清华大学出版社第1章 CFD基础 第2章Fluent基本介绍

FLUENT中文全教程1-250

FLUENT 教程 赵玉新 I、目录 第一章、开始 第二章、操作界面 第三章、文件的读写 第四章、单位系统 第五章、读入和操作网格 第六章、边界条件 第七章、物理特性 第八章、基本物理模型 第九章、湍流模型 第十章、辐射模型 第十一章、化学输运与反应流 第十二章、污染形成模型 第十三章、相变模拟 第十四章、多相流模型 第十五章、动坐标系下的流动 第十六章、解算器的使用 第十七章、网格适应 第十八章、数据显示与报告界面的产生 第十九章、图形与可视化 第二十章、Alphanumeric Reporting 第二十一章、流场函数定义 第二十二章、并行处理 第二十三章、自定义函数 第二十四章、参考向导 第二十五章、索引(Bibliography) 第二十六章、命令索引 II、如何使用该教程 概述 本教程主要介绍了FLUENT 的使用,其中附带了相关的算例,从而能够使每一位使用 者在学习的同时积累相关的经验。本教程大致分以下四个部分:第一部分包括介绍信息、用户界面信息、文件输入输出、单位系统、网格、边界条件以及物理特性。第二和第三部分包含物理模型,解以及网格适应的信息。第四部分包括界面的生成、后处理、图形报告、并行处理、自定义函数以及FLUENT 所使用的流场函数与变量的定义。 下面是各章的简略概括 第一部分: z开始使用:本章描述了FLUENT 的计算能力以及它与其它程序的接口。介绍了如何对具体的应用选择适当的解形式,并且概述了问题解决的大致步骤。在本章中,我们给出

了一个可以在你自己计算机上运行的简单的算例。 z使用界面:本章描述了用户界面、文本界面以及在线帮助的使用方法。同时也提供了远程处理与批处理的一些方法。(请参考关于特定的文本界面命令的在线帮助) z读写文件:本章描述了FLUENT 可以读写的文件以及硬拷贝文件。 z单位系统:本章描述了如何使用FLUENT 所提供的标准与自定义单位系统。 z读和操纵网格:本章描述了各种各样的计算网格来源,并解释了如何获取关于网格的诊断信息,以及通过尺度化(scale)、分区(partition)等方法对网格的修改。本章还描述了非一致(nonconformal)网格的使用. z边界条件:本章描述了FLUENT 所提供的各种类型边界条件,如何使用它们,如何定义它们and how to define boundary profiles and volumetric sources. z物理特性:本章描述了如何定义流体的物理特性与方程。FLUENT 采用这些信息来处理你的输入信息。 第二部分: z基本物理模型:本章描述了FLUENT 计算流体流动和热传导所使用的物理模型(包括自然对流、周期流、热传导、swirling、旋转流、可压流、无粘流以及时间相关流)。以及在使用这些模型时你需要输入的数据,本章也包含了自定义标量的信息。 z湍流模型:本章描述了FLUENT 的湍流模型以及使用条件。 z辐射模型:本章描述了FLUENT 的热辐射模型以及使用条件。 z化学组分输运和反应流:本章描述了化学组分输运和反应流的模型及其使用方法。本章详细的叙述了prePDF 的使用方法。 z污染形成模型:本章描述了NOx 和烟尘的形成的模型,以及这些模型的使用方法。 第三部分: z相变模拟:本章描述了FLUENT 的相变模型及其使用方法。 z离散相变模型:本章描述了FLUENT 的离散相变模型及其使用方法。 z多相流模型:本章描述了FLUENT 的多相流模型及其使用方法。 z Flows in Moving Zones(移动坐标系下的流动):本章描述了FLUENT 中单一旋转坐标系,多重移动坐标系,以及滑动网格的使用方法。 z Solver 的使用:本章描述了如何使用FLUENT 的解法器(solver)。 z网格适应:本章描述了explains the solution-adaptive mesh refinement feature in FLUENT and how to use it 第四部分: z显示和报告数据界面的创建:本章描述了explains how to create surfaces in the domain on which you can examine FLUENT solution data z图形和可视化:本章描述了检验FLUENT 解的图形工具 z Alphanumeric Reporting:本章描述了如何获取流动、力、表面积分以及其它解的数据。 z流场函数的定义:本章描述了如何定义FLUENT 面板内出现的变量选择下拉菜单中的流动变量,并且告诉我们如何创建自己的自定义流场函数。 z并行处理:本章描述了FLUENT 的并行处理特点以及使用方法 z自定义函数:本章描述了如何通过用户定义边界条件,物理性质函数来形成自己的FLUENT 软件。 如何使用该手册 z根据你对CFD 以及FLUENT 公司的熟悉,你可以通过各种途径使用该手册 对于初学者,建议如下:

