fluent基礎(chǔ)(入門篇)

1、1單精度與雙精度的區(qū)別大多數(shù)情況下，單精度解算器高效準(zhǔn)確，但是對(duì)于某些問題使用雙精度解算器更合適。下面舉幾個(gè)例子：如果幾何圖形長(zhǎng)度尺度相差太多（比如細(xì)長(zhǎng)管道） ，描述節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)單精度網(wǎng)格計(jì)算就不合適了；如果幾何圖形是由很多層小直徑管道包圍而成（比如：汽車的集管）平均壓力不大，但是局部區(qū)域壓力卻可能相當(dāng)大（因?yàn)槟阒荒茉O(shè)定一個(gè)全局參考?jí)毫ξ恢茫?，此時(shí)采用雙精度解算器來計(jì)算壓差就很有必要了。對(duì)于包括很大熱傳導(dǎo)比率和（或）高比率網(wǎng)格的成對(duì)問題，如果使用單精度解算器便無法有效實(shí)現(xiàn)邊界信息的傳遞，從而導(dǎo)致收斂性和（或）精度下降2分離解與耦合解的區(qū)別選擇解的格式FLUENT 提供三種不同的解格式：分離解；

2、隱式耦合解；顯式耦合解。三種解法都可以在很大流動(dòng)范圍內(nèi)提供準(zhǔn)確的結(jié)果， 但是它們也各有優(yōu)缺點(diǎn)。 分離解和耦合解方法的區(qū)別在于， 連續(xù)性方程、 動(dòng)量方程、 能量方程以及組分方程的解的步驟不同， 分離解是按順序解，耦合解是同時(shí)解。兩種解法都是最后解附加的標(biāo)量方程（比如：湍流或輻射)。隱式解法和顯式解法的區(qū)別在于線化耦合方程的方式不同。分離解以前用于 FLUENT 4 和 FLUENT/UNS，耦合顯式解以前用于 RAMPANT。分離解以前是用于不可壓流和一般可壓流的。而耦合方法最初是用來解高速可壓流的。現(xiàn)在，兩種方法都適用于很大范圍的流動(dòng)(從不可壓到高速可壓)，但是計(jì)算高速可壓流時(shí)耦合格式比分離格

3、式更合適。FLUENT 默認(rèn)使用分離解算器，但是對(duì)于高速可壓流（如上所述） ，強(qiáng)體積力導(dǎo)致的強(qiáng)烈耦合流動(dòng)(比如浮力或者旋轉(zhuǎn)力)， 或者在非常精細(xì)的網(wǎng)格上的流動(dòng)， 你需要考慮隱式解法。這一解法耦合了流動(dòng)和能量方程， 常常很快便可以收斂。 耦合隱式解所需要內(nèi)存大約是分離解的 1.5 到 2 倍，選擇時(shí)可以通過這一性能來權(quán)衡利弊。在需要隱式耦合解的時(shí)候，如果計(jì)算機(jī)的內(nèi)存不夠就可以采用分離解或者耦合顯式解。 耦合顯式解雖然也耦合了流動(dòng)和能量方程，但是它還是比耦合隱式解需要的內(nèi)存少，但是它的收斂性相應(yīng)的也就差一些。注意： 分離解中提供的幾個(gè)物理模型， 在耦合解中是沒有的： 多項(xiàng)流模型； 混合組分/PDF

4、燃燒模型/預(yù)混合燃燒模型/Pollutant formation models/相變模型/Rosseland 輻射模型/指定質(zhì)量流周期流動(dòng)模型/周期性熱傳導(dǎo)模型。分離求解器是默認(rèn)的3歐拉方程用于解決無粘流動(dòng)，4操縱、相對(duì)、絕對(duì)壓力對(duì)于不同的流動(dòng)狀態(tài)， 操作壓力的指定以不同的方式影響你的計(jì)算。在低馬赫數(shù)流動(dòng)中壓力計(jì)算的數(shù)值截?cái)嗟挠绊?。在低馬赫數(shù)可壓流動(dòng)中， 全部的壓降和絕對(duì)靜壓相比很小， 因此數(shù)值截?cái)鄷?huì)對(duì)其有很大的影響。比方說吧，考慮 M << 1 的可壓流動(dòng)。壓力變化 D p 與動(dòng)壓頭(1/2) c p M2 有關(guān)，其中 p 是靜壓，c 是指定的比熱比。這就給出了 D p/p 和

