1、1CFD-FVM FLUENT6.0 FLUENT6.0 的使用的使用2CFD-FVM Fluent 簡介u主流的CFD軟件之一u主要用來計算復(fù)雜幾何形狀的流動和換熱問題u其數(shù)學(xué)模型的組成主要是以納維-斯托克斯方程與各種湍流模型為主體u再加上多相流模型、熱輻射模型、化學(xué)組分的輸運、燃燒與化學(xué)反應(yīng)流模型等. u大多數(shù)附加的模型是在主體方程組上補充一些附加源項、附加輸運方程與關(guān)系式.3CFD-FVM 4CFD-FVM 求解器uFlowWizard，針對設(shè)計工程師使用u FIDAP，基于有限元方法u Polyflow，針對粘彈性流動的u MixSim，針對攪拌混合的專用u AirPak，強大的通風(fēng)系

2、統(tǒng)分析u IcePak，專業(yè)的電子熱分析u Qfin，專門針對散熱器優(yōu)化u針對各種復(fù)雜流動的物理現(xiàn)象，F(xiàn)LUENT軟件采用的不同的數(shù)值解法，以期在計算速度、穩(wěn)定性和精度等方面達到優(yōu)化組合，u形成多種解算器，可根據(jù)實際應(yīng)用選擇恰當(dāng)?shù)那蠼馄?CFD-FVM 6CFD-FVM 產(chǎn)生FLUENT所需要的網(wǎng)格gambitTgrid：在已知邊界網(wǎng)格由GAMBIT或者第三方CAD/CAE軟件產(chǎn)生的）產(chǎn)生三角網(wǎng)格，四面體網(wǎng)格或者混合網(wǎng)格，用其他軟件ANSYS）gambit單獨的完整的CFD前處理器建立幾何體和導(dǎo)入幾何體生成網(wǎng)格檢查網(wǎng)格質(zhì)量設(shè)置邊界類型和介質(zhì)類型7CFD-FVM Boundary layersu

3、在邊界處u對2D問題，附著在edgesu對3D問題，附著在faces8CFD-FVM u線網(wǎng)格劃分9CFD-FVM 面網(wǎng)格10CFD-FVM 面網(wǎng)格11CFD-FVM 體網(wǎng)格12CFD-FVM 體網(wǎng)格uHex/Wedge: CooperuTet/Hybrid: TGrid13CFD-FVM 頂點類型EEESSSCCCRRuEnd (E)u0 Default Angle 120uzero internal grid linesuSide (S)u120 Default Angle 216uone internal grid lineuCorner (C)u216 Default Angle 30

4、9utwo internal grid linesuReverse (R)u309 Default Angle 360uthree internal grid lines14CFD-FVM Formula for map scheme: 4*End+N*SideFormula for submap scheme: 4*End+ L*Side + M*(E+C) + N* (2*E+R)ESSESEESMap: 4*End + 4*SideEEEECEECDefault15CFD-FVM How to Make a Volume Cooperable Manually change the ve

5、rtex types on the side faces so they are mappable and/or submappableEESSSSEEEEECExample: manually change the vertex types16CFD-FVM 網(wǎng)格劃分u網(wǎng)格生成質(zhì)量對計算精度與穩(wěn)定性影響極大。u在幾何形狀復(fù)雜的區(qū)域上要生成好的網(wǎng)格相當(dāng)困難uMeshing grid numberu grid qualityu超過90的精力要用在生成合適的網(wǎng)格上17CFD-FVM 戰(zhàn)略uBoundary layersuPre-meshinguSizing functionsu為降低離散誤差，減少

6、單元數(shù)量，最好使用hex(六面體網(wǎng)格)u對形狀復(fù)雜的幾何體可分解成幾個簡單幾何體再用六面體網(wǎng)格18CFD-FVM uGambit可讀入其它CFD軟件生成的圖形u也可讀入autocad proE等cad軟件生成的圖形uCAD中創(chuàng)建的圖形要輸出為.sat文件，要滿足一定的條件。u對于二維圖形來說，它必須是一個region，也就是說要求是一個聯(lián)通域。u對于三維圖形而言，要求其是一個ASCI body19CFD-FVM u由于各軟件設(shè)置的最小識別尺寸不同，u 導(dǎo)入后的幾何體可能會出現(xiàn)：u不完整、有縫隙的幾何體u有一些CFD分析時不需要的一些細小的幾何結(jié)構(gòu)u清理過程主要采用gambit中的虛幾何操作。u

