FLUENT在粘弹性流体流动数值模拟中的应用共3篇

粘弹性流体的数值模拟与应用研究一、前言粘弹性流体作为重要的物质研究对象，具有许多独特的力学特性和广泛的应用领域。

其特性呈现出多尺度和多物理场耦合的特质，给其数值模拟带来了很大的挑战。

本文将介绍近年来该领域的研究进展和一些关键技术应用。

二、基本理论与模型粘弹性流体最早被描述为Maxwell模型，在该模型中，流体被认为是由独立的弹性元件和粘性元素组成的。

由于其在实际应用场景中的复杂性，研究者们又提出了一些更为精细的模型。

（1）Oldroyd模型Oldroyd模型是一种经典的粘弹性流体模型，它引入了两个矢量场来描述流体的运动。

这两个场分别表示流体的应力和滑移。

然而，由于其假设的流体结构存在缺陷，无法很好地描述部分实际应用场景。

（2）FENE-CR模型FENE-CR模型是另一种常用的模型，它能够更好地反映流体的拉伸力和回弹力。

该模型在很多领域有广泛的应用，但是它依然存在参数调节等问题。

三、数值模拟方法为了更好地研究粘弹性流体在不同环境下的行为，研究者们普遍采用数值模拟方法。

数值模拟方法包含了有限元方法、有限差分方法和有限体积方法等。

（1）有限元方法有限元方法是一种在物理意义上更加明确的方法，它通过把大网格分为多个子网格，并在每个网格中建立解析式的方法来模拟流体的行为。

该方法既可以高效地模拟复杂的流体行为，又可以考虑不同尺度上的效应，具有广泛的应用。

（2）有限体积方法有限体积方法是一种基于离散数学理论的方法，它可以在有限的时间和空间内对流体场进行数值求解。

该方法优化了数值计算和分数步算法，同时考虑了边界条件和粘性耗散等关键问题。

四、应用研究粘弹性流体作为重要的物质研究对象，在许多领域都得到了广泛的应用。

（1）化妆品工业化妆品工业是粘弹性流体的重要应用领域之一。

在化妆品的乳化、稳定及流动性等问题中，粘弹性流体起着重要的作用。

比如，在牙膏生产中，压缩机的设计和优化需要对粘弹性流体作出很多的理论分析和实验研究。

第1篇一、实验背景随着科学技术的不断发展，流体仿真在工程领域得到了广泛应用。

流体仿真模拟可以预测流体在管道、设备等不同环境下的流动特性，为工程设计、优化和故障诊断提供有力支持。

本实验旨在通过流体仿真软件对实际工程中的流体流动问题进行模拟，验证仿真结果与实际数据的吻合程度，提高学生对流体仿真技术的认识和应用能力。

二、实验目的1. 掌握流体仿真软件的基本操作和功能；2. 理解流体仿真在工程中的应用价值；3. 培养学生运用仿真技术解决实际问题的能力；4. 分析仿真结果与实际数据的差异，为工程实践提供参考。

三、实验内容1. 选择合适的流体仿真软件，如FLUENT、ANSYS CFX等；2. 根据实验要求，建立流体流动模型，包括几何模型、网格划分、边界条件设置等；3. 设置物理模型，如流体性质、湍流模型、求解器等；4. 运行仿真，分析结果，与实际数据对比；5. 对仿真结果进行分析，总结实验结论。

四、实验步骤1. 实验准备（1）选择流体仿真软件，如FLUENT；（2）准备实验所需的流体性质、湍流模型、边界条件等参数；（3）了解实验设备的结构、工作原理和实验数据。

2. 建立流体流动模型（1）导入实验设备的几何模型；（2）进行网格划分，选择合适的网格类型和密度；（3）设置边界条件，如入口、出口、壁面等。

3. 设置物理模型（1）设置流体性质，如密度、粘度等；（2）选择湍流模型，如k-ε模型、k-ω模型等；（3）设置求解器，如SIMPLE算法、PISO算法等。

4. 运行仿真（1）启动仿真软件，运行仿真；（2）监控仿真过程，确保仿真顺利进行。

5. 分析结果（1）提取仿真结果，如速度、压力、温度等；（2）与实际数据进行对比，分析差异；（3）总结实验结论。

五、实验结果与分析1. 仿真结果与实际数据对比通过对比仿真结果与实际数据，发现仿真结果与实际数据吻合度较高，验证了流体仿真在工程中的可靠性。

2. 仿真结果分析（1）分析速度分布，观察流体在管道中的流动情况；（2）分析压力分布，了解流体在管道中的压力损失；（3）分析温度分布，掌握流体在管道中的热交换情况。

