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fluent--模拟例子

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1 第一章 一维稳态导热的数值模拟

一、模拟实验目的和内容

本模拟实验的目的主要有3个：〔1〕学生初步了解并掌握Fluent求解问题的一般过程，主要包括前处理、计算、后处理三个部分。〔2〕理解电脑求解问题的原理，即通过对系统进行离散化，从而求解代数方程组，求得整个系统区域的场分布。〔3〕模拟系统总的传热量并与傅立叶导热定律的求解结果相比较，验证数值模拟的可靠性。实验内容主要包括：〔1〕模拟一维稳态导热平板内的温度分布。〔2〕模拟一维稳态导热总的传热量。

二、实例简介

如图1-1所示，平板的长宽度远远大于它的厚度，平板的上部保持高温ht，平板的下部保持低温ct。平板的长高比为30，可作为一维问题进行处理。需要求解平板内的温度分布以及整个稳态传热过程的传热量。

三、实例操作步骤

1. 利用Gambit对计算区域离散化和指定边界条件类型

步骤1：启动Gambit软件并建立新文件

在路径C:\Fluent.Inc\ntbin\ntx86下打开gambit文件〔双击后稍等片刻〕，其窗口布局如图1-2所示。

图1-2 Gambit窗口的布局

然后是建立新文件，操作为选择File→New打开入图1-3所示的对话框。 ht

ct

图1-1 导热计算区域示意图 x y 2

图1-3 建立新文件

在ID文本框中输入onedim作为文件名，然后单击Accept按纽，在随后显示的图1-4对话框中单击Yes按纽保存。

图1-4 确认保存对话框

步骤2：创建几何图形

选择Operation→Geometry→Face ，打开图1-5所示的对话框。

图1-5 创建面的对话框

在Width内输入30，在Height中输入1，在Direction下选择+X+Y坐标系，然后单击Apply，并在Global Control下点击 ，则出现图1-6所示的几何图形。

图1-6 几何图形的显示

步骤3：网格划分

〔1〕边的网格划分

当几何区域确定之后，接下来就需要对几何区域进行离散化，即进行网格划分。选择Operation→Mesh→Edge，打开图1-7所示的对话框。 3

图1-7 边网格划分对话框

在Edges后面的黄色对话框中选中edge.1和edge.3。也可以采用Shift﹢鼠标左键的方法选中edge.1和edge.3。然后在Spacing中选择Interval count，在其左边的对话框中输入100，即将这两个边各划分成100个等份。最后点击Apply确认。则出现图1-8所示的边网格划分。

图1-8 上下边网格的划分

采用同样的方法对面的其它边进行网格划分，设定edge.2和edge.4的Spacing对应的数值为10，注意Spacing的类型仍然为Interval count，可以得到如图1-9所示面上各边的网格划分。

图1-9 各边的网格划分

〔2〕面的网格划分

对边进行网格划分实际上是对计算区域的边界进行离散化，计算区域的内部同样需要进行离散化，需要对计算区域进行面网格划分。

选择Operation→Mesh→Face ，打开图1-10所示的对话框。 4

图1-10 面网格划分对话框

在Faces后面的黄色框中选中face.1，选中之后，可以看到面上的边均变成红色，表示选择成功。对话框中的其它选项均保持默认值，此时Spacing的类型为Interval size，它左边的默认值为1。点击Apply确认可以看到图1-11所示的面网格划分情况。

图1-11 面的网格划分

步骤4：边界条件类型的指定

在指定边界条件之前，需要选定一个求解器，因为不同求解器的边界类型不一样。这里选择Solve→Fluent5/6，选择之后Gambit布局窗口标题栏中的Solve:Generic将变成Solve:

Fluent5/6。

选择Operation→Zone，打开图1-12所示的对话框,指定边界条件的类型。 5

图1-12 边界条件指定对话框

首先指定面的上边为热源。具体操作为在Name右边的白色框中输入heat，选择Entity下面的类型为Edges，然后在Edges右边的黄色对话框中选择热源对应的边edge.3，点击Apply之后就将edge3定义成了热源。用同样的方法可以将下边定义成冷源cold。左右两条边可以不需要定义，保持Gambit默认即可。都定义完之后，可以得到图1-13的边界名称和边界类型。