fluent计算错误分析

1. FlUENT 1.1 求解方面 1.1.1 floating point error是什么意思?怎样避免它? Floating point error已经提过很多次了并且也已经对它讨论了许多。下面是在Fluent论坛上的一些答案: 从数值计算方面看,计算机所执行的运算在计算机内是以浮点数(floating point number)来表示的。那些由于用户的非法数值计算或者所用计算机的限制所引起的错误称为floating point error。 1)非法运算:最简单的例子是使用Newton Raphson方法来求解f(x)=0的根时,如果执行第N次迭代时有,x=x(N),f’(x(N))=0,那么根据公式x(N+1)=x(N)-f(x(N))/ f’(x(N))进行下一次迭代时就会出现被0除的错误。 2)上溢或下溢:这种错误是数据太大或太小造成的,数据太大称为上溢,太小称为下溢。这样的数据在计算机中不能被处理器的算术运算单元进行计算。 3)舍入错误:当对数据进行舍入时,一些重的数字会被丢失并且不可再恢复。例如,如果对0.1进行舍入取整,得到的值为0,如果再对它又进行计算就会导致错误。 避免方法 计算和迭代我认为设一个比较小的时间步长会比较好的。或者改成小的欠松驰因子也会比较好。从我的经验来看,我把欠松驰因子设为默认值的1/3;降低欠松驰因子或使用耦合隐式求解;改变欠松驰因子,如果是非稳态问题可能是时间步长太大;改善solver-control-limits 比例或许会有帮助;你需要降低Courant数;如果仍然有错误,不选择compute from初始化求解域,然后单击init。再选择你想从哪个面初始化并迭代,这样应该会起作用。另外一个原因可能是courant数太大,就样就是说两次迭代之间的时间步太大并且计算结果变化也较大(残差高)。 网格问题当我开始缩放网格时就会发生这个错误。在Gambit中,所有的尺寸都是以mm 为单位,在fluent按scale按钮把它转换成m,然后迭代几百次时就会发生这种错误。但是当我不把网格缩放到m时,让它和在Gambit中一样,迭代就会成功;我认为你应当检查网格,你的网格数太多了,使用较少的网格问题就会解决;网格太多,计算机资源不够用,使使比较粗的网格。 边界条件在我的分析中,我设了一个wall边界条件来代迭axis边界条件,结果fluent拒绝计算并告诉我floating point error。你的边界条件不能代表真实的物理现象;错误的边界条件定义可能会导致floating point error。例如把内边界设成interior;一次我使用对称边界条件模拟2D区间时也遇到这种问题,我把symmetry设为axe symmetric,就发生了floating point error;检查你设的湍流参数,减小湍流强度,先进行50次迭代。 多处理器问题我近来在进行多处理器模拟时也遇到相似的问题。问题的解决方法是在单个处理器上运行,这样就运算得很好。 错误迭代以错误的条件来初始化,在开始迭代时就会发生floating point error。 1.1.2 coupled和segregated求解有什么区别? Coupled会同时求解所有的方程(质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程)而不是单个方程求解(方程互相分离)。当速度和压力高度耦合(高压和高速)时应该使用耦合求解,但这样会需要较长的计算时间。 在耦合求解中,能量方程中总是包含组分扩散(Species Diffusion Term)项。

