1、1,FLUENT求解基本步驟,分析問題及前處理,求解執(zhí)行過程,后處理,2,確定數(shù)值模擬的目標(biāo),-需要得到的結(jié)果以及結(jié)果的用途,需要達到的計算精度,計算時間的要求,建立物理模型時需要考慮的問題,建立什么形式的物理模型？,能否采用適當(dāng)?shù)暮喕胧?是否需要采用新的修正模型？,3,確定計算區(qū)域,-將研究對象進行孤立化處理,確定計算區(qū)域的初始和結(jié)束位置,盡量將計算區(qū)域簡化為二維或軸對稱形式,計算區(qū)域的邊界上是否存在邊界信息,邊界的形式能否容納這些信息,能否根據(jù)實驗的測量得到邊界信息,4,建立數(shù)值模擬物理模型和網(wǎng)格,能否采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,在各個控制區(qū)域內(nèi)需要什么樣的網(wǎng)格精度,計算機的內(nèi)存容量是否滿足要求,

2、幾何形狀以及流動的復(fù)雜程度,對于這個幾何形體需要什么樣的網(wǎng)格精度,大的網(wǎng)格梯度能否預(yù)測流場,是否需要采用網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù),需要計算的網(wǎng)格數(shù)量,5,建立數(shù)學(xué)模型,選擇合適的物理模型,確定材料的特性,給定操作工況,給定所有邊界條件,設(shè)定數(shù)值計算的控制參數(shù),初始化,設(shè)置監(jiān)視點,6,計算并監(jiān)控結(jié)果,通過迭代計算使結(jié)果收斂。,計算結(jié)果收斂的判據(jù),收斂解的精度的取決因素,7,檢查計算結(jié)果,通過可視化工具和數(shù)學(xué)報告工具來檢查計算結(jié)果。,力和動量,整個流場的特性,發(fā)生流場突變的位置,流場的關(guān)鍵特征,可視化工具,數(shù)學(xué)報告工具,界面交換系數(shù),變量的積分值,流量的衡關(guān)系,8,修正模型,物理模型是否合適,邊界條件是否合

3、適,網(wǎng)格的精度是否滿足要求,是否需要考慮壓縮性,所取的計算區(qū)域是否能滿足問題要求,邊界上變量值是否合理,能否通過網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)提高計算精度,對近壁處的處理是否需要修正,是否需要考慮流體的渦結(jié)構(gòu),9,Gambit的使用,Gambit用戶界面圖,菜單欄,命令面板,命令顯示窗,命令輸入窗,命令解釋窗,視圖控制面板,視圖,10,Gambit常用的幾何造型工具,點的生成,線的生成,11,Gambit常用的幾何造型工具,面的生成,體的生成,12,Gambit常用編輯功能,13,Gambit網(wǎng)格生成,網(wǎng)格劃分前你需要知道的問題：,選擇何種網(wǎng)格? 網(wǎng)格質(zhì)量要求? 網(wǎng)格數(shù)量? 計算機承受能力?,2D網(wǎng)格,3D網(wǎng)

4、格,線網(wǎng)格及面網(wǎng)格簡介,線網(wǎng)格界面 Picking Temporary graphics Links, Directions Grading/Spacing Special characteristics Apply and Defaults Invert and Reverse Options,Specify interval size, no grading, apply without meshing,各種面網(wǎng)格舉例,Specify grading only, apply without meshing,Face Mesh Generated Using Quad Pave Scheme

5、 (Pave face meshing schemes require an even number of elements on edge meshes),Face Mesh Generated Using Submap Scheme,1,2,Generate face mesh.,3,四邊形網(wǎng)格舉例,Quad: Map Quad: Submap Quad: Tri-Primitive Quad: Pave,Quad/Tri and Tri 舉例,Quad/Tri Map,Quad/Tri Pave,Quad/Tri Wedge,Tri Pave,Face must be split to

