【流体数值模拟软件】Fluent基础讲义

FLUENT全攻略流体中文网倾情奉献 雷锋精神永放光芒！2005年3月5日版权声明本书乃周华站长、孙为民、徐丽、宋剑的个人工作成果，仅供流体中文网网友下载交流之用，请下载后24小时内删除。

本网对书中内容不承担任何法律责任，请谨慎使用！祝大家身体健康，万事如意！2005年3月5日星期六 纪年学习雷锋四十二周年FLUENT6.1全攻略第一篇 FLUENT基础知识第一章 FLUENT软件介绍FLUENT软件是目前市场上最流行的CFD软件，它在美国的市场占有率达到60%。

在我们进行的网上调查中发现，FLUENT在中国也是得到最广泛使用的CFD软件。

因此，我们将在这本书中为大家全面介绍FLUENT的相关知识，希望能让您的CFD分析工作变得轻松起来。

用数值方法模拟一个流场包括网格划分、选择计算方法、选择物理模型、设定边界条件、设定材料属性和对计算结果进行后处理几大部分。

本章将概要地介绍FLUENT软件的以下几个方面：（1）FLUENT软件的基本特点。

（2）FLUENT、GAMBIT、TECPLOT和EXCEED的安装和运行。

（3）FLUENT的用户界面。

（4）FLUENT如何读入和输出文件。

（5）FLUENT中使用的单位制。

（6）如何规划计算过程。

（5）FLUENT的基本算法。

1.1FLUENT软件概述1.1.1网格划分技术在使用商用CFD软件的工作中，大约有80%的时间是花费在网格划分上的，可以说网格划分能力的高低是决定工作效率的主要因素之一。

FLUENT软件采用非结构网格与适应性网格相结合的方式进行网格划分。

与结构化网格和分块结构网格相比，非结构网格划分便于处理复杂外形的网格划分，而适应性网格则便于计算流场参数变化剧烈、梯度很大的流动，同时这种划分方式也便于网格的细化或粗化，使得网格划分更加灵活、简便。

FLUENT划分网格的途径有两种：一种是用FLUENT提供的专用网格软件GAMBIT 进行网格划分，另一种则是由其他的CAD软件完成造型工作，再导入GAMBIT中生成网1FLUENT6.1全攻略格。

luent中一些问题----(目录)1 如何入门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（Ideal Fluid）和粘性流体（Viscous Fluid）牛顿流体（Newtonian Fluid）和非牛顿流体（non-Newtonian Fluid）可压缩流体（Compressible Fluid）和不可压缩流体（Incompressible Fluid）层流（Laminar Flow）和湍流（Turbulent Flow）定常流动（Steady Flow）和非定常流动（Unsteady Flow）亚音速流动(Subsonic)与超音速流动（Supersonic）热传导（Heat Transfer）及扩散（Diffusion）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离散化的目的计算区域的离散及通常使用的网格控制方程的离散及其方法各种离散化方法的区别4 常见离散格式的性能的对比（稳定性、精度和经济性）5 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6 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可压缩Euler及Navier-Stokes方程数值解不可压缩Navier-Stokes方程求解7 什么叫边界条件有何物理意义它与初始条件有什么关系8 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9 在网格生成技术中，什么叫贴体坐标系什么叫网格独立解10 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11 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12 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）13 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14 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15 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16 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17 23 在FLUENT运行过程中，经常会出现“turbulence viscous rate”超过了极限值，此时如何解决而这里的极限值指的是什么值修正后它对计算结果有何影响18 24 在FLUENT运行计算时，为什么有时候总是出现“reversed flow”其具体意义是什么有没有办法避免如果一直这样显示，它对最终的计算结果有什么样的影响26 什么叫问题的初始化在FLUENT中初始化的方法对计算结果有什么样的影响初始化中的“patch”怎么理解27 什么叫PDF方法FLUENT中模拟煤粉燃烧的方法有哪些30 FLUENT运行过程中，出现残差曲线震荡是怎么回事如何解决残差震荡的问题残差震荡对计算收敛性和计算结果有什么影响31数值模拟过程中，什么情况下出现伪扩散的情况以及对于伪扩散在数值模拟过程中如何避免32 FLUENT轮廓（contour）显示过程中，有时候标准轮廓线显示通常不能精确地显示其细节，特别是对于封闭的3D物体（如柱体），其原因是什么如何解决33 如果采用非稳态计算完毕后，如何才能更形象地显示出动态的效果图34 在FLUENT的学习过程中，通常会涉及几个压力的概念，比如压力是相对值还是绝对值参考压力有何作用如何设置和利用它35 在FLUENT结果的后处理过程中，如何将美观漂亮的定性分析的效果图和定量分析示意图插入到论文中来说明问题36 在DPM模型中，粒子轨迹能表示粒子在计算域内的行程，如何显示单一粒径粒子的轨道（如20微米的粒子）37 在FLUENT定义速度入口时，速度入口的适用范围是什么湍流参数的定义方法有哪些各自有什么不同38 在计算完成后，如何显示某一断面上的温度值如何得到速度矢量图如何得到流线39 分离式求解器和耦合式求解器的适用场合是什么分析两种求解器在计算效率与精度方面的区别43 FLUENT中常用的文件格式类型：dbs，msh，cas，dat，trn，jou，profile等有什么用处44 在计算区域内的某一个面（2D）或一个体（3D）内定义体积热源或组分质量源。

