新手fluent流體仿真過(guò)程梳理

目錄

一、幾何建模：...................................................................2

二、網(wǎng)格劃分：...................................................................2

三、設(shè)置邊界條件和物理模型：....................................................2

四、求解器設(shè)置：................................................................2

五、初始化和求解：..............................................................2

六、結(jié)果后處理：................................................................2

七、綜合實(shí)例和應(yīng)用：............................................................2

補(bǔ)充：............................................................................3

Fluent流體仿真中網(wǎng)格劃分的高級(jí)技巧有哪些？.................................3

如何在Fluent中設(shè)置和優(yōu)化RANS、LES、kw模型以提高模擬精度？.............3

Fluent求解器參數(shù)調(diào)整的最佳實(shí)踐是什么？.....................................5

在Fluent中進(jìn)行多相流動(dòng)問(wèn)題的初始化和求解過(guò)程中，有哪些特定的注意事項(xiàng)？……6

Fluent結(jié)果后處理的高級(jí)技巧和工具有哪些？....................................7

Fluent流體仿真流程可以分為以下幾個(gè)主要步驟,每個(gè)步驟都有其特定的操作和

注意事項(xiàng)。以下是詳細(xì)的流程梳理：

一、幾何建模：

1.使用CAD軟件（如AutoCAD、SolidWorks）進(jìn)行流體域的建模,

或者通過(guò)掃描和測(cè)量等手段獲取模型數(shù)據(jù)。

2.在ANSYSWorkbench中導(dǎo)入幾何模型，并進(jìn)行必要的修改以適

應(yīng)仿真需求。（也可在Workbench中建模，但不推薦）

二、網(wǎng)格劃分：

1.將幾何模型導(dǎo)入Gambit或ICEMCFD進(jìn)行網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格質(zhì)量直

接影響仿真的精度和收斂性。

2.網(wǎng)格類型包括六面體網(wǎng)格、四面體網(wǎng)格或混合網(wǎng)格，根據(jù)具體問(wèn)題

選擇合適的網(wǎng)格類型。

三、設(shè)置邊界條件和物理模型：

1.定義材料屬性，如密度、粘度等。

2.設(shè)置邊界條件，包括入口速度、壓力、壁面粗糙度等。

3.選擇適當(dāng)?shù)腃FD模型，如RANS、LES、k-￡模型等，根據(jù)實(shí)際情

況選擇合適的模型。

四、求解器設(shè)置：

1.在Fluent中配置求解器參數(shù)，包括迭代次數(shù)、收斂標(biāo)準(zhǔn)、求解方

法等。

2.對(duì)于復(fù)雜的多相流動(dòng)問(wèn)題，可以使用VOF模型來(lái)跟蹤界面變化。

五、初始化和求解：

1.初始化流場(chǎng)，提供初始解，可以從邊界條件計(jì)算出初始值或手動(dòng)輸

入數(shù)值。

2.進(jìn)行迭代求解，直到滿足收斂條件為止。

六、結(jié)果后處理：

1.使用Fluent自帶的后處理工具或結(jié)合CFD-Post進(jìn)行結(jié)果可視化

和分析。

2.檢查流場(chǎng)分布，驗(yàn)證仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。

七、綜合實(shí)例和應(yīng)用:

1.通過(guò)大量實(shí)例系統(tǒng)地介紹Fluent的使用方法，從基礎(chǔ)到高級(jí)的多

個(gè)方面。

2.實(shí)際工程問(wèn)題的流體分析及仿真，如離心泵空化模擬、內(nèi)部流動(dòng)分

析等。

以上是Fluent流體仿真的基本流程，每一步都需要仔細(xì)操作并注意細(xì)節(jié)，以確

保仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。此外，還可以參考各種教程和案例講解來(lái)進(jìn)一步

提升仿真技能。

補(bǔ)充：

Fluent流體仿真中網(wǎng)格劃分的高級(jí)技巧有哪些？

在Fluent流體仿真中，網(wǎng)格劃分的高級(jí)技巧包括以下幾個(gè)方面：

Fluent提供了Check功能，可以對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行檢查，并以米制為單位列出模型在

