[計(jì)算機(jī)軟件及應(yīng)用]Fluent上機(jī)指導(dǎo)

1、fluent上機(jī)指導(dǎo)1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?（1）熟悉gambit和fluent的用戶(hù)界面和操作； （2）學(xué)會(huì)使用gambit建模和劃分網(wǎng)格； （3）學(xué)會(huì)使用fluent求解器進(jìn)行求解，并顯示計(jì)算結(jié)果2 操作過(guò)程2.1 問(wèn)題描述：一個(gè)冷熱水混合器的內(nèi)部流動(dòng)與熱量交換問(wèn)題?；旌掀鞯拈L(zhǎng)寬均為20cm，上部帶3cm的圓角，溫度為t=350k的熱水自上部的熱水管嘴流入，與下部右側(cè)的管嘴流入的溫度為290k的冷水再混合器內(nèi)進(jìn)行熱量與動(dòng)量交換后，自下部左側(cè)的小管嘴流出。2.2 利用gambit建立計(jì)算模型（1）啟動(dòng)gambit并且建立一個(gè)新的項(xiàng)目文件啟動(dòng)gambit：在命令提示符中輸入gambit后并且回車(chē)，gam

2、bit界面如下圖所示：圖中的右邊上半部為建模工作區(qū)，下半部為屏幕顯示工作區(qū)。當(dāng)鼠標(biāo)指向工具欄中的圖標(biāo)時(shí)，說(shuō)表說(shuō)明區(qū)將顯示該圖標(biāo)的作用的簡(jiǎn)單介紹。當(dāng)執(zhí)行了某一操作后，命令和命令執(zhí)行結(jié)果以及相關(guān)提示將在命令反饋區(qū)中顯示。通過(guò)菜單命令file:new，在彈出窗口的id中輸入帶路徑的文件名，如：d:examplemixer，點(diǎn)擊accept按鈕，建立一個(gè)新的項(xiàng)目文件。由于gambit是在unix模擬器下運(yùn)行的軟件，必須要確保輸入的路徑已經(jīng)存在，否則項(xiàng)目不能被創(chuàng)建。（2）選擇求解器用菜單命令 solver: fluent5/6選擇求解器為fluent6.（3）創(chuàng)建坐標(biāo)網(wǎng)格按照下圖15創(chuàng)建坐標(biāo)網(wǎng)格，先創(chuàng)建

3、x坐標(biāo)的網(wǎng)格，在第3步選擇x，完成4、5步驟后，再重復(fù)15步驟，在第3步選擇y，最終得到xy從-10到10的坐標(biāo)網(wǎng)格。 發(fā)現(xiàn)工作區(qū)的網(wǎng)格顯示不完全，我們可以按右下角的工具按鈕，使工作區(qū)調(diào)整至顯示出整個(gè)網(wǎng)格。（4）確定不同類(lèi)型邊界的交點(diǎn)和圓弧中心點(diǎn)ctrl+鼠標(biāo)右鍵，在坐標(biāo)網(wǎng)格上如上圖所示，創(chuàng)建出所需要的各點(diǎn)。（5）復(fù)制點(diǎn)除了以上各點(diǎn)之外，每個(gè)小管嘴還需要外側(cè)的2個(gè)點(diǎn)，我們可以通過(guò)點(diǎn)的復(fù)制來(lái)創(chuàng)建各個(gè)小管嘴外側(cè)的點(diǎn)。按照下圖15的步驟，執(zhí)行完第4步時(shí)，用shift+鼠標(biāo)左鍵選上所要復(fù)制的兩個(gè)點(diǎn)，在第6步輸入點(diǎn)要復(fù)制到的位置，上部管嘴外側(cè)的點(diǎn)是原來(lái)點(diǎn)y方向上+3的位置。重復(fù)15步驟，創(chuàng)建下側(cè)的兩個(gè)小

