FLUENT軟件介紹文稿0001

1、FLUENT軟件介紹文稿第十一小組第一章Flue nt軟件介紹FLUENT軟件是目前市場上最流行的 CFD軟件，它在美國的市 場占有率達到60%。FLUENT在中國也是得到最廣泛使用的CFD軟件。它用數(shù)值方法模擬一個流場包括網(wǎng)格劃分、選擇計 算方法、選擇物理模型、設(shè)定邊界條件、設(shè)定材料屬性和對計 算結(jié)果進行后處理幾大部分。I.lflue nt軟件基本情況1.1.1 flue nt軟件網(wǎng)格劃分技術(shù) 在使用商用CFD軟件的工作中，網(wǎng)格劃分需要的時間長，其能 力的高低是決定了工作效率。FLUENT軟件采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格與適應性網(wǎng)格相結(jié)合的方式進行網(wǎng)格劃分。與結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和分塊結(jié)構(gòu)而適網(wǎng)格相比，非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃

2、分便于處理復雜外形的網(wǎng)格劃分，應性網(wǎng)格則便于計算流場參數(shù)變化劇烈、梯度很大的流動，同時這種劃分方式也便于網(wǎng)格的細化或粗化，使得網(wǎng)格劃分更加靈活、簡便。它可以劃分二維的三角形和四邊形網(wǎng)格，三維的四面體網(wǎng)格、六面體網(wǎng)格、金字塔型網(wǎng)格、楔型網(wǎng)格以及由上述網(wǎng)格類型構(gòu)成的混合型網(wǎng)格。1.1.2 flue nt 軟件基本組成通用軟件Gambit前處理器（幾何網(wǎng)格的生成）Flue nt4.5基于結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的通用 CFD求解器Flue nt6.0基于非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的通用 CFD求解 器Fida p基于有限元方法的通用 CFD求解器P olyflow針對粘彈性流動的專用 CFD求解器Mixsim針對攪拌混合問題的

3、專用 CFD軟件Ice pak專用的熱控分析CFD軟件(1)任意復雜外形的二維/三維流動1.1.3 flue nt適用領(lǐng)域(7)熱傳導和對流傳熱相耦合的傳熱計算可壓、不可壓流無粘流、層流和湍流頓、非頓流體流動對流傳熱包括自然對流和強迫對流(8)輻射傳熱計算(9)慣性、靜止、坐標、非慣性旋轉(zhuǎn) 坐標下中流場計算(10)多層次移動參考系問題(11)化學組元混合與反應計算(12)源項體積任意變化的計算(13)顆粒、水滴和氣泡等彌散相的軌跡計算(14)多孔介質(zhì)流動計算(15)用一維模型計算風扇和換熱器的性能。(16)兩相流(17)復雜表面問題中帶自由面流動的計算1.1.4系統(tǒng)要求硬件要求(1)CPU采用

4、In tel的奔騰系列或AMD的AthI on系列CPU。(2 )顯示卡分辨率為1024x768或更高，顏色最低要求256色，推薦使16位或24位真彩色。內(nèi)存最低128兆內(nèi)存，推薦使用512兆以上的內(nèi)存。鼠標：推薦使用三鍵鼠標，F(xiàn)LUENT中有些操作需要鼠標中鍵。光驅(qū):最低需要 CD-ROM，F(xiàn)LUENT需要光盤安裝。網(wǎng)卡:需要安裝以太網(wǎng)卡，F(xiàn)LUENT需要網(wǎng)絡(luò)驗證。硬盤:FLUENT 需要 400 兆，GAMBIT 需要 55 兆,EXCEED需要105兆，TEC PLOT需要30兆，一共需要590兆硬盤空間。如果需要使用用戶定義函數(shù) UDF編譯功能還需要安裝微軟的Visual C+至少需要