XYZ各方向的尺寸范圍。重點(diǎn)關(guān)注最小體積(minimumvolume)的數(shù)值，確保

其為正值。

Fluent提供了一種自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)，可以根據(jù)流場(chǎng)特征自動(dòng)優(yōu)化網(wǎng)格布局，提高

計(jì)算精度和效率。在流場(chǎng)特征發(fā)生變化的位置上增加網(wǎng)格密度，以保證這些區(qū)域

的計(jì)算精度。

在進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)，需要對(duì)特定區(qū)域進(jìn)行單獨(dú)指定網(wǎng)格尺寸?？梢酝ㄟ^(guò)選擇面工

具來(lái)分離一個(gè)區(qū)域，并對(duì)該區(qū)域進(jìn)行單獨(dú)的網(wǎng)格乂寸設(shè)置C

FluentMeshing19.2引入了全新的向?qū)焦ぷ髁骶W(wǎng)格劃分方法，通過(guò)具體的模

型案例演示，幫助用戶快速掌握如何生成高質(zhì)量的計(jì)算網(wǎng)格。

Fluent支持共形體網(wǎng)格劃分和網(wǎng)格膨脹技術(shù)，這些技術(shù)可以在復(fù)雜幾何形狀中生

成高質(zhì)量的網(wǎng)格。

Fluent支持并行化網(wǎng)格劃分，可以顯著提高大規(guī)噢計(jì)算任務(wù)的效率。

Fluent支持二維的二角形和四邊形網(wǎng)格以及三維的四面體網(wǎng)格，用戶可以根據(jù)兒

何模型的特點(diǎn)選擇最適合的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

Fluent網(wǎng)格劃分中還涉及分塊共享節(jié)點(diǎn)技術(shù)，這有助于處理復(fù)雜的流固交接面問(wèn)

題。

如何在Fluent中設(shè)置和優(yōu)化RANS、LES、k氣模型以提高模擬精度？

在Fluent中設(shè)置和優(yōu)化RANS、LES、k-￡模型以提高模擬精度，可以按照以下

步驟進(jìn)行：

1.RANS模型的設(shè)置與優(yōu)化

a.模型選擇

標(biāo)準(zhǔn)k-e模型是工業(yè)流動(dòng)計(jì)算中應(yīng)用最廣泛的湍流模型之一。它適用于逆壓梯度

較低的流動(dòng)，但不適用于進(jìn)氣道和壓氣機(jī)等高壓力梯度的區(qū)域。

b.參數(shù)調(diào)整

?k和E的初始值：根據(jù)具體流動(dòng)情況設(shè)定合適的初始值。

?壁函數(shù)：選擇適當(dāng)?shù)谋诤瘮?shù)來(lái)處理近壁區(qū)域的湍流效應(yīng)。

?網(wǎng)格質(zhì)量：確保使用足夠細(xì)的網(wǎng)格來(lái)捕獲模擬的細(xì)節(jié)，同時(shí)避免過(guò)于密集

的網(wǎng)格導(dǎo)致計(jì)算時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

2.LES模型的設(shè)置與優(yōu)化

a.模型選擇

大渦模擬(LES)通過(guò)濾波方法將湍流運(yùn)動(dòng)分解為大尺度渦和小尺度渦兩部分,

其中大尺度渦直接求解，小尺度渦通過(guò)亞網(wǎng)格尺度模型處理。

b.參數(shù)調(diào)整

?濾波尺度：選擇合適的濾波尺度以平衡計(jì)算成本和精度。

?湍流脈動(dòng)初始化：生成初始化湍流脈動(dòng)，確保湍流模型能夠準(zhǔn)確捕捉流動(dòng)

特性。

?邊界條件：設(shè)置合理的入口邊界條件，以實(shí)現(xiàn)細(xì)粒度的模擬。

3.k建模型的優(yōu)化

a.模型類型選擇

?標(biāo)準(zhǔn)k-e模型：適用于大多數(shù)工程數(shù)值模擬，具有適用范圍廣、精度合理、

收斂性較好等特點(diǎn)。

?RNGk通模型：在標(biāo)準(zhǔn)k-￡模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化，提高了在計(jì)

