第三章：Fluent应用基础
第一节：Fluent简介
FLUENT是一个用于模拟和分析在复杂几何区域内的流体流动与热交换问题的专用CFD软件。FLUENT提供了灵活的网格特性，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。网格自适应特性可让用户在很高的精度下得到流场的解。
FLUENT支持UNIX和Windows等多种平台，支持基于MPI的并行环境。FLUENT通过交互的菜单界面与用户进行交互，用户可通过多窗口方式随时观察计算的进程和计算结果。计算结果可以用云图、等值线图、矢量图、XY散点图等多种方式显示、存储和打印。FLUENT提供用户编程接口，让用户定制或控制相关的计算和输入输出。
一、FLUENT软件构成
FLUENT是一个求解器，本身提供的主要功能包括导入网格模型、提供计算的物理模型、施加边界条件和村料特性、求解和后处理。FLUENT支持的网格生成软件包括GAMBIT、ICEMCFD、TGrid、prePDF、GeoMesh及其他CAD／CAE软件包。
GAMBIT、ICEMCFD、TGrid、prePDF、GeoMesh与FLUENT有着极好的相容性.TGrid可提供2D三角形网格、3D四面体网格、2D和3D杂交网格等。GAMBIT可生成供FLUENT直接使用的网格模型，也可将生成的网格传送给TGird，由TGrid进一步处理后再传给FLNENT。prePDF、GeoMesh是FLUENT在引入GAMBIT之前所使用的前处理器，现prePDF主要用于对某些燃烧问题进行建模，GeoMesh己基本被GAMBIT取代。而FLUENT提供了各类CAD／CAE软件包与GAMBIT的接口。
fluent笔记讲解
Discretization离散Node values节点值，coarsen粗糙refine细化curvature曲率，X-WALL shear Stress 壁面切应力的X方向。strain rate应变率
1、求解器:（solver）分为分离方式(segeragated)和耦合方式(coupled)，耦合方式计算高速可压流和旋转流动等复杂高
参数问题时比较好，耦合隐式(implicit)耗时短内存大，耦合显式(explicit)相反；
2.收敛判据:观察残差曲线。
可以在残差监视器面板中设置Convergence Criterion（收敛判据），比如设为10 -3 ，则残差下降到小于10 -3 时，系统既认为计算已经收敛并同时终止计算。
（2）流场变量不再变化。
有时候不论怎样计算，残差都不能降到收敛判据以下。此时可以用具有代表性的流场
变量来判断计算是否已经收敛——如果流场变量在经过很多次迭代后不再发生变化，就可以认为计算已经收敛。
（3）总体质量、动量、能量达到平衡。
在Flux Reports （通量报告）面板中检查质量、动量、能量和其他变量的总体平衡情况。通过计算域的净通量应该小于0.1%。Flux
Reports（通量报告）面板如图2-17 所示，其启动方法为：
Report -> Fluxes
3.一阶精度与二阶精度：First Oder Upwind and Second Oder
Upwind(一阶迎风和二阶迎风)
①一阶耗散性大，有比较严重的抹平现象；稳定性好
②二阶耗散性小，精度高；稳定性较差，需要减小松弛因子
4.流动模型的选择
①inviscid无粘模型：当粘性对流场影响可以忽略时使用；例如计算升力。 ②laminar层流模型：考虑粘性，且流动类型为层流。
③Spalart-Allmaras （S-A模型）：单方程模型，适用于翼型、壁面边界层流动，不适于射流等自由剪切湍流问题。
FLUENT 6 动网格技巧
一、动网格简介
CFD动网格大致分为两类：第一类为显式规定网格节点速度，配合瞬态时间，即可很
方便的得出位移，当然一些求解器（如FLUENT）也支持稳态动网格，这时候可以直接指
定网格节点的位移。第二类为网格节点速度是通过求解得到的，如6DOF模型基本上都属于
此类，用户将力换算成加速度，然后将其积分成速度。
