FLUENT学习经验总结(狠珍贵,学长传授)
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fluent学习总结报告4定义材料的⽅法FLUENT预定义了⼀些材料,⽤户可⾃定义新材料,还可从材料数据库中复制⼰有材料,或者修改已有材料。
所有材料的定义、复制和修改,都是通过Meterials对话框来实现的。
在对话框中,可在相应条⽬下选择或输⼊相关数据,从⽽实现对材料的创建、修改和删除。
下⾯结合主要条⽬的说明来介绍对话框的使⽤。
Name:显⽰当前材料的名称。
如果⽤户想要⽣成新材料,⽆论是采⽤创建还是采⽤复制的⽅法,可在此输⼊所要⽣成材料名称。
如果要修改已存在的材料,则需要从右边的Fluid Materials(或Solid Materials)下拉列表中已有材料。
Chemical Formula:显⽰材料的化学式。
Material Type:该下拉列表框包含有所有可⽤的材料类型清单。
Fluent默认的材料类型只有Fluid和solid.如果模拟组分运输,会增加Mixture材料类型。
如果模拟离散项,还可能出现其他类型。
Fluid Materials/Solid Materials:下拉列表框包含与在Material Type中所选材料类型对应的已定义的全部材料清单。
Order Materials By:允许⽤户对已存在的材料名称进⾏排名。
排名顺序可安Name和Chemical Formula。
Datebaxxxxse:打开Fluent提供的数据库,⽤户可从中复制预定义的材料到当前求解器中。
数据库提供了许多常⽤的材料。
例如,可从数据库中将Water复制过来,然后在这个对话框中对其进⾏适当修改,water便成了当前求解器中可以使⽤的材料。
默认情况下,只有数据库中的air(空⽓)和aluminum(铝)出现在当前求解器中。
properties:包含材料的各种属性,⽤以让⽤户确认或修改。
这些属性的范围因当前使⽤的计算模型不同⽽不同。
经常使⽤的条⽬包括Density(密度)、(常压⽐热容)、Thermalconductivity(热传导系数)、Viscosity(粘度)等,⽤户可根据⾃⼰求解问题中的实际流体介质的物理特性输⼊相关参数。
fluent的一些学习心得我是一位从事fluent数值模拟多年的员工,也学了一些相关方面的技能。
希望能借助这个平台,将我所学到的东西传播给大家。
这是我之前学习fluent软件的一些心得,希望对大家有帮助。
一、重复、模仿阶段(主要是看网上的教程)1)学习网格的概念,非结构网格和结构性网格的区别,流体域与固体域的耦合等。
2)学习网格的画法,熟练掌握画网格的流程以及需要注意的事项。
个人推荐结构性网格用icem-cfd软件,非结构网格用ansys meshing软件,有时也可以用混合网格组装的形式。
这两个软件适合入门,比较简单(如果几何结构比较复杂,多达十几种不同零件的话,可以学习fluent meshing这个软件,这个软件难度比较高!)。
前期看教程,不需要搞懂每一步是什么原因,我们要做的,是记住这些操作流程和模仿,并且尽量地做到熟练、熟练、熟练3)熟悉fluent的模拟流程。
前期我觉得学习画网格的时间应该占70%左右,其余时间熟悉fluent模拟操作。
二、思考每一步操作的原因这时,我们需要思考教程中的操作流程,为什么要那么操作,以及作者的思路是怎么样的。
这时可以将教程看两遍,甚至三遍,倍速播放,这时不需要模仿操作,只需要思考作者的操作原因就行,也不会花费较多的时间。
这时遇到想不通的问题,要多和师兄师姐沟通,多用度娘,要善于看软件的帮助文档,有时候看帮助文档的效果是最好的。
这一阶段是最耗时间的,也是最困难的部分。
三、归纳总结+重复练习FLUENT——udf实例文档下载可以将教程按照网格画法、模拟方法(流体、流固耦合还是多相耦合)、动网格和静网格的不同、常见的问题解决等方法归类,总结出每一类的相同点和不同点。
相同点很重要,每个项目都会用到,都是相通的。