5、M2 的關(guān)系式，以至于 M0時(shí) D p/p0。因此，除非給予足夠的注意，否則低馬赫數(shù)流動(dòng)計(jì)算結(jié)果往往很容易會(huì)受到截?cái)嗾`差截?cái)嗾`差的影響。操作壓力、標(biāo)準(zhǔn)壓力和絕對(duì)壓力FLUENT 通過從絕對(duì)壓力中減去操作壓力（一般說來大的壓力粗略的等于流動(dòng)中絕對(duì)壓力的平均值）來避免截?cái)嗾`差（見在低馬赫數(shù)流動(dòng)中壓力計(jì)算的數(shù)值截?cái)嗟挠绊懸还?jié)）產(chǎn)生的問題，并使用得到的壓力來計(jì)算，這個(gè)壓力稱作標(biāo)準(zhǔn)壓力。下面是操作壓力，標(biāo)準(zhǔn)壓力和絕對(duì)壓力之間的關(guān)系式。絕對(duì)壓力是操作壓力和標(biāo)準(zhǔn)壓力之和：+你所指定的所有壓力以及 FLUENT 所報(bào)告和計(jì)算的壓力都是標(biāo)準(zhǔn)壓力。操作壓力的意義操作壓力對(duì)于不可壓理想氣體流動(dòng)來說是十分重要的， 因

6、為它直接決定了不可壓理想氣體定律所計(jì)算出來的密度， 不可壓理想氣體定律計(jì)算密度的關(guān)系式為： r = (p_op/R T)。 因此，你必須保證適當(dāng)?shù)脑O(shè)定操作壓力。操作壓力在低馬赫數(shù)可壓流動(dòng)中具有十分重要的意義， 因?yàn)樗诒苊饨財(cái)嗾`差問題中扮演了重要的角色，如操作壓力，標(biāo)準(zhǔn)壓力和絕對(duì)壓力一節(jié)所述。同樣地，你必須保證適當(dāng)?shù)卦O(shè)定操作壓力。對(duì)于高馬赫數(shù)可壓流動(dòng)，操作壓力的意義就不是很明顯了。在這種情況下，壓力的變化比低馬赫數(shù)可壓流動(dòng)中壓力的變化大得多， 因此截?cái)嗾`差不會(huì)產(chǎn)生什么實(shí)際的問題， 因此也就不真正需要使用標(biāo)準(zhǔn)壓力。事實(shí)上，在這種計(jì)算中使用絕對(duì)壓力通常會(huì)更方便。因?yàn)镕LUENT 總是使用標(biāo)準(zhǔn)壓力，

7、所以你可以簡(jiǎn)單的設(shè)定操作壓力為零，而使標(biāo)準(zhǔn)壓力和絕對(duì)壓力相等。如果密度假定為常數(shù)， 或者密度是從溫度的輪廓函數(shù)中推導(dǎo)出來， 那么根本就不使用操作壓力。需要注意的是：默認(rèn)的操作壓力為 101325 Pa.。如何設(shè)定操作壓力選擇合適的操作壓力的判據(jù)是基于流動(dòng)馬赫數(shù)的區(qū)域以及確定密度的關(guān)系式。 例如： 如果你在不可壓流動(dòng)的計(jì)算中使用理想氣體定律（如自然對(duì)流問題） ，你應(yīng)該使用平均流動(dòng)壓力的典型值。下表是設(shè)定操作壓力的推薦方法。請(qǐng)記住默認(rèn)的操作壓力為 101325 Pa。你需要在操作壓力面板中設(shè)定操作壓力。菜單：Define/Operating Conditions.。對(duì)于不包括任何壓力邊界的不可壓流

