FLUENT軟件實際入門操作

1、求解技術（Solve）SolveControlsSolution計算格式的選擇一階迎風格式：適用于流動方向與網格方向基本一致，結構化網格。具有穩(wěn)定性高，計算速度快的優(yōu)點。在網格方向與流動方向不一致時，產生的數值誤差比較大。二階格式：計算時間比較長，收斂性差。合適的計算方式：在計算開始時先用一階格式進行計算以獲得一個相對粗糙的解，在計算收斂后再用二階格式完成計算以提高解的精度。避免二階格式收斂性差、計算時間長的問題，也避免了一階格式在復雜流場計算中數值誤差大的問題。QUICK格式：對于結構網格計算旋轉流動問題時，計算精度高，但在其它情況下，QUCIK格式的精度與二階格式相當。指數律格式：與一階格

2、式精度基本相同。中心差分：在LES湍流模型中使用，且應該在網格足夠密集、局部Peclet數小于1的情況下使用。壓強插值格式的選擇1在徹體力對流場有很大影響的情況下，應該選擇徹體力加權 （body-force-weighted）格式。 2 在流場中有渦量很大的集中渦、高雷諾數自然對流、高速旋轉流、多孔介質，以及流線曲率很大時，應該選擇PRESTO!格式。 3 對于可壓流，應該使用二階格式。 4 二階格式不能用于多孔介質計算和多相流計算中的混合物模型及VOF 模型。在其他情況下，為了提高精度可以選用二階格式。密度插值格式的選擇在用分離算法計算單相可壓流時，有三種密度插值格式可供選擇，即一階迎風格式

3、、二階格式和 QUICK 格式。一階迎風格式具有良好的穩(wěn)定性，但是在計算帶激波的可壓流時，會對激波解產生“抹平”作用，因此應該選用二階格式或 QUICK 格式。在用四邊形網格、六面體網格或混合網格計算帶激波的流動時，最好使用 QUICK 格式計算所有變量。需要注意的是，在計算可壓多項流時，只能用一階迎風格式計算可壓縮相的流動。SolveControlsSolutionDiscretization(離散)定義動量、能量、湍流動能等項目，有一階迎風格式、二階迎風格式、指數律格式、QUICK格式和中心差分格式（在LES湍流模式計算中），也可以在使用耦合求解器時，定義湍流動能、湍流耗散率等項目，并為這

4、些項目選擇一階迎風格式、二階迎風格式。Pressure-Velocity Coupling（壓強速度關聯）SIMPLE：FLUENT缺省設定格式。SIMPLEC：（1）穩(wěn)定性較好，可以將亞松弛因子適當放大。 （2）在層流計算中，在沒有使用輻射模型等輔助方程時可以大大加速計算收斂速度。在復雜流動計算中，二者收斂速度相差不多。PISO：（1）非定常計算 （2）允許使用較大的時間步長進行計算，可以縮短計算時間（大渦模擬LES這類網格劃分較密集，時間步長小的除外） （3）處理網格畸變較大的問題，如果在 PISO 格式中使用鄰近修正（對動量進行修正）（neighbor correction），可以將亞松

5、弛因子設為1.0或接近于1.0的值。而在使用畸變修正（skewness correction）時，則應該將動量和壓強的亞松弛因子之和設為1.0，比如將壓強的亞松弛因子設為 0.3，將動量的亞松弛因子設為0.7。如果同時采用兩種修正形式，則應將所有松弛因子設為1.0或接近于1.0的值。Under-Relaxation Factors（亞松弛因子）條件：復雜流動情況下，缺省設置不能滿足穩(wěn)定性要求，計算過程中可能出現振蕩、發(fā)散等情況，減小亞松弛因子，以保證計算收斂。如果實際的殘差曲線向上發(fā)展，則中斷計算，適當調整亞松弛因子。計算發(fā)散時，可以考慮將壓強、動量、湍流動能和湍流耗散率的亞松弛因子的缺省值分

6、別降低為 0.2、0.5、0.5、0.5。庫朗數庫朗數越大，時間步長就越長，計算收斂速度就越快。庫朗數都應該在允許的范圍內盡量取最大值。SolveControlsLimits設置求解極限意義：避免出現非物理解，比如密度或溫度變成負值，或者大得遠選超過真實值。SolveInitializeInitialize全局初始化開始進行計算之前，必須為流場設定一個初始值。設定初始值的過程被稱為“初始化”。初始化的步驟：（1） 設定初始值 用某個區(qū)域上設定的初始值進行全局初始化Compute From-選擇需要定義初始值的區(qū)域名-Initial Values 用平均值的辦法對流場進行初始化Compute F

7、rom-all-zones-Initial Values（2）對于動網格，通過“Absolute”or“Relative to Cell Zone”來決定。（3）點擊Init。SolveInitializeInitialize初始值進行局部修補步驟：（1） 在Variable(變量)列表中選擇需要修補的變量名。（2） 在Zones To Patch（需要修補的區(qū)域）或Registers To Patch（需要修補的標記區(qū)）中選擇需要修補變量所在的區(qū)域。（3） 如果需要將變量的值修補為常數，則直接在輸入欄中輸入變量的值。如果需要用一個預先設定的函數定義變量，可以在Use Field Functi

8、on（使用場變量函數）中的Field Function（場函數）列表中選擇合適的場函數。（4） 如果需要修補的變量為速度，則除了定義速度的大小，還要定義速度為絕對速度，還是相對速度。（5）點擊Patch（修補）按鈕更新流場數據。流場求解SolveIterate定常問題計算時間相關問題的計算FLUENT模擬的時間相關問題：旋渦卷動、可壓縮振蕩、瞬態(tài)熱傳導、瞬態(tài)化學反應與混合流動等問題，比如圓柱后面卡門渦街中旋渦的生成和脫落過程等等。求解器設置步驟：（1） 求解器面板的啟動步驟為：Define-Models-Solver.首先選中Unsteady（非定常）選項，然后再在Unsteady Formu