FLUENT帮助里自带的多孔介质算例-经典资料

Tutorial 7. Modeling Flow Through Porous Media Introduction Many industrial applications involve the modeling of ow through porous media, such as _lters, catalyst beds, and packing. This tutorial illustrates how to set up and solve a problem involving gas ow through porous media. The industrial problem solved here involves gas ow through a catalytic converter. Catalytic converters are commonly used to purify emissions from gasoline and diesel engines by converting environmentally hazardous exhaust emissions to acceptable substances. Examples of such emissions include carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NOx), and unburned hydrocarbon fuels. These exhaust gas emissions are forced through a substrate, which is a ceramic structure coated with a metal catalyst such as platinum or palladium. The nature of the exhaust gas ow is a very important factor in determining the performance of the catalytic converter. Of particular importance is the pressure gradient and velocity distribution through the substrate. Hence CFD analysis is used to designe_cient catalytic converters: by modeling the exhaust gas ow, the pressure drop and the uniformity of ow through the substrate can be determined. In this tutorial, FLUENT is used to model the ow of nitrogen gas through a catalytic converter geometry, so that the ow _eld structure may be analyzed. This tutorial demonstrates how to do the following: _ Set up a porous zone for the substrate with appropriate resistances. _ Calculate a solution for gas ow through the catalytic converter using the pressurebased solver. _ Plot pressure and velocity distribution on speci_ed planes of the geometry. _ Determine the pressure drop through the substrate and the degree of non-uniformity of ow through cross sections of the geometry using X-Y plots and numerical reports. 许多工业应用都涉及通过多孔介质(如过滤器,催化剂床和填料)的流动模型。本教程说明如何建立和解决涉及气体通过多孔介质的问题。 这里解决的工业问题涉及通过催化转换器的气体流量。催化转化器通常用于通过将对环境有害的废气排放物转化为可接受的物质来净化汽油和柴油发动机的排放物。 这种排放的例子包括一氧化碳(CO),氮氧化物(NOx)和未燃烧的碳氢化合物燃料。这些废气排放物被迫通过衬底,该衬底是涂覆有诸如铂或钯的金属催化剂的瓷结构。 排气流量的性质是决定催化转化器性能的一个非常重要的因素。特别重要的是通过基底的压力梯度和速度分布。因此,使用CFD分析来设计催化转换器:通过对排气流量进行建模,可以确定通过基板的流量的压降和流量的均匀性。在本教程中,FLUENT 用于模拟通过催化转化器几何形状的氮气流量,从而可以分析流量结构。 本教程演示了如何执行以下操作: _设置具有适当阻力的基材的多孔区域。 _使用基于压力的解算器计算通过催化转化器的气体流量的解决方案。 _绘制几何体特定平面上的压力和速度分布。 _确定通过基材的压降和不均匀的程度 通过使用X-Y图和数字报告的几何横截面的流量。 Prerequisites This tutorial assumes that you are familiar with the menu structure in FLUENT and that you have completed Tutorial 1. Some steps in the setup and solution procedure will not be shown explicitly. 本教程假设您熟悉FLUENT中的菜单结构您已完成教程1.设置和解决方案过程中的某些步骤不会明确显示。

《FLUENT中文手册(简化版)》

FLUENT中文手册(简化版) 本手册介绍FLUENT的使用方法,并附带了相关的算例。下面是本教程各部分各章节的简略概括。 第一部分: ?开始使用:描述了FLUENT的计算能力以及它与其它程序的接口。介绍了如何对具体的应用选择适当的解形式,并且概述了问题解决的大致步骤。在本章中给出了一个简单的算例。 ?使用界面:描述用户界面、文本界面以及在线帮助的使用方法,还有远程处理与批处理的一些方法。?读写文件:描述了FLUENT可以读写的文件以及硬拷贝文件。 ?单位系统:描述了如何使用FLUENT所提供的标准与自定义单位系统。 ?使用网格:描述了各种计算网格来源,并解释了如何获取关于网格的诊断信息,以及通过尺度化(scale)、分区(partition)等方法对网格的修改。还描述了非一致(nonconformal)网格的使用. ?边界条件:描述了FLUENT所提供的各种类型边界条件和源项,如何使用它们,如何定义它们等 ?物理特性:描述了如何定义流体的物理特性与方程。FLUENT采用这些信息来处理你的输入信息。 第二部分: ?基本物理模型:描述了计算流动和传热所用的物理模型(包括自然对流、周期流、热传导、swirling、旋转流、可压流、无粘流以及时间相关流)及其使用方法,还有自定义标量的信息。 ?湍流模型:描述了FLUENT的湍流模型以及使用条件。 ?辐射模型:描述了FLUENT的热辐射模型以及使用条件。 ?化学组分输运和反应流:描述了化学组分输运和反应流的模型及其使用方法,并详细叙述了prePDF 的使用方法。 ?污染形成模型:描述了NOx和烟尘的形成的模型,以及这些模型的使用方法。 第三部分: ?相变模拟:描述了FLUENT的相变模型及其使用方法。 ?离散相变模型:描述了FLUENT的离散相变模型及其使用方法。 ?多相流模型:描述了FLUENT的多相流模型及其使用方法。 ?移动坐标系下的流动:描述单一旋转坐标系、多重移动坐标系、以及滑动网格的使用方法。 ?解法器(solver)的使用:描述了如何使用FLUENT的解法器。 ?网格适应:描述了如何优化网格以适应计算需求。 第四部分: ?显示和报告数据界面的创建:本章描述了explains how to create surfaces in the domain on which you can examine FLUENT solution data ?图形和可视化:本章描述了检验FLUENT解的图形工具 ?Alphanumeric Reporting:本章描述了如何获取流动、力、表面积分以及其它解的数据。 ?流场函数的定义:本章描述了如何定义FLUENT面板内出现的变量选择下拉菜单中的流动变量,并且告诉我们如何创建自己的自定义流场函数。 ?并行处理:本章描述了FLUENT的并行处理特点以及使用方法 ?自定义函数:本章描述了如何通过用户定义边界条件,物理性质函数来形成自己的FLUENT软件。 如何使用该手册 对于初学者,建议从阅读“开始”这一章起步。 对于有经验的使用者,有三种不同的方法供你使用该手册:按照特定程序的步骤从按程序顺序排列的目录列表和主题列表中查找相关资料;从命令索引查找特定的面板和文本命令的使用方法;从分类索引查找特定类别信息(在线帮助中没有此类索引,只能在印刷手册中找到它)。 什么时候使用Support Engineer:Support Engineer能帮你计划CFD模拟工程并解决在使用FLUENT 中所遇到的困难。在遇到困难时我们建议你使用Support Engineer。但是在使用之前有以下几个注意事项:●仔细阅读手册中关于你使用并产生问题的命令的信息 ●回忆导致你产生问题的每一步 ●如果可能的话,请记下所出现的错误信息 ●对于特别困难的问题,保存FLUENT出现问题时的日志以及手稿。在解决问题时,它是最好的资源。

