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中科大Fluent 讲稿
二维网格：
triangle
quadrilateral
tetrahedron 三维网格：
hexahedron
prism or wedge pyramid
图 1－1，FLUENT 的基本控制体形状 用 FLUENT 程序求解问题的步骤 1， 确定几何形状，生成计算网格（用 GAMBIT，也可以读入其它指定程序生成的网格） 2， 选择 2D 或 3D 来模拟计算 3， 输入网格 4， 检查网格 5， 选择解法器 6， 选择求解的方程：层流或湍流（或无粘流） ，化学组分或化学反应，传热模型等。确定 其它需要的模型如：风扇、热交换器、多孔介质等模型。
∂ρ ∂ + ( ρu i ) = S m ∂t ∂xi
2－1
该方程是质量守恒的总的形式，可以适合可压和不可压流动。源项 S m 是稀疏相增加到 连续相中的质量， （如液体蒸发变成气体）或者质量源项（用户定义） 。 对于二维轴对称几何条件，连续方程可以写成：
∂ρ ∂ ∂ ρv + ( ρu ) + ( ρv ) + = Sm ∂t ∂x ∂r r
GAMBIT 设置几何形状 生成 2D 或 3D 网格
几何形状或 网格
其 它软件包， 如 CAD，CAE 等
prePDF PDF 查表
2D 或 3D 网格
FLUENT
边 界 网 格
PDF 程序
网格输入及调整 物理模型 边界条件 流体物性确定 计算 结果后处理
边 界 和 （ 或 ） 体 网 格 TGrid 2D 三角网格 3D 四面体网格 2D 和 3D 混合网格
T
2－9
虽然能量的标准形式里包括了压力做功和动能项，但在采用 segregated solver 求解不可 压问题时候都可以忽略掉。当然，如果想不忽略它们的作用，可以在 define/models/energy 中设置。对于可压缩流动问题，在用 coupled solvers 求解时总是考虑压力做功和动能项。 粘性耗散项是考虑流体中的粘性剪切作用产生的热量。如果用 segregated solver 求解， 默认设置并没有考虑。如果 Brinkman 数（ Br =
Fluent基础讲义课件 共45页
对近壁和远场都适用，对剪切流动的处理不如Standard -
Reynolds Stress:
可以计算各向异性旋涡 ，难于收敛，适于计算弯曲流道、强的旋涡或旋转
CFD-FVM
32
近壁处理及第一个网格的位置
-和RSM适用于离开壁面一定 距离的湍流区域
两种方法： 壁面函数法
0 or Mean Flow Pressure
Mean Flow Pressure
Profile Function Incompressible of Temperature
Constant
Incompressible
Incompressible Incompressible Ideal Gas Law
CFD-FVM
12
顶点类型
End (E) 0 < Default Angle < 120 zero internal grid lines
Side (S) 120 < Default Angle < 216 one internal grid line
Corner (C) 216 < Default Angle < 309 two internal grid lines
CFD-FVM
4
CFD-FVM
5
产生FLUENT所需要的网格
gambit Tgrid：
在已知边界网格（由GAMBIT或者第三方CAD/CAE软件产生 的）
产生三角网格，四面体网格或者混合网格，
用其他软件（ANSYS）
gambit单独的完整的CFD前处理器 建立几何体和导入几何体 生成网格 检查网格质量 设置边界类型和介质类型
Reynolds Stress:
可以计算各向异性旋涡 ，难于收敛，适于计算弯曲流道、强的旋涡或旋转
CFD-FVM
32
近壁处理及第一个网格的位置
-和RSM适用于离开壁面一定 距离的湍流区域
两种方法： 壁面函数法
0 or Mean Flow Pressure
Mean Flow Pressure
Profile Function Incompressible of Temperature
Constant
Incompressible
Incompressible Incompressible Ideal Gas Law
CFD-FVM
12
顶点类型
End (E) 0 < Default Angle < 120 zero internal grid lines
Side (S) 120 < Default Angle < 216 one internal grid line
Corner (C) 216 < Default Angle < 309 two internal grid lines
CFD-FVM
4
CFD-FVM
5
产生FLUENT所需要的网格
gambit Tgrid：
在已知边界网格（由GAMBIT或者第三方CAD/CAE软件产生 的）
产生三角网格，四面体网格或者混合网格，
用其他软件（ANSYS）
gambit单独的完整的CFD前处理器 建立几何体和导入几何体 生成网格 检查网格质量 设置边界类型和介质类型
中科大FLUENT讲稿_第三章_湍流模型
第三章，湍流模型第一节， 前言湍流流动模型很多，但大致可以归纳为以下三类：第一类是湍流输运系数模型，是Boussinesq 于1877年针对二维流动提出的，将速度脉动的二阶关联量表示成平均速度梯度与湍流粘性系数的乘积。
即：2121x u u u t ∂∂=''-μρ 3－1 推广到三维问题，若用笛卡儿张量表示，即有：ij ijj i t j i k x u xu u u δρμρ32-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂=''- 3－2 模型的任务就是给出计算湍流粘性系数t μ的方法。
根据建立模型所需要的微分方程的数目，可以分为零方程模型（代数方程模型），单方程模型和双方程模型。
第二类是抛弃了湍流输运系数的概念，直接建立湍流应力和其它二阶关联量的输运方程。
第三类是大涡模拟。
前两类是以湍流的统计结构为基础，对所有涡旋进行统计平均。
大涡模拟把湍流分成大尺度湍流和小尺度湍流，通过求解三维经过修正的Navier-Stokes 方程，得到大涡旋的运动特性，而对小涡旋运动还采用上述的模型。
实际求解中，选用什么模型要根据具体问题的特点来决定。
选择的一般原则是精度要高，应用简单，节省计算时间，同时也具有通用性。
FLUENT 提供的湍流模型包括：单方程（Spalart-Allmaras ）模型、双方程模型（标准κ-ε模型、重整化群κ-ε模型、可实现(Realizable)κ-ε模型）及雷诺应力模型和大涡模拟。
湍流模型种类示意图包含更多 物理机理每次迭代 计算量增加提供RANS-based models第二节，平均量输运方程雷诺平均就是把Navier-Stokes 方程中的瞬时变量分解成平均量和脉动量两部分。
对于速度，有：i i i u u u '+= 3－3其中，i u 和i u '分别是平均速度和脉动速度（i=1,2,3）类似地，对于压力等其它标量，我们也有：φφφ'+= 3－4 其中，φ表示标量，如压力、能量、组分浓度等。
fluent讲稿
质量
动量 能量 封闭方程 底层物理模型
求解设置
物理模型 湍流 燃烧 辐射 多相流 相变 动网格技术
后处理
材料特性 边界条件 初始条件
CFD的基本步骤
分析问题及前处理 1. 确定数值模拟的目标 2. 确定计算区域 3. 建立数值模拟物理模型和网格 求解执行过程 4. 建立数学模型 5. 计算并监控结果 后处理 6. 检查结果 7. 修正模型
建立数值模拟物理模型和网格
能否采用结构化的网格？ 几何形状以及流动的复杂程度? 在各个控制区域内需要什么样的网格精度 对于这个几何形体需要什么样的网格精度? 大的网格梯度是否能预测流场? 是否需要采用网格自适应技术? 计算机的内存容量是否满足要求? 需要多少的计算网格? 计算模型的数量?