不同点我们可以整理出来,因为每个项目都不一样,到时候现学就可以。
最重要的一点,就是要多见识不同的模拟,平常重复练习。
因为fluent软件一段时间不用,就可能全忘了,需要持续不断地学习。
fluent经验之谈(过来人的总结).docFluent经验之谈(过来人的总结)引言Fluent作为计算流体动力学(CFD)领域内一款强大的软件工具,被广泛应用于工程设计、科研和教育等多个领域。
它能够帮助工程师和研究人员模拟和分析流动、热传递和化学反应等复杂现象。
本文档将基于个人使用Fluent的经验,提供一些实用的技巧和建议,以帮助新用户更高效地学习和使用Fluent。
Fluent软件概述Fluent的主要功能流动模拟:包括层流、湍流等流动特性的模拟。
热传递分析:涉及导热、对流和辐射等热传递方式。
化学反应模拟:模拟燃烧、化学反应等过程。
Fluent的应用领域航空航天:飞机设计、发动机性能分析等。
汽车工业:汽车空气动力学、冷却系统设计等。
能源领域:风力发电、太阳能热利用等。
环境工程:污染物扩散、室内空气质量等。
Fluent学习路径基础知识流体力学基础:理解流体的基本性质和流动规律。
数值方法:了解有限体积法、有限元法等数值求解方法。
Fluent界面熟悉用户界面:熟悉Fluent的图形用户界面(GUI)。
命令行操作:学习使用Fluent的命令行工具。
实践操作案例练习:通过实际案例练习来加深理解。
参数调整:学习如何调整模型参数以获得更准确的结果。
Fluent建模技巧几何建模精确建模:确保几何模型的准确性,避免简化过度。
边界条件:合理设置边界条件,如入口、出口、壁面等。
网格划分网格质量:生成高质量的网格,避免过度拉伸或扭曲。
网格细化:在关键区域进行网格细化,提高模拟精度。
物理模型选择流动模型:根据流动特性选择合适的流动模型,如k-ε、k-ω等。
湍流模型:选择适合流动特性的湍流模型。
Fluent求解设置求解器配置压力-速度耦合:选择合适的耦合求解器,如SIMPLE、PISO等。
迭代方法:设置适当的迭代方法和收敛标准。
监控和收敛残差监控:监控残差曲线,判断模拟是否收敛。
收敛标准:根据问题特性设置合理的收敛标准。
学习Fluent的经验汇总1 现在用FLUENT的UDF来加入模块,但是用compiled udf时,共享库老是连不上?解决办法:1〉你的计算机必须安装C语言编译器。
2〉请你按照以下结构构建文件夹和存放文件:libudf/src/*.c (*.c为你的源程序);libudf/ntx86/2d(二维为2d,三维为3d)/makefile(由makefile_nt.udf改过来的)libudf/ntx86/2d(二维为2d,三维为3d)/user_nt.udf(对文件中的SOURCE,VERSION,P ARALLEL_NODE进行相应地编辑)3〉通过命令提示符进入文件夹libudf/ntx86/2d/中,运行C语言命令nmake,如果C预言编译器按装正确和你的源程序无错误,那么此时会编译出Fluent需要的库文件(*.lib)这时再启动Fluent就不会出错了。
2 在使用UDF中用编译连接,按照帮助文件中给出的步骤去做了,结果在连接中报错“系统找不到指定文件”。
udf 文件可能不在工作目录中,应该把它拷到工作目录下,或者输入它的全部路径.3 这个1e-3或者1e-4的收敛标准是相对而言的。
在FLUENT中残差是以开始5步的平均值为基准进行比较的。
如果你的初值取得好,你的迭代会很快收敛,但是你的残差却依然很高;但是当你改变初场到比较不同的值时,你的残差开始会很大,但随后却可以很快降低到很低的水平,让你看起来心情很好。
其实两种情况下流场是基本相同的。
由此来看,判断是否收敛并不是严格根据残差的走向而定的。
可以选定流场中具有特征意义的点,监测其速度,压力,温度等的变化情况。
如果变化很小,符合你的要求,即可认为是收敛了。
一般来说,压力的收敛相对比较慢一些的。
是否收敛不能简单看残差图,还有许多其他的重要标准,比如进出口流量差、压力系数波动等等尽管残差仍然维持在较高数值,但凭其他监测也可判断是否收敛。