Fluent性能分析

Fluent性能分析 仅仅就我接触过得谈谈对fluent的认识,并说说哪些用户适合用,哪些不适合 fluent对我来说最麻烦的不在里面的设置,因为我本身解决的就是高速流动可压缩N-S方程,而且本人也是学力学的,诸如边界条件设置等概念还是非常清楚的同时我接触的流场模拟,都不会有很特别的介质,所以设置起来很简单 对我来说,颇费周折的是gambit做图和生成网格,并不是我不会,而是gambit对作图要求的条件很苛刻,也就是说,稍有不甚,就前功尽弃,当然对于计算流场很简单的用户,这不是问题。有时候好几天生成不了的图形,突然就搞定了,逐渐我也总结了一点经验,就是要注意一些小的拐角地方的图形,有时候做布尔运算在图形吻合的地方,容易产生一些小的面最终将导致无法在此生成网格, fluent里面的计算方法是有限体积法,而且我觉得它在计算过程中为了加快收敛速度,采取了交错网格,这样,计算精度就不会很高。同时由于非结构网格,肯定会导致计算精度的下降,所以我一贯来认为在fluent里面选取复杂的粘性模型和高精度的 格式没有任何意义,除非你的网格做的非常好。 而且fluent5.5以前的版本(包括5。5),其物理模型,(比如粘性流体的几个模型)都是预先设定的,所以,对于那些做探索性或者检验新方法而进行的模拟,就不适合 用。 同时gambit做网格,对于粘性流体,特别是计算湍流尺度,或者做热流计算来说其网格精度一般是不可能满足的,除非是很小的计算区域 所以,用fluent做的比较复杂一点的流场(除了经典的几个基本流场) 其计算所得热流,湍流,以及用雷诺应力模拟的粘性都不可能是准确的, 这在物理上和计算方法已经给fluent判了死刑,有时候看到很多这样讨论的文章,觉得 大家应该从物理和力学的本质上考虑问题。 但是,fluent往往能计算出量级差不多的结果,我曾经做了一个复杂的飞行器热流计算,高超音速流场,得到的壁面热流,居然在量级上是吻合的,但是,从计算热流需要的壁面网格精度来判断,gambit所做的网格比起壁面网格所满足的尺寸的要大了至少2个数量级, 我到现在还不明白fluent是怎么搞的。 综上,我觉得,如果对付老板的一些工程项目,可以用fluent对付过去但是如果真的做论文,或者需要发表文章,除非是做一些技术性工作,比如优化计算 一般用fluent是不适合的。 我感觉fluent做力的计算是很不错的,做流场结构的计算,即使得出一些涡也不是流场本身性质的反应,做低速流场计算,fluent的优势在于收敛 速度快,但是低速流场计算,其大多数的着眼点在于对流场结构的探索,所以计算得到的结果就要好好斟酌一下了,高速流场的模拟中,一般着眼点在于气动力的结果,压力分布