单方程（Spalart-Allmaras）模型、
双方程模型（基于湍流动能和扩散率：标准κ-ε模型、重整化群κ-ε模型、 带漩流修正的Realizable κ-ε模型；基于湍流能量方程和扩散速率方程： 标准k-ω模型，剪切压力传输（SST） k-ω模型） 雷诺应力模型 大涡模拟（3D）
FLUENT中的湍流模型
三维网格：
tetrahedron
hexahedron
pyramid
prism or wedge
FLUENT中的湍流模型
湍流流动模型很多，但大致可以归纳为以下三类： 湍流输运系数模型 模型的任务就是给出计算湍流粘性系数的方法。根据建立模型所需要的 微分方程的数目，可以分为零方程模型（代数方程模型），单方程模型 和双方程模型。 第二类是抛弃了湍流输运系数的概念，直接建立湍流应力和其它二阶关 联量的输运方程。 大涡模拟
第二章 基本物理模型
2－4
和
1 1 p ( v) (ruv) (rvv) t r x r r r
1 v u r r x x r 1 v 2 r 2 ( v ) r r x 3
体积热源。方程左边第二项表示 式中， 是密度；h 是显焓；k 是导热系数；T 是温度； q 由于固体旋转或者平移运动热传输。方程右边两相分别为固体导热和体积热源。
T h (u i h) (k )q t xi xi xi
2－11
2.1.7 固体内部导热各向异性的影响 当用 segregated solver 求解时，FLUENT 允许你指定材料的各向导热系数。固体导热各 向异性方程形式如下：
中国科学技术大学 FLUENT 讲义：第二章 基本物理模型
第二章 基本物理模型
无论是可压、还是不可压流动，无论是层流还是湍流问题，FLUENT 都具有很强的模 拟能力。FLUENT 提供了很多数学模型用以模拟复杂几何结构下的输运现象（如传热与化 学反应） 。该软件能解决比较广泛的工程实际问题，包括处理设备内部过程中的层流非牛顿 流体流动，透平机械和汽车发动机过程中的湍流传热过程，锅炉炉里的粉煤燃烧过程，还有 可压射流、外流气体动力学和固体火箭中的可压反应流动等。 为了能模拟工业设备和过程中的流动及相关的输运现象，FLUENT 提供了许多解决工 程实际问题的选择，其中包括多空介质流动， （风扇和热交换器）的集总参量计算，流向周 期流动与传热， 有旋流动和动坐标系下流动问题。 随精确时间滑移网格的动坐标方法可以模 拟计算涡轮流动问题。FLUENT 还提供了离散相模型用以模拟喷雾过程或者稀疏颗粒流动 问题。还有些两相流模型可供大家选用。
和
1 1 p ( v) (ruv) (rvv) t r x r r r
1 v u r r x x r 1 v 2 r 2 ( v ) r r x 3
体积热源。方程左边第二项表示 式中， 是密度；h 是显焓；k 是导热系数；T 是温度； q 由于固体旋转或者平移运动热传输。方程右边两相分别为固体导热和体积热源。
T h (u i h) (k )q t xi xi xi
2－11
2.1.7 固体内部导热各向异性的影响 当用 segregated solver 求解时，FLUENT 允许你指定材料的各向导热系数。固体导热各 向异性方程形式如下：
中国科学技术大学 FLUENT 讲义：第二章 基本物理模型
第二章 基本物理模型
无论是可压、还是不可压流动，无论是层流还是湍流问题，FLUENT 都具有很强的模 拟能力。FLUENT 提供了很多数学模型用以模拟复杂几何结构下的输运现象（如传热与化 学反应） 。该软件能解决比较广泛的工程实际问题，包括处理设备内部过程中的层流非牛顿 流体流动，透平机械和汽车发动机过程中的湍流传热过程，锅炉炉里的粉煤燃烧过程，还有 可压射流、外流气体动力学和固体火箭中的可压反应流动等。 为了能模拟工业设备和过程中的流动及相关的输运现象，FLUENT 提供了许多解决工 程实际问题的选择，其中包括多空介质流动， （风扇和热交换器）的集总参量计算，流向周 期流动与传热， 有旋流动和动坐标系下流动问题。 随精确时间滑移网格的动坐标方法可以模 拟计算涡轮流动问题。FLUENT 还提供了离散相模型用以模拟喷雾过程或者稀疏颗粒流动 问题。还有些两相流模型可供大家选用。
FLUENT应用技巧-中科院力学所高温气体动力学重点实验室
单位转换菜单 13
七、 FLUENT网格自适应
自适应的功能在计算的过程中，动态改善网格分布和质量。
巧用：在计算开始的时候检查网格的质量。
ADAPT->ISO-VALUE->GRID, CELL EQUIANGLE SKEW,COMPUTER
网 格 质 量 检 14 查
八、 FLUENT并行计算
并行计算可以在较短的时间解决较大的题目，并行计算的 时代已经全面到来了。应用技巧：在WINDOWS下基于 TCP/IP 网络实现普通微机间的并行计算 并 行 计 算
UDS边界
25
十一、 FLUENT UDS
4.求解设置
求解 控制 菜单
5.初始化，求解 26
十二、 FLUENT UDF源项
源项的形式：S
A B, S
B
对应连续方程、三个方向动量方程及
能量等，其中的变量 分别为：
1,Vx,Vy,Vz,T……
举例说明：X方向的动量方程源项
c0
1 v
F
F AF
Cell base：
f
c0 c1
2
其周围单元值
的加权平均
Node base： f
1 Nf
Nf
n
n1
1 2
1 2
9
四、 FLUENT网格质量评估
FLUENT中的网格质量评价办法：
源项： 源项的导数：
27
十三、 FLUENT 6.3新功能
•多面体网格
•新数值核心
重点讲解
•UDF&UDS增强
•动网格功能增强
•并行计算能力增强
•湍流模型
•化学反应流
七、 FLUENT网格自适应
自适应的功能在计算的过程中，动态改善网格分布和质量。