算渦旋流動(dòng)時(shí)的精度，但不適用于流體流速快速變化的流場(chǎng)。

?Realizablek氣模型：對(duì)圓柱射流和管流可以做出更精準(zhǔn)的計(jì)算，較前兩

種模型更適用于剪切流動(dòng)的流場(chǎng)計(jì)算。

b.參數(shù)調(diào)整

?卜和￡的初始值：根據(jù)具體流動(dòng)情況設(shè)定合適的初始值。

?壁函數(shù)：選擇適當(dāng)?shù)谋诤瘮?shù)來(lái)處理近壁區(qū)域的湍流效應(yīng)。

?網(wǎng)格質(zhì)量：確保使用足夠細(xì)的網(wǎng)格來(lái)捕獲模擬的細(xì)節(jié)，同時(shí)避免過(guò)于密集

的網(wǎng)格導(dǎo)致計(jì)算時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

4.DES模型的應(yīng)用

a.模型選擇

DES（結(jié)合RANS和LES）模型適用于高雷諾數(shù)外部空氣動(dòng)力學(xué)模擬。該模型

在近壁區(qū)域采用未穩(wěn)態(tài)RANS模型，在遠(yuǎn)高近壁區(qū)域則采用過(guò)濾后的相同模型。

b.參數(shù)調(diào)整

?濾波尺度：選擇合適的濾波尺度以平衡計(jì)算成本和精度。

?湍流脈動(dòng)初始化：生成初始化湍流脈動(dòng)，確保湍流模型能夠準(zhǔn)確捕捉流動(dòng)

特性。

?邊界條件：設(shè)置合理的入口邊界條件，以實(shí)現(xiàn)細(xì)粒度的模擬。

Fluent求解器參數(shù)調(diào)整的最佳實(shí)踐是什么？

在使用Fluent求解器進(jìn)行參數(shù)調(diào)整時(shí)，最佳實(shí)踐包括以下幾個(gè)方面：

選擇合適的求解器和方法：根據(jù)具體的計(jì)算模型和需求選擇合適的求解器。

例如，咐于伴隨求解器，可以利用混合穩(wěn)定策略（RSM）,這樣不需要

大量調(diào)整參數(shù)即可獲得良好的收斂性。

優(yōu)化網(wǎng)格質(zhì)量：高質(zhì)量的網(wǎng)格是確保仿真結(jié)果準(zhǔn)確的關(guān)鍵。應(yīng)使用足夠細(xì)

的網(wǎng)格以捕捉細(xì)節(jié)，但又不能過(guò)于精細(xì)導(dǎo)致求解時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

設(shè)置適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件：選擇正確的邊界條件對(duì)于求解過(guò)程的穩(wěn)定性和隹確

性至關(guān)重要。這包括對(duì)流動(dòng)進(jìn)出口、導(dǎo)流口一片流動(dòng)以及壁面湍流邊界層等

進(jìn)行合理設(shè)定。

使用壓力基求解器：在某些情況下，使用壓力基求解器可以提高求解的穩(wěn)

定性和效率。需要根據(jù)具體問(wèn)題選擇合適的壓力-速度耦合方法。

參數(shù)化設(shè)計(jì)與優(yōu)化：利用參數(shù)化功能可以提高模型和網(wǎng)格生成的速度，并

為后續(xù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備。這種方法特別適用于系列設(shè)計(jì)和相似設(shè)計(jì)。