8、動(dòng)，F(xiàn)LUENT 會(huì)在每次迭代之后調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)壓力場(chǎng)以避免它浮動(dòng)。這一操作是通過在（或接近）參考?jí)毫ξ恢玫膯卧惺褂玫膲毫?shí)現(xiàn)的。在完全的壓力場(chǎng)中減去單元內(nèi)的壓力值， 從而保證參考?jí)毫ξ恢玫臉?biāo)準(zhǔn)壓力總為零。 如果包含了壓力條件，就不需要調(diào)節(jié)了，參考?jí)毫ξ恢靡埠雎粤?。參考?jí)毫ξ恢媚J(rèn)為單元的中心或者接近點(diǎn)(0，0，0)。有時(shí)候你可能想要移動(dòng)參考?jí)毫ξ恢茫苍S要將它定位于絕對(duì)壓力已知的點(diǎn)處（比如：如果你想將計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較） 。要改變位置，請(qǐng)?jiān)诓僮鲏毫γ姘逯休斎雲(yún)⒖級(jí)毫ξ恢玫男碌淖鴺?biāo)值（X，Y，Z） 。菜5全隱格式的優(yōu)點(diǎn)是它關(guān)于時(shí)間步無條件穩(wěn)定.使用分離或者耦合隱式解算器時(shí)。顯式時(shí)間步形式只能用

9、在耦合顯式解算器中。不可壓流動(dòng)。顯式時(shí)間步不能用于計(jì)算時(shí)間精度不可壓流動(dòng)（即：除了理想氣體的氣體定律） 。在每一個(gè)時(shí)間步內(nèi)，不可壓解必須迭代直至收斂。顯式形式主要用于解決捕捉諸如激波之類的運(yùn)動(dòng)波的過渡問題。6 湍流模型選擇湍流模型的要考慮的因素：流體是否可壓、建立特殊的可行的問題、精度的要求、計(jì)算機(jī)的能力、時(shí)間的限制。The Spalart-Allmaras 模型對(duì)于解決動(dòng)力漩渦粘性，Spalart-Allmaras 模型是相對(duì)簡(jiǎn)單的方程。它包含了一組新的方程，在這些方程里不必要去計(jì)算和剪應(yīng)力層厚度相關(guān)的長(zhǎng)度尺度。Spalart-Allmaras 模型是設(shè)計(jì)用于航空領(lǐng)域的，主要是墻壁束縛流動(dòng)，

10、而且已經(jīng)顯示出和好的效果。在透平機(jī)械中的應(yīng)用也愈加廣泛。在原始形式中 Spalart-Allmaras 模型對(duì)于低雷諾數(shù)模型是十分有效的，要求邊界層中粘性影響的區(qū)域被適當(dāng)?shù)慕鉀Q。在 FLUENT 中，Spalart-Allmaras 模型用在網(wǎng)格劃分的不是很好時(shí)。這將是最好的選擇，當(dāng)精確的計(jì)算在湍流中并不是十分需要時(shí)。再有，在模型中近壁的變量梯度比在 k-e 模型和 k-模型中的要小的多。這也許可以使模型對(duì)于數(shù)值的誤差變得不敏感。需要注意的是 Spalart-Allmaras 模型是一種新出現(xiàn)的模型，現(xiàn)在不能斷定它適用于所有的復(fù)雜的工程流體。例如，不能依靠它去預(yù)測(cè)均勻衰退，各向同性湍流。還有要

11、注意的是,單方程的模型經(jīng)常因?yàn)閷?duì)長(zhǎng)度的不敏感而受到批評(píng)，例如當(dāng)流動(dòng)墻壁束縛變?yōu)樽杂杉羟辛鳌-e模型標(biāo)準(zhǔn)k-e模型最簡(jiǎn)單的完整湍流模型是兩個(gè)方程的模型， 要解兩個(gè)變量， 速度和長(zhǎng)度尺度。 在FLUENT中，標(biāo)準(zhǔn)k-e模型自從被Launder and Spalding提出之后，就變成工程流場(chǎng)計(jì)算中主要的工具了。適用范圍廣、經(jīng)濟(jì)、合理的精度，這就是為什么它在工業(yè)流場(chǎng)和熱交換模擬中有如此廣泛的應(yīng)用了。它是個(gè)半經(jīng)驗(yàn)的公式，是從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中總結(jié)出來的。由于人們已經(jīng)知道了k-e模型適用的范圍，因此人們對(duì)它加以改造，出現(xiàn)了RNG k-e模型和帶旋流修正k-e模型RNG k-e模型RNG k-e模型來源于嚴(yán)格的