fluent流体仿真实例引言流体力学是研究物质的流动规律和力学性质的学科，而流体仿真则是在计算机环境下利用数值方法模拟流体力学过程的过程。

在流体力学研究和工程实践中，流体仿真已经成为一种非常重要的工具。

本文将探讨使用fluent软件进行流体仿真的实例，介绍其基本原理和应用。

什么是fluent？fluent是一种流体仿真计算软件，它被广泛应用于工业和学术研究领域。

fluent可以对不同类型的流体动力学问题进行建模和仿真，如空气动力学、燃烧和热传导等。

fluent是一款功能强大且易于使用的软件，能够提供准确可靠的流体力学仿真结果。

流体仿真的基本原理流体仿真建立在基本的流体力学原理之上，通过数值方法对流体的运动进行模拟和计算。

主要包括以下几个步骤：1. 建立几何模型在进行流体仿真之前，需要首先建立几何模型。

几何模型描述了流体领域的形状和结构，可以通过计算机辅助设计（CAD）软件进行建模。

常见的几何模型包括管道、汽车外形和飞机翼型等。

2. 网格划分网格划分是流体仿真中的关键步骤，它将流体区域分割为有限数量的小单元，称为网格。

不同的网格划分方式会对仿真结果产生影响，因此需要根据具体问题选择合适的网格划分方法。

3. 设置边界条件边界条件是仿真过程中的约束条件，描述了流场在模型边界上的行为。

根据具体问题，可以设置流体速度、压力和温度等边界条件。

4. 数值求解数值求解是流体仿真的核心步骤，通过数值方法对流体的运动进行模拟和计算。

常用的数值方法包括有限体积法和有限元法等。

5. 结果分析仿真计算完成后，需要对结果进行分析和后处理。

常见的后处理操作包括生成流线图、压力分布图和速度矢量图等。

一个fluent流体仿真实例为了更好地理解fluent的应用，我们以空气动力学为例进行一个流体仿真实例。

1. 几何模型建立假设我们要研究一辆汽车在高速行驶时的空气动力学性能。

首先需要在CAD软件中建立汽车外形的几何模型，包括汽车的车身、车轮和尾翼等。

fluent流体工程仿真计算实例与应用1. 引言随着计算机技术的发展，流体动力学仿真技术在工业领域得到广泛的应用。

FLUENT是流体动力学仿真中非常常用的软件之一，用于求解复杂流场问题。

本文将介绍FLUENT的基本原理以及其在工程中的应用。

2. FLUENT的基本原理FLUENT采用了基于有限体积法和压力关联法的数值方法。

它将流体域离散化为一个网格，然后在网格中进行求解。

由于压力和速度是流体动力学中的基本物理量，因此FLUENT采用了压力关联法来处理这些量。

此外，FLUENT还采用了基于高阶差分方法的离散化方法，以提高数值计算的精度。

3. FLUENT的应用3.1 汽车行业汽车行业是FLUENT应用的重要领域之一。

在这个领域，FLUENT主要用于汽车设计的空气动力学分析。

通过FLUENT可以得到汽车各个部件的气流分布、流体阻力等重要参数，有助于车辆的设计和优化。

3.2 能源行业在能源行业，FLUENT被广泛用于燃烧和气流分析。

通过FLUENT可以得到燃烧过程中的温度、浓度等关键参数，有助于燃烧控制和优化。

此外，FLUENT还可以用于风力发电机的设计和优化。

3.3 航空航天行业在航空航天行业，FLUENT主要用于飞机的空气动力学分析。

通过FLUENT可以得到飞机的升力、阻力、气流分布等关键参数，有助于飞机的设计和优化。

4. 结论FLUENT是一款非常常用的流体动力学仿真软件，广泛应用于汽车、能源、航空航天等多个领域。

通过FLUENT可以得到流体动力学分析中的关键参数，有助于工程师做出更好的设计和优化。

fluent流体工程仿真计算实例与应用引言流体力学在工程和科学领域中扮演着重要的角色。

通过流体力学的研究，我们可以了解和预测液体和气体在不同条件下的行为。

然而，在真实的实验中，获取流体的准确和详细的数据是非常困难和昂贵的。

因此，流体工程仿真计算成为了一种重要的工具，它可以在实际实验之前通过计算的方式对流体进行建模和分析。

fluent流体工程仿真计算简介Fluent是一款商业化的流体动力学仿真软件，由ANSYS公司开发。

它是一个基于计算流体力学（CFD）的软件工具，能够对各种复杂的流体问题进行建模和分析。

该软件提供了丰富的功能和工具，使工程师能够模拟和解决涉及流体力学的问题。

流体力学仿真计算的优势与传统的实验方法相比，流体力学仿真计算具有以下几个优势： 1. 成本效益：流体力学仿真计算可以节约大量的实验成本，同时缩短了实验周期。

2. 控制参数的灵活性：在真实实验中，很多参数无法被精确控制，而在仿真计算中，我们可以精确地控制和调整各种参数。