7、nconnected real edges/facesconnected virtual edges/facesEdge SplitsExample:20CFD-FVM uGambit中有三類幾何體：uReal:uVirtual:u根據(jù)一個或多個實體(real，稱為宿主)來確定其幾何描述uFaceted geometry(有小面的幾何體):u象virtual 一樣處理u一些實幾何操作對虛幾何體不能正常使用21CFD-FVM 多相流動uMultiphase flow in fluentu同一物質(zhì)，不同的相 (氣、液、固)u不同的物質(zhì)相同的相水和油）u整個流體系統(tǒng)分為主相和多個次相u主相看成是連續(xù)

8、介質(zhì)u次相離散分布在 連續(xù)相中22CFD-FVM Multiphase modelsDispersed phase model (DPM)：拉格朗日離散相模型粒子/液滴/氣泡在定常和非定常流動中的粒子軌跡動量、熱和質(zhì)量與流體之間的耦合液滴的蒸發(fā)和沸騰，濕顆粒的干燥Mixture model: N種組分的混合模型求解混合物的動量方程，通過確定相對速度來描述離散相Eulerian multiphase flow model:歐拉多相流模型針對于N 種固體顆粒的氣固流和液固流的粒子相模型對各相求解動量和連續(xù)方程Volume of fluid model (VOF): VOF 多相流模型 氣液流動或液

9、液流動，不同組分之間互不相容自由表面問題，包括表面張力和壁面接觸角的影響(不混溶的流體之間有明顯的分界面23CFD-FVM RadiationuSurface to surface (S2S): 模擬封閉體內(nèi)輻射傳輸，不考慮參與性介質(zhì)的輻射uRosseland：擴散近似法，當(dāng)光學(xué)厚度(衰減系數(shù)*幾何光學(xué)長度)大于3時使用。uP1：考慮散射，適于光學(xué)厚的介質(zhì)uDiscrete transfer (DTRM)：不考慮散射，準確，適于光學(xué)薄的介質(zhì)uDiscrete ordinates (DOM)：考慮散射，準確，適于光學(xué)薄的介質(zhì)24CFD-FVM 化學(xué)反應(yīng)和燃燒uSpecies transport:

10、 不考慮化學(xué)反應(yīng)的組分傳輸，通過求解組分傳輸方程uNon-premixed combustion (無預(yù)混的燃燒模型): 燃料和氧化劑分別從不同入口流入反應(yīng)區(qū)uPremixed combustion (預(yù)混的燃燒模型): 反應(yīng)物在進入反應(yīng)區(qū)前進行混合uPartially premixed combustion (部分預(yù)混的燃燒模型)25CFD-FVM Solidification/melting modelu可以求解在某一溫度或一定溫度范圍內(nèi)有凝固或融化發(fā)生的流動過程u純金屬或二元合金的液/固凝固/融化過程u連續(xù)澆鑄的鑄造過程u凝固材料與壁面的接觸熱阻26CFD-FVM Pollutant f

11、ormation(污染物的形成過程)u氧化氮NO, NO2, N2O）u只能采用segregated solveru可以與預(yù)混燃燒模型同時使用u燃燒系統(tǒng)中煙灰形成過程的模擬u只能采用segregated solveru可以與預(yù)混燃燒模型同時使用u可以考慮煙灰的輻射吸收作用u只能對湍流流動進行模擬27CFD-FVM 共同傳熱Conjugate heat transfer）u流體自然對流，耦合固體導(dǎo)熱u耦合邊界條件：用在璧面邊界，區(qū)分兩種介質(zhì)28CFD-FVM Moving zonesu計算流動問題：u旋轉(zhuǎn)部件：葉輪機械u移動或轉(zhuǎn)動的表面：火車會車29CFD-FVM Moving zonesu方法

12、uSingle reference frame (SRF): 整個計算區(qū)域都在旋轉(zhuǎn)坐標系內(nèi)uMultiple reference frame (MRF): 選定的區(qū)域在旋轉(zhuǎn)坐標系內(nèi)uMixing plane (MPM): 在旋轉(zhuǎn)和靜止區(qū)域的交界面使用混合平面來考慮相鄰區(qū)域的影響，如多級的葉輪機械uSliding mesh (SMM): 用網(wǎng)格移動算法來考慮特定區(qū)域的運動30CFD-FVM User defined functions (UDF)u鏈接在求解器上的用戶自己編制的C語言程序uUDF的主要應(yīng)用：u定義邊界條件、源項、物性u壁面熱流u初始化u在計算中加入用戶定義的標量傳輸方程，例如：在