巧用：在计算开始的时候检查网格的质量。
ADAPT->ISO-VALUE->GRID, CELL EQUIANGLE SKEW,COMPUTER
网 格 质 量 检 14 查
八、 FLUENT并行计算
并行计算可以在较短的时间解决较大的题目，并行计算的 时代已经全面到来了。应用技巧：在WINDOWS下基于 TCP/IP 网络实现普通微机间的并行计算 并 行 计 算
UDS边界
25
十一、 FLUENT UDS
4.求解设置
求解 控制 菜单
5.初始化，求解 26
十二、 FLUENT UDF源项
源项的形式：S
A B, S
B
对应连续方程、三个方向动量方程及
能量等，其中的变量 分别为：
1,Vx,Vy,Vz,T……
举例说明：X方向的动量方程源项
c0
1 v
F
F AF
Cell base：
f
c0 c1
2
其周围单元值
的加权平均
Node base： f
1 Nf
Nf
n
n1
1 2
1 2
9
四、 FLUENT网格质量评估
FLUENT中的网格质量评价办法：
源项： 源项的导数：
27
十三、 FLUENT 6.3新功能
•多面体网格
•新数值核心
重点讲解
•UDF&UDS增强
•动网格功能增强
•并行计算能力增强
•湍流模型
•化学反应流
中科大FLUENT讲稿离散相模拟
中科大FLUENT讲稿离散相模拟离散相模拟FLUENT 程序除了模拟连续相以外，也可以在Lagrangian 坐标系下模拟离散相。
离散相为球形颗粒（也可以是水滴或气泡）弥散在连续相中。
FLUENT 可以计算离散相的颗粒轨道，以及其与连续相之间的质量和能量交换。
耦合求解连续相和离散相，可以考虑相间的相互作用及影响。
离散相处理过程中，可以考虑以下因素：1，在Lagrangian 坐标系下，计算离散相在定常和非定常流动中的颗粒轨道。
2，连续相涡旋产生的湍流对离散相的影响3，离散相的加热与冷却过程4，液滴的蒸发与沸腾5，颗粒燃烧，包括挥发分挥发和碳核燃烧，用以模拟粉煤燃烧过程。
Fluent 假设离散相足够稀疏，忽略颗粒与颗粒之间的相互作用，也不考虑颗粒体积分数对连续相的影响。
因此在用该方法模拟实际过程时，要保证离散相的体积分数应该小于10％～12％。
离散相模型对以下流动过程不适合。
1，流向周期性流动2，如果采用预混燃烧模型，就不能考虑颗粒的化学反应。
3，采用多坐标系的流动采用颗粒轨道模型计算离散相时，需要给出颗粒的初始位置，速度，颗粒大小，温度及颗粒的物性参数。
颗粒轨道的计算根据颗粒的力平衡计算。
颗粒的传热传质则根据颗粒与连续相间的对流和辐射换热及质量交换来计算。
颗粒轨道，颗粒传热传质计算结果可以用图的形式给出。
颗粒轨道计算根据作用在颗粒（液滴，气泡）上力平衡，可以给出颗粒在Lagrangian 坐标系下的运动方程：x p p x p D pF g u u F dt du +-+-=ρρρ/)()( （8－1）其中，24Re 182D pp D C D F ρμ=，u 是连续相速度，p u 是颗粒速度，μ是流体的分子粘性系数，p ρρ,分别是流体与颗粒的密度；p D 是颗粒直径，Re 是相对雷诺数，定义为：μρuu D p p -=Re 阻力系数2321Re Re ααα++=D C ，1α，2α，3α为常数，根据光滑球颗粒实验结果给出[L114]。
2023年fluent教程讲解模板
2023年Fluent教程讲解一、概述在当今社会，计算机软件的应用已经渗透到生活的方方面面，流体力学仿真软件FLUENT作为目前流体力学领域最为流行的软件之一，在工程领域具有广泛的应用。
对于初学者来说，学习使用FLUENT进行流体力学仿真有一定的难度，因此有必要推出一份详细的FLUENT教程，以方便广大用户更快速、更有效地掌握使用该软件的技巧。
二、FLUENT教程概述1. 课程背景：本教程旨在针对初学者和需要系统复习的用户，全面深入地讲解FLUENT软件的使用方法和流体力学仿真原理。
2. 教程目标：通过本教程的学习，学员将能够掌握FLUENT软件的基本操作技能、流体力学仿真的基本原理和方法，以及解决实际工程问题的能力。
3. 教程内容：本教程将涵盖FLUENT软件的基本界面介绍、网格划分、边界条件设置、求解器选择、结果分析等方面内容，同时还将讲解一些典型的流体力学仿真案例。
三、教程具体内容1. FLUENT软件的安装和配置 - 硬件要求- 软件安装步骤- 许可授权获取2. FLUENT软件的基本操作- 软件界面介绍- 各个功能区的作用- 鼠标操作技巧3. 流体力学仿真的基本原理- 流体动力学基础知识回顾 - 数值模拟方法简介- 边界条件和初始条件的设置4. 网格的划分和优化- 网格划分的基本步骤- 网格质量的评估和优化方法 - 网格划分实例讲解5. 边界条件和求解器的选择- 不同边界条件的设置方法- 不同求解器的选择和对比- 求解器参数调节技巧6. 结果的后处理和分析- 数据的导出和保存- 结果的可视化处理- 结果分析及工程应用7. 典型流体力学仿真案例- 工程流动问题- 空气动力学问题- 液体传热问题四、教程特色- 本教程以实例驱动学习，将通过丰富的仿真案例来讲解FLUENT软件的实际操作技巧和流体力学仿真的基本原理，帮助学员更好地理解和掌握知识。
- 本教程通过图文结合的方式展示软件操作步骤，力求使学员能够更直观地理解FLUENT软件的使用方法。
中科大Fluent教程 第四章,边界条件
计算流体与传热传质
压力出口边界 (2)
对于不可压缩流动: 静压给定边界压力 其它量由流场内计算外推得到. 对于可压流动: 静压计算不考虑当地是否是局部超音速. 所有计算量从计算区域里外推计算. 当进口条பைடு நூலகம்设定为pressure inlet时，出口一定要用pressure outlet.
计算流体与传热传质
