Fluent_入门基础培训-PPT

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
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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
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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

cell_t, face_t, Thread, Domain 是 FLUENT UDF 数据结构的一部分
几何和时间宏
C_NNODES(c,t); 返回节点/单元 C_NFACES(c,t); 返回面/单元 F_NNODES(f,t); 返回节点/面 C_CENTROID(x,c,t); 返回单元质心坐标于数组x[]中 F_CENTROID(x,f,t); 返回表面中心坐标于数组x[]中 F_AREA(A,f,t); 返回面向量于数组 A[]中 C_VOLUME(c,t); 返回单元体积 C_VOLUME_2D(c,t); 返回二维单元体积 (轴对称模型) real flow_time(); 返回实际时间 int time_step; 返回计算步数 RP_Get_Real(“physical-time-step”); 返回计算步长
#include "udf.h“ DEFINE_PROFILE(inlet_x_velocity, thread, nv) { float x[3]; /* Position vector*/ float y; face_t f; begin_f_loop(f, thread) { F_CENTROID(x,f,thread); y = x[1]; F_PROFILE(f, thread, nv) = 20.*(1.- y*y/(.0745*.0745)); } end_f_loop(f, thread) }
Solve U-Momentum
Solve V-Momentum
Solve W-Momentum
Solve Mass & Momentum
Solve Mass, Momentum, Energy, Species
User-defined ADJUST

有重力存在时，动量方程的压力梯度和体积力项重写为：:
其中
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自然对流 –Boussinesq 模型
Boussinesq 模型假设流体密度是不变的，只是改变动量方程沿着重力 方向的体积力
– 适用于密度变化小的情况 (例如，温度在小范围内变化).
对许多自然对流问题，Boussinesq 假设有更好的收敛性 – 常密度假设减少了非线性. – 密度变化较小时适合. – 不能和有化学反应的组分输运方程同时使用.
密度值 ρ0. • 设置热膨胀系数 β.
7
问题设置-热源
在固体域加入热源模拟电子部件的生成热
8
温度分布
Temp. (ºF) 426 410 394 378 362 346 330 314 298
Flow direction
Flow direction
Air (fluid zone)
Front View
Convection boundary 1.5 W/m2 K 298 K free stream temp
9
替代的模拟策略
可替代的策略为模拟壁面为一有厚度面 (Thin Wall model). 这时，不需对固体域划分网格
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对固体板划分网格 vs. 薄壁方法
对固体板划分网格
– 在固体域求解能量方程l. – 板厚度需用网格离散 – 最精确的方法，但需要多计算网格 – 由于壁面两侧都有网格，总是应用耦合热边界条件
第六节：件 共轭传热 薄壁和双面壁 自然对流 辐射模型 报告-输出
2
能量方程
能量输运方程:
Unsteady
Conduction
– 单位质量的能量 E :
Conduction
Species Diffusion

膨胀算法
• 前处理
– TGrid 算法 – 所有物理类型的默认设置。首先表面网格膨胀, 然后生成体网格 – 不支持邻近面设置不同的层数 – 可应用于扫掠和 2D 网格划分
• 后处理
– ICEM CFD 算法 – 使用一种在四面体网格生成后作用的后处理技术 – 只对 patching conforming和patch independent 四面体网格有效.
– 过渡比
• 膨胀层最后单元层和四面体区域第一单元层间的体尺寸改变
• 当求解器设置为 CFX时, 默认的 Transition Ratio是 0.77. 对其它物理选项, 包括Solver Preference 设置为 Fluent的CFD,
默认值是 0.272. • 因为Fluent 求解器是单元为中心的，其网格单元等于求解器单元, 而CFX 求解器是顶点为中心的 ，求解器单元是双重节点
5. 注意这里有5 部件和 5个实体。 4个 Solid项 包含三通管的 固体部分而命名为 Fluid的体是流体区域
6. 因为首先关注的是流体区域, 右击并抑制Outline 中几何下的 4个固体
7. 右击 Mesh 插入方法。 选择流体体并将 Method 设置为 Tetrahedrons，将 Algorithm 设置为 Patch Conforming
23. 保存项目并退出 Workbench.
作业 5.2
汽车集流管的流 体和结构网格
5-33
目标
这个作业示范对耦合传热 (CHT) 流分析或流固耦合(FSI)分析创建合适的网格, . 然而, 几何呈现潜在困难.
• 几何包含两部分. 一部分是固体集流管，另一部分是流体区 域.
• 流体网格将是CFD 性质, 具有膨胀,ckness 并输入值0.001 m. Maximum Layers设为5