12、統(tǒng)計(jì)技術(shù)。它和標(biāo)準(zhǔn)k-e模型很相似，但是有以下改進(jìn)：·RNG模型在e方程中加了一個(gè)條件，有效的改善了精度。·考慮到了湍流漩渦，提高了在這方面的精度。·RNG理論為湍流Prandtl數(shù)提供了一個(gè)解析公式，然而標(biāo)準(zhǔn)k-e模型使用的是用戶提供的常數(shù)。· 然而標(biāo)準(zhǔn)k-e模型是一種高雷諾數(shù)的模型， RNG理論提供了一個(gè)考慮低雷諾數(shù)流動(dòng)粘性的解析公式。這些公式的效用依靠正確的對(duì)待近壁區(qū)域這些特點(diǎn)使得RNG k-e模型比標(biāo)準(zhǔn)k-e模型在更廣泛的流動(dòng)中有更高的可信度和精度。帶旋流修正的 k-e模型帶旋流修正的 k-e 模型是近期才出現(xiàn)的，比起標(biāo)準(zhǔn) k-e 模型來有兩個(gè)主

13、要的不同點(diǎn)。·帶旋流修正的 k-e 模型為湍流粘性增加了一個(gè)公式。· 為耗散率增加了新的傳輸方程， 這個(gè)方程來源于一個(gè)為層流速度波動(dòng)而作的精確方程術(shù)語(yǔ)“realizable”，意味著模型要確保在雷諾壓力中要有數(shù)學(xué)約束，湍流的連續(xù)性。帶旋流修正的 k-e 模型直接的好處是對(duì)于平板和圓柱射流的發(fā)散比率的更精確的預(yù)測(cè)。而且它對(duì)于旋轉(zhuǎn)流動(dòng)、強(qiáng)逆壓梯度的邊界層流動(dòng)、流動(dòng)分離和二次流有很好的表現(xiàn)。帶旋流修正的 k-e 模型和 RNG k-e 模型都顯現(xiàn)出比標(biāo)準(zhǔn) k-e 模型在強(qiáng)流線彎曲、漩渦和旋轉(zhuǎn)有更好的表現(xiàn)。由于帶旋流修正的 k-e 模型是新出現(xiàn)的模型，所以現(xiàn)在還沒有確鑿的證據(jù)表明它

14、比 RNG k-e 模型有更好的表現(xiàn)。但是最初的研究表明帶旋流修正的 k-e 模型在所有k-e 模型中流動(dòng)分離和復(fù)雜二次流有很好的作用。帶旋流修正的 k-e 模型的一個(gè)不足是在主要計(jì)算旋轉(zhuǎn)和靜態(tài)流動(dòng)區(qū)域時(shí)不能提供自然的湍流粘度。這是因?yàn)閹餍拚?k-e 模型在定義湍流粘度時(shí)考慮了平均旋度的影響。這種額外的旋轉(zhuǎn)影響已經(jīng)在單一旋轉(zhuǎn)參考系中得到證實(shí)，而且表現(xiàn)要好于標(biāo)準(zhǔn) k-e 模型。由于這些修改，把它應(yīng)用于多重參考系統(tǒng)中需要注意。k-模型標(biāo)準(zhǔn) k-模型標(biāo)準(zhǔn)k-模型是基于Wilcox k-模型，它是為考慮低雷諾數(shù)、可壓縮性和剪切流傳播而修改的。Wilcox k-模型預(yù)測(cè)了自由剪切流傳播速率，像尾流

15、、混合流動(dòng)、平板繞流、圓柱繞流和放射狀噴射，因而可以應(yīng)用于墻壁束縛流動(dòng)和自由剪切流動(dòng)。標(biāo)準(zhǔn)k-e模型的一個(gè)變形是SST k-模型，它在FLUENT中也是可用的。剪切壓力傳輸（SST） k-模型SST k-模型由Menter發(fā)展，以便使得在廣泛的領(lǐng)域中可以獨(dú)立于k-e模型，使得在近壁自由流中k-模型有廣泛的應(yīng)用范圍和精度。為了達(dá)到此目的，k-e模型變成了k-公式。SSTk-模型和標(biāo)準(zhǔn)k-模型相似，但有以下改進(jìn)：·SST k-模型和k-e模型的變形增長(zhǎng)于混合功能和雙模型加在一起。混合功能是為近壁區(qū)域設(shè)計(jì)的，這個(gè)區(qū)域?qū)?biāo)準(zhǔn)k-模型有效，還有自由表面，這對(duì)k-e模型的變形有效。·S