压力出口：Pressure Outlet (1)
定义出口处的static (gauge) pressure. 流场流入什么样的压 力环境里. 可以给定压力径向分布. 压力出口处可能会出现回 流: 求解过程或者求解结 果中，都可能如此. 回流方向与出口边界 垂直的方向. 由于回流量具有“弹 性”，求解收敛性能 较好. 回流出现时，用静压 来给回流总压赋值.
计算流体与传热传质
Outflow 边界条件不能使用场合
Outflow 边界不能用于: 可压缩流动. Pressure Inlet 边界条件 : 变密度的非定常流动.
不适合的物理问题: 回流区 流动方向有明显压力梯 度 下游影响上游流动 outflow condition ill-posed outflow condition not obeyed
计算流体与传热传质
Outflow边界
Outflow边界，除了压力之外，其它量的梯度为零。 FLUENT 从流场内外推边界所需的信息. 特别有用的情况: 求解之前，不知道速度和压力的流动问题. 流动出口是，或接近是完全发展的流动. 注: 当求解过程中，或者求解结果具有回流时，用 Pressure Outlet 比用 Outflow出口条件更具有收敛优势.
(完整word版)FLUENT知识点解读(良心出品必属精品)
一、基本设置1．Double Precision的选择启动设置如图，这里着重说说Double Precision（双精度）复选框，对于大多数情况，单精度求解器已能很好的满足精度要求，且计算量小，这里我们选择单精度。
然而对于以下一些特定的问题，使用双精度求解器可能更有利[1]。
a.几何特征包含某些极端的尺度（如非常长且窄的管道），单精度求解器可能不能足够精确地表达各尺度方向的节点信息。
b.如果几何模型包含多个通过小直径管道相互连接的体，而某一个区域的压力特别大（因为用户只能设定一个总体的参考压力位置），此时，双精度求解器可能更能体现压差带来的流动（如渐缩渐扩管的无粘与可压缩流动模拟）。
c.对于某些高导热系数比或高宽纵比的网格，使用单精度求解器可能会遇到收敛性不佳或精确度不足不足的问题，此时，使用双精度求解器可能会有所帮助。
[1] 李鹏飞,徐敏义,王飞飞.精通CFD工程仿真与案例实战：FLUENT GAMBIT ICEM CFD Tecplot[M]. 北京,人民邮电出版社,2011:114-1162．网格光顺化用光滑和交换的方式改善网格：通过Mesh下的Smooth/Swap来实现，可用来提高网格质量，一般用于三角形或四边形网格，不过质量提高的效果一般般，影响较小，网格质量的提高主要还是在网格生成软件里面实现，所以这里不再用光滑和交换的方式改善网格，其原理可参考《FLUENT全攻略》（已下载）。
3．Pressure-based与Density-based求解器设置如图。
下面说一说Pressure-based和Density-based 的区别：Pressure-Based Solver是Fluent的优势，它是基于压力法的求解器，使用的是压力修正算法，求解的控制方程是标量形式的，擅长求解不可压缩流动，对于可压流动也可以求解；Fluent 6.3以前的版本求解器，只有Segregated Solver和Coupled Solver，其实也是Pressure-Based Solver的两种处理方法；Density-Based Solver是Fluent 6.3新发展出来的，它是基于密度法的求解器，求解的控制方程是矢量形式的，主要离散格式有Roe，AUSM+，该方法的初衷是让Fluent具有比较好的求解可压缩流动能力，但目前格式没有添加任何限制器，因此还不太完善；它只有Coupled的算法；对于低速问题，他们是使用Preconditioning方法来处理，使之也能够计算低速问题。
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FLUENT 程序启动方法
1， WINDOEWS NT 下，点击 FLUENT5。 2， 在 MS－DOS 下，键入命令。 FLUENT 2D/3D/2ddp/3ddp。平行计算命令为：FLUENT
2D/3D/2ddp/3ddp -t x 。x 是处理器编号。如，我们用 3 号处理器计算三维双精度问题， 命令为： FLUENT 3ddp –t3
前言
FLUENT 商用程序可以模拟许多的工程实际问题，包括可压缩、不可压缩流动，牛顿流 体、非牛顿流体，单相、多相流动，有旋、无旋流动，惯性坐标系、非惯性坐标系下的流动， 有化学反应、无化学反应的流动问题等。其生成无结构网格的程序把计算复杂几何条件下的 流动及传热传质问题变的简单。同时，软件还提供了许多的湍流模型、壁面处理及燃烧、传 热模型供针对特定问题选择。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。
FLUENT 简介
FLUENT 是用于计算复杂几何条件下流动和传热问题的程序。它提供的无结构网格生成 程序，把计算相对复杂的几何结构问题变得容易和轻松。可以生成的网格包括二维的三角形
ii
和四边形网格；三维的四面体、六面体及混合网格。并且，可以根据计算结果调整网格。这 种网格的自适应能力对于精确求解有较大梯度的流场如自由剪切流和边界层问题有很实际 的作用。同时，网格自适应和调整只是在需要加密的流动区域里实施，而非整个流动场， 因此可以节约计算时间。
QUICK 格式：对于四边形和六面体网格，我们可以确定它们唯一的上游和下游表面以
及单元。FLUENT 还提供了计算对流变量 φ 在表面处高阶值的 QUICK 格式。QUICK 类型
的格式是通过变量的二阶迎风与中心插值加上适当的权因子得到的；