最重要的就是是否符合物理事实或试验结论。
Fluent学习总结报告学号:班级:姓名:指导老师:前言FLUENT是世界上流行的商用CFD软件包,包括基于压力的分离求解器、基于压力的耦合求解器、基于密度的隐式求解器、基于密度的显示求解器。
它具有丰富的物理模型、先进的数值方法和强大的前后处理功能,可对高超音速流场、传热与相变、化学与相变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、变/动网络、噪声、材料加工复杂激励等流动问题进行精确的模拟,具有较高的可信度,。
用户自定义函数也为改进和完善模型,处理个性化问题和给出更合理的边界条件提供了可能。
经过这一个学期对 Fluent的初步入门学习,我对其有了初步的了解,通过练习一些例子,掌握了用 Fluent 求解分析的大概步骤和对鼠标的操作,也大概清楚这些分析有什么用。
由于软件和指导资料几乎全部都是英文书写,还没能完全地理解软件上各个选项的意义和选项之间的联系,目前仅仅是照着实例练操作,要想解决实际问题还远远不够,不过孰能生巧,我相信经过大量的练习,思考,感悟,我一定可以熟练掌握并运用 Fluent。
本学习报告将从Fluent的应用总结分析和几个算例的操作来叙述。
fluent 简单操作指南1.读入文件file--read--case找到.msh文件打开2.网格检查grid-check网格检查会报告有关网格的任何错误,特别make sure最小体积不能使负值;3.平滑和交换网格grid-smooth/swap---点击smooth再点击swap,重复多次;4.确定长度单位grid-scale----在units conversion中的grid was created in中选择相应的单位,点击change length units给出相应的范围,点击scal,然后关闭;5.显示网格display--grid建立求解模型1.define-models-solver(求解器)2.设置湍流模型define-models-viscous3.选择能量方程define-models-energy4 设置流体物理属性define-materials,进行设置,然后点击change/create,弹出的对话框点NO。
1. 分离式求解器和耦合式求解器:都适用于从不可压到高速可压的很大范围的流动,总得来说,计算高速可压时,耦合式求解器更有优势;分离式求解器中有几个模型耦合式求解器中没有,如VOF,多项混合模型等。
2. 对于绝大多数问题,选择1st-Order Implicit就已经足够了。
精度要求高时,选择2st-Order Implicit.而Explicit选项只对耦合显式求解器有效。
3. 压力都是相对压力值,相对于参考压力而言。
对于不可压流动,若边界条件中不包含有压力边界条件时,用户应设置一个参考压力位置。
计算时,fluent强制这一点的相对压力值为0.4. 选择什么样的求解器后,再选择什么样的计算模型,即通知fluent是否考虑传热,流动是无粘、层流还是湍流,是否多相流,是否包含相变等。
默认情况,fluent只进行流场求解,不求解能量方程。
5. 多相流模型:其中vof模型通过单独的动量方程和处理穿过区域的每一流体的容积比来模拟两种或三种不能混合的流体。
6. 能量方程:选中表示计算过程中要考虑热交换。
对于一般流动,如水利工程及水力机械流场分析,可不考虑传热;气流模拟时,往往要考虑。
默认状态下,fluent在能量方程中忽略粘性生成热,而耦合式求解器包含有粘性生成热。
7. 粘性模型:inviscid无粘计算;Laminar模型,层流模型;k-epsilon(2 eqn)模型,目前常用模型。
8. 材料定义:比较简单9. 边界条件:见P210-21110. 给定湍流参数:在计算区域的进口、出口及远场边界,需给定输运的湍流参数。
Turbulence specification Method项目,意为让用户指定使用哪种模型来输入湍流参数。
用户可任选其一,然后按公式计算选定的湍流参数,并作为输入。