3. 快速修改和优化：在实验中，修改和优化系统需要经历繁琐的实验过程，而在仿真计算中，可以轻松地进行快速修改和优化。

4. 可视化和详细分析：通过仿真计算，我们可以获得流体行为的详细信息，同时可以使用可视化工具展示仿真结果。

实例与应用1. 空气动力学仿真空气动力学是流体力学的一个重要分支，研究涉及空气流动的物体。

通过Fluent软件，我们可以对飞行器、汽车、建筑物等在空气中的流动行为进行仿真。

这样的仿真可以帮助工程师改进设计，提高性能和效率。

在空气动力学仿真中，我们可以通过设置不同的参数和条件，如飞行速度、角度、流体密度等，来模拟不同的飞行状态和环境。

通过仿真结果，可以获得飞行过程中的压力分布、升力和阻力等关键性能指标。

2. 建筑气流仿真在建筑领域中，气流对于建筑物的设计和能源消耗具有重要影响。

通过Fluent软件，可以对建筑物内、外的气流进行仿真。

建筑气流仿真可以帮助工程师优化建筑物的通风系统、改善空气质量、减少能耗。

基于POLYFLOW的管道黏弹性流体流动数值模拟柳天磊;杜遥雪【摘要】借助POLYFLOW软件分析了方型截面管道内黏弹性流体的流动参数,研究表明:管道内流体不仅存在着轴向流动,还存在着回流运动,即在流体流动方向存在着二次流动和流层颗粒分散混合现象.【期刊名称】《五邑大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(024)004【总页数】5页(P7-11)【关键词】黏弹性流体;浓度场;湍流;返混【作者】柳天磊;杜遥雪【作者单位】五邑大学,机电工程学院,广东,江门,529020;五邑大学,机电工程学院,广东,江门,529020【正文语种】中文【中图分类】TQ320.64黏弹性聚合物流体的流动基本属于湍流流动，有效描述该类聚合物熔体湍流的性质至今仍是一个重大难题. 基于有限元法的 POLYFLOW 是模拟黏弹性材料流动比较专业的软件，广泛应用于模拟分析聚合物材料与玻璃成型工艺过程以及生物流体的流动仿真. Giesekus模型是目前处理聚合物流体最为成功的模型之一[1-2]；Yao M等[3]研究了Giesekus流体的拉伸流动，并模拟了流体黏弹性和表面张力对拉伸流动的影响，其实验结果与模拟结果非常近似；Yoo和 Choi[4]研究了平行板中Giesekus流体的库爱特流和泊肃叶流，并给出了平行板间速度和应力分布的数值解. 本文应用POLYFLOW 软件，以 Giesekus黏性流体模型为基础，研究了聚合物流体在方形流道中的速度、剪切速率等流动参数分布，并通过浓度场变化研究了黏弹性流体的流动特性.1.1 Giesekus模型方程对管道黏弹性流体流场模拟计算时，考虑到熔体输送的具体特点和聚合物的特性，以及流动过程能够满足工程的近似要求，需作以下假设：1）熔体为非牛顿、不可压缩流体；2）流场流动过程与时间无关，流场中各点温度一致；3）雷诺数Re > 4 000；4）熔体在流道内完全充满，满足润滑条件.考虑惯性量，方形截面流道中Giesekus黏弹性流体模型的连续方程如下：式中∇是哈密顿算子，v为速度矢量，p为压力，τ为偏应力张量，为随体导数，ρ为密度.Giesekus模型本构方程如下：其中，τ1和τ2为偏应力张量的黏弹分量和纯黏性量为偏应力张量黏弹性分量的上随体导数；D为形变速率张量；I为单位张量；α为材料参数；λ为松弛时间；η1为黏度的黏弹分量[5].由于该模型具有较强的非线性，使用稳态模型一般不能使问题收敛，因此需要对松弛时间λ使用渐近模型，模型函数为f(s)=s，其变化范围0～2.25.1.2 流体管道几何模型及网格划分黏弹性聚合物流体管道形状采用正方形截面，分析时假设其几何模型如图1所示. 为简化分析，把三维管道内聚合物熔体的流动简化为二维截面内的流动，为了减少计算量，根据截面形状的对称性可取其1/4来分析，简化后的分析模型网格及其边界条件用图2描述.2.1 流速分析选择流道截面的流线图做对照，管型流道在渐近参数 015.0=s 时流道入口的流线图与流速分布见图3，图中不同的颜色对应不同的参数值. 从图3可以看出：流道内部流体流动呈复杂的湍流状，存在着一定数量的漩涡和二次流动区，整个流道范围内湍流很明显；图3-a中湍流主要发生在流道中心位置，同时在靠近中心位置还存在着负值区域，说明在主流方向存在着二次流动区域，即回流作用；由图3-b 可知：在主流速度方向，流体速度从中心向周围递减，这主要是由于聚合物流体在大雷诺数下流动时，在离固体壁面较远处，其黏性力比惯性力小得多（甚至可以忽略），但在固体壁面附近的薄层中，黏性力的影响则不能忽略，从而导致沿壁面法线方向存在相当大的速度梯度.1922年Richardson提出湍流是一种大涡套小涡、小涡套更小的涡、层层嵌套直至在极小的尺度上发生黏性耗散的过程. 