4、管嘴外側(cè)的點(diǎn)，下側(cè)小管嘴復(fù)制到在原來(lái)點(diǎn)y方向上移動(dòng)-3的位置。 復(fù)制完畢之后按按右下角的按鈕，使工作區(qū)調(diào)整至顯示整個(gè)網(wǎng)格如下：（5）隱藏坐標(biāo)網(wǎng)格顯示按照下圖14將坐標(biāo)網(wǎng)格線(xiàn)隱藏，以便于后面的操作。（6）由點(diǎn)創(chuàng)建直線(xiàn)和圓弧線(xiàn)按照下圖14步驟創(chuàng)建出一條直線(xiàn)，第3步shift+鼠標(biāo)左鍵，選中直線(xiàn)兩段的點(diǎn)重復(fù)14步驟，創(chuàng)建出其他所需要的直線(xiàn)，最終結(jié)果如下圖。需要注意的是創(chuàng)建的直線(xiàn)時(shí)要選取最近的點(diǎn)，而且各直線(xiàn)不能重疊，否則在后面將線(xiàn)組成面的操作中，這些直線(xiàn)不能構(gòu)成一個(gè)封閉的面。按下圖17步驟分別創(chuàng)建混合器的兩段圓弧圓弧， （7）由線(xiàn)組成面按下圖，14步驟，將線(xiàn)組成面，其中第3步，用shift+鼠標(biāo)左鍵，

5、選中組成各面的線(xiàn)，組成面的各直線(xiàn)，必須能構(gòu)成一個(gè)封閉的空間。按照同樣方法重復(fù)14的步驟，第4不選擇小管嘴的各線(xiàn)，將組成小管嘴的三個(gè)矩形也組成面，這個(gè)我們得到了4個(gè)面如下：（8）劃分各面的網(wǎng)格劃分網(wǎng)格首先要將組成各面各線(xiàn)按照一定的方式劃分，按照右圖16步驟操作，第3步，用shift+鼠標(biāo)左鍵選中需要?jiǎng)澐值闹本€(xiàn)。第4步，用鼠標(biāo)右鍵選則劃分類(lèi)型為interval count，即按照個(gè)數(shù)劃分。重復(fù)操作以上16步驟按照下圖的數(shù)目，將一個(gè)面的組成各線(xiàn)進(jìn)行等分劃分。按照下圖14步驟劃分出網(wǎng)格，第3步shift+左鍵選中要?jiǎng)澐志W(wǎng)格的面按照上述同樣的操作，將小管嘴矩形兩邊劃分成5等分，最后劃分網(wǎng)格如下。（9）設(shè)

6、置邊界類(lèi)型按照右圖17步驟設(shè)置邊界類(lèi)型注意：第3步要用鼠標(biāo)右鍵選edges類(lèi)型；第4步用shift+鼠標(biāo)右鍵選中熱水進(jìn)口管嘴的最外邊第5步要用鼠標(biāo)右鍵選中velocity_inlet（速度入口）類(lèi)型的邊界；第6步輸入入口的名字inlet1，然后按apply按鈕增加一個(gè)入口。重復(fù)17步驟，在第4步選中冷水入口的邊，在第6步輸入名字inlet2，創(chuàng)建冷水入口inlet2。重復(fù)17步驟，在第4步選中混合水出口的邊，第5步選中的邊界類(lèi)型為outflow，在第6步輸入名字outlet，創(chuàng)建出口邊界outlet（10）導(dǎo)出網(wǎng)格文件用菜單明file:export : mesh，在彈出的對(duì)話(huà)框中輸入要導(dǎo)出網(wǎng)格

7、文件的路徑和文件名后，按accept按鈕，將網(wǎng)格文件導(dǎo)出最后用菜單命令file: exit關(guān)閉gambit回話(huà)，在退出之前，gambit會(huì)問(wèn)是否保存當(dāng)前的項(xiàng)目，點(diǎn)擊yes將項(xiàng)目保存。2.3 用fluent求解 用fluent求解包括導(dǎo)入和檢查網(wǎng)格、建立求解模型、設(shè)置邊界條件、求解、顯示計(jì)算結(jié)果等。（1）網(wǎng)格的導(dǎo)入和檢查及有關(guān)操作啟動(dòng)fluent6后，在以下窗口中選2d求解器，后按run，進(jìn)入fluent。用菜單命令flie: read: case，在打開(kāi)對(duì)話(huà)框中，指定到在gambit中導(dǎo)出的網(wǎng)格文件e:examplemixer.msh，點(diǎn)擊ok后，將網(wǎng)格文件導(dǎo)入到fluent中。fluent讀