湍流强度,湍动能k,湍动耗散率e。
11. 常用的边界条件:压力进口:适用于可压和不可压流动,用于进口的压力一直但流量或速度未知的情况。
Fluent软件学习心得与体会Fluent软件学习心得与体会作为一名工科学生,学习和掌握流体力学相关的软件工具是非常重要的。
在这方面,ANSYS Fluent软件是被广泛使用的一款流体仿真软件,它具有强大的求解能力和友好的用户界面。
在我深入学习并应用这款软件的过程中,我积累了许多宝贵的心得体会,现在将和大家分享一下。
首先,我认为系统性学习和理解基本原理是掌握Fluent软件的关键。
在开始使用这款软件之前,我先通过翻阅相关的教材和视频教程了解了流体力学的基本理论和模型。
这让我对软件中的各项参数和模型有了更深刻的认识,并且使我能够更好地应用软件解决流体力学问题。
其次,Fluent软件的用户界面相对来说算是比较友好和直观的。
但在实际使用中,我发现了一些需要注意的地方。
首先是网格的设置,合理的网格划分对于数值模拟的结果准确性有着重要的影响。
我学会了在软件中使用不同的网格生成方法,并且根据具体的问题进行优化。
其次是模型选择和边界条件的设定。
在使用Fluent软件时,根据实际问题需求选择合适的模型,并设置合理的边界条件是非常重要的。
我在实践中不断尝试和调整,逐渐掌握了这些技巧。
另外,Fluent软件提供了丰富的后处理功能,能够对仿真结果进行多种可视化展示。
在我的学习过程中,我学会了使用软件中的不同后处理工具,如云图、曲线图、剖面图等,来直观地展示流场的各项参数。
这些可视化结果帮助我更深入地理解流体动力学的本质,并且能够有效地与实际问题进行对比,进一步提升仿真结果的准确性。
另外,Fluent软件不仅仅用于传统的流体动力学问题仿真,还可以用于多学科领域的耦合问题仿真。
例如,我曾经用Fluent软件进行了流体与固体的热传导耦合问题的仿真计算。
通过这个实践,我发现Fluent软件能够与其他ANSYS软件进行无缝的耦合,实现多学科问题的综合求解。
这为解决更加复杂的实际工程问题提供了很大的方便。
总的来说,学习和应用Fluent软件使我在流体力学领域的研究和实践中受益匪浅。
fluent使用总结(本站推荐)第一篇:fluent使用总结(本站推荐)3.1计算流体力学基础与FLUENT软件介绍 3.1.1计算流体力学基础计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)是利用数值方法通过计算机求解描述流体运动的数学方程,揭示流体运动的物理规律,研究定常流体运动的空间物理特性和非定常流体运动的时空物理特征的学科[}ss}。
其基本思想可以归纳为:把原来在时间域和空间域上连续的物理量的场,如速度场和压力场,用一系列有限个离散点上的变量值的集合来代替,通过一定的原则和方式建立起关十这些离散点上场变量之间的关系的代数方程组,然后求解代数方程组获得场变量的近似值[f=}}l计算流体力学可以看作是在流动基本方程(质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程)控制下对流动的数值仿真。
通过这种数值仿真,可以得到流场内各个位置上的基本物理量(如速度、压力、温度和浓度等)的分布以及这些物理量随时间的变化规律。
还可计算出相关的其它物理量,如旋转式流体机械的转矩、水力损失和效率等。
此外,与CAD联合还可进行结构优化设计等。
过去,流体力学的研究主要有实验研究和理论分析两种方法。
实验研究主要以实验为研究手段,得到的结果真实可信,是理论分析和数值计算的基础,其重要性不容低估。
然}fu实验往往受到模型尺寸、流场扰动和测量精度等的限制,有时可能难以通过实验的方法得到理想的结果。
此外,实验往往经费投入较大、人力和物力耗费较大及周期较长;理论分析方法通常是利用简化的流动模型假设,给出所研究问题的解析解或简化方程。
然}fu随着时代的发展,这些方法已不能很好地满足复杂非线性流体运动规律的研究。
理论分析方法的优点是所得结果具有普遍适用性,各种影响因素清晰可见,是指导试验研究和验证新的数值计算方法的理论基础。