FLUENT算例 (9)模拟燃烧

计算流体力学作业FLUENT 模拟燃烧 问题描述:长为2m、直径为0.45m的圆筒形燃烧器结构如图1所示,燃烧筒壁上嵌有三块厚为0.0005 m,高0.05 m的薄板,以利于甲烷与空气的混合。燃烧火焰为湍流扩散火焰。在燃烧器中心有一个直径为0.01 m、长为0.01 m、壁厚为0.002 m的小喷嘴,甲烷以60 m/s的速度从小喷嘴注入燃烧器。空气从喷嘴周围以0.5 m/s的速度进入燃烧器。总当量比大约是0.76(甲烷含量超过空气约28%),甲烷气体在燃烧器中高速流动,并与低速流动的空气混合,基于甲烷喷嘴直径的雷诺数约为5.7×103。 假定燃料完全燃烧并转换为:CH4+2O2→CO2+2H2O 反应过程是通过化学计量系数、形成焓和控制化学反应率的相应参数来定义的。利用FLUENT的finite-rate化学反应模型对一个圆筒形燃烧器内的甲烷和空气的混合物的流动和燃烧过程进行研究。 1、建立物理模型,选择材料属性,定义带化学组分混合与反应的湍流流动边界条件 2、使用非耦合求解器求解燃烧问题 3、对燃烧组分的比热分别为常量和变量的情况进行计算,并比较其结果 4、利用分布云图检查反应流的计算结果 5、预测热力型和快速型的NO X含量 6、使用场函数计算器进行NO含量计算 一、利用GAMBIT建立计算模型 第1步启动GAMBIT,建立基本结构 分析:圆筒燃烧器是一个轴对称的结构,可简化为二维流动,故只要建立轴对称面上的

二维结构就可以了,几何结构如图2所示。 (1)建立新文件夹 在F盘根目录下建立一个名为combustion的文件夹。 (2)启动GAMBIT (3)创建对称轴 ①创建两端点。A(0,0,0),B(2,0,0) ②将两端点连成线 (4)创建小喷嘴及空气进口边界 ①创建C、D、E、F、G点

Fluent多相流模型选择

FLUENT多相流模型 分类 1、气液或液液流动 气泡流动:连续流体中存在离散的气泡或液泡 液滴流动:连续相为气相,其它相为液滴 栓塞(泡状)流动:在连续流体中存在尺寸较大的气泡 分层自由流动:由明显的分界面隔开的非混合流体流动。 2、气固两相流动 粒子负载流动:连续气体流动中有离散的固体粒子 气力输运:流动模式依赖,如固体载荷、雷诺数和例子属性等。最典型的模式有沙子的流动,泥浆流,填充床以及各相同性流 流化床:有一个盛有粒子的竖直圆筒构成,气体从一个分散器进入筒内,从床底不断冲入的气体使得颗粒得以悬浮。 3、液固两相流动 泥浆流:流体中的大量颗粒流动。颗粒的stokes数通常小于1。大于1是成为流化了的液固流动。 水力运输:在连续流体中密布着固体颗粒 沉降运动:在有一定高度的盛有液体的容器内,初始时刻均匀散布着颗粒物质,随后,流体会出现分层。 4、三相流 以上各种情况的组合 多相流动系统的实例 气泡流:抽吸、通风、空气泵、气穴、蒸发、浮选、洗刷。 液滴流:抽吸、喷雾、燃烧室、低温泵、干燥机、蒸发、气冷、洗刷。 栓塞流:管道或容器中有大尺度气泡的流动 分层流:分离器中的晃动、核反应装置沸腾和冷凝 粒子负载流:旋风分离器、空气分类器、洗尘器、环境尘埃流动 气力输运:水泥、谷粒和金属粉末的输运 流化床:流化床反应器、循环流化床 泥浆流:泥浆输运、矿物处理 水力输运:矿物处理、生物医学、物理化学中的流体系统 沉降流动:矿物处理。 多相流模型的选择原则 1、基本原则