亚松驰( Under-Relaxation )：由于 FLUENT 所解方程组的非线性，我们有必要控制φ 的
一阶与二阶的比较 当流动和网格成一条线时（如：矩形网格或者六面体网格模拟矩形导管的层流流动），
可以使用一阶迎风离散格式。但是，当流动和网格不在一条线上时（即：流动斜穿网格线） 一阶对流离散增加了对流离散的误差（数值耗散）。对于三角形和四面体网格，流动从来就 不会和网格成一条线，此时一般要使用二阶离散来获取更高精度的结果。对于四边形或者六 面体网格，如果使用二阶离散格式，尤其是对于复杂流动来说，你可以获取更好的结果。
v
以给出未知量的值。
一阶迎风格式( First Order Upwind )：当需要一阶精度时，我们假定描述单元内变量平 均值的单元中心变量就是整个单元内各个变量的值，而且单元表面的量等于单元内的量。因 此，当选择一阶迎风格式时，表面值被设定等于迎风单元的单元中心值。
二阶迎风格式( Second Order Upwind )：当需要二阶精度时，使用多维线性重建方法来 计算单元表面处的值。在这种方法中，通过单元中心解在单元中心处的泰勒展开来实现单元 表面的二阶精度值。因此，当使用二阶迎风格式时，用下面的方程来计算表面值；
总而言之，一阶离散一般会比二阶离散收敛得好，但是精度要差，尤其是对于三角形或 者四面体网格精度更差。
对于大多数情况，你可以在计算的开始使用二阶格式。对于有些情况，你应该以一阶离 散开始计算，在进行了初步迭代之后再转到二阶格式。例如，如果你解高马赫数流动问题， 初始解科所预期的解相差较大，你就应该先用一阶格式迭代几步然后打开二阶格式继续计算 直至收敛。
其它需要的模型如：风扇、热交换器、多孔介质等模型。
iv
7， 确定流体物性； 8， 指定边界条件； 9， 条件计算控制参数； 10，流场初始化； 11，计算； 12，检查结果； 13，保存结果，后处理等。
关于 FLUENT 解法器的说明
1， FLUENT 2D， 二维单精度解法器 2， FLUENT 3D， 三维单精度解法器 3， FLUENT 2ddp， 二维双精度解法器 4， FLUENT 3ddp， 三维双精度解法器
边
边
界
界
网
和
格
�
或
�
体
网
格
网格
TGrid 2D 三角网格 3D 四面体网格 2D 和 3D 混合网格
基本程序结构示意图。
FLUENT 程序的用途
1， 采用三角形、四边形、四面体、六面体及其混合网格计算二维和三位流动问题； 计算过程中，网格可以自适应。
2， 可压缩与不可压缩流动问题；
iii
3， 稳态和瞬态流动问题； 4， 无粘流，层流及湍流问题； 5， 牛顿流体及非牛顿流体； 6， 对流换热问题（包括自然对流和混合对流）； 7， 导热与对流换热耦合问题； 8， 辐射换热； 9， 惯性坐标系和非惯性坐标系下的流动问题模拟； 10，多运动坐标系下的流动问题； 11，化学组分混合与反应； 12，可以处理热量、质量、动量和化学组分的源项； 13，用 Lagrangian 轨道模型模拟稀疏相（颗粒，水滴，气泡等）； 14，多孔介质流动； 15，一维风扇、热交换器性能计算； 16，两相流问题； 17，复杂表面形状下的自由面流动；
程序的结构
FLUENT 程序软件包应该包括以下几个部分： 1， FLUENT 解法器 2， prePDF，用于模拟 PDF 燃烧过程 3， GAMBIT，网格生成 4， TGrid，额外的处理器，用于从现有的边界网格生成体网格。 5， Filters(Translators)，转换其它程序生成的网格，用于 FLUENT 计算。可以接口的程序包
FLUENT 命令的一般形式为： FLUENT [version] [-help] [options]
FLUENT 求解方法的选择
1．非耦合求解 ( Segregated ) 2．耦合隐式求解 ( Coupled Implicit ) 3．耦合显式求解 ( Coupled Explicit ) 非耦合求解方法主要用于不可压缩或压缩性不强的流体流动。耦合求解则可以用在高 速可压缩流动。FLUENT 默认设置是非耦合求解，但对于高速可压流动，有强的体积力（浮 力或离心力）的流动，求解问题时网格要比较密，建议采用耦合隐式求解方法，可以耦合 求解能量和动量方程，能比较快地得到收敛解。缺点是需要的内存比较大（是非耦合求解迭 代时间的 1.5-2 倍）。如果必须要耦合求解，但是你的机器内存不够，这时候可以考虑用耦合 显式解法器求解问题。该解法器也耦合了动量，能量及组分方程，但内存却比隐式求解方法 小。缺点是收敛时间比较长。 这里需要指出的是非耦合求解的一些模型在耦合求解解法器里并不都有。 耦合解法器 没有的模型包括：多相流模型，混合分数/PDF 燃烧模型，预混燃烧模型，污染物生成模型， 相变模型，Rosseland 辐射模型，确定质量流率的周期性流动模型及周期性换热模型等。 隐式( Implicit )：对于给定变量，单元内的未知值用邻近单元的已知和未知值计算得出。 因此，每一个未知值会在不止一个方程中出现，这些方程必须同时解来给出未知量。 显式( Explicit )：对于给定变量，每一个单元内的未知量用只包含已知量的关系式计算 得到。因此未知量只在一个方程中出现，而且每一个单元内的未知量的方程只需解一次就可
本讲义以 FLUENT5 说明书为主要参考资料，介绍了该软件的基本功能、基本物理模型、 湍流模型、湍流模拟的近壁处理及边界条件，并且对燃烧过程的模拟和用户自定义函数做了 描述。通过本课程学习，可以掌握和利用 FLUENT 程序在流体及传热传质等领域进行数值 研究。
燃烧模型部分由董刚副教授编译，方海生同学编译了用户自定义函数。基本物理模型， 湍流模型及湍流模拟近壁处理及边界条件由刘明侯副教授编译。由于时间非常仓促（一个暑 假时间），只能用不完全的内容作为计算流体和传热传质课程的内容。还有些内容来不及加 入讲义内，希望以后逐步完善。文字没有很好地校对，一定会由错误、疏漏或不妥的地方， 请同学们校正。