但是,它往往要求对计算对象进行抽象和简化,才有可能得出理论解。
}fU对十非线性情况,只有少数流动才能得到解析结果。
FLUENT学习总结1 概述:FLUENT是目前处于世界领先地位的商业CFD软件包之一,最初由FLUENT Inc.公司发行。
2006年2月ANSYS Inc.公司收购FLUENT Inc.公司后成为全球最大的CAE软件公司。
FLUENT是一个用于模拟和分析复杂几何区域内的流体流动与传热现象的专用软件。
FLUENT提供了灵活的网格特性,可以支持多种网格。
用户可以自由选择使用结构化或者非结构化网格来划分复杂的几何区域,例如针对二维问题支持三角形网格或四边形网格;针对三维问题支持四面体、六面体、棱锥、楔形、多面体网格;同时也支持混合网格。
用户可以利用FLUENT提供的网格自适应特性在求解过程中根据所获得的计算结果来优化网格。
FLUENT是使用C语言开发的,支持并行计算,支持UNIX和Windows等多种平台,采用用户/服务器的结构,能够在安装不同操作系统的工作站和服务器之间协同完成同一个任务。
FLUENT通过菜单界面与用户进行交互,用户可以通过多窗口的方式随时观察计算的进程和计算结果。
计算结果可以采用云图、等值线图、矢量图、剖面图、XY散点图、动画等多种方式显示、存贮和打印,也可以将计算结果保存为其他CFD软件、FEM软件或后处理软件所支持的格式。
FLUENT还提供了用户编程接口,用户可以在FLUENT的基础上定制、控制相关的输入输出,并进行二次开发。
1.1 FLUENT软件包的组成针对不同的计算对象,CFD软件都包含有3个主要功能部分:前处理、求解器、后处理。
其中前处理是指完成计算对象的建模、网格生成的程序;求解器是指求解控制方程的程序;后处理是指对计算结果进行显示、输出的程序。
FLUENT软件是基于CFD软件的思想设计的。
FLUENT软件包主要由GAMBIT、Tgrid、Filters、FLUENT几部分组成。
(1)前处理器。
包括GAMBIT、Tgrid和Fliters。
其中GAMBIT是由FLUENT Inc.公司自主开发的专用CFD前置处理器,用于模拟对象的几何建模以及网格生成。
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?答:学习任何一个软件,对于每一个人来说,都存在入门的时期。
认真勤学是必须的,什么是最好的学习方法,我也不能妄加定论,在此,我愿意将我三年前入门FLUENT心得介绍一下,希望能给学习FLUENT的新手一点帮助。
由于当时我需要学习FLUENT来做毕业设计,老师给了我一本书,韩占忠的《FLUENT流体工程仿真计算实例与应用》,当然,学这本书之前必须要有两个条件,第一,具有流体力学的基础,第二,有FLUENT 安装软件可以应用。
然后就照着书上二维的计算例子,一个例子,一个步骤地去学习,然后学习三维,再针对具体你所遇到的项目进行针对性的计算。
不能急于求成,从前处理器GAMBIT,到通过FLUENT进行仿真,再到后处理,如TECPLOT,进行循序渐进的学习,坚持,效果是非常显著的。
如果身边有懂得FLUENT的老师,那么遇到问题向老师请教是最有效的方法,碰到不懂的问题也可以上网或者查找相关书籍来得到答案。
另外我还有本《计算流体动力学分析》王福军的,两者结合起来学习效果更好。
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。
A.理想流体(Ideal Fluid)和粘性流体(Viscous Fluid):流体在静止时虽不能承受切应力,但在运动时,对相邻的两层流体间的相对运动,即相对滑动速度却是有抵抗的,这种抵抗力称为粘性应力。
流体所具备的这种抵抗两层流体相对滑动速度,或普遍说来抵抗变形的性质称为粘性。
粘性的大小依赖于流体的性质,并显著地随温度变化。
实验表明,粘性应力的大小与粘性及相对速度成正比。
当流体的粘性较小(实际上最重要的流体如空气、水等的粘性都是很小的),运动的相对速度也不大时,所产生的粘性应力比起其他类型的力如惯性力可忽略不计。