图1-13 热源和冷源边界条件的指定

步骤5：指定计算区域的类型

Gambit默认的计算区域的类型为流体，而这里墙体内部的材料为固体，因此需要设置。设置方法为：选择Operation→Zone，打开如图1-14所示窗口，选择Type为Solid，选择Entity为Faces，并在Faces右边的黄色对话框中选择面face.1，然后点击应用，即将计算区域的类型指定为固体区域。 6

图1-14 指定计算区域的类型

步骤6：网格文件的输出

选择File→Export→Mesh打开输出文件的对话框，如图1-15所示。

图1-15 输出文件对话框

注意只有选择了Export 2-D(X-Y) Mesh选项之后才能输出为.msh文件。点击Accept之后，窗口下面的Transcript内出现Mesh was successfully written to onedim.msh，表示网格文件输出成功。

2. 利用Fluent求解器进行求解

利用Gambit软件绘制出几何图形、划分网格、指定边界类型以及输出Mesh文件，然后用Fluent将网格文件导入，便可以对其进行数值求解。

步骤1：网格文件的读入、检查及显示

启动Fluent的2D求解器之后，首先需要对网格文件进行读入并检查。

启动Fluent后出现下面的窗口，在Versions中选择2d，点击Run按钮即可。 7

〔1〕网格文件的读入

选择File→Read→Case在C:\Fluent.Inc\ntbin\ntx86下找到onedim.msh文件并将其读入，如图1-16所示。

图1-16 导入网格文件

〔2〕检查网格文件

选择Grid→Check对网格文件进行检查，这里要注意最小的网格体积〔minimum volume〕值一定要大于0。

〔3〕显示网格

选择Display→Grid，出现网格显示对话框，如图1-17所示。

图1-17 网格显示对话框

网格文件的各个部分的显示可以通过Surfaces下面列表框中某个部分是否选中来控制。如图1-17所示的Surfaces下面列表框中的都被选中，此时单击Display，就会看到如图1-18所示的网格形状。 8

图1-18 Fluent中的网格显示

步骤2：选择计算模型

一维导热模型的控制方程只有能量方程，只需要选择Define→Models→Energy，然后在出现的如图1-19所示的对话框中选中Energy Equation,单击OK即完成了方程的选择。

图1-19 能量方程的选择对话框

步骤3：定义固体的物理性质

选择Define→Materials, 打开如图1-20所示窗口，在Material Type选项中选择solid，Fluent默认的固体材料为铝aluminum，我们假定平板的材料为铝，材料的属性取默认值，点击Change/Create按钮，再点击Close即可。

图1-20 固体材料的属性

步骤4：设置边界条件

选择Define→Boundary Conditions，对计算区域的边界条件进行具体设置。对热源heat的边界类型wall点击set，出现图1-21所示的对话框，将默认的Thermal Condition下的heat

Flux改为第一类边界条件Temperature，在Temperature右边的白色文本框内输入310。用同样的方法对冷源进行设置，其温度为300。即热源和冷源的温度差为10K。 9

图1-21 边界条件的设定

步骤5：求解设置

〔1〕初始化

选择Solve→Initialize→Initialize，打开如图1-22所示的对话框。依次点击Init、Apply和Close按钮。

图1-22 初始化对话框

〔2〕残差设置

选择Solve→Monitors→Residual，打开如图1-23所示的对话框。选择Options下面的Plot复选项，则可在计算时动态地显示计算残差。并将energy右边的残差设定为1e-08，然后点击OK按钮。 10

图1-23 残差设置对话框

〔3〕迭代计算

选择Solve→Iterate，打开如图1-24所示的对话框。设置Number of Iterations 为200。然后单击Iterate按钮，就会显示图1-25所示的计算过程。

图1-24 迭代设置对话框

图1-25 迭代求解过程

步骤6：保存结果

选择File→Write→Case & Data，保存所有的设置和所有的数据。

四、模拟实验结果

经过上面的迭代计算，就可以查看模拟计算的结果。模拟结果的主要包括三个方面：〔1〕平板内部的温度分布；〔2〕平板内部的温度梯度；〔3〕平板总的传热量。 11 〔1〕平板的温度分布