• 如何学习Fluent？
1. 掌握流体力学、传质传热和化学反应动力学 等基础知识。
2. 了解CFD中使用的数值计算方法。 3. 了解Fluent中各个数值模型的适用范围及各参
数含义。 4. 接下来，可以尝试使用Fluent进行计算了！
4
交流学习的安排
第一讲 流体力学基础、传热学基础 第二讲 燃烧学，计算流体力学基础 第三讲 Fluent介绍 第四讲 Fluent应用实例（1） 第五讲 Fluent应用实例（2）
• 连续介质假设
– 连续介质假设认为真实流体所占有的空间可近似看作由“流体 质点”连续地无空隙地充满着。
– 换一句话说，就是在我们感兴趣的微小尺度内，都包含着无数 个流体分子。
• 局限性
– 当特征尺寸远大于分子间隙时，可以认为满足连续介质假设。 实际上，在一般的工程问题上，均可以满足。
– 当压力很低的稀薄气体中，分子间距很大，能与感兴趣的特征 尺度相比拟。此时，传统的流体力学理论就不适用，必须使用 统计力学的方法。
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交流学习的安排
第一讲 流体力学基础、传热学基础 第二讲 燃烧学，计算流体力学基础 第三讲 Fluent介绍 第四讲 Fluent应用实例（1） 第五讲 Fluent应用实例（2）
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什么是流体（Fluid）？
• 固体
– 在静止状态下，能够抵抗一定的压力、 拉力和剪切力。
• 流体
– 在静止状态下，能够抵抗一定的压力。
• 粘度
• 流体内摩擦应力 的大小与流体的 速度梯度成正比
• 持续变形的流体 才能抵抗一定的 剪切力！
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流体的主要物理性质
• 粘度
• μ：动力粘度系数 • 当流体的μ为常数时，称为牛顿流体。 • 主要受温度影响，基本不受压力影响。 • 一般，液体（如水煤浆、重油）的粘度随温

Fluent 的使用者评价
刚需软件
FLUENT 是计算机模拟计算领 域重要的工具，是模拟流体动 力学的良好平台。
一流的C FD解决方案
优秀的CFD计算软件，通过设 定各项物理参数和求解域内物 理场，数据格式相当规范。
信赖的计算流体力学 软件
Fluent 是应用计算流体力学和 计算传热学仿真最广泛的工具 之一，深受用户喜爱。
2 仿真预测分析
能够实现准确预测工程设计的流体力学现象，减少了误差和成本，使得研究人员随时随 地设计多组合的流动设计，如此便于定制出最优的方案。
3 涉及多个应用领域
Fluent 已被广泛应用于化工、建筑、环境、能源、食品、医药、航空航天、汽车甚至数 码备等多个领域中。
Fluent 界面及模块介绍
1
结构化网格
应用定制的网格工具，适合直接网格成像、图形分析和CFD训练模型等应用。
2
有限体积网格
一道典型的网格生成方法，基于一个数学模型，可用于大多数非结构化网格生成， 适用于复杂几何体的网格分析。
3
OpenFOAM
采用较为成熟的生产级非结构化网格技术、压缩实时良好，应用范围非常广。
Fluent 边界条件设置
Fluent 的未来发展趋势
革新技术
Fluent 未来发展愿景是，通过创新技术的开发和引入，为行业大众提供技术解决方案，以应 对美好未来的一切挑战。
上云服务
Fluent 可以为运用该服务的行业界或科研机构提供在线学习、在线制图和线上咨询服务，使 更多的科学家和工程师无处不阅读。
直接液态分析
Fluent 在传输和信号处理领域引入完整的红外和激光移相和测距技术，为人们提供更快速和 准确的工程仿真数据实验操作。

• 后处理
6. 检查结果 7. 考虑是否需要修改模型
Introductory FLUENT Notes FLUENT v6.3 December 2006
定义你所需要的模型

问题的鉴定及预处理
1. 定义你所需要的模型 2. 确定即将模拟的区域 3. 设计并创建网格
• 你需要什么样的结果，如压力减小、质量流量，它们 将如何被使用？
– 3D 薄膜冷却
• 冷却剂从高压室的管道中注入 • 高压室用四面体网格划分 • 管道用六面体网格划分
分界面
高压部分可以用简化的网格模 型代替.
Introductory FLUENT Notes FLUENT v6.3 December 2006
建立数学模型
建立数学模型. 计算并监控.