8、入網(wǎng)格文件時(shí)，會(huì)在信息反饋窗口內(nèi)顯示如下信息： reading e:examplemixer.msh. 866 nodes. 130 mixed wall faces, zone 3. 5 mixed velocity-inlet faces, zone 4. 5 mixed velocity-inlet faces, zone 5. 1520 mixed interior faces, zone 7. 795 quadrilateral cells, zone 2.building. grid, materials, interface, domains, zones,default-int

9、eriorinlet1inlet2wallfluid shell conduction zones,done.用菜單命令grid: check檢查網(wǎng)格，顯示信息如下：grid check domain extents: x-coordinate: min (m) = -1.000000e+001, max (m) = 1.000000e+001 y-coordinate: min (m) = -1.300000e+001, max (m) = 1.300000e+001 volume statistics: minimum volume (m3): 1.101666e-001 maximum

10、volume (m3): 9.046541e-001 total volume (m3): 4.139058e+002 face area statistics: minimum face area (m2): 2.889270e-001 maximum face area (m2): 1.059550e+000 checking number of nodes per cell. checking number of faces per cell. checking thread pointers. checking number of cells per face. checking fa

11、ce cells. checking bridge faces. checking right-handed cells. checking face handedness. checking element type consistency. checking boundary types: checking face pairs. checking periodic boundaries. checking node count. checking nosolve cell count. checking nosolve face count. checking face children

12、. checking cell children. checking storage.done.網(wǎng)格檢查列出了x,y的最大和最小值，同時(shí)還報(bào)告了網(wǎng)格的其他特性，如單元格的最大體積、體積和最小體積、面積等，報(bào)告的最小體積不能為負(fù)值，否則fluent無(wú)法進(jìn)行計(jì)算。為了保證網(wǎng)格質(zhì)量，可以用菜單命令grid: smooth/swap平滑和交換網(wǎng)格。在彈出對(duì)話(huà)框中點(diǎn)擊smooth按鈕，再按swap按鈕，重復(fù)操作，直到報(bào)告中無(wú)需要交換的面為止。no nodes moved, smoothing complete.done.number faces swapped: 0number faces visite

13、d: 1520用菜單命令grid: scale確定長(zhǎng)度單位，在彈出的對(duì)話(huà)框中將grid was create in中選成cm，然后點(diǎn)擊change length units 按鈕，最后點(diǎn)擊scale按鈕，對(duì)話(huà)框顯示如下圖，最后按close按鈕關(guān)閉對(duì)話(huà)框。最后用菜單命令display: grid，在對(duì)話(huà)框中按display按鈕，將網(wǎng)格顯示出來(lái)（2）建立求解模型建立求解模型，包括選擇求解器、設(shè)置湍流模型、選擇能量方程等步驟。選擇求解器：菜單命令define: models: solver，對(duì)話(huà)框顯示如下：solver 求解器分為segregated（分離）和coupled（耦合）兩種；formul

14、ation（算法）有implicit（隱式算法）和explicit顯式算法兩種；space（空間屬性）有2d（二維空間）和asisymmetric（軸對(duì)稱(chēng)空間）axisymmetric swirl（軸對(duì)稱(chēng)旋轉(zhuǎn)空間）三種；time（時(shí)間屬性）分為steady（定常流動(dòng)）和unsteady（非定常流動(dòng)）兩種；velocity formulation（速度屬性）有absolute（絕對(duì)）和relative（相對(duì)）兩種；保持默認(rèn)設(shè)置不變，點(diǎn)擊ok關(guān)閉對(duì)話(huà)框。設(shè)置湍流模型：用菜單命令define: models: viscous對(duì)話(huà)框顯示如下： inviscid表示無(wú)粘（理想）流體；laminar表示層