正是这些涡旋的存在，一方面实现了流道消能的目的，另一方面涡旋的运动也导致了流道内聚合物熔体的返混作用. 图4分别是 12.0=s 与 1=s 时流道截面的流线图，流道内部流体流动为湍流，结合图3-a不难看出：随着渐近参数s的增大，聚合物流体中心压强增大，即随压力增大，速度梯度变大，湍流现象增强并趋向于沿截面对角线方向对称分布. 但这种分布不是沿对角线的严格对称分布，这主要是因为流体黏性力及湍流流动是瞬态变化的. Murray[6]通过试验研究证明了颗粒速度减小的程度随湍流程度的增大而增大，该结论为聚合物加工成型设备进行挤出流道设计时考虑流体湍流的影响提供了重要参考.2.2 剪切速率分析图5为 015.0=s 时入口截面上的剪切速率等值线云图，由图可知：管型流道内沿对角线方向剪切速率和云图梯度变化均较小，但在流道壁面处剪切速率和云图梯度变化均较大，说明在壁面处流体受到了较大的剪切力. 这主要是因为壁面处聚合物的黏性力影响比较大，导致沿壁面法线方向存在相当大的速度梯度. 对比图 4可以看出：在沿管型流道截面对角线两侧方向有较强的湍流作用，这与此处存在较强的剪切速度场一致. 由图 6可以看出：随着渐近参数 s增大，剪切速率有下降的趋势，但其下降幅度不是很大，从 0=y 到 1=y 的变化规律基本类似.2.3 混合过程分析为了分析混合过程，选择2种聚合物流体颗粒（ 1=C ， 0=C ），实验颗粒数为1 500，颗粒周期这些颗粒在时间 0=t 时均匀分布在 0=Z 平面的整个计算域内.随着时间的推移，这些颗粒将向前运动到流道内的其他位置，实验模型分析时取0=Z ～200之间的流道为研究对象，即颗粒轨迹将终止于 200=Z 平面.管型流道内部的浓度场可以通过构造几个截面来具体显示，即从入口处依次构造流道截面通过观察颗粒轨迹的分布可以定性地表征管型流道内聚合物熔体的流动行为. 颗粒浓度场分布如图7所示.由图7可以看到：最初的层状分布很快消失，之后流道内部流体的流动表现为湍流，由于湍流的脉动性质，再加上涡体的旋转作用，颗粒在沉降中不断打转，沿着管道流体运动方向，即从 0=Z到 200=Z ，回流不断涡旋，导致颗粒不断分散、混合.通过模拟方形管道内黏弹性流体流动，分析了速度、剪切速率等流动参数分布对管道流体流动的影响，得出：黏性力等材料特性表征的作用力导致了湍流的产生、流体存在的返混作用及回流涡旋使得颗粒具有良好的混合效果. 该结论为优化设计聚合物挤出管型流道和挤出成型设备提供了重要的参考价值.【相关文献】[1] GIESEKUS H. A simple constitutive equation for polymer fluids based on the concept of deformation dependent tonsorial mobility[J]. J of Non-Newtonian Fluid Mech, 1982, 11(1): 69-109.[2] GIESEKUS H. Stressing behavior in simple shear flow as predicted by a new constitutive model for polymer fluids[J]. J of Non-Newtonian Fluid Mech, 1983(12): 367-374.[3] YAO Minwu，GARETH H，BENOIT D. Extensional deformation，stress relaxation and necking failure of viscoelastic filaments [J]. J of Non-Newtonian Fluid Mech, 1998, 79(2/3): 469-501.[4] YOO J Y, CHOI H CH. On the steady simple shear flows of the one-mode Giesekus fluid[J]. Rheol Acta, 1989, 28(1): 13-24.[5] 邹国享，瞿金平. Giesekus流体在环形流道中脉动挤出的应力分析[J]. 振动与冲击，2006,25(6): 1-4.[6] MURRAY S P. Settling velocities and vertical diffusion of particles in turbulence water [J]. Journal of Geophysics Research, 1970, 75(9): 1647-1654.。

