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喷管流动分析
一、分析目的
通过流体力学模拟软件，对喷管内的气体流动进行分析，得到其中的流场及激波情况
二、分析过程
（一）、模型建立及网格划分
1、首先在gambit中通过各关键点坐标画出模型
2、对各条线进行划分。
其中对左右两侧的线段采用一定的网格大小改变比例，以使近壁面网格加密；对上下表面分三段进行划分，以使网格均匀垂直
3、对整个面进行划分，如下图所示
4、网格质量分析如下图。
所有网格质量都在0.64以下（0为质量最好，1，为最差，一般要求网格质量都在0.75以下）
（二）fluent模拟
1、将上一步得到的网格文件导入，并设置显示方式
2、使用基于压力的求解器
3、设置使用的模型，包括能量模型与粘流模型。
下图为粘流模型的设置，使用k-omega双方程模型，以更好地模拟近壁面情况。
4、根据文献中的资料设置气体参数
5、设置边界条件，入口为30个大气压，3200K，出口设置为从0.5至1.5个大气压不等
6、设置计算方法
7、设置计算参数
8、设置监视器，以观察计算过程中的收敛情况
9、初始化并计算
10、从Graphics and Animations和Plots中得出结果图像
三、分析结果
1、压力云图
2、速度云图
3、马赫数
（1）出口0.9atm
（2）出口1.1atm
（3）出口2atm。
CFD网格的分类，如果按照构成形式分，可以分为结构化和非结构化结构化：只能有六面体一种网格单元，六面体顾名思义，也就是有六个面，但这里要区分一下六面体和长方体。
长方体(也就是所有边都是两两正交的六面体)是最理想完美的六面体网格。
但如果边边不是正交，一般就说网格单元有扭曲(skewed).但绝大多数情况下，是不可能得到完全没有扭曲的六面体网格的。
一般用skewness来评估网格的质量，sknewness=V/(a*b*c).这里V是网格的体积，a，b，c是六面体长，宽和斜边。
sknewness越接近1，网格质量就越好。
很明显对于长方体，sknewness=1.那些扭曲很厉害的网格，sknewness很小。
一般说如果所有网格sknewness>0.1也就可以了。
结构化网格是有分区的。
简单说就是每一个六面体单元是有它的坐标的，这些坐标用,分区号码(B),I,J,K四个数字代表的。
区和区之间有数据交换。
比如一个单元，它的属性是B=1, I=2,J=3,K=4。
其实整个结构化单元的概念就是CFD计算从物理空间到计算空间mapping的概念。
I,J,K可以认为是空间x,y,z 在结构化网格结构中的变量。
三维网技术论坛! p9 T0 u2 z+ @, i6 c非机构化：可以是多种形状，四面体（也就三角的形状），六面体，棱形。
对任何网格，都是希望网格单元越规则越好，比如六面体希望是长方形，对于四面体，高质量的四面体网格就是正四面体。
sknewness的概念这里同样适用，sknewness越小，网格形状相比正方形或者正四面体就越扭曲。
越接近1就越好。
很明显非结构化网格也可以是六面体，但非结构化六面体网格没有什么B,IJK的概念，他们就是充满整个空间。
对于复杂形状，结构化网格比较难以生成。
主要是生成时候要建立拓扑，拓扑是个外来词，英语是topology，所以不要试图从字面上来理解它的意思。
其实拓扑就是指一种有点和线组成的结构。
CFD 计算对计算网格有特殊的要求，一是考虑到近壁粘性效应采用较密的贴体网格，二是网格的疏密程度与流场参数的变化梯度大体一致。
对于面网格，可以设置平行于给定边的边界层网格，可以指定第二层与第一层的间距比，及总的层数。
对于体网格，也可以设置垂直于壁面方向的边界层，从而可以划分出高质量的贴体网格。
而其它通用的CAE 前处理器主要是根据结构强度分析的需要而设计的，在结构分析中不存在边界层问题，因而采用这种工具生成的网格难以满足CFD 计算要求，而Gambit 软件解决了这个特殊要求。
如果先在一条边上画密网格再在之上画边界层，边界层与网格能很好的对应起来如果直接在一条边上画边界层，则边界层横向之间的距离很宽怎么设置边界层横向之间的距离，即不用先画网格也能画出横向距离很密的边界层来？在划分边界层网格之前，用粘性网格间距计算器，计算出想要的y+值对应的第一层网格高度；第一层高度出来之后，关于网格的纵横向网格间距之比，也就是边界层第一层网格高度与横向间距之比，大概在1/sqrt(Re)，最为适宜；先在你要划边界层网格的边上划分线网格，然后再划分边界层。
gambit本人也用了一段时间，六面体网格四面体网格我都画过，但是最头疼的还是三维边界层网格的生成。
用gambit自带的边界层网格生成功能画出来的边界层网格经常达不到好的效果，或者对于复杂的外形根本就无法生成边界层网格。
为此我就采用手动设置边界层，但是比较费时间，效果还一般。
不知道大家是不是也遇到相似的问题，或者有更好的方法，请指点一下，先谢谢了！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？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（Relaxati on Factors）。