5、200兆硬盤空間，再加上為計算項目預留空間，所以推薦在硬盤上預留 5G以上的硬盤空間用于FLUENT計算。軟件要求(1)操作系統(tǒng)：UNIX、LINUX、WINDOWS 2000/XP等等。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：安裝TCP/IP協(xié)議。編譯環(huán)境：如果使用UDF編譯功能，需要安裝Visual C+標準版，最低要求是采用“最小安裝”設(shè)置。EXCEED X server GAMBIT 運行需要此環(huán)境，如果在GAMBIT中使用OpenGL圖形模式，則需要安裝EXCEED 3D。EXCEED 3D需要單獨從EXCEED開發(fā)商Hummi ngbird軟件公司購買。第二章CFD前置處理器GambitGAMBIT軟件是面向C

6、FD的前處理器軟件，它包含全面的幾何建模能力和功能強大的網(wǎng)格劃分工具，可以劃分出包含邊界層等 CFD特殊要求的 高質(zhì) 量的網(wǎng)格。GAMBIT 可以生成FLUENT5、FLUENT4.5、FIDAP、POLYFLOW 等求解器所需要 的網(wǎng)格。Gambit軟件將功能強大的幾何建模能力和靈活易用的 網(wǎng)格生成技術(shù)集成在一起。使用Gambit軟件，將大大減小CFD應用過程中，建立幾何模型和流場和劃分網(wǎng)格所需要的時間。用 戶可以直接使用 Gambit軟件建立復雜的實體模型， 也可以從主 流的CAD/CAE系統(tǒng)中直接讀入數(shù)據(jù)。Gambit軟件高度自動化， 所生成的網(wǎng)格可以是非結(jié)構(gòu)化的， 也可以是多種類型組成

7、的混合 網(wǎng)格。IWIIFfe Fiff Wiy. 7I r= =Gambit用戶界面1、GAMBIT的幾何造型:Gambit軟件包含了一整套易于使用的工具，可以快速地建立幾何模型。另 外，Gambit軟件在讀入其它CAD/CAE網(wǎng)格數(shù)據(jù)時，可以自動完成幾何清理 （即清除重合的點、線、面）和進行幾何修正1.1點的生成通過直接輸入坐標值來建立幾何點，輸入坐標時即可以使用笛卡爾坐標系，也 可以使用柱坐標系?；蛘咴谝粭l曲線上生成點，將來可以用這點斷開曲線。1.2面的生成Taia11d.og|ajii 1通過三點一張平行四邊形的平面。；:至q Vertex towe通過空間的點生成一張曲面。叩卜kin通

8、過空間的一組曲線生成一張放樣曲面。通過兩組曲線生成一張曲面1 茫RevoJ砂通過構(gòu)成封閉回路的曲線生成一張曲面。!1 WLie Frame通過繞以選定軸旋轉(zhuǎn)一條曲線生成一張回轉(zhuǎn)曲面。口 1 Sweep根據(jù)給定的路徑何輪廓曲線生成掃掠曲面。口 Taiald.ogiajii 1通過三點一張平行四邊形的平面。通過空間的點生成一張曲面。ffttfl Skill通過空間的一組曲線生成一張放樣曲面。瞬Wet通過兩組曲線生成一張曲面1 茫Revolve通過構(gòu)成封閉回路的曲線生成一張曲面。1 Wil e H aine通過繞以選定軸旋轉(zhuǎn)一條曲線生成一張回轉(zhuǎn)曲面?？?1 Sweep根據(jù)給定的路徑何輪廓曲線生成掃掠

9、曲面。1.3生成幾何實體01 sLikh把現(xiàn)有曲面縫合為一個實體。Revoke把一個斷面圖繞一個軸旋轉(zhuǎn)生成回轉(zhuǎn)體。沿給定的路徑掃掠一個斷面，得到一個掃掠體。2、 GAMBIT的通用功能2.1布爾運算取兩個面或兩個的體的并集作為一個新的面GD*Unite和實體從一個面或體上減去一個面或體得到一個新QD*Subtract的面或體。CD取兩個面或體的交集為新的面或?qū)嶓w。in tersect2.2移動和拷貝將所選擇的幾何移動或拷貝到新位置。共有move/c opy四種方式：Translate（平移）、Scale（比例）、Reflect（鏡像）、Rotate（旋轉(zhuǎn)）2.3分裂與合并sp lit可以用一個