二维网格： 三
triangle 维
quadrilateral 网
tetrahedron
格
：
hexahedron
pyramid
prism or wedge
图 1－1，FLUENT 的基本控制体形状
用 FLUENT 程序求解问题的步骤
1， 确定几何形状，生成计算网格（用 GAMBIT，也可以读入其它指定程序生成的网格）； 2， 选择 2D 或 3D 来模拟计算； 3， 输入网格； 4， 检查网格； 5， 选择解法器； 6， 选择求解的方程：层流或湍流（或无粘流），化学组分或化学反应，传热模型等。确定
括：ANSYS, I-DEAS, NASTRAN,PATRAN 等。
GAMBIT 设置几何形状包，如 CAD，CAE 等
prePDF PDF 查表
2D 或 3D 网格 FLUENT
PDF 程序
网格输入及调整 物理模型 边界条件 流体物性确定 计算 结果后处理
变化。一般用亚松驰方法来实现控制，该方法在每一部迭代中减少了 f 的变化量。亚松驰最 简单的形式为：单元内变量 f 等于原来的值 f_old 加上亚松驰因子 a 与 f 变化的积：
φ = φold + α∆φ
SIMPLE：SIMPLE 算法使用压力和速度之间的相互校正关系来强制质量守恒并获取压 力场。
刘明侯 2002 年 9 月 2 日
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目录
第一章， 概述…………………………………………………………………..….…...(1) 第二章， 基本物理模型………………………………………………………..…...….(5)
第一节， 连续和动量方程…………………………………………………….…(5) 第二节， 计算传热过程用户输入………………………………………….……(9) 第三节， 浮力驱动的流动和自然对流…………………………………………(10) 第四节， 有旋和旋转流动问题…………………………………………….……(15) 第五节， 可压流动…………………………………………………..……..……(18) 第六节， 无粘流动……………………………………………………..…..……(19) 第七节， 用户自定义标量输运模型…………………………………..….….…(22) 第三章， 湍流模型……………………………………………………….……..…….(24) 第一节， 前言……………………………………………………………………(24) 第二节， 平均量输运方程…………………………………………….. ……….(25) 第三节， 湍流模型……………………………………………………………….(26) 第四节， 湍流模型算例及其设置……………………………………………….(39) 第四章， 湍流流动地近壁处理…………………………………………………...….(44) 第五章， 边界条件…………………………………………………………………….(52) 第六章， FLUENT 中地燃烧模拟…………………………………………..…….….(62) 第一节， 燃烧模拟的重要性……………………………………………..….….(62) 第二节， FLUENT 燃烧模拟方法概要…………………………………..…….(62) 第三节， 气相燃烧模型…………………………………………………......…..(63) 第四节， 污染物模型…………………………………………………….………(75) 第五节， FLUENT 中燃烧模拟计算的步骤和原则……………………………(77) 第七章， 自定义函数………………………………………………………………….(79) 第一节， 概要…………………………………………………………………….(79) 第二节， 书写 UDFs …………………………………………………………….(80) 第三节， 编译连接 UDFs………………………………………………………..(98) 第四节， 在 FLUENT 模型中使用 UDFs………………………………………(106) 第五节， UDFs 实例…………………………………………………………….(112) 第六节， UDFs 的应用………………………………………………………….(128) 附录 A，udf. H 中的宏解释…………………………………………………………….(146) 附录 B，常用 C 库函数…………………………………………………………………(147)
1， WINDOEWS NT 下，点击 FLUENT5。 2， 在 MS－DOS 下，键入命令。 FLUENT 2D/3D/2ddp/3ddp。平行计算命令为：FLUENT
2D/3D/2ddp/3ddp -t x 。x 是处理器编号。如，我们用 3 号处理器计算三维双精度问题， 命令为： FLUENT 3ddp –t3
前言
FLUENT 商用程序可以模拟许多的工程实际问题，包括可压缩、不可压缩流动，牛顿流 体、非牛顿流体，单相、多相流动，有旋、无旋流动，惯性坐标系、非惯性坐标系下的流动， 有化学反应、无化学反应的流动问题等。其生成无结构网格的程序把计算复杂几何条件下的 流动及传热传质问题变的简单。同时，软件还提供了许多的湍流模型、壁面处理及燃烧、传 热模型供针对特定问题选择。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。
FLUENT 简介
FLUENT 是用于计算复杂几何条件下流动和传热问题的程序。它提供的无结构网格生成 程序，把计算相对复杂的几何结构问题变得容易和轻松。可以生成的网格包括二维的三角形