在gambit划分三维网格时，难免遇见对一模型进行分区划分。
其中不好处理的地方就是在两个体交界面处的网格怎么去处理。
因为我们在建立模型时，是一个一个的建立的，那么每两个体的交界面处就是有两个面，如果不进行处理，进入fluent中计算时，流体是流不过去的。
另外在check网格时，也会提示错误。
这样，就必须对交界面处进行处理，下面分为两种情况具体介绍一下：
1 当交界面的网格是一样大的时，就可以在gambit中直接进行。
进入Geometry/face/connect faces中，激活virtual(tolerance)和T-junctions。
如下图：
这样处理以后，gambit据会将其默认为interior界面，这样就可以进行fluent 计算了
2 当交界面大小不一样时，如下图中的一个小圆柱和一个大圆柱的交界面。
可以在fluent中进行设置。
首先，在gambit中设置边界条件时，将两个面分别定义为interface-a、interface-b.然后将网格导入fluent，通过Dcfine/Grid Interfaces命令将刚才定义的两个面connect一起就可以了。
第二篇预处理技术第三章 GAMBIT网格划分基础GAMBIT软件是Fluent 公司提供的前处理器软件，它包含功能较强的几何建模能力和强大的网格划分工具，可以划分出包含边界层等CFD特殊要求的高质量的网格。
GAMBIT 可以生成FLUENT6、FLUENT5.5、FIDAP、POLYFLOW等求解器所需要的网格。
使用Gambit 软件，将可大大缩短用户在CFD应用过程中建立几何模型和流场以及划分网格所需要的时间。
用户可以直接使用Gambit软件建立复杂的实体模型，也可以从主流的CAD/CAE系统中直接读入数据。
Gambit软件高度自动化，可生成包括结构和非结构化的网格，也可以生成多种类型组成的混合网格。
如果你熟练掌握了GAMBIT, 那么在CFD应用中你将如虎添翼。
让我们赶紧进入GAMBIT的学习吧。
3.1 对连续场的离散化处理现阶段对非定常（完全）N-S方程的直接数值求解往往受到计算机运行速度和内存大小的限制尚不现实，而且工程上对瞬时流场也不感兴趣，因此在实际应用中一般是从简化的数学模型出发，并要在简化模型的复杂程度和可处理的几何外形的复杂程度之间作出某种权衡，要求对模型的合适程度和计算的可行性（物理上和几何上）作出判断。
目前计算流体力学完全可以模拟具有复杂几何外形的简单物理问题或者模拟具有简单几何外形的复杂物理问题，而不能完全模拟既具有几何复杂性又具有物理复杂性的问题，对此仍在进一步发展中。
完全N-S方程按时间平均并按从高到低的层次可简化成雷诺平均N-S方程、边界层方程、无粘非线性方程（如Euler方程、位势方程、跨音速小扰动方程）、无粘线性方程（如Lap1ace方程）等。
从数值求解上述控制方程的进程来看，20世纪60年代解决了无粘线性方程的求解，已能用无粘线性方程模拟相当复杂外形的小攻角绕流，并有大量的实用软件；20世纪70年代主要集中于无粘非线性全位势方程和Eu1er方程的求解，已能用于模拟许多复杂外形的亚、跨、超音速绕流；20世纪80年代较集中于求解雷诺平均N-S方程及其它近似的N-S方程，着重解决定常问题，已取得了丰硕的成果，并趋于成熟；20世纪90年代开始了非定常粘性流场模拟的新局面，并且它已逐渐成为计算流体力学的发展主流。
网格生成软件Gridgen，Gambit，Icem CFD的比较[转帖]网格生成软件Gridgen，Gambit，Icem CFD的比较Gridgen很容易生成二维，三维的单块网格或者分区多块对接结构网格，也可以生成非结构网格，但非结构网格不是它的长项，该软件很容易入门，可以在一两周内生成复杂外形的网格，生成的网格可以直接输入到Fluent，CFX，StarCD，Phonics，CFL3D等十几种计算软件中，非常方便，功能强大，网格也可以直接被用户的计算程序读取（采用Plot3D格式输出时）。
因此在CFD高级使用人群中有相当用户。
Gambit作为Fluent的网格生成前置软件，主要针对Fluent生成非结构网格，它输出的网格很难被其他软件读取，因此，除非你要用Fluent进行计算，一般不会用它。
但Fluent有较多的用户，因此，它也有相当多的用户。
它的长项是生成非结构网格，对用于粘性计算的网格难以生成。
ICEM CFD作为Gridgen的主要竞争者，是一个重量级的网格生成软件，可以生成结构，非结构，笛卡儿（在4.22版中才有）网格，它也针对众多的流场计算软件，可以生成高质量的网格，但它比较难学，没有3到5月的学习时间，最好不要选用它。
本人对这三种网格生成软件都进行了深入的学习和应用，感觉生成非结构最好的是Gambit，生成结构网格最好的是Gridgen，Icem CFD可以证明你有很强的学习能力和很充足的空闲时间，无它，唯此而已！我也用了上述的三种网格生成软件，我觉得在非结构网格生成方面ICEM CFD已经远远超过了Gambit，无论是网格生成的成功率，还是质量控制，或者CAD模型的输入方面，ICEM CFD都胜一筹。