fluent流体仿真实例Fluent是一种流体仿真软件，它广泛用于研究和优化各种流体系统。

本文将介绍Fluent的基本工作原理，并以一个实例为例说明如何使用Fluent进行流体仿真。

首先，Fluent采用有限体积法来解决流体问题。

这种方法将流体域划分为许多小的控制体积，并在每个体积中计算流体的平均速度、压力和温度。

然后，通过在体积之间应用质量和动量守恒方程以及其他物理方程来求解流体行为。

最后，Fluent通过计算流场中的速度、压力和温度分布来描绘流体的行为。

为了演示Fluent的用途，我们将以水的流动为例说明如何使用它进行流体仿真。

我们考虑一个具有弯曲管道的水流系统。

假设管道入口处是一个稳定的水流，出口处是一个自由表面，即水流向大气中自由流动。

我们想研究如何通过改变管道形状和入口速度来优化整个系统。

首先，我们需要使用CAD软件绘制出整个系统的几何形状，并将其导入到Fluent中。

然后，我们需要定义出入口处的水流速度和出口处自由表面的边界条件。

这些边界条件将告诉Fluent在哪里应该施加水流速度和处理自由表面的行为。

接下来，我们需要在Fluent中定义数值方法和物理模型。

对于数值方法，我们可以选择不同的离散化方法和求解器，以达到速度和精度的平衡。

对于物理模型，我们需要考虑水的流动特性，包括湍流、速度分布、压力分布等。

这将有助于我们更准确地预测水流的行为，并优化我们的设计。

最后，我们可以开始运行Fluent并分析结果。

Fluent将生成一个包括速度、压力和温度分布的二维或三维图像。

我们可以通过这些图像来研究水流的行为，并探索如何通过改变管道形状和入口速度来优化整个系统。

例如，我们可以通过改变管道半径和斜率来优化水流速度和压力分布。

总之，Fluent是一种广泛使用的流体仿真软件，它可以帮助我们更好地理解和优化各种流体系统。

通过使用Fluent，我们可以确定管道的最佳形状和入口速度，以确保流体系统的最佳性能。

粘弹性流体的本构模型及其应用随着人们对物质性质的深入研究，越来越多的特殊性质的物质被人们所发现，粘弹性流体就是其中之一。

粘弹性流体既具有粘性又具有弹性，被广泛运用于化学、医学、生物学和工程等领域中。

而对于粘弹性流体的本构模型的研究，则是这些应用的基础。

本篇文章将对粘弹性流体的本构模型及其应用进行详细的论述。

一、粘弹性流体的性质粘弹性流体是介于粘性流体和弹性体之间的物质，它既具有流变性质，也具有力学弹性。

它的流变特性表现为，当它受到作用力时会出现变形，而当这种作用力减小或消失时，它的变形又会逐渐恢复。

这种特殊的性质使得它在许多领域具有广泛的应用。

二、粘弹性流体的本构模型粘弹性流体的本构模型是用数学方式来描述流体变形特性的模型。

它是通过实验数据和理论推导确定的粘弹性流体性质的一种数学表示，用于预测和计算其在不同外力下的流变特性。

在粘弹性流体的本构模型中，最常见的是Maxwell模型、Kelvin模型以及Jeffreys模型。