15、流模型；另外4個(gè)為常見(jiàn)的湍流模型。在這里選擇k-epsilon后，按ok按鈕，將顯示對(duì)話(huà)框如下，點(diǎn)擊ok保持默認(rèn)值。選擇能量方程：菜單命令define: models: energy，打開(kāi)對(duì)話(huà)框中，勾選上energy equation，并按確定按鈕。（3）設(shè)置流體的物理屬性設(shè)置流體的物理屬性，可以從fluent數(shù)據(jù)庫(kù)中選用，也可以新建一種新流體，并且輸入流體的密度、等壓比熱、導(dǎo)熱系數(shù)、動(dòng)力粘度等物理屬性。用菜單命令define: materials顯示materials對(duì)話(huà)框如下：右側(cè)按鈕fluent database選取數(shù)據(jù)庫(kù)中的流體，對(duì)話(huà)框顯示如下：在選擇water-liquid（h2o）

16、后，流體的各物理屬性顯示在下，按copy按鈕，再按close按鈕關(guān)閉該對(duì)話(huà)框，此時(shí)materials對(duì)話(huà)框中已經(jīng)顯示出復(fù)制的流體。按change/create按鈕將材料設(shè)置為water-liquid后，按close按鈕關(guān)閉materials對(duì)話(huà)框.（4）設(shè)置邊界條件用菜單命令define: boundary conditions打開(kāi)對(duì)話(huà)框如下，我們?cè)趃ambit設(shè)置的三個(gè)邊界類(lèi)型inlet1、inlet2和outlet之外，還有fluid（流體）和壁（wall）這兩種邊界屬性。左側(cè)欄中選中fluid，右側(cè)類(lèi)型中選fluid，按set按鈕，流體對(duì)話(huà)框顯示如下，將material name選擇wa

17、ter-liquid（這是我們剛才設(shè)置流體屬性時(shí)，從fluent材料庫(kù)中復(fù)制過(guò)來(lái)的流體），然后按ok按鈕。左側(cè)欄選上inlet1按鈕，發(fā)現(xiàn)右側(cè)類(lèi)型欄中為veloctiy inlet，這是我們?cè)趃ambit下設(shè)置的類(lèi)型，按set按鈕，在彈出的對(duì)話(huà)框中按下圖，設(shè)置該入口的邊界條件后按ok按鈕。用同樣的方法可以設(shè)置好outlet2的入口邊界條件，溫度為350k，其他與outlet相同。出口的邊界條件保持默認(rèn)值如下。壁面（wall）的邊界條件保持默認(rèn)值（熱流量為0）即可。設(shè)置完邊界條件后，點(diǎn)擊邊界條件對(duì)話(huà)框上的close按鈕將其關(guān)閉。（5）求解求解過(guò)程包括流場(chǎng)初始化、設(shè)置監(jiān)視器、迭代計(jì)算等步驟流場(chǎng)的初

18、始化：菜單命令solver: initialize: initialize，對(duì)話(huà)框顯示中，選擇從inlet2開(kāi)始計(jì)算如下：點(diǎn)擊init按鈕進(jìn)行初始化之后，再點(diǎn)擊close按鈕關(guān)閉該對(duì)話(huà)框。設(shè)置監(jiān)視窗口：在求解時(shí)，所關(guān)心的是出口的溫度、速度是否達(dá)到穩(wěn)定，為此fluent可以設(shè)置監(jiān)視器，對(duì)所關(guān)心界面的物理量進(jìn)行監(jiān)視。菜單命令solver: monitors: surface，在監(jiān)視器對(duì)話(huà)框中設(shè)置如下圖：將surface monitors增加1之后，選上plot，然后按define按鈕，按照下圖設(shè)置，在定義監(jiān)視器對(duì)話(huà)框，設(shè)置成監(jiān)視outlet的平均重量加權(quán)溫度，并且在窗口中顯示出來(lái)。以上設(shè)置完成之后

19、，可以通過(guò)用菜單命令file: write: case將該項(xiàng)目保存。以后如果需要打開(kāi)該項(xiàng)目，可以通過(guò)菜單命令file: read : case將項(xiàng)目打開(kāi)用菜單命令solver:iterate，在顯示的對(duì)話(huà)框中將number of iterations（迭代次數(shù)）輸入300次，點(diǎn)擊iterate開(kāi)始計(jì)算。設(shè)置的監(jiān)視窗口顯示如下，在計(jì)算到約150次后出口截面上已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，計(jì)算完成。（6）顯示計(jì)算結(jié)果通過(guò)display: contours命令，打開(kāi)contours對(duì)話(huà)框如下：在contours of欄下選擇temperure，按display按鈕，則溫度分布圖顯示如下，如果將options中的