而在多块结构网格方面，ICEM CFD的发展前景要好于GRIDGEN，前者的工作效率要远远高于后者，当然是在发挥出两者的潜力的前提下，由于前者生成网格的思想与传统的结构网格生成的思路不一致（例如EAGLE)，采用由上到下的划分策略，导致其学习周期长，学习的难度大。
第一章介绍ICEM CFD 工程Tutorials目录中每个工程是一个次级子目录。
每个工程的目录下有下列子目录：import, parts, domains, mesh, 和transfer。
他们分别代表：• import/: 要导入到ICEMCFD中的集合模型交换文件，比如igs，STL等；• parts/: CAD模型• domains/: 非结构六面体网格文件(hex.unstruct), 结构六面体网格分区文件(domain.n), 非结构四面体网格文件(cut_domain.1)• mesh/: 边界条件文件(family_boco, boco)，结构网格的拓扑定义文件(family_topo, topo_mulcad_out), 和Tetin几何文件(tetin1).• transfer/: 求解器输入文件(star.elem), 用于Mom3d.的分析数据mesh目录中Tetin文件代表将要划分网格的几何体。
包含B-spline曲面定义和曲线信息，以及分组定义Replay 文件是六面体网格划分的分块的脚本鼠标和键盘操作鼠标或键盘操作功能鼠标左键点击和拖动旋转模型鼠标中键点击和拖动平移模型鼠标右键点击和上下拖动缩放模型鼠标右键点击和左右拖动绕屏幕Z轴旋转模型F9 按住F9，然后点击任意鼠标键进行操作的时候进行模型运动F10 按F10 紧急图象Reset第二章ICEM CFD Mesh Editor界面The Mesh Editor, 创建修改网格的集成环境，包含三个窗口• The ICEM CFD 主窗口• 显示窗口• The ICEM CFD 消息窗口主窗口主窗口中除了图形显示区域，外，还有6个radio按钮：File, Geometry, Meshing, Edit Mesh and Output. The File MenuThe File menu 包含• Open, Save, Save as, Close, Quit, Project dir, Tetin file,Domain file, B.C file, Import geo, Export geo, Options, Utilities,Scripting, Annotations, Import mesh, DDN part.The Geometry MenuThe Geometry menu 模型修补和编辑，边界条件的设置，调用ICEM CFD DDN。
模型的网格划分当用户点击Operation工具框中的Mesh命令按钮时，GAMBIT将打开Mesh子工具框。
Mesh子工具框包含的命令按钮允许用户对于包括边界层、边、面、体积和组进行网格划分操作。
与每个Mesh子工具框命令设置相关的图标如下。
本章以下部分将详细说明与上面列举的每个命令按钮相关的命令。
3.1 边界层3.1.1 概述边界层确定在与边和/或者面紧邻的区域的网格节点的步长。
它们用于初步控制网格密度从而控制相交区域计算模型中有效信息的数量。
示例作为边界层应用的一个示例，考虑包括一个代表流体流过管内的圆柱的计算模型。
在正常环境下，很可能在紧靠管道壁面的区域内流体速度梯度很大，而靠近管路中心很小。
通过对壁面加入一个边界层，用户可以增大靠近壁面区域的网格密度并减小靠近圆柱中心的网格密度——从而获得表征两个区域的足够的信息而不过分的增大模型中网格节点的总数。
一般参数要确定一个边界层，用户必须设定以下信息：∙边界层附着的边或者面∙确定边界层方向的面或者体积∙第一列网格单元的高度∙确定接下来每一列单元高度的扩大因子∙确定边界层厚度的总列数用户还可以设定生成过渡边界层——也就是说，边界层的网格节点类型随着每个后续层而变化。
如果用户设定了这样一个边界层，用户必须同时设定以下信息：∙边界层过渡类型∙过度的列数3.1.2 边界层命令生成边界层Create Boundary Layer命令允许用户在一条边或者一个面附近定义网格节点步长。
要生成一个边界层，用户必须设定以下参数：∙定义∙过渡特性∙附着实体和方向设定边界层定义要定一边界层，用户必须设定两类特征：∙尺寸∙内部连续性∙角形状尺寸特征包括诸如边界层列数以及第一列高度等因数。
内部连续性特征确定边界层重叠在相邻边界层印记上的印记行为。
角形状特征确定网格在连接边界层与附着边的Corner 或者Reversal点周围区域的网格形状。
设定尺寸特征要设定边界层的尺寸特征，用户必须设定以下四个参数中的三个：∙第一列高度∙增长因子∙列数∙总高度上面列举的前三个参数定义如下（如图3－1）：∙第一列高度(a)设定边界层附着的边或者面与网格节点第一个完整列之间的距离。