此时我们可以近似地把流体看成无粘性的,这样的流体称为理想流体。
十分明显,理想流体对于切向变形没有任何抗拒能力。
这样对于粘性而言,我们可以将流体分为理想流体和粘性流体两大类。
应该强调指出,真正的理想流体在客观实际中是不存在的,它只是实际流体在某些条件下的一种近似模型。
B.牛顿流体(Newtonian Fluid)和非牛顿流体(non-Newtonian Fluid):日常生活和工程实践中最常遇到的流体其切应力与剪切变形速率符合下式的线性关系,称为牛顿流体。
而切应力与变形速率不成线性关系者称为非牛顿流体。
图2-1(a)中绘出了切应力与变形速率的关系曲线。
其中符合上式的线性关系者为牛顿流体。
其他为非牛顿流体,非牛顿流体中又因其切应力与变形速率关系特点分为膨胀性流体(Dilalant),拟塑性流体(Pseudoplastic),具有屈服应力的理想宾厄流体(Ideal Bingham Fluid)和塑性流体(Plastic Fluid)等。
通常油脂、油漆、牛奶、牙膏、血液、泥浆等均为非牛顿流体。
非牛顿流体的研究在化纤、塑料、石油、化工、食品及很多轻工业中有着广泛的应用。
图2-1(b)还显示出对于有些非牛顿流体,其粘滞特性具有时间效应,即剪切应力不仅与变形速率有关而且与作用时间有关。
当变形速率保持常量,切应力随时间增大,这种非牛顿流体称为震凝性流体(Rheopectic Fluid)。
当变形速率保持常量而切应力随时间减小的非牛顿流体则称为触变性流体(Thixotropic Fluid)。
C.可压缩流体(Compressible Fluid)和不可压缩流体(Incompressible Fluid):在流体的运动过程中,由于压力、温度等因素的改变,流体质点的体积(或密度,因质点的质量一定),或多或少有所改变。
流体质点的体积或密度在受到一定压力差或温度差的条件下可以改变的这个性质称为压缩性。
真实流体都是可以压缩的。
它的压缩程度依赖于流体的性质及外界的条件。
例如水在100个大气压下,容积缩小0.5%,温度从20°变化到100°,容积降低4%。
因此在一般情况下液体可以近似地看成不可压的。
但是在某些特殊问题中,例如水中爆炸或水击等问题,则必须把液体看作是可压缩的。
气体的压缩性比液体大得多,所以在一般情形下应该当作可压缩流体处理。
但是如果压力差较小,运动速度较小,并且没有很大的温度差,则实际上气体所产生的体积变化也不大。
此时,也可以近似地将气体视为不可压缩的。
在可压缩流体的连续方程中含密度,因而可把密度视为连续方程中的独立变量进行求解,再根据气体的状态方程求出压力。
不可压流体的压力场是通过连续方程间接规定的。
由于没有直接求解压力的方程,不可压流体的流动方程的求解具有其特殊的困难。
D. 层流(Laminar Flow)和湍流(Turbulent Flow):实验表明,粘性流体运动有两种形态,即层流和湍流。
这两种形态的性质截然不同。
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。
E. 定常流动(Steady Flow)和非定常流动(Unsteady Flow):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。
定常流动也称为恒定流动,或者稳态流动;非定常流动也称为非恒定流动、非稳态流动。
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。
F. 亚音速流动(Subsonic)与超音速流动(Supersonic):当气流速度很大,或者流场压力变化很大时,流体就受到了压速性的影响。
马赫数定义为当地速度与当地音速之比。
当马赫数小于1时,流动为亚音速流动;当马赫数远远小于1(如M<0.1)时,流体的可压速性及压力脉动对密度变化影响都可以忽略。
当马赫数接近1时候(跨音速),可压速性影响就显得十分重要了。
如果马赫数大于1,流体就变为超音速流动。