16、ST k-模型合并了來源于方程中的交叉擴(kuò)散。·湍流粘度考慮到了湍流剪應(yīng)力的傳波。·模型常量不同這些改進(jìn)使得SST k-模型比標(biāo)準(zhǔn)k-模型在在廣泛的流動(dòng)領(lǐng)域中有更高的精度和可信度。雷諾壓力模型（RSM）在FLUENT中RSM是最精細(xì)制作的模型。放棄等方性邊界速度假設(shè)，RSM使得雷諾平均N-S方程封閉，解決了關(guān)于方程中的雷諾壓力，還有耗散速率。這意味這在二維流動(dòng)中加入了四個(gè)方程，而在三維流動(dòng)中加入了七個(gè)方程。由于RSM比單方程和雙方程模型更加嚴(yán)格的考慮了流線型彎曲、漩渦、旋轉(zhuǎn)和張力快速變化， 它對(duì)于復(fù)雜流動(dòng)有更高的精度預(yù)測(cè)的潛力。 但是這種預(yù)測(cè)僅僅限于與雷諾壓力有關(guān)的方程。壓力

17、張力和耗散速率被認(rèn)為是使RSM模型預(yù)測(cè)精度降低的主要因素。RSM模型并不總是因?yàn)楸群?jiǎn)單模型好而花費(fèi)更多的計(jì)算機(jī)資源。 但是要考慮雷諾壓力的各向異性時(shí)，必須用RSM模型。例如颶風(fēng)流動(dòng)、燃燒室高速旋轉(zhuǎn)流、管道中二次流。k-e模型間的區(qū)別標(biāo)準(zhǔn)、 RNG和帶旋流修正k-e模型這三種模型有相似的形式， 有k方程和e方程，它們主要的不同點(diǎn)是：·計(jì)算湍流粘性的方法·湍流Prandtl數(shù)由k和e方程的湍流擴(kuò)散決定·在e方程中湍流的產(chǎn)生和消失每個(gè)模型計(jì)算湍流粘性的方法和模型的常數(shù)不一樣。但從本質(zhì)上它們?cè)谄渌矫媸且粯拥?。?biāo)準(zhǔn) k-e 模型是個(gè)半經(jīng)驗(yàn)公式，主要是基于湍流動(dòng)能和擴(kuò)散率。

18、k方程是個(gè)精確方程，e方程是個(gè)由經(jīng)驗(yàn)公式導(dǎo)出的方程。k-e 模型假定流場(chǎng)完全是湍流，分之之間的粘性可以忽略。標(biāo)準(zhǔn) k-e 模型因而只對(duì)完全是湍流的流場(chǎng)有效。RNG模型相比于標(biāo)準(zhǔn)k-e模型對(duì)瞬變流和流線彎曲的影響能作出更好的反應(yīng)， 這也可以解釋RNG模型在某類流動(dòng)中有很好的表現(xiàn)。這個(gè)模型（realize）對(duì)于和廣泛的的流動(dòng)有效， 包括旋轉(zhuǎn)均勻剪切流， 自由流中包括噴射和混合流，管道和邊界流，還有分離流。由于這些原因，這種模型比標(biāo)準(zhǔn)k-e模型要好。尤其需要注意的是這種模型可以解決圓柱射流。 比如， 它預(yù)測(cè)了軸對(duì)稱射流的傳播速率， 和平板射流一樣。k-模型間的區(qū)別倆種模型有相似的形式，有方程k和。S

19、ST和標(biāo)準(zhǔn)模型的不同之處是·從邊界層內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)k-模型到邊界層外部的高雷諾數(shù)的ke模型的逐漸轉(zhuǎn)變·考慮到湍流剪應(yīng)力的影響修改了湍流粘性公式標(biāo)準(zhǔn)k-模型是一種經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停腔谕牧髂芰糠匠毯蛿U(kuò)散速率方程。由于k-模型已經(jīng)修改多年，k方程和方程都增加了項(xiàng)，這樣增加了模型的精度。FLUENT還提供了SST模型。它更適合對(duì)流減壓區(qū)的計(jì)算。另外它還考慮了正交發(fā)散項(xiàng)從而使方程在近壁面和遠(yuǎn)壁面都適合7非定常流動(dòng)如果流動(dòng)參數(shù)隨時(shí)間而變，則這種流動(dòng)成為非定常流動(dòng)否則成為定常流動(dòng)（v p ）8分離和耦合離式求解器在計(jì)算不可壓流體時(shí)， 不考慮壓力做功和動(dòng)能的影響。在處理可壓縮流動(dòng)或使用任何耦合式求