20、filled（填充）去掉，則溫度分布圖入右圖顯示。 用同樣方法，可以顯示壓力分布圖和速度分布圖如下： 用菜單命令display: velocity vector，顯示速度矢量場(chǎng)，在彈出的對(duì)話(huà)框中按照如下選擇，并按display按鈕得到用箭頭表示的速度矢量分布圖如下：此外，還可以創(chuàng)建出流口上的溫度分布xy圖。通過(guò)菜單命令plot: xy plot，在顯示的對(duì)話(huà)框中設(shè)置如下：其中y軸的函數(shù)為溫度，surface選上outlet，點(diǎn)擊plot按鈕。得到出口的溫度xy分布圖如下：（7）二階離散化方法重新計(jì)算以上的求解計(jì)算使用的是是一階離散化方法。一般來(lái)說(shuō)，其計(jì)算結(jié)果不如二姐離散化方法精度高，收斂性也不

21、如二階離散化方法理想。下面介紹如何使用使用二姐離散化方法求解。用菜單命令solve: controls: solution，打開(kāi)對(duì)話(huà)框如下，在discretization（離散化方法）下energy（能量）項(xiàng)選second order upwind，在under-relaxaztion factors（松弛系數(shù)）項(xiàng)的energy項(xiàng)，由1降為0.8，其他項(xiàng)不變，點(diǎn)擊ok。菜單命令solve: iterate，在iterate設(shè)置對(duì)話(huà)框中將number of iterations項(xiàng)輸入200，點(diǎn)擊iterate，開(kāi)始計(jì)算，監(jiān)視窗口顯示如下，表示在迭代了150次左右時(shí)溫度達(dá)到穩(wěn)定。用菜單命令disp

22、lay: contours，顯示求解結(jié)果，顯示溫度分布圖，和原先的溫度分布圖比較可以發(fā)現(xiàn)，求解結(jié)果已經(jīng)得到改善。（8）自適應(yīng)網(wǎng)格修改功能混合器中的熱交換計(jì)算，還可以通過(guò)進(jìn)一步修改網(wǎng)格，使其更適合于流動(dòng)計(jì)算，達(dá)到更理想的擬合效果?？梢酝ㄟ^(guò)在現(xiàn)有計(jì)算的基礎(chǔ)上，以溫度梯度為基點(diǎn)來(lái)改善網(wǎng)格。首先確定溫度梯度的范圍。用菜單命令display: contours在顯示的對(duì)話(huà)框中，將options中的node values選項(xiàng)不選中，按display按鈕，顯示出溫度分布圖如下：發(fā)現(xiàn)各單元間邊界不光滑了，在準(zhǔn)備改進(jìn)網(wǎng)格時(shí)，應(yīng)該先看一下單元的值，可以看出要進(jìn)行改進(jìn)的區(qū)域。在contours of下拉列表中，選擇

23、adaption和adaption function，在options項(xiàng)不選擇node value，點(diǎn)擊display，得到溫度梯度顯示圖如下：在options不選擇auto range，改版最小溫度梯度值，將min設(shè)置為0.01，點(diǎn)擊display，顯示出需要改進(jìn)的高溫度梯度的網(wǎng)格如下，這部分網(wǎng)格是我們需要改進(jìn)的網(wǎng)格。用菜單命令adapt: gradient打開(kāi)對(duì)話(huà)框，在gradient of 下來(lái)框中選中temperature和static tempreature；在option中不選coarsen，即只細(xì)化修改網(wǎng)格而不粗糙化。點(diǎn)擊compute，fluent將計(jì)算出溫度梯度的最大值和最小值，在refine threhold中輸入0.01，點(diǎn)擊mark。 顯示即將細(xì)化的網(wǎng)格有82個(gè)：82 cells marked for refinement, 0 cells marked for coarsening點(diǎn)擊manage，在打開(kāi)的單元注冊(cè)對(duì)話(huà)框（manage adaption registers）點(diǎn)擊display。準(zhǔn)備要細(xì)化的網(wǎng)格的網(wǎng)格顯示如下圖。