1、Maxwell模型Maxwell模型是由Maxwell在1867年提出的一种模型，是最早被使用的粘弹性流体本构模型之一。

它被广泛应用于石油工程、高分子材料工程、生物领域等领域中。

Maxwell模型的基本原理是将粘性流体和弹性体的模型结合而成。

在Maxwell模型中，流体被视为一个简单的线性弹性体，它由一个弹簧和一个阻尼器组成。

当给该模型施加一个外力时，其中的弹簧会产生弹性变形，而其中的阻尼器会产生粘性变形，使模型发生流变。

而在外力消失后，这两种变形也会随之减小或消失。

2、Kelvin模型Kelvin模型是由Lord Kelvin在1855年提出的一种模型，它将Maxwell模型中的一个弹簧换成为一个螺旋状的弹性体。

和Maxwell模型一样，Kelvin模型也是一种线性的本构模型，它可以更好地描述时间依赖性粘弹性流体的行为。

3、Jeffreys模型Jeffreys模型是由Jeffreys在1927年提出的一种模型，它是Maxwell模型的一种变体。

2017年第8期信息通信2017(总第176 期）INFORMATION & COMMUNICATIONS (Sum. N o 176)基于Fluent的不同粘度流体流动状态研究韩思奇，邵欣,檀盼龙(天津中德应用技术大学智能制造学院，天津300350)摘要：流量计的测量精度受多方面因素影响，流体粘度是其中很重要的方面，而且当前针对这一问题的理论研究不是很 多，而流体力学商业软件中实用性比较强的是Fluent。

文章利用Fluent,结合已有的数学模型对不同性质的流体在管内 流动的情况进行模拟,分析流体粘度、速度发生变化对流动状态的影响。

结果表明流体粘度和速度的变化会影响边界层 厚度及管道内的速度梯度分布。

关键词：中图分类号:TE327 文献标识码:A文章编号:1673-1131(2017)08-0012-031概述当今工厂中生产的流量计都是按照相关规定，在标准条件下对仪器的精度和量程进行调整，通常的标准条件是指在水和空气下[1]。

但实际应用中流体大多为非标定介质的粘性流体，如果流体粘度较小可以看作理想流体来分析[a。

但是当需要检测的流体粘度与流量传感器标定的介质粘度差别很大 时，其精度会受到影响，检测到的数值存在很大的误差。

因此，随着人们对流体相关领域认识的深入以及测量精度的提高,越来越重视流体粘度在测量中所造成的影响0]。

在众多CFD软件中，Fluent在流体力学的研究模拟中实用性最强，与其他传统CFD软件相比,Fluent突出的特点是稳定性高、试用范围广、计算精度高[4]。

Fluent软件的核心理论是有限体积法，该方法能够比较精确地模拟复杂几何模型下流体的性质以及能量交换情况。

Fluent的前处理软件Gambit能够根据实际几何模型生成结构及非结构网格，对于复杂的几何模型还具备自动生成网格功能，生成的二维或三维网格质量普遍较高。

5总结与展望本文在分析国内外研究现状的基础上,研究了 UW B高精度定位技术和基于IMU传感器进行航位推算的定方案。