20、解器時(shí)，總是考慮壓力做功和動(dòng)能。在使用分離式求解器時(shí)，F(xiàn)LUENT 的缺省能量方程不包含這一項(xiàng)（粘性耗散項(xiàng)）（因?yàn)橐话慊液雎哉承援a(chǎn)生的熱量） 。當(dāng) Brinkman 數(shù)，Br，接近或大于 1 時(shí)，流體粘性生成的熱量不可忽視：當(dāng)用戶的問題需要考慮粘性耗散項(xiàng)，并且使用的是分離式求解器時(shí)，用戶應(yīng)該在 Viscous Model panel 面板中使用 Viscous Heating 選項(xiàng)激活此項(xiàng)。對(duì)于一般的可壓縮流動(dòng)，需要注意的是，如果用戶已經(jīng)定義了可壓縮流動(dòng)，但使用了分離式求解器，F(xiàn)LUENT 不會(huì)自動(dòng)激活粘性耗散選項(xiàng)。對(duì)于任一種耦合式求解器，在求解能量方程時(shí)，粘性耗散項(xiàng)總是被考慮進(jìn)去。考慮組分?jǐn)U

21、散項(xiàng)：當(dāng)使用分離式求解器時(shí)，F(xiàn)LUET 允許用戶對(duì)固體介質(zhì)設(shè)定各向異性的導(dǎo)熱率。如果使用分離式求解器，用戶可以禁止掉入口的能量擴(kuò)散來達(dá)到此目的。如果使用耦合式求解器，那么，入口區(qū)的擴(kuò)散傳熱不能禁止掉。如果模擬的是粘性流動(dòng)，并且希望在能量方程中包含粘性生成熱，請(qǐng)?jiān)?Viscous Model panel.面板中激活 Viscous Heating 選項(xiàng) （可選的， 且僅適用于離散求解器，）。在使用離散求解器時(shí)，缺省情況下，F(xiàn)LUENT 在能量方程中忽略了粘性生成熱（各個(gè)耦合求解器總是包含有粘性生成熱） 。對(duì)于流體剪切應(yīng)力較大（例如流體潤(rùn)滑問題） ，和或高速可壓縮流動(dòng)（請(qǐng)參閱方程 11.2-9）

22、，用戶應(yīng)該考慮粘性耗散。傳熱計(jì)算的求解過程中，能量方程的亞松弛當(dāng)用戶使用分離式求解器時(shí)，F(xiàn)LUENT 使用亞松弛參數(shù)（系數(shù)，在 Solution Controls panel面板中由用戶定義，請(qǐng)參閱 22.9 節(jié)）來對(duì)能量方程進(jìn)行亞松弛處理。如果使用分離式求解器時(shí)收斂困難， 那么， 用戶可以考慮在 Species Model panel.面板中禁止Diffusion Energy Source 選項(xiàng)。需要注意的是，對(duì)于任何耦合求解器，總是包含有組分?jǐn)U散的影響。對(duì)于傳熱計(jì)算，更有效的計(jì)算策略是先計(jì)算絕熱流動(dòng)，然后再考慮能量方程的計(jì)算。依據(jù)流動(dòng)與傳熱是否耦合，求解過程稍有不同。若用戶的問題是非耦合

23、的流動(dòng)-傳熱過程（沒有依賴于溫度的介質(zhì)屬性或浮力） ，那么，用戶可以先求解絕熱流動(dòng) （屏蔽掉能量方程） 以得到收斂的流場(chǎng)， 然后再單獨(dú)求解能量輸運(yùn)方程。由于耦合求解器同時(shí)求解流動(dòng)與能量方程，所以，上述的能量方程單獨(dú)求解過程僅對(duì)分離式求解器有效。流動(dòng)與傳熱的耦合計(jì)算對(duì)于流動(dòng)與傳熱耦合問題（例如，模型中包含有依賴于溫度的介質(zhì)屬性或浮力） ，在計(jì)算能量方程之前，用戶可以首先求解流動(dòng)方程。獲得收斂的流場(chǎng)計(jì)算結(jié)果之后，用戶可以再選擇能量方程，然后同時(shí)求解流動(dòng)與傳熱方程，最終獲得問題的完整解。在 FLUENT 的非耦合求解器中，入口的物質(zhì)凈輸送量由對(duì)流量和擴(kuò)散量組成，對(duì)耦合解算器，只包括對(duì)流部分。對(duì)流部分