luent中一些问题----(目录)1 如何入门2 CFD计算中涉及到的流体及流动的基本概念和术语2.1 理想流体（Ideal Fluid）和粘性流体（Viscous Fluid）2.2 牛顿流体（Newtonian Fluid）和非牛顿流体（non-Newtonian Fluid）2.3 可压缩流体（Compressible Fluid）和不可压缩流体（Incompressible Fluid）2.4 层流（Laminar Flow）和湍流（Turbulent Flow）2.5 定常流动（Steady Flow）和非定常流动（Unsteady Flow）2.6 亚音速流动(Subsonic)与超音速流动（Supersonic）2.7 热传导（Heat Transfer）及扩散（Diffusion）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？3.1 离散化的目的3.2 计算区域的离散及通常使用的网格3.3 控制方程的离散及其方法3.4 各种离散化方法的区别4 常见离散格式的性能的对比（稳定性、精度和经济性）5 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？6 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？6.1 可压缩Euler及Navier-Stokes方程数值解6.2 不可压缩Navier-Stokes方程求解7 什么叫边界条件？有何物理意义？它与初始条件有什么关系？8 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？9 在网格生成技术中，什么叫贴体坐标系？什么叫网格独立解？10 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？11 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？12 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）？13 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？14 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？15 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？16 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？17 23 在FLUENT运行过程中，经常会出现“turbulence viscous rate”超过了极限值，此时如何解决？而这里的极限值指的是什么值？修正后它对计算结果有何影响18 24 在FLUENT运行计算时，为什么有时候总是出现“reversed flow”？其具体意义是什么？有没有办法避免？如果一直这样显示，它对最终的计算结果有什么样的影响26 什么叫问题的初始化？在FLUENT中初始化的方法对计算结果有什么样的影响？初始化中的“patch”怎么理解？27 什么叫PDF方法？FLUENT中模拟煤粉燃烧的方法有哪些？30 FLUENT运行过程中，出现残差曲线震荡是怎么回事？如何解决残差震荡的问题？残差震荡对计算收敛性和计算结果有什么影响？31数值模拟过程中，什么情况下出现伪扩散的情况？以及对于伪扩散在数值模拟过程中如何避免？32 FLUENT轮廓（contour）显示过程中，有时候标准轮廓线显示通常不能精确地显示其细节，特别是对于封闭的3D物体（如柱体），其原因是什么？如何解决？33 如果采用非稳态计算完毕后，如何才能更形象地显示出动态的效果图？34 在FLUENT的学习过程中，通常会涉及几个压力的概念，比如压力是相对值还是绝对值？参考压力有何作用？如何设置和利用它？35 在FLUENT结果的后处理过程中，如何将美观漂亮的定性分析的效果图和定量分析示意图插入到论文中来说明问题？36 在DPM模型中，粒子轨迹能表示粒子在计算域内的行程，如何显示单一粒径粒子的轨道（如20微米的粒子）？37 在FLUENT定义速度入口时，速度入口的适用范围是什么？湍流参数的定义方法有哪些？各自有什么不同？38 在计算完成后，如何显示某一断面上的温度值？如何得到速度矢量图？如何得到流线？39 分离式求解器和耦合式求解器的适用场合是什么？分析两种求解器在计算效率与精度方面的区别43 FLUENT中常用的文件格式类型：dbs，msh，cas，dat，trn，jou，profile等有什么用处？44 在计算区域内的某一个面（2D）或一个体（3D）内定义体积热源或组分质量源。

FLUENT6.1全攻略第一篇 FLUENT基础知识第一章 FLUENT软件介绍FLUENT软件是目前市场上最流行的CFD软件，它在美国的市场占有率达到60%。

在我们进行的网上调查中发现，FLUENT在中国也是得到最广泛使用的CFD软件。

因此，我们将在这本书中为大家全面介绍FLUENT的相关知识，希望能让您的CFD分析工作变得轻松起来。

用数值方法模拟一个流场包括网格划分、选择计算方法、选择物理模型、设定边界条件、设定材料属性和对计算结果进行后处理几大部分。

本章将概要地介绍FLUENT软件的以下几个方面：（1）FLUENT软件的基本特点。

（2）FLUENT、GAMBIT、TECPLOT和EXCEED的安装和运行。

（3）FLUENT的用户界面。

（4）FLUENT如何读入和输出文件。

（5）FLUENT中使用的单位制。

（6）如何规划计算过程。

（5）FLUENT的基本算法。

1.1FLUENT软件概述1.1.1网格划分技术在使用商用CFD软件的工作中，大约有80%的时间是花费在网格划分上的，可以说网格划分能力的高低是决定工作效率的主要因素之一。

FLUENT软件采用非结构网格与适应性网格相结合的方式进行网格划分。

与结构化网格和分块结构网格相比，非结构网格划分便于处理复杂外形的网格划分，而适应性网格则便于计算流场参数变化剧烈、梯度很大的流动，同时这种划分方式也便于网格的细化或粗化，使得网格划分更加灵活、简便。

FLUENT划分网格的途径有两种：一种是用FLUENT提供的专用网格软件GAMBIT 进行网格划分，另一种则是由其他的CAD软件完成造型工作，再导入GAMBIT中生成网1FLUENT6.1全攻略格。

还可以用其他网格生成软件生成与FLUENT兼容的网格用于FLUENT计算。

可以用于造型工作的CAD软件包括I-DEAS、Pro/E、SolidWorks、Solidedge等。

除了GAMBIT 外，可以生成FLUENT网格的网格软件还有ICEMCFD、GridGen等等。

1单精度与双精度的区别大多数情况下，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2分离解与耦合解的区别选择解的格式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。

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。