选择Display→Contours，出现图1-26所示的对话框，在Contours of 下选择Temperature

和Static Temperature，单击Display出现一个窗口，按住鼠标中间向右拖动将等温度图适当放大〔图形的缩放、移动可以通过Display -> Mouse Button来打开Mouse Buttons〔鼠标按键〕面板进行设定。〕，即可得到如图1-27a所示的温度分布。在Contours窗口中选中Options中的Filled，可以得到如图1-27b所示的温度分布云图。

图1-26 等温线对话框

图1-27a 平板内的等温线分布〔局部放大〕

图1-27b 平板内的温度分布云图

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Fluent例子

Fluent例子

FLUENT傻瓜操作 软件平台：FLUENT6.2.16

计算类型：三维定常叶轮涡壳耦合计算

说明：没有考虑泵腔中的流动和容积损失。

导入mesh格式网格文件

选择你要导入的文件

检查check

如下图所示，观测数据与您的模型是否一致，检查是否有负体积存在，存在负体积的网格一般很难收敛。

面网格显示

光顺网格

Grid--Check

点击Smooth和Swap，直到0 remaining iteration 和 number faces s。

设置单位

Grid--Scale，一般都转换为mm

设定转速单位

Define-Unit

选择湍流模型

Define--Models--Viscous

不考虑传热，不需要对能量方程进行设置，直接默认。对于不可压流体，solver不需要设置，直接使用默认的隐式求解。Model项只需要对湍流模型进行设他的全部默认。

设定流体属性

Define--Materials--Fluent Database 软件平台：FLUENT6.2.16

设定边界条件

1.叶轮内流体

运用动静参考系解决运行叶轮和泵体间的动静耦合问题。

叶轮内流体设置为旋转坐标系，设置转速n,比如n=3500rpm,2900rpm等。

运动方向运用右手法则判定。

2.涡壳（泵体）内流体

涡壳内流体设置为静止。

3.叶轮进口

一般来说，定流量，计算扬程的情况，进口采用速度进口。设置如下图。

3.叶轮出口

叶轮出口通常采用自由出流条件，存在明显回流影响收敛的情况下，一般采用压力出口。

3.叶片表面

设置为wall，相对于叶轮为静止。可以设置表明粗糙度。

交接面设置

Define--Grid interface

松弛因子设置

Solve--Control--Solution

一般来说，采用默认值。若难收敛，或者收敛不理想，可以把松弛因子调小。

一般采用一阶计算收敛后，再调整为二阶计算，这样收敛相对理想一些。

fluent离散相DPM模型模拟

fluent离散相DPM模型模拟

1、 导入网格，设置边界条件，一阶计算，solve—controls—solution controls

速度压力耦合选择SIMPLE,

2、 一阶收敛后，改为SIMPLEC，如图

注意：不要初始化，迭代6000步左右

3、 QUICK模式迭代收敛或稳定后，改为非稳状态计算液相Define—Models—Solver

注意：中间不要初始化

4、 单相非稳态迭代至1.1s后，加颗粒，选DPM模型，设置颗粒喷射源参数

具体设置如下文

5、 效率计算方法：

1出口截面（设定plane surface）质量流量总效率入口截面质量流量

out

int

out

int11

:plane surface

plane surfaceiii

i

if

f

fi

fi粒级效率

出口设定面（）上粒径为的质量流量；

:入口设定面（）上粒径为的质量流量；

6、 设定出口截面方法： Surface—plane…，设置如下图，通过三点确定一个面，（x0为圆心，x1、x2为圆上两个点）

设定监视面：

7、 模型设定：

Define—Models—Discrete Phase,勾选Interaction with Continuous Phase，即考虑连续相的影

响，设定连续相的迭代数为10；

设定计算步数100000，步长5

图1

8、 设置注射源

Define—Injections…，选择注射类型：surface，选择注射面：inlet，

图2

9、 设定物料

选择calcium-carbonate代替滑石粉，并选择物料类型“inert-particle”