1)对于体积分数小于10%的气泡、液滴和粒子负载流动,采用离散相 模型。 2)对于离散相混合物或者单独的离散相体积率超出10%的气泡、液滴 和粒子负载流动,采用混合模型或欧拉模型。 3)对于栓塞流、泡状流,采用VOF模型 4)对于分层/自由面流动,采用VOF模型 5)对于气动输运,均匀流动采用混合模型,粒子流采用欧拉模型。 6)对于流化床,采用欧拉模型 7)泥浆和水力输运,采用混合模型或欧拉模型。 8)沉降采用欧拉模型 9)对于更一般的,同时包含多种多相流模式的情况,应根据最感兴趣 的流动特种,选择合适的流动模型。此时由于模型只是对部分流动特 征采用了较好的模拟,其精度必然低于只包含单个模式的流动。 2、混合模型和欧拉模型的选择原则 VOF模型适合于分层的或自由表面流,而混合模型和欧拉模型适合于流动中有相混合或分离,或者分散相的体积分数超过10%的情况(小于10%可使用离散相模型)。 1)如果分散相有宽广的分布(如颗粒的尺寸分布很宽),最好采用混 合模型,反之使用欧拉模型。 2)如果相间曳力规律一直,欧拉模型通常比混合模型更精确;若相间 曳力规律不明确,最好选用混合模型。 3)如果希望减小计算了,最好选用混合模型,它比欧拉模型少解一部 分方程;如果要求精度而不在意计算量,欧拉模型可能是更好的选择。 但是要注意,复杂的欧拉模型比混合模型的稳定性差,可能会遇到收 敛困难。

FLUENT 15.0 VOF模型测试报告

ANSYS 15.0 系列测试报告 FLUENT 15.0 VOF模型 测试人:崔亮安世亚太公司 测试时间:2013.12.01

1、仿真平台 HP Z820工作站,Intel Xeon E5-2690 * 2,内存64GB,2TB SATA硬盘。安装ANSYS 15.0 Preview3版本。 2、仿真模型 对某车型上带有底部隔板的油箱,在车辆加速时油箱内燃油晃动的瞬态过程进行瞬态仿真分析,网格单元数约10万,使用FLUENT的VOF模型计算空气和燃油的两相交界面。重点考察FLUENT 15.0中VOF模型的计算效率和两相交界面捕捉精度的提升。 测试案例的几何形状 测试案例的网格模型 3、试用情况 1).稳定性 在整个试用过程中,软件保持稳定,未出现任何不流畅、死机、系统崩溃等情况。2).流畅度 模型拖动、旋转、缩放等操作十分流畅,模型设定及求解过程操作十分流畅。 3).效率 该模型使用0.0005秒的时间步长进行瞬态计算,共计算了2000步,共计1.0秒时长。使用15.0 Preview3版本所用的计算时间为3693秒。之前使用13.0版本计算该模型所用计算时间为4381秒。新版本提速15.7%。 4).硬件资源调用情况 由于该模型网格数量较少,仅使用单核进行求解计算。在整个计算过程中,单核占用率达到100%,内存占用峰值约为400 MB。之前使用13.0版本计算该模型的内存占用峰值约

为450兆。新版本对内存的峰值占用约为旧版本的90%左右。 5).计算精度 VOF模型的计算精度体现在两相交界面捕捉的清晰程度,15.0版本的交界面捕捉清晰程度比旧版本略有提升,对于一些较小的气泡有着更好的捕捉能力。 t=0.45s时,15.0版本和13.0版本计算的两相交界面对比 t=0.45s时,15.0版本和13.0版本计算的两相交界面对比 4、总结 在ANSYS 15.0 Preview3版本的试用过程中,对FLUENT 15.0中VOF模型的计算效率提升感到满意,相比较于旧版本,约有15%的计算速度提升,这对缩短仿真分析的周期有极大帮助;还有约10%的内存峰值占用量下降,这对于合理利用现有硬件资源进行更大规模的模型计算有着重要意义。此外,新版本VOF模型的计算精度也有所提升,两相交界面捕捉更加锐利,对于一些较小的气泡,相对于旧版本有着更好的捕捉能力