6、generate more than one cell across,Triangular cell,Triangular cell,Quad cells,網(wǎng)格檢查,Display Type Plane/Sphere Range 顯示合格網(wǎng)格比例. 顯示網(wǎng)格質(zhì)量分布. 查找劣質(zhì)網(wǎng)格位置 Select 2D/3D and element type Select Quality Type,GAMBIT 有以下幾種網(wǎng)格質(zhì)量檢查內(nèi)容： Aspect Ratio Diagonal Ratio Edge Ratio EquiAngle Skew EquiSize Skew MidAngle Skew Si

7、ze Change Stretch Taper Volume 其中最重要的是網(wǎng)格扭曲度和體積變化率。,網(wǎng)格扭曲度 (QEAS). QEAS = 0 網(wǎng)格質(zhì)量非常高 QEAS = 1 網(wǎng)格質(zhì)量差，很難收斂,0 (best),1 (worst),Tri/Tet,Quad/Hex,體積變化率 (Qsc). 默認 QSC 0. QSC = 0 表示相鄰網(wǎng)格與選定網(wǎng)格面積/體積形同。一股撕裂流股就是具有所有由循環(huán)確定的組分流、總摩爾流、壓力和焓的循環(huán)流股。它可以是一個回路中的任意一股流股,3D 舉例 QSC,i = Vj=1/Vi since j=1 has largest volume ratio,低

8、質(zhì)量網(wǎng)格會引起計算發(fā)散或收斂速度慢. 網(wǎng)格質(zhì)量限制: 六面體或四邊形網(wǎng)格: 網(wǎng)格扭曲度不大于 0.85. 三角形或四面體網(wǎng)格: 網(wǎng)格扭曲度不大于 0.9. 所有網(wǎng)格單元: 體積變化率不大于 2 盡量避免相鄰網(wǎng)格體積的急劇變化. 如果檢查網(wǎng)格時出現(xiàn)問題，可能有以下原因 模型存在尖角等過渡劇烈的幾何結(jié)構(gòu)。 網(wǎng)格尺寸過大。 網(wǎng)格類型不合適，等等。,體網(wǎng)格簡介,對于幾何結(jié)構(gòu)簡單的模型，六面體或楔形網(wǎng)格數(shù)量更少，質(zhì)量更高。 對于幾何形狀復(fù)雜的模型，六面體或楔形網(wǎng)格在質(zhì)量方面的優(yōu)勢不再明顯,而且劃分網(wǎng)格花費的時間更長，此時可以選擇四面體網(wǎng)格或者混合網(wǎng)格。,六面體網(wǎng)格舉例,Hex Map Hex - Sub

9、map,Hex Tet Primitive Hex Cooper,Hex/Wedge and Tet/Hybrid,Hex/Wedge: Cooper,Tet/Hybrid: HexCore,Tet/Hybrid: TGrid,Hex Meshing Map,submap face,Hex Meshing Submap,Hex Meshing Tet Primitive,Hex Meshing Cooper,Cooper Examples,Volume Containing Multiple Holes,Source Faces Not Parallel,source faces,Multip

10、le Source Faces and Multiple Interior Loops,混合網(wǎng)格舉例,發(fā)動機排氣閥網(wǎng)格 不同區(qū)域根據(jù)結(jié)構(gòu)劃分不同網(wǎng)格. 相對純六面體或四面體網(wǎng)格，混合網(wǎng)格在效率和質(zhì)量方面均有加強。 這種網(wǎng)格可以在gambit里實現(xiàn).,Hybrid mesh for an IC engine valve port,tet mesh,hex mesh,wedge mesh,34,設(shè)定邊界條件,35,Mesh網(wǎng)格文件的輸出,選擇FileExportMesh就可以打開輸出文件對話框。,對于二維情況，必須選擇Export 2-D（X-Y）Mesh選項，才能輸出正確的.msh文件。 最后保