FLUENT对于亚音速,跨音速以及超音速等可压流动都有模拟能力。
G. 热传导(Heat Transfer)及扩散(Diffusion):除了粘性外,流体还有热传导及扩散等性质。
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。
流体的宏观性质,如扩散、粘性和热传导等,是分子输运性质的统计平均。
由于分子的不规则运动,在各层流体间交换着质量、动量和能量,使不同流体层内的平均物理量均匀化,这种性质称为分子运动的输运性质。
质量输运宏观上表现为扩散现象,动量输运表现为粘性现象,能量输运表象为热传导现象。
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。
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?首先说一下CFD的基本思想:把原来在时间域及空间域上连续的物理量的场,如速度场,压力场等,用一系列有限个离散点上的变量值的集合来代替,通过一定的原则和方式建立起关于这些离散点上场变量之间关系的代数方程组,然后求解代数方程组获得场变量的近似值。
然后,我们再讨论下这些题目。
离散化的目的:我们知道描述流体流动及传热等物理问题的基本方程为偏微分方程,想要得它们的解析解或者近似解析解,在绝大多数情况下都是非常困难的,甚至是不可能的,就拿我们熟知的Navier-Stokes方程来说,现在能得到的解析的特解也就70个左右;但为了对这些问题进行研究,我们可以借助于我们已经相当成熟的代数方程组求解方法,因此,离散化的目的简而言之,就是将连续的偏微分方程组及其定解条件按照某种方法遵循特定的规则在计算区域的离散网格上转化为代数方程组,以得到连续系统的离散数值逼近解。
计算区域的离散及通常使用的网格:在对控制方程进行离散之前,我们需要选择与控制方程离散方法相适应的计算区域离散方法。
网格是离散的基础,网格节点是离散化的物理量的存储位置,网格在离散过程中起着关键的作用。
网格的形式和密度等,对数值计算结果有着重要的影响。
一般情况下,二维问题,有三角形单元和四边形,三位问题中,有四面体,六面体,棱锥体,楔形体及多面体单元。
网格按照常用的分类方法可以分为:结构网格,非结构网格,混合网格;也可以分为:单块网格,分块网格,重叠网格;等等。
上面提到的计算区域的离散方法要考虑到控制方程的离散方法,比如说:有限差分法只能使用结构网格,有限元和有限体积法可以使用结构网格也可以使用非结构网格。
控制方程的离散及其方法:上面已经提到了离散化的目的,控制方程的离散就是将主控的偏微分方程组在计算网格上按照特定的方法离散成代数方程组,用以进行数值计算。
按照应变量在计算网格节点之间的分布假设及推到离散方程的方法不同,控制方程的离散方法主要有:有限差分法,有限元法,有限体积法,边界元法,谱方法等等。
这里主要介绍最常用的有限差分法,有限元法及有限体积法。
(1)有限差分法(Finite Difference Method,简称FDM)是数值方法中最经典的方法。
它是将求解域划分为差分网格,用有限个网格节点代替连续的求解域,然后将偏微分方程(控制方程)的导数用差商代替,推导出含有离散点上有限个未知数的差分方程组。
求差分方程组(代数方程组)的解,就是微分方程定解问题的数值近似解,这是一种直接将微分问题变为代数问题的近似数值解法。
这种方法发展较早,比较成熟,较多用于求解双曲型和抛物型问题(发展型问题)。
用它求解边界条件复杂,尤其是椭圆型问题不如有限元法或有限体积法方便。
(2)有限元法(Finite Element Method,简称FEM)与有限差分法都是广泛应用的流体力学数值计算方法。
有限元法是将一个连续的求解域任意分成适当形状的许多微小单元,并于各小单元分片构造插值函数,然后根据极值原理(变分或加权余量法),将问题的控制方程转化为所有单元上的有限元方程,把总体的极值作为个单元极值之和,即将局部单元总体合成,形成嵌入了指定边界条件的代数方程组,求解该方程组就得到各节点上待求的函数值。