10、面把另一個面分裂為兩個面。也可以用一個體把另一個體分裂為兩個體。Merge把兩個面合并為一個面，或把兩個體合并為一個體。2.4連接與解除連接Connect把完全重合的點、線、面合并。當處于Connect狀態(tài)時,相鄰幾何網(wǎng)格連續(xù)；Disco nnrct解除這種連接。當處于Disconnrct狀態(tài)時，允許相鄰幾何劃分出不連續(xù)的網(wǎng)格。FLUENT5允許使用不連續(xù)的網(wǎng)格。2.5Un do和刪除撤銷上一條命令，在 GAMBIT中UNDO 沒有級數(shù)限制。刪除相應的對象，如點、線、面、體、網(wǎng)格。3、網(wǎng)格生成Gambit軟件提供了功能強大、靈活易用的網(wǎng)格劃分工具，可以劃分出滿足CFD特殊需要的網(wǎng)格3.1生成線

11、網(wǎng)格在線上生成網(wǎng)格，作為將在面上劃分網(wǎng)格的網(wǎng)格種子， 允許用戶詳細 的控制在線上節(jié)點的分布規(guī)律，Gambit提供了滿足CFD計算特殊 需要的五種預定義的節(jié)點分布規(guī)律。3.2生成面網(wǎng)格對于平面及軸對稱流動問題，只需要生成面網(wǎng)格。對于三維問題，也 可以先劃分面網(wǎng)格，作為進一步劃分體網(wǎng)格的網(wǎng)格的網(wǎng)格種子。3.3邊界層網(wǎng)格CFD計算對計算網(wǎng)格有特殊的要求，一是考慮到近壁粘性效應采用較密的貼體網(wǎng)格，二是網(wǎng)格的疏密程度與流場參數(shù)的變化梯度大 體一致。對于面網(wǎng)格，可以設(shè)置平行于給定邊的邊界層網(wǎng)格，可以指 定第二層與第一層的間距比，及總的層數(shù)。對于體網(wǎng)格，也可以設(shè)置 垂直于壁面方向的邊界層，從而可以劃分出高質(zhì)

12、量的貼體網(wǎng)格。 而其 它通用的CAE前處理器主要是根據(jù)結(jié)構(gòu)強度分析的需要而設(shè)計的, 在結(jié)構(gòu)分析中不存在邊界層問題，因而采用這種工具生成的網(wǎng)格難以滿足CFD計算要求，而Gambit軟件解決了這個特殊要求。4、Gambit的可視化網(wǎng)格檢查技術(shù)和網(wǎng)格輸出功能可以直觀的顯示網(wǎng)格質(zhì)量，用戶可以瀏覽單元畸變、扭曲、網(wǎng)格過 度、光滑性等質(zhì)量參數(shù)，可以根據(jù)需要細化和優(yōu)化網(wǎng)格，從而保證CFD的計算網(wǎng)格，用戶可以直接在幾何圖形上施加流動的邊界條件，不需要在網(wǎng)格上進行操作。5、CAD/CAE 接口Gambit軟件可以直接存取主流的CAD/CAE系統(tǒng)的網(wǎng)格數(shù)據(jù)并支持標準的數(shù)據(jù)交換格式。、IDEAS FTL、5.1 G