对于第一类动网格问题，在FLUENT中通常可以使用Profile与UDF进行网格设置，
通过规定节点或区域的速度、角速度或位移等方式来显式确定网格的运动，通常大部分的动
网格问题都归于此类。而对于第二类问题，通常涉及到力的计算，力在流体中通常是对压力
进行积分而来。将力转换为速度或位移，一般涉及到加速度、转动惯量等物理量的计算。在
FLUENT中，可以使用6DOF模型进行处理，在CFX中，可以使用刚体模型（13.0以上版
本才有）。
在FLUENT中，动网格涉及的内容包括：1）运动的定义。主要是PROFILE文件与
UDF中的动网格宏。2）网格更新。FLUENT中关于网格更新方法有三种：网格光顺、动态
层、网格重构。需要详细了解这些网格更新方法的运作机理，每个参数所代表的具体含义及
设置方法，每种方法的适用范围。
动网格的最在挑战来自于网格更新后的质量，避免负体积是动网格调试的主要目标。
在避免负网格的同时，努力提高运动更新后的网格质量。
二、第一类动网格操作
0打开FLUENT
双击桌面快捷方式 → 选择2D或3D模式（FLUENT和GAMBIT默认单位为米）
1导入网格文件
File → Read → Case → 选择mesh文件
2检查网格文件
Grid > Check（可以查看网格的大致情况，如有无负体积等）
3定义求解器
Define → Models → Solver → 在Time项里点选Unsteady（非稳态求解器）
4编译UDF文件
Define → User-Defined → Functions → Compiled → 单击Add添加UDF文件（*.C）→点击Build按钮 → 点击Load按钮 → 点击Close按钮（如果不关闭编译对话框，在调试程序时
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1 简单地说：结构化网格只包含四边形或者六面体，非结构化网格是三角形和四面体。
结构网格再拓扑结构上相当于矩形域内的均匀网格，器节点定义在每一层的网格线上，且每一层上节点数都是相等的，这样使复杂外形的贴体网格生成比较困难。非结构网格没有规则的拓扑结构，也没有层的概念，网格节点的分布是随意的，因此具有灵活性。不过非结构网格计算的时候需要较大的内存。
在计算流体动力学中，按照一定规律分布于流场中的离散点的集合叫网格（Grid），分布这些网格节点的过程叫网格生成（Grid Generation）。网格生成对CFD至关重要，直接关系到CFD计算问题的成败。
非结构三角形网格方法
复杂外形网格生成的第二方向是最近应用比较广泛的非结构三角形网格方法，它利
用三角形（二维）或四面体（三维）在定义复杂外形时的灵活性，以Delaunay法或推进波阵面法为基础，全部采用三角形（四面体）来填充二维（三维）空间，它消除了结构网格中节点的结构性限制，节点和单元的分可控性好，因而能较好地处理边界，适用于模拟真实复杂外型。非结构网格生成方法在其生成过程中采用一定的准则进行优化判断，因而能生成高质量的网格，很容易控制网格的大小和节点的密度，它采用随机的数据结构有利于进行网格自适应。一旦在边界上指定网格的分布，在边界之间可以自动生成网格，无需分块或用户的干预，而且不需要在子域之间传递信息。因而，近年来非结构网格方法受到了高度的重视，有了很大发展。
非结构网格方法的一个不利之处就是不能很好地处理粘性问题，在附面层内只采用三角形或四面体网格，其网格数量将极其巨大。现在比较好的方法就是采用混合网格技术，即先贴体生成能用于粘性计算的四边型或三棱柱网格，然后以此为物面边界，生成三角形非结构网格，但是生成复杂外型的四边形或三棱柱网格难度很大。
非结构网格方法的另一个不利之处就是对于相同的物理空间，网格填充效率不高，在满足同样流场计算条件的情况下，它产生的网格数量要比结构网格的数量大得多（一个长方体要划分为5个四面体）。随机的数据结构也增加了流场参数交换的时间，因此此方法要求较大的计算机内存，计算时间长。在物面附近，非结构网格方法，特别是对于复杂外形如凹槽、细缝等处比较难以处理。