24、由你指定的物質(zhì)濃度確定。擴(kuò)散部分依賴于計(jì)算得到的物質(zhì)濃度場(chǎng)。因此，擴(kuò)散部分（從而使凈輸送量）不預(yù)先指定。9多相流模型VOF模型所謂 VOF 模型是一種在固定的歐拉網(wǎng)格下的表面跟蹤方法。當(dāng)需要得到一種或多種互不相融流體間的交界面時(shí)，可以采用這種模型。在 VOF模型中， 不同的流體組分共用著一套動(dòng)量方程，計(jì)算時(shí)在全流場(chǎng)的每個(gè)計(jì)算單元內(nèi)，都記錄下各流體組分所占有的體積率。VOF 模型的應(yīng)用例子包括分層流，自由面流動(dòng)，灌注，晃動(dòng)，液體中大氣泡的流動(dòng)，水壩決堤時(shí)的水流，對(duì)噴射衰竭（jet breakup）(表面張力)的預(yù)測(cè)，以及求得任意液氣分界面的穩(wěn)態(tài)或瞬時(shí)分界面混合物模型混和物模型可用于兩相流或多相流

25、（流體或顆粒）。因?yàn)樵跉W拉模型中， 各相被處理為互相貫通的連續(xù)體，混和物模型求解的是混合物的動(dòng)量方程， 并通過相對(duì)速度來描述離散相?；旌衔锬Ｐ偷膽?yīng)用包括低負(fù)載的粒子負(fù)載流，氣泡流，沉降，以及旋風(fēng)分離器?；旌衔锬Ｐ鸵部捎糜跊]有離散相相對(duì)速度的均勻多相流。歐拉模型歐拉模型是 Fluent 中最復(fù)雜的多相流模型。它建立了一套包含有 n 個(gè)的動(dòng)量方程和連續(xù)方程來求解每一相。 壓力項(xiàng)和各界面交換系數(shù)是耦合在一起的。耦合的方式則依賴于所含相的情況，顆粒流（流固）的處理與非顆粒流（流-流）是不同的。對(duì)于顆粒流，可應(yīng)用分子運(yùn)動(dòng)理論來求得流動(dòng)特性。不同相之間的動(dòng)量交換也依賴于混合物的類別。通過 FLUENT 的

26、客戶自定義函數(shù)（user-defined functions），你可以自己定義動(dòng)量交換的計(jì)算方式。歐拉模型的應(yīng)用包括氣泡柱，上浮，顆粒懸浮，以及流化床。對(duì)于體積率小于 10的氣泡、液滴和粒子負(fù)載流動(dòng)，采用離散相模型。對(duì)于離散相混合物或者單獨(dú)的離散相體積率超出 10的氣泡、液滴和粒子負(fù)載流動(dòng)，采用混合物模型。或者歐拉模型。對(duì)于活塞流，采用 VOF 模型。對(duì)于分層/自由面流動(dòng)，采用 VOF 模型。對(duì)于氣動(dòng)輸運(yùn)， 如果是均勻流動(dòng)， 則采用混合物模型； 如果是粒子流見，則采用歐拉模型。對(duì)于流化床，采用歐拉模型模擬粒子流。·對(duì)于泥漿流和水力輸運(yùn)，采用混合物模型或歐拉模型對(duì)于沉降，采用歐拉模型。

27、對(duì)于更加一般的，同時(shí)包含若干種多相流模式的情況，應(yīng)根據(jù)最感興趣的流動(dòng)特征，選擇合適的流動(dòng)模型。此時(shí)由于模型只是對(duì)部分流動(dòng)特征做了較好模擬，其精度必然低于只包含單個(gè)模式的流動(dòng)。對(duì)于分層流和活塞流，最直接的就是選擇 VOF 模型，離散相模型只適用于低體積率的情況。但同時(shí)，也只有離散相模型才允許你指定顆粒的分布或者在多相流模型中同時(shí)加入燃燒模型。9通用多相流模型VOF模型適合于分層的或自由表面流，而mixture和Eulerian模型適合于流動(dòng)中有相混合或分離，或者分散相的 volume fraction 超過 10%的情形。（流動(dòng)中分散相的 volume fraction 小于或等于 10%時(shí)可使