图3

10、 再设置入口参数

Define—Injections…，选择源面，set..， 见下图，Diameter distribution(粒径分布)选择

“distribution”，重点设定“Point properties”，其中包括三位速度、开始时间、停止时间、质量流量、最大粒径、最小粒径、Spread parameter（文后方法计算的n值），Number of

fluent甲烷燃烧例子

fluent甲烷燃烧例子

fluent甲烷燃烧例子

介绍

甲烷是一种常见的天然气，也是一种重要的燃料。在工业和家庭中，甲烷常被用于加热、烹饪和发电等用途。了解甲烷的燃烧过程对于提高能源利用效率、减少环境污染具有重要意义。

Fluent是一种流体动力学软件，可以用于模拟和分析各种流体流动和燃烧过程。在本文中，我们将使用Fluent来模拟甲烷的燃烧过程，并通过一个具体的例子来探讨甲烷燃烧的特点和影响因素。

模拟设置

在Fluent中，我们需要提供一些基本参数来定义模拟场景。对于甲烷燃烧例子，我们可以假设一个封闭的燃烧室，其中包含甲烷和空气。具体的模拟设置包括：

1. 定义几何形状：燃烧室的几何形状可以是简单的长方体或圆柱体，具体大小和比例可以根据实际情况进行设定。

2. 设定边界条件：燃烧室的各个边界需要定义不同的条件，例如进口边界可以设定为甲烷和空气的混合物，出口边界可以设定为燃烧产物的组合。

3. 确定初始条件：模拟开始时，需要给定燃烧室内各个区域的初始温度、压力和组分分布等信息。

4. 定义物理模型：在模拟中，需要选择适当的物理模型来描述甲烷的燃烧过程，例如湍流模型、燃烧模型等。

燃烧过程

甲烷的燃烧过程可以简化为以下几个步骤：

1. 混合：甲烷和空气在燃烧室中混合，形成可燃混合物。混合过程中需要考虑气体的扩散和对流等因素。

2. 点火：在适当的条件下，混合物中的甲烷可以被点火，引发燃烧反应。点火过程需要考虑点火源的位置和能量等因素。

3. 燃烧：点火后，甲烷开始燃烧，产生燃烧产物和释放能量。燃烧过程需要考虑燃烧速率、温度分布等因素。 4. 燃烧产物：甲烷燃烧的主要产物包括二氧化碳、水蒸气和一氧化碳等。燃烧产物的生成和分布对环境和能源利用具有重要影响。

影响因素

甲烷的燃烧过程受到多种因素的影响，下面列举了一些主要的影响因素：

1. 温度：燃烧温度是影响燃烧速率和产物生成的重要因素。较高的温度可以促进燃烧反应，但过高的温度会导致产物生成的变化。

Fluent模拟地基本步骤

Fluent模拟地基本步骤

Fluent模拟的根本步骤

1. 运行Fluent 出现选择Fluent version选择界面

一般二维问题就选择默认的2d,即单精度二维版本就可以了,但是本问题求解区域是一个扁长形状的,建议选择2ddp,即二维双精度版本,计算效果更好.

2. 打开网格文件

从菜单file→Read→Case→

3. 指定计算区域的实际尺寸

在Gambit建立区域时没有尺寸的单位,此时应该进展确定,也可以对区域进展放大或缩小等.

在菜单Grid下选择Scale出现上面的对话框.将其中的Grid was

created by 中的单位m,更改为mm,此时scale factor X和Y都出现0.001.然后按Scale

4. 选择模型

该问题是稳态问题,在Solver 中已经是默认,只是求解温度场.由菜单Define →Models→Energy

然后选择Energy Equation.

5. 指定边界条件和求解区域的材料

需要将求解区域的四个边界进展说明,由菜单单Define →Models→Boundary conditions.

首先设置左边界,即肋根的条件.点击left项,Type 列表中缺省指定在Wall,所以不需要改变,再点击Set 选择thermal conditions列表中的Temperature,并且在右侧Temperature中填入323〔即50℃〕,然后点击OK完成.

按照同样方法对up、down和right 三个边界进展设置.这三个边界均为对流边界,需要给出外表传热系数和流体温度.

点击Edit编辑材料的物性,本问题只是设计材料的导热系数,所以仅需将导热系数的值更改为160,然后点击Change后再close,上一个页面后按ok.此时可关闭Boundary conditions.

6. 初始化最初的温度场

由菜单solve →Initialize→Initialize

对话框中的Temperature默认值是300K.所以直接点击Init,出现warning对话框,点击Ok,再Close.