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和四边形网格；三维的四面体、六面体及混合网格。并且，可以根据计算结果调整网格。这 种网格的自适应能力对于精确求解有较大梯度的流场如自由剪切流和边界层问题有很实际 的作用。同时，网格自适应和调整只是在需要加密的流动区域里实施，而非整个流动场， 因此可以节约计算时间。
QUICK 格式：对于四边形和六面体网格，我们可以确定它们唯一的上游和下游表面以
及单元。FLUENT 还提供了计算对流变量 φ 在表面处高阶值的 QUICK 格式。QUICK 类型
的格式是通过变量的二阶迎风与中心插值加上适当的权因子得到的；
亚松驰( Under-Relaxation )：由于 FLUENT 所解方程组的非线性，我们有必要控制φ 的
一阶与二阶的比较 当流动和网格成一条线时（如：矩形网格或者六面体网格模拟矩形导管的层流流动），
可以使用一阶迎风离散格式。但是，当流动和网格不在一条线上时（即：流动斜穿网格线） 一阶对流离散增加了对流离散的误差（数值耗散）。对于三角形和四面体网格，流动从来就 不会和网格成一条线，此时一般要使用二阶离散来获取更高精度的结果。对于四边形或者六 面体网格，如果使用二阶离散格式，尤其是对于复杂流动来说，你可以获取更好的结果。
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以给出未知量的值。
一阶迎风格式( First Order Upwind )：当需要一阶精度时，我们假定描述单元内变量平 均值的单元中心变量就是整个单元内各个变量的值，而且单元表面的量等于单元内的量。因 此，当选择一阶迎风格式时，表面值被设定等于迎风单元的单元中心值。
二阶迎风格式( Second Order Upwind )：当需要二阶精度时，使用多维线性重建方法来 计算单元表面处的值。在这种方法中，通过单元中心解在单元中心处的泰勒展开来实现单元 表面的二阶精度值。因此，当使用二阶迎风格式时，用下面的方程来计算表面值；
总而言之，一阶离散一般会比二阶离散收敛得好，但是精度要差，尤其是对于三角形或 者四面体网格精度更差。
对于大多数情况，你可以在计算的开始使用二阶格式。对于有些情况，你应该以一阶离 散开始计算，在进行了初步迭代之后再转到二阶格式。例如，如果你解高马赫数流动问题， 初始解科所预期的解相差较大，你就应该先用一阶格式迭代几步然后打开二阶格式继续计算 直至收敛。
其它需要的模型如：风扇、热交换器、多孔介质等模型。
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7， 确定流体物性； 8， 指定边界条件； 9， 条件计算控制参数； 10，流场初始化； 11，计算； 12，检查结果； 13，保存结果，后处理等。
关于 FLUENT 解法器的说明
1， FLUENT 2D， 二维单精度解法器 2， FLUENT 3D， 三维单精度解法器 3， FLUENT 2ddp， 二维双精度解法器 4， FLUENT 3ddp， 三维双精度解法器
边
边
界
界
网
和
格
�
或
�
体
网
格
网格
TGrid 2D 三角网格 3D 四面体网格 2D 和 3D 混合网格
基本程序结构示意图。
FLUENT 程序的用途
1， 采用三角形、四边形、四面体、六面体及其混合网格计算二维和三位流动问题； 计算过程中，网格可以自适应。
2， 可压缩与不可压缩流动问题；
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3， 稳态和瞬态流动问题； 4， 无粘流，层流及湍流问题； 5， 牛顿流体及非牛顿流体； 6， 对流换热问题（包括自然对流和混合对流）； 7， 导热与对流换热耦合问题； 8， 辐射换热； 9， 惯性坐标系和非惯性坐标系下的流动问题模拟； 10，多运动坐标系下的流动问题； 11，化学组分混合与反应； 12，可以处理热量、质量、动量和化学组分的源项； 13，用 Lagrangian 轨道模型模拟稀疏相（颗粒，水滴，气泡等）； 14，多孔介质流动； 15，一维风扇、热交换器性能计算； 16，两相流问题； 17，复杂表面形状下的自由面流动；
程序的结构
FLUENT 程序软件包应该包括以下几个部分： 1， FLUENT 解法器 2， prePDF，用于模拟 PDF 燃烧过程 3， GAMBIT，网格生成 4， TGrid，额外的处理器，用于从现有的边界网格生成体网格。 5， Filters(Translators)，转换其它程序生成的网格，用于 FLUENT 计算。可以接口的程序包
FLUENT 命令的一般形式为： FLUENT [version] [-help] [options]
FLUENT 求解方法的选择
1．非耦合求解 ( Segregated ) 2．耦合隐式求解 ( Coupled Implicit ) 3．耦合显式求解 ( Coupled Explicit ) 非耦合求解方法主要用于不可压缩或压缩性不强的流体流动。耦合求解则可以用在高 速可压缩流动。FLUENT 默认设置是非耦合求解，但对于高速可压流动，有强的体积力（浮 力或离心力）的流动，求解问题时网格要比较密，建议采用耦合隐式求解方法，可以耦合 求解能量和动量方程，能比较快地得到收敛解。缺点是需要的内存比较大（是非耦合求解迭 代时间的 1.5-2 倍）。如果必须要耦合求解，但是你的机器内存不够，这时候可以考虑用耦合 显式解法器求解问题。该解法器也耦合了动量，能量及组分方程，但内存却比隐式求解方法 小。缺点是收敛时间比较长。 这里需要指出的是非耦合求解的一些模型在耦合求解解法器里并不都有。 耦合解法器 没有的模型包括：多相流模型，混合分数/PDF 燃烧模型，预混燃烧模型，污染物生成模型， 相变模型，Rosseland 辐射模型，确定质量流率的周期性流动模型及周期性换热模型等。 隐式( Implicit )：对于给定变量，单元内的未知值用邻近单元的已知和未知值计算得出。 因此，每一个未知值会在不止一个方程中出现，这些方程必须同时解来给出未知量。 显式( Explicit )：对于给定变量，每一个单元内的未知量用只包含已知量的关系式计算 得到。因此未知量只在一个方程中出现，而且每一个单元内的未知量的方程只需解一次就可