Fluent多相流模型选择与设定

1.多相流动模式 我们可以根据下面的原则对多相流分成四类: ?气-液或者液-液两相流: o 气泡流动:连续流体中的气泡或者液泡。 o 液滴流动:连续气体中的离散流体液滴。 o 活塞流动: 在连续流体中的大的气泡 o 分层自由面流动:由明显的分界面隔开的非混合流体流动。 ?气-固两相流: o 充满粒子的流动:连续气体流动中有离散的固体粒子。 o 气动输运:流动模式依赖诸如固体载荷、雷诺数和粒子属性等因素。最典型的模式有沙子的流动,泥浆流,填充床,以及各向同性流。 o 流化床:由一个盛有粒子的竖直圆筒构成,气体从一个分散器导入筒内。从 床底不断充入的气体使得颗粒得以悬浮。改变气体的流量,就会有气泡不断 的出现并穿过整个容器,从而使得颗粒在床内得到充分混合。 ?液-固两相流 o 泥浆流:流体中的颗粒输运。液-固两相流的基本特征不同于液体中固体颗 粒的流动。在泥浆流中,Stokes 数通常小于1。当Stokes数大于1 时,流动成为流化(fluidization)了的液-固流动。 o 水力运输: 在连续流体中密布着固体颗粒 o 沉降运动: 在有一定高度的成有液体的容器内,初始时刻均匀散布着颗粒物 质。随后,流体将会分层,在容器底部因为颗粒的不断沉降并堆积形成了淤 积层,在顶部出现了澄清层,里面没有颗粒物质,在中间则是沉降层,那里 的粒子仍然在沉降。在澄清层和沉降层中间,是一个清晰可辨的交界面。 ?三相流(上面各种情况的组合) 各流动模式对应的例子如下: ?气泡流例子:抽吸,通风,空气泵,气穴,蒸发,浮选,洗刷 ?液滴流例子:抽吸,喷雾,燃烧室,低温泵,干燥机,蒸发,气冷,刷洗?活塞流例子:管道或容器内有大尺度气泡的流动 ?分层自由面流动例子:分离器中的晃动,核反应装置中的沸腾和冷凝 ?粒子负载流动例子:旋风分离器,空气分类器,洗尘器,环境尘埃流动 ?风力输运例子:水泥、谷粒和金属粉末的输运

大涡模拟的fluent算例

Introduction:This tutorial demonstrates how to model the2D turbu-lent?ow across a circular cylinder using LES(Large Eddy Simula-tion),and compute?ow-induced noise(aero-noise)using FLUENT’s acoustics model. In this tutorial you will learn how to: ?Perform2D Large Eddy Simulation(LES) ?Set parameters for an aero-noise calculation ?Save surface pressure data for an aero-noise calculation ?Calculate aero-noise quantities ?Postprocess an aero-noise solution Prerequisites:This tutorial assumes that you are familiar with the menu structure in FLUENT,and that you have solved or read Tu-torial1.Some steps in the setup and solution procedure will not be shown explicitly. Problem Description:The problem considers turbulent air?ow over a2D circular cylinder at a free stream velocity U of69.19m/s. The cylinder diameter D is1.9cm.The Reynolds number based on the?ow parameters is about90000.The computational do-main(Figure3.0.1)extends5D upstream and20D downstream of the cylinder,and5D on both sides of it.If the computational domain is not taken wide enough on the downstream side,so that no reversed?ow occurs,the accuracy of the aero-noise prediction may be a?ected.The rule of thumb is to take at least20D on the downstream side of the obstacle. c Fluent Inc.June20,20023-1

fluent多相流算例

Tutorial:Dam-Break Simulation Using FLUENT’s Volume of Fluid Model Purpose This tutorial examines the dam-break problem using the Volume of Fluid(VOF)multiphase model. This tutorial demonstrates how to do the following: ?Set up a dam-break problem. ?Choose the time step by estimating the maximum possible velocity of the interface and the grid cell dimension. ?Solve the problem using the VOF model. ?Manipulate the solution parameters. 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.In this tutorial,you will use VOF multiphase model,so you should have some experience with it.This tutorial will not cover the mechanics of using this model;instead,it will focus on the application of this model to solve a dam-break problem. If you have not used this model before,it would be helpful to?rst refer to the FLUENT6.3 User’s Guide and the FLUENT6.2Tutorial Guide. Problem Description The initial setup of the dam-break problem is shown in Figure1. In this problem,a rectangular column of water,in hydrostatic equilibrium,is con?ned between two walls.Gravity is acting downwards with a magnitude of-9.81m/s2.At the beginning of the calculation,the right wall is removed and the water is allowed to?ow out to the horizontal wall.