監(jiān)控收斂過(guò)程：在求解過(guò)程中，應(yīng)持續(xù)監(jiān)控收斂情況，必要時(shí)手動(dòng)切換或

調(diào)整求解參數(shù)以確保求解過(guò)程的穩(wěn)定性。

在Fluent中進(jìn)行多相流動(dòng)問(wèn)題的初始化和求解過(guò)程中，有哪些特定的注意事

項(xiàng)？

在Fluent中進(jìn)行多相流動(dòng)問(wèn)題的初始化和求解過(guò)程中，有以下幾個(gè)特定的注意

事項(xiàng)：

初始條件設(shè)置：

o使用混合模型(包括滑動(dòng)速度)設(shè)置并求解問(wèn)題，然后啟用歐拉模

型繼續(xù)計(jì)算，以獲得初始混合解決方案。

。在歐拉多相模型中僅計(jì)算主相的流量，取消選擇“體積分?jǐn)?shù)”等量程,

然后重新啟用體積分?jǐn)?shù)等量程并繼續(xù)計(jì)算所有相的混合解決方案。

。使用質(zhì)量流入口邊界條件初始化流動(dòng)條件，并將體積分?jǐn)?shù)值設(shè)置為

入口處的體積分?jǐn)?shù)值附近。

庫(kù)朗數(shù)調(diào)節(jié)：

。在計(jì)算過(guò)程中，建議從較小的庫(kù)朗數(shù)開(kāi)始設(shè)置，觀察迭代殘差的收

斂情況。如果收斂速度較慢且比較穩(wěn)定，可以適當(dāng)增加庫(kù)朗數(shù)。

初始場(chǎng)的重要性：

o初始解必須滿足方程組和額外的熱力學(xué)關(guān)系，更好的初始猜測(cè)可以

更快地得到最終解并減少數(shù)值求解過(guò)程的崩潰概率。

O對(duì)于穩(wěn)態(tài)問(wèn)題，建議使用多相耦合求解器(MultiphaseCoupled

solver),此求解器迭代時(shí)需要一個(gè)良好的初始場(chǎng)。

邊界條件設(shè)置：

。對(duì)于帶有升力的外部流體，可以在遠(yuǎn)場(chǎng)邊界處使用單個(gè)渦中心來(lái)糾

正流變量，從而顯著減少遠(yuǎn)場(chǎng)邊界與物體之間的距離，而不會(huì)犧牲

解的精度。

o對(duì)于內(nèi)部流體問(wèn)題，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了基于線性歐拉方程和傅里葉級(jí)數(shù)擾

動(dòng)展開(kāi)的入口和出口邊界公式，這些公式允許將入口和出口邊界放

置得非常靠近刀片，而不會(huì)影響結(jié)果。

求解策略：

。對(duì)于顯式公式，推薦使用幾何重構(gòu)或捐贈(zèng)者■接受者方法，并使用

PISO算法配合松弛因子不超過(guò)1.0。如果出現(xiàn)收斂問(wèn)題，可以減

小時(shí)間步長(zhǎng)。

o對(duì)于隱式公式，總是使用QUICK或二階迎風(fēng)差分方案來(lái)求解VOF

方程，并可能將VOF松弛因子從默認(rèn)的0.2增加到0.5。

模型選擇和求解器:

O全多相耦合求解器雖然同時(shí)求解所有速度、壓力修正和體積分?jǐn)?shù)修

正，但其功能目前不如其他求解器穩(wěn)健。

O在使用MRF模型進(jìn)行穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)分析時(shí)，可能會(huì)遇到收斂問(wèn)題,

在這種情況下，切換到非迭代求解器可以幫助收斂到穩(wěn)態(tài)解。

Fluent結(jié)果后處理的高級(jí)技巧和工具有哪些？

Fluent后處理的高級(jí)技巧和工具主要包括以下幾個(gè)方面：

Fluent自身帶TT強(qiáng)大的后處理功能，可以進(jìn)行常規(guī)的后處理操作。這些功能包括

流場(chǎng)可視化、動(dòng)畫(huà)、云圖、矢量圖等。通過(guò)這些功能，用戶可以直觀地觀察和分

析計(jì)算結(jié)果。

學(xué)習(xí)Fluent的高級(jí)應(yīng)用技巧可以幫助用戶更有效地簡(jiǎn)化模型計(jì)算，提高計(jì)算的

收斂性，并使模擬結(jié)果更為精確和有效。例如，通過(guò)調(diào)整網(wǎng)格劃分、邊界條件設(shè)

置等參數(shù)，可以優(yōu)化計(jì)算過(guò)程并提升結(jié)果的準(zhǔn)確性。

除了Fluent自身的后處理功能外，還有許多第三方后處理