本讲义以 FLUENT5 说明书为主要参考资料，介绍了该软件的基本功能、基本物理模型、 湍流模型、湍流模拟的近壁处理及边界条件，并且对燃烧过程的模拟和用户自定义函数做了 描述。通过本课程学习，可以掌握和利用 FLUENT 程序在流体及传热传质等领域进行数值 研究。
燃烧模型部分由董刚副教授编译，方海生同学编译了用户自定义函数。基本物理模型， 湍流模型及湍流模拟近壁处理及边界条件由刘明侯副教授编译。由于时间非常仓促（一个暑 假时间），只能用不完全的内容作为计算流体和传热传质课程的内容。还有些内容来不及加 入讲义内，希望以后逐步完善。文字没有很好地校对，一定会由错误、疏漏或不妥的地方， 请同学们校正。
二维网格： 三
triangle 维
quadrilateral 网
tetrahedron
格
：
hexahedron
pyramid
prism or wedge
图 1－1，FLUENT 的基本控制体形状
用 FLUENT 程序求解问题的步骤
1， 确定几何形状，生成计算网格（用 GAMBIT，也可以读入其它指定程序生成的网格）； 2， 选择 2D 或 3D 来模拟计算； 3， 输入网格； 4， 检查网格； 5， 选择解法器； 6， 选择求解的方程：层流或湍流（或无粘流），化学组分或化学反应，传热模型等。确定
括：ANSYS, I-DEAS, NASTRAN,PATRAN 等。
GAMBIT 设置几何形状包，如 CAD，CAE 等
prePDF PDF 查表
2D 或 3D 网格 FLUENT
PDF 程序
网格输入及调整 物理模型 边界条件 流体物性确定 计算 结果后处理
变化。一般用亚松驰方法来实现控制，该方法在每一部迭代中减少了 f 的变化量。亚松驰最 简单的形式为：单元内变量 f 等于原来的值 f_old 加上亚松驰因子 a 与 f 变化的积：
φ = φold + α∆φ
SIMPLE：SIMPLE 算法使用压力和速度之间的相互校正关系来强制质量守恒并获取压 力场。
刘明侯 2002 年 9 月 2 日
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目录
第一章， 概述…………………………………………………………………..….…...(1) 第二章， 基本物理模型………………………………………………………..…...….(5)
第一节， 连续和动量方程…………………………………………………….…(5) 第二节， 计算传热过程用户输入………………………………………….……(9) 第三节， 浮力驱动的流动和自然对流…………………………………………(10) 第四节， 有旋和旋转流动问题…………………………………………….……(15) 第五节， 可压流动…………………………………………………..……..……(18) 第六节， 无粘流动……………………………………………………..…..……(19) 第七节， 用户自定义标量输运模型…………………………………..….….…(22) 第三章， 湍流模型……………………………………………………….……..…….(24) 第一节， 前言……………………………………………………………………(24) 第二节， 平均量输运方程…………………………………………….. ……….(25) 第三节， 湍流模型……………………………………………………………….(26) 第四节， 湍流模型算例及其设置……………………………………………….(39) 第四章， 湍流流动地近壁处理…………………………………………………...….(44) 第五章， 边界条件…………………………………………………………………….(52) 第六章， FLUENT 中地燃烧模拟…………………………………………..…….….(62) 第一节， 燃烧模拟的重要性……………………………………………..….….(62) 第二节， FLUENT 燃烧模拟方法概要…………………………………..…….(62) 第三节， 气相燃烧模型…………………………………………………......…..(63) 第四节， 污染物模型…………………………………………………….………(75) 第五节， FLUENT 中燃烧模拟计算的步骤和原则……………………………(77) 第七章， 自定义函数………………………………………………………………….(79) 第一节， 概要…………………………………………………………………….(79) 第二节， 书写 UDFs …………………………………………………………….(80) 第三节， 编译连接 UDFs………………………………………………………..(98) 第四节， 在 FLUENT 模型中使用 UDFs………………………………………(106) 第五节， UDFs 实例…………………………………………………………….(112) 第六节， UDFs 的应用………………………………………………………….(128) 附录 A，udf. H 中的宏解释…………………………………………………………….(146) 附录 B，常用 C 库函数…………………………………………………………………(147)