fluent经验总结

1什么叫松弛因子?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? 1、亚松驰(Under Relaxation):所谓亚松驰就是将本层次计算结果与上一层次结果的差值作适当缩减,以避免由于差值过大而引起非线性迭代过程的发散。用通用变量来写 出时,为松驰因子(Relaxation Factors)。《数值传热学-214》 2、FLUENT中的亚松驰:由于FLUENT所解方程组的非线性,我们有必要控制的变化。一般用亚松驰方法来实现控制,该方法在每一部迭代中减少了的变化量。亚松驰最简 单的形式为:单元内变量等于原来的值加上亚松驰因子a与变化的积, 分离解算器使用亚松驰来控制每一步迭代中的计算变量的更新。这就意味着使用分离解算器解的方程,包 括耦合解算器所解的非耦合方程(湍流和其他标量)都会有一个相关的亚松驰因子。在FLUENT中,所有变量的默认亚松驰因子都是对大多数问题的最优值。这个值适合于很多问题,但是对于一些特殊的非线性问题(如:某些湍流或者高Rayleigh数自然对流问题),在计算开始时要慎重减小亚松驰因子。使用默认的亚松驰因子开始计算是很好的习惯。如 果经过4到5步的迭代残差仍然增长,你就需要减小亚松驰因子。有时候,如果发现残差 开始增加,你可以改变亚松驰因子重新计算。在亚松驰因子过大时通常会出现这种情况。 最为安全的方法就是在对亚松驰因子做任何修改之前先保存数据文件,并对解的算法做几 步迭代以调节到新的参数。最典型的情况是,亚松驰因子的增加会使残差有少量的增加, 但是随着解的进行残差的增加又消失了。如果残差变化有几个量级你就需要考虑停止计算 并回到最后保存的较好的数据文件。注意:粘性和密度的亚松驰是在每一次迭代之间的。 而且,如果直接解焓方程而不是温度方程(即:对PDF计算),基于焓的温度的更新是要进行亚松驰的。要查看默认的亚松弛因子的值,你可以在解控制面板点击默认按钮。对于 大多数流动,不需要修改默认亚松弛因子。但是,如果出现不稳定或者发散你就需要减小 默认的亚松弛因子了,其中压力、动量、k和e的亚松弛因子默认值分别为0.2,0.5,0.5和0.5。对于SIMPLEC格式一般不需要减小压力的亚松弛因子。在密度和温度强烈耦合 的问题中,如相当高的Rayleigh数的自然或混合对流流动,应该对温度和/或密度(所用 的亚松弛因子小于1.0)进行亚松弛。相反,当温度和动量方程没有耦合或者耦合较弱时,流动密度是常数,温度的亚松弛因子可以设为1.0。对于其它的标量方程,如漩涡,组分,PDF变量,对于某些问题默认的亚松弛可能过大,尤其是对于初始计算。你可以将松弛因子设为0.8以使得收敛更容易。 SIMPLE与SIMPLEC比较 在FLUENT中,可以使用标准SIMPLE算法和SIMPLEC(SIMPLE-Consistent)算法,默认是SIMPLE算法,但是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驰迭代时,具体介绍如下: 对于相对简单的问题(如:没有附加模型激活的层流流动),其收敛性已经被压力速

fluent的一个实例(波浪管道的内部流动模拟).

基于FLUENT 的波浪管道热传递耦合模拟 CFD 可以对热传递耦合的流体流动进行模拟。CFD 模拟可以观察到管道内部的流动行为和热传递,这样可以改进波浪壁面复杂通道几何形状中的热传递。 目的: (1) 创建由足够数量的完整波浪组成的波浪管道,提供充分发展条件; (2) 应用周期性边界条件创建波浪通道的一部分; (3) 研究不同湍流模型以及壁面函数对求解的影响; (4) 采用固定表面温度以及固定表面热流量条件,确定雷诺数与热特性之间的 关系。 问题的描述: 通道由重复部分构成,每一部分由顶部的直面和底部的正弦曲面构成,如图。 图1 管道模型 空气的流动特性如下: 质量流量: m=0.816kg/s; 密度: ρ=1kg/m 3; 动力粘度:μ=0.0001kg/(m ·s); 流动温度: Tb=300K ; 流体其他热特性选择默认项。 流动初试条件: x 方向的速度=0.816m/s ; 湍动能=1m 2/s 2; 湍流耗散率=1×105m 2/s 3。 所有湍流模型中均采用增强壁面处理。 操作过程: 一、 完整波浪管道模型的数值模拟 (1) 计算 Re=uH/v=0.816×1/ (0.0001/1) =8160 Cf/2=0.0359Re -0.2=0.0359× (8160)-0.2=0.0059259 0628.00059259.0816.02 =?==f t C u u y +=u t y/v y=0.00159

(2)创建网格 本例为波浪形管道,管道壁面为我们所感兴趣的地方所以要局部细化。入口和出口处的边界网格设置如图。 图2 边网格 生成面网格 图3 管道网格 (3)运用Fluent进行计算 本例涉及热传递耦合,所以在fluent中启动能量方程,如图。 图4 能量方程

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