13、ambit軟件支持以下CAD軟件幾何接口:ACIS、Pro/engineer VRML 、Optegra VisulizerIGES、STL、Gambit5.2 CAE 接口ANSYS、NASTRAN、PATRAN、FIDAP、GAMBIT第三章專用的CFD求解器flue ntFlue nt6 軟件是由Uns和Ram pant 軟件升級而來，F(xiàn)luent6包含了二者的全部功能，并且增加了耦合隱式算法， 適用于低速不可壓流動、跨音速流動乃至可壓縮性強的超音速和高超聲速流動等各種復雜的流場。FLUENT豐富的物理模型 使得用戶能夠精確地模擬無粘流、層流、湍流、化學反應、多相流等其它復雜的流動現(xiàn)象。

14、1、基本功能二維平面流動，二維軸對稱流動，和三維流動定常或非定常流動分析 亞聲速、跨聲速、超聲速和高超聲速流動 層流、轉(zhuǎn)捩和湍流 牛頓流或非牛頓流 傳熱，包括自然對流、強迫對流和混合對流，固體 /流體耦合傳熱，輻射和運動固體的熱傳導 化學組分的混合和化學反應，包括燃燒子模型和表面沉積反 應模型自由表面和多相流（包括氣-液、氣-固和液-固）離散相（粒子/液滴/氣泡）的拉格朗日軌跡計算，包括與連續(xù)相的耦合 融熔/凝固的相變模型 多孔介質(zhì)模型，具有各向異性的滲透性、慣性阻尼、固體熱傳 導和多孔表面的壓力跳躍條件 風扇、泵、輻射器和熱交換器等的集總參數(shù)模型 慣性或非慣性坐標系 多種參考系和滑動網(wǎng)格2、

15、網(wǎng)格性能四邊形、三角形、六面體、四面體、棱形、金字塔形網(wǎng)格允許非保形（不連續(xù)）的網(wǎng)格界面重疊接受以下軟件產(chǎn)生的網(wǎng)格GAMBIT、GeoMesh、TGrid、preBFC、ICEM/CFD、l-DEAS、PATRAN、NASTRAN、ANSYS、Pro/ENGINEER、STL、PLOT3D 和其它軟件 動態(tài)、自適應網(wǎng)格技術(shù)有:三角形和四面體網(wǎng)格保形適應 懸掛節(jié)點適應和所有類型網(wǎng)格的嵌套用戶指定區(qū)域的網(wǎng)格細化和采用求解變量、 導出變量（例如Y+， 離壁距離）和用戶自定義物理量的自適應網(wǎng)格細化 細化網(wǎng)格后流場變量自動插值 網(wǎng)格粗化網(wǎng)格光順及改進工具 網(wǎng)格處理功能（比例縮放、平移、合并、分裂） 混合

16、網(wǎng)格生成3、數(shù)值方法FLUENT6.0提供了三種求解方法。FLUENT6.0中的求解器有以下特征:完全非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的有限體積法 適用于所有速度范圍 動態(tài)內(nèi)存分配 單、雙精度運算4、非耦合的求解方法（FLUENT/UNS4.2 的發(fā)展）基于壓力修正的非耦合求解算法，包括SIMPLE、SIMPLEC 和 PISO多種離散格式，包括一階迎風格式、幕次律格式、二階迎風格 式和QUICK格式 一階和二階隱式時間離散格式 包括PRESTO線性插值、二次插值和體積力加權(quán)插值的壓力 插值格式 體積力隱式處理 采用V形、W形、F形和拐折循環(huán)求解線性代數(shù)多重網(wǎng)格方 程，高斯-賽德爾松弛法5、耦合求解方法（RAMP

17、ANT 4.2 的發(fā)展）不可壓和混合區(qū)域流動的預處理所有流場平均量的耦合求解湍流、輻射和用戶自定義標量輸運方程的非耦合求解包括一階和二階迎風格式的離散格式 顯、隱式的一階、二階時間離散格式顯式格式多步龍格-庫塔時間步進算法全近似格式多重網(wǎng)格、當?shù)貢r間步長和隱式殘差光順收斂加顯式統(tǒng)一時間步長的時間-精度解隱式格式所有通量和源項的完全牛頓形式線性化V形和F形循環(huán)求解代數(shù)多重網(wǎng)格、塊矩陣線性方程，高斯-賽德爾松弛法6、湍流模型Sp alart-Allmaras 的一方程（渦粘性輸）運模型包括標準的k-模型，Realizable k-模型和RNG k-模型的k-模型 浮力和壓縮效應的k-子模型應用于旋