13、計算流場時可以計算磁場或電場31CFD-FVM uInvisciduLaminaruReynolds時均方程方法： u湍流粘性系數(shù)法uReynolds應(yīng)力方程法uLarge Eddy Simulation （only 3D）32CFD-FVM uSpalart-Allmaras：一方程模型u不適于自由剪切流動、分離流動，多用于外流，如航空航天問題。準2D問題，如翼型繞流uStandard -:u應(yīng)用最為廣泛的湍流模型，高Re數(shù)模型，不適于分離流動，uRNG (renormalization group重正規(guī)化群) -：u考慮了旋流、低雷諾數(shù)的作用，u適于自由剪切流動。主要應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)機械，主要用

14、于旋轉(zhuǎn)坐標系下的流動問題uRealizable - :u主要用于射流、大分離、回流等問題uStandard - :u適于剪切流動，低、高Re數(shù)均可uSST (shear-stress transport ) -：u對近壁和遠場都適用，對剪切流動的處理不如Standard - uReynolds Stress: u可以計算各向異性旋渦 ，難于收斂，適于計算彎曲流道、強的旋渦或旋轉(zhuǎn)33CFD-FVM 近壁處理及第一個網(wǎng)格的位置u-和RSM適用于離開壁面一定距離的湍流區(qū)域u兩種方法：u壁面函數(shù)法uStandard wall functionsuNon-equilibrium wall functio

15、nsu 大的壓力梯度和非平衡流動uEnhanced wall functionsu近壁模型法uS-A和 - 模型yyw/30030y1y34CFD-FVM Operating pressure:不可壓理想流體： = Poperating/RT低馬赫數(shù)可壓流體：舍入誤差高馬赫數(shù)，習(xí)慣上使用絕對壓力，Pop=035CFD-FVM Flow inlet and exit boundaries:uGeneral: uPressure inlet 給定流動入口的總壓和其他標量給定流動入口的總壓和其他標量uPressure outlet 給定出口處的靜壓給定出口處的靜壓uIncompressible: u

16、Velocity inlet 給定入口處的流速和其他標量給定入口處的流速和其他標量uOutflow 對于出口處流速和壓力不知道的情況對于出口處流速和壓力不知道的情況u 不能與不能與pressure outlet一起用一起用uCompressible flows: uMass flow inlet 規(guī)定入口的質(zhì)量流量規(guī)定入口的質(zhì)量流量uPressure far-field 無窮遠處的自由流條件無窮遠處的自由流條件uSpecial: uInlet vent, outlet vent, 指定損失系數(shù)指定損失系數(shù)uintake fan, exhaust fan，指定壓力跳躍，指定壓力跳躍36CFD-F

17、VM uwall, symmetry, periodic, axis uInternal cell zones:u fluid, solid (porous is a type of fluid zone) uInternal face boundaries: u引入流動參數(shù)階梯變化ufan, radiator, porous jump, wall, interior 37CFD-FVM Segregated Solver Coupled Solver38CFD-FVM FLUENT offers a number of interpolation schemes:First-Order Up

18、wind Scheme easiest to converge, only first order accurate.Power Law Schememore accurate than first-order for flows when Recell 5 (typ. low Re flows).Second-Order Upwind Schemeuses larger stencil for 2nd order accuracy, essential with tri/tet mesh or when flow is not aligned with grid; slower conver

19、genceQuadratic Upwind Interpolation (QUICK)applies to quad/hex and hyrbid meshes (not applied to tris), useful for rotating/swirling flows, 3rd order accurate on uniform mesh.39CFD-FVM Pressure-Velocity CouplingSIMPLEdefault scheme, robustSIMPLECAllows faster convergence for simple problems (e.g., l

20、aminar flows with no physical models employed).PISOuseful for unsteady flow problems or for meshes containing cells with higher than average skew.40CFD-FVM FLUENT interpolation schemes for Face Pressure:Standarddefault scheme; reduced accuracy for flows exhibiting large surface-normal pressure gradients near boundaries.Linearuse when other options result in convergence difficulties or unphysical behavior.Second-Orderu