求解
4. 5.
检查结果
检查结果 考虑是否需要修改模型

后处理
6. 7.
• 检查结果，评估求解方案并 提取有效数据
– 可视工具可以用于回答如下 问题：
• • • • 整体的流动形式？ 是否有分流？ 震动、剪切层等来自于哪？ 流动的主要特征是否已解决？
检查结果是为了确定参数 达到平衡，物理特性也正 确。大残差可能是有少量 的低质量单元引起。
– 你的可选模型有哪些？
• • • • 在你的分析中需要哪些计算模型(湍流、可压流、辐射)？ 你需要做哪些简化假设？ 你可以做哪些简化假设？(对称性、周期性) 你是否需要独特的建模功能？ – FLUENT 6中可使用用户自定义函数UDF(用C语言编写)
• 精确度要求? • 何时需要结果?
Introductory FLUENT Notes FLUENT v6.3 December 2006

可扩展性
支持与其他CAD、CAE软件的集成，方便数 据交换和协同工作。
02
Fluent软件基础
Fluent软件界面介绍
工具栏
提供常用命令的快 捷方式。
导航栏
提供视图切换、模 型设置等操作。
菜单栏
包含文件、编辑、 查看等常用菜单选 项。
图形窗口
显示计算域的几何 形状和计算结果。
属性面板
设置材料属性、边 界条件等参数。
详细描述
湍流模型的选择应根据流动特性、计算资源和模拟需求进行权衡。常见的湍流模 型包括标准k-ε模型、修正k-ε模型、SST k-ω模型、Realizable k-ε模型等。在选 择模型时，需要考虑模型的适用范围、精度和计算效率。
多相流模型选择与设置
总结词
多相流模拟在工程领域具有广泛的应用，选择合适的多相流模型能够准确模拟多相流动的物理特性。
适用于模拟多相流体的流动， 如气液、液液等。
化学反应模拟
可以对流体中的化学反应进行 模拟，如燃烧过程等。
Fluent软件的特点和优势
强大的计算能力
采用先进的数值计算方法，能够处理大规模 的流体动力学问题。
易用性
界面友好，操作简单，方便用户快速上手。
丰富的物理模型
内置多种物理模型，满足不同领域的模拟需 求。
版本发展
随着技术的不断进步，Fluent软件的版本也在不断更 新，功能越来越强大。
适用领域
广泛应用于航空航天、汽车、能源、环境等众多领域 。
Fluent软件的应用领域
流体动力学模拟
Fluent软件最核心的应用领域 ，可以对流体进行三维流动模
拟。
传热分析
可以模拟流体中的热量传递过 程，进行热分析。

Fluent软件安装与启动
01
02
总结词：详细描述
总结词：详细描述
Fluent软件界面介绍
总结词：详细描述
总结词：详细描述
Fluent软件基本操作流程
总结词：详细描述
总结词：详细描述
03
案例一：二维流动模拟
案例概述
01
目的
通过模拟二维流动，了解流体 动力学的基本原理和Fluent软
件的应用。
通过三维流动模拟，了解 流体在复杂结构中的流动 特性。
背景
在工程和科学研究中，三 维流动模拟对于理解流体 动力学行为至关重要。
适用领域
广泛应用于流体机械、航 空航天、环境工程等领域 。
案例建模与网格划分
建模工具
采用专业的CAD软件进行 三维建模。
建模过程
根据实际物理模型，建立 三维几何模型。
网格划分
03
迭代过程监控
监控迭代过程，确保收敛稳定 。
04
结果后处理
对模拟结果进行可视化分析， 如速度场、压力场、体积分数 等，并与实验数据进行对比验
证。
06
案例四：传热模拟
案例概述
目的
通过传热模拟，了解流体在加热或冷却过程中的温度分布和传热 过程。
背景
在能源、化工、航空航天等领域，传热模拟对于优化设计、提高能 效和保障安全具有重要意义。
网格生成
根据模型和流动特性，生成适用于多相 流模拟的网格。
网格质量检查
确保网格质量良好，无扭曲、重叠等错 误。
边界条件设置
根据实际情况设置入口、出口、壁面等 边界条件。
案例求解设置与结果分析
01
求解器设置
选择适合多相流模拟的求解器 ，如压力基求解器或密度基求

实体域用来赋予流体或固体材料
– 选择项包括多孔介质域、层流域、固定值域等
使用对称面和周期边界条件能减少计算量
未介绍的其他边界条件类型见附录
– 远场压力 – 排气扇 / 出风口 – 进风口 / 抽气扇 – 出口
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附录
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边界条件类型
外部边界
内部边界
– 通用
– Fan
• Pressure Inlet • Pressure Outlet
– 不可压缩流
• Velocity Inlet
– Interior – Porous Jump – Radiator
• Outflow (不建议用)
– 压缩流
• Mass Flow Inlet
输入的选择项
– 多孔介质域 – 源项 – 层流域 – 固定值域 – 辐射域
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多孔介质
多孔介质是一种特殊的流体域
– 在 Fluid 面板中激活多孔介质域 – 通过用户输入的集总阻力系数来确
定流动方向的压降
用来模拟通过多孔介质的流动，或 者流过其他均匀阻力的物体
inlet
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outlet
plate plate-shadow
改变边界条件类型
域和域的类型在前处理阶段定 义
要改变边界条件类型：
– 在 Zone 列表中选择域名。 – 在 Type 下拉列表中选择希
望的类型
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