11、存任務(wù)文件，退出Gambit。,36,Fluent求解器的使用,Fluent數(shù)值模擬的一般步驟,根據(jù)具體問題選擇求解器版本類型。 導(dǎo)入網(wǎng)格（File Read Case，選擇由Gambit導(dǎo)出的.msh文件）。 檢查網(wǎng)格（Grid Check）。如果網(wǎng)格最小體積為負，需要重新劃分。 選擇計算模型。 確定流體物理性質(zhì)（Define Materials）。 定義操作環(huán)境（ Define Operation Condition）。 設(shè)置邊界條件（ Define Boundary Condition ）。 求解參數(shù)的設(shè)置。 流場初始化（Solve Initialize）。 迭代求解（Solve Ite

12、rate）。 保存結(jié)果，后處理。,37,求解器版本類型的選擇,2d,2ddp,3d,3ddp,二維、單精度求解器,二維、雙精度求解器,三維、單精度求解器,三維、雙精度求解器,大多數(shù)情況下，單精度求解器已經(jīng)足夠高效準(zhǔn)確，所需內(nèi)存也比雙精度求解器要少，但在某些特殊情況下需要考慮使用雙精度求解器，例如細長管道、熱傳導(dǎo)率很大以及高縱橫比網(wǎng)格等問題。,38,Fluent操作界面,Fluent操作界面圖,標(biāo)題欄,菜單欄,控制臺窗口,39,文件導(dǎo)入和網(wǎng)格操作,讀入網(wǎng)格文件,依次點擊FileReadCase，并選擇所需計算的網(wǎng)格文件。,檢查網(wǎng)格文件,依次點擊GridCheck，檢查計算區(qū)域大小是否正確，以及最

13、小網(wǎng)格體積是否大于零，出現(xiàn)負體積必須重新劃分網(wǎng)格。,設(shè)置計算區(qū)域尺寸,依次點擊GridScale,選擇網(wǎng)格創(chuàng)建過程中所使用的單位。,40,選擇計算模型求解器的定義,壓力基主要用于低速不可壓縮流動的問題,密度基主要針對高速可壓縮流動問題求解,2D：二維空間,Axisymmetric：軸對稱（二維）,Axisymmetric Swirl：軸對稱回轉(zhuǎn)（三維）,3D：三維空間,41,選擇計算模型其他計算模型的選定,Fluent啟動默認的是計算層流不可壓流動，不需要設(shè)置其他模型。在實際問題中，除了要計算流場，有時還要計算溫度場或濃度場等，因此可能會用到其他物理模型。,42,粘性模型,43,定義操作環(huán)境,

14、Operating Pressure(pascal)：周圍環(huán)境的壓強，也稱為參考壓力。 Gravity：是否考慮重力的影響。 Reference Pressure Location：設(shè)定的參考壓力所在的位置。,注意：Fluent規(guī)定了二維軸對稱問題中的軸只能設(shè)定為與X軸平行。,44,定義流體物理性質(zhì),45,設(shè)置邊界條件,46,求解參數(shù)的設(shè)置,Equations：當(dāng)前問題需要求解的控制方程。,Discretization：所求解的控制方程的差分離散格式。 Under-Relaxation Factor：所求解的控制方程和一些變量的松弛因子。 Pressure-Velocity Coupling：

15、壓力-速度耦合求解方式。,47,流場初始化,通常用進口的量對全場進行初始化，即設(shè)置Compute Form為入口邊界，依次點擊Init和Close圖標(biāo)完成對流場的初始化。,48,打開殘差監(jiān)控圖,Options下面的Print和Plot都被選中，則計算中各個方程的殘差不僅被打印在Fluent控制臺窗口，還會在一個圖形窗口中以曲線的形式顯示。,49,開始迭代計算,迭代計算開始前，應(yīng)先保存當(dāng)前的Case文件。依次點擊FileWriteCase。,設(shè)置總迭代次數(shù),輸出監(jiān)視信息的間隔數(shù),50,保存并顯示計算結(jié)果,在迭代完成并達到要求后，依次點擊File Write Case& Date。 Fluent自身附帶的后處理功能能夠進行等值線、速度矢量以及某個剖面上的物理量分布XY點線圖等的繪制。,51,保存并顯示計算結(jié)