18、流，低雷諾數(shù)效應和對Prandtle/Schmidt數(shù)的解析 式的對K,，能量和組元的RNG子模型包括壁面反射模型和線性或二次壓力-應變模型的雷諾應力模型 對大渦模擬的亞格子應力模型包括標準壁面函數(shù)，非平衡、對壓力梯度敏感的壁面函數(shù)、k-模型和RSM的兩層模型等的不同近壁模型7、邊界條件多種流動入口 /出口條件有:以笛卡爾坐標或圓柱坐標或極坐標表示的入口速度分量的大小和方向，法向速度的大小及用戶自定義的當?shù)刈鴺?分量 入口質(zhì)量通量 入口靜壓和總壓，法向或指定的速度方向 多組分系統(tǒng)的入口質(zhì)量組分 入口靜溫和總溫入口湍流強度和耗散率（用湍流強度、長度尺度、水力學直徑和粘性比輸入） 出口靜壓充分發(fā)展

19、管流的出口流動邊界條件（Outflow） 質(zhì)量流出 進氣/排氣扇 進風口 /出風口壁面邊界，指定為:以笛卡爾坐標表示的旋轉(zhuǎn)速度和切向速度分量 包括滑移條件的剪切率 用熱通量，溫度，外部對流，輻射以及混合條件表示的熱邊界條件選擇包括壁面粗糙度效應的湍流壁面函數(shù)的剪應力計算兩側(cè)壁面耦合和指定熱阻的熱傳導條件 對于平均和湍流參數(shù)的入口空間刨面或壁面邊界條件 風扇特性曲線函數(shù) 通過體積源項確定的入口亞格子尺度 對稱、旋轉(zhuǎn)周期性和移動周期性邊界 軸線邊界條件 在流線周期邊界條件中指定質(zhì)量流率（流動和熱交換） 在周期性邊界條件中指定壓降8、介質(zhì)物性常量或可變的物性，包括溫度和本構(gòu)關(guān)系（可輸入數(shù)據(jù)或分段的

20、多項式）包括標準流體和固體介質(zhì)物（用戶可修補）性的數(shù)據(jù)庫:標準反應機理、化學組分混合、熱力學和動力學性質(zhì) 標準固體、液體、液體燃料和煤的粒子/液滴數(shù)據(jù)根據(jù)理想氣體規(guī)律或溫度相關(guān)的多項式規(guī)律計算流體密度, 包括有浮力流動中密度的 Bouss in esq處理用溫度的多項式或幕次律或Sutherla nd 公式的流體粘性計非牛頓流模型，包括幕次律流體，Carreau流，或與溫度相關(guān) 的用戶自定義規(guī)律 在固體區(qū)域內(nèi)的與溫度相關(guān)的熱容與熱傳導 各向異性的熱傳導 冷卻劑和碳氫的真實氣體模型 用戶自定義的物性參數(shù)輸入9、用戶定義函數(shù)解釋（在運行時編譯）和編譯事先編譯，在運行時連接）選項在連續(xù)、動量、能量、組分和體積組分輸運方程的體積源項的指表面和體積反應速度用戶物性的定義 用戶的邊界條件和初始化條件用戶定義的標量輸運方程用戶自定義的后處理變量的生成用戶指定輻射模型的散射相函數(shù)離散相模型的體積力、阻力和源項10、并行處理共享存貯系統(tǒng)（如 Windows NT、SGI、HP、DEC、Sun 和Cray多處理器）的并行處理分布式存貯系統(tǒng)（如IBM SP-2、Cray T3D/E 等