28、用第 19 章討論過的離散相模型） 。為了在 mixture 模型和 Eulerian 模型之間作出選擇，除了 Section18.4 中詳細(xì)的指導(dǎo)外，你還應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：如果分散相有著寬廣的分布，mixture 模型是最可取的。如果分散相只集中在區(qū)域的一部分，你應(yīng)當(dāng)使用 Eulerian 模型。如果應(yīng)用于你的系統(tǒng)的相間曳力規(guī)律是可利用的（either within FLUENT or through a user-defined function） ，Eulerian 模型通常比 mixture 模型能給出更精確的結(jié)果。如果相間的曳力規(guī)律不知道或者它們應(yīng)用于你的系統(tǒng)是有疑問的，mixture

29、 模型可能是更好的選擇。如果你想解一個(gè)需要計(jì)算付出較少的簡(jiǎn)單的問題，mixture 模型可能是更好的選擇，因?yàn)樗?Eulerian 模型要少解一部分方程。如果精度比計(jì)算付出更重要，Eulerian 模型是更好的選擇。但是請(qǐng)記住，復(fù)雜的 Eulerian 模型比 mixture 模型的計(jì)算穩(wěn)定性要差。10松弛因子為了改進(jìn)耦合計(jì)算的收斂性，用戶可減小松弛系數(shù)。由于流體力學(xué)中要求解非線性的方程,在求解過程中,控制變量的變化是很必要的,這就通過松弛因子來實(shí)現(xiàn)的.它控制變量在每次迭代中的變化.也就是說,變量的新值為原值加上變化量乘以松弛因子. 如:A1=A0+B*DETA A1 新值 A0

30、原值 B 松弛因子 DETA 變化量 松弛因子可控制收斂的速度和改善收斂的狀況! 為 1,相當(dāng)于不用松弛因子 大于 1,為超松弛因子,加快收斂速度 小于 1,欠松弛因子,改善收斂的條件 一般來講,大家都是在收斂不好的時(shí)候， 采用一個(gè)較小的欠松弛因子。 Fluent 里面用的是欠松弛，主要防止兩次迭代值相差太大引起發(fā)散。 松弛因子的值在 01 之間，越小表示兩次迭代值之間變化越小，也就越穩(wěn) 定，但收斂也就越慢。 a 亞孫持因子 1、亞松馳（Under Relaxation）：所謂亞松馳就是將本層次計(jì)算結(jié)果與上 一層次結(jié)果的差值作適當(dāng)縮減， 以避免由于差值過大而引起非線性迭代過程的發(fā) 散。用通用變

31、量來寫出時(shí)，為松馳因子（Relaxation Factors）。數(shù)值傳熱學(xué) -214 2、FLUENT 中的亞松馳：由于 FLUENT 所解方程組的非線性，我們有必要控制的變化。一般用亞松馳方法來實(shí)現(xiàn)控制，該方法在每一部迭代中減少了的變 化量。亞松馳最簡(jiǎn)單的形式為：?jiǎn)卧獌?nèi)變量 等于原來的值 加上亞松馳因子 a 與 變化的積分離解算器使用亞松馳來控制每一步迭代中的計(jì)算變量的更新。這 就意味著使用分離解算器解的方程，包括耦合解算器所解的非耦合方程（湍流和 其他標(biāo)量）都會(huì)有一個(gè)相關(guān)的亞松馳因子。 注：在 FLUENT 中，所有變量的默認(rèn)亞松馳因子都是對(duì)大多數(shù)問題的最優(yōu) 值。這個(gè)值適合于很多問題，但是對(duì)于一些特殊的非線性問題（如：某些湍流或 者高 Rayleigh 數(shù)自然對(duì)流問題），在計(jì)算開始時(shí)要慎重減小亞松馳因子。 使用默認(rèn)的亞松馳因子開始計(jì)算是很好的習(xí)慣。如果經(jīng)過 4 到 5 步的迭代 殘差仍然增長(zhǎng)，你就需要減小亞松馳因子。 有時(shí)候，如果發(fā)現(xiàn)殘差開始增加，你可以改變亞松馳因子重新計(jì)算。在亞松 馳因子過大