9、lation（非定常算法）中選擇所需要的算法。在選擇耦合顯式求解器時，可以使用 Explicit（顯式）格式。顯式格式主要用于激波等波動解的捕捉問題。 在使用分離求解器時，還可以選擇 Use Frozen Flux Formulation（使用凍結通量格式）選項，但是這個選項只能在用分離求解器計算單相流問題時使用，同時計算中還不能使用動網格技術。（2） 定義相關物理模型和邊界條件。（3） 如果選用了分離求解器，則應該在壓強速度關聯方法中選擇 PISO格式。在用LES湍流模型計算湍流問題時，不應該選擇 PISO格式，那樣會增加系統資源消耗。（4） 如果使用的是顯式非定常計算或適應性時間推進法，應

10、該在每步迭代中打開當前時間或當前時間步長的print選項。這項操作在 Statistic Monitors（統計數據監(jiān)視器）面板中完成，通過下列菜單操作可以進入這個面板：Solve-Monitors-Statistic.在 Statistics（統計數據）列表中選擇time（時間）或delta_time（時間增量），并打開Print選項。 當FLUENT在控制臺窗口打印殘差信息時， 就會出現當前時間或當前時間步長。 （5） 可以用Force Monitors（受力監(jiān)視器）或 Surface Monitors（表面監(jiān)視器）面板監(jiān)視隨時間變化的受力系數的值或平均值、質量平均值、積分或場變量通量，或

11、者任意一個函數在表面上隨時間變化的情況。（6） 用Solution Initialization（求解初始化）面板設定初始條件： Solve-Initialize-Initialize. 還可以讀入一個定常狀態(tài)的數據文件來設定初始條件： File-Read-Data.（7） 用自動保存功能定義文件名和在迭代過程中自動保存算例文件和數據文件的頻率： File-Write-Autosave. 還可以用 Execute Commands（執(zhí)行命令）面板自動執(zhí)行系統命令。（8） 如果想創(chuàng)建解的動畫過程，可以使用 Solution Animation（求解動畫）面板設置動畫顯示參數。（9） 監(jiān)視時間數據

12、的步驟如下：1）在 Iterate（迭代）面板中打開 Data Sampling for Time Statistics（時間數據采樣）選項： Solve-Iterate. 打開這個選項可以同時顯式平均值和均方根值。2） 初始化流場統計數據：Solve-Initialize-Reset Statistics用這個菜單還可以在收集了一些數據后重置流場數據。比如在將時間采樣選項打開的情況下先計算10步，檢查計算結果，然后再計算10步，則時間統計數據中將包括前面10步的數據，除非重新對流場統計數據進行初始化。（10） 指定時間相關解的參數并開始計算，對于定常、非定常計算的步驟如下：1） 如果選擇一階

13、或二階精度隱式計算，步驟如下：Solve-Iterate.通常在計算開始時，時間步長取得較小，而在后續(xù)的計算中則可以逐步增加時間步長。在缺省設置中，時間步長是固定的，如果需要讓時間步長隨計算進程發(fā)生變化，可以選擇Adaptive Time Stepping（適應性時間推進）法中的 Adaptive（適應性步長）選項。2） 顯式非定常計算的步驟如下：在Solution Controls（求解過程控制）面板中保留Solver Parameter（求解器參數）缺省設置：Solve-Controls-Solution.Solve-Iterate.進行迭代監(jiān)視殘差Solve-Monitors-Resid

14、ual. or Plot-Residuals.分離算法中的殘差是守恒方程兩端數值的差值在所有網格點上的和，耦合算法中的殘差則是各變量的時間變化率在所有網格點上的均方根。各按鍵說明：Print: 是否在控制臺窗口中以文本方式輸出殘差的數值。Plot: 是否繪制殘差曲線。Iterations: 選擇保存幾個迭代步上的殘差值。Normalize: 否對殘差進行正則化處理(殘差的正則化是將殘差值除以最大殘差值的變換過程)。Scale:是否進行縮尺處理。Plotting: 殘差的窗口顯示風格。Axes:字體。Curves:顯示線型。Iterations: 顯示迭代點數。監(jiān)視統計數據Solve-Monit

15、ors-Statistic.步驟：在計算過程中，可以監(jiān)視周期流動的壓強梯度和溫度比、非定常流動所用時間、適應性時間推進過程中的時間步長等參數。1）指定輸出類型2）選擇需要監(jiān)視的變量力和力矩監(jiān)視器Solve-Monitors-Force.步驟：（1） 指定輸出類型（2） 如果需要對作用在某個壁面上的力和力矩進行監(jiān)視，可以打開Per Zon（分區(qū)）選項。（3） 在Coefficient（系數）列表中選擇Drag（阻力）、Lift（升力）或Moment（力矩），以顯示相應的系數。（4） 在 Wall Zones（壁面區(qū)）列表中選擇壁面名稱。（5） 如果選擇顯示阻力或升力，則在 Force Vecto

16、r（力矢量）中輸入力矢量的 X、Y、Z 分量。如果選擇顯示力矩，則在Moment Center（力矩中心）中輸入力矩中心的直角坐標值，然后在About（轉動軸方向）列表中選擇力矩矢量的方向，即 X-Axis、Y-Axis或Z-Axis。（6） 點擊 Apply（應用）按鈕完成設置。如果需要設置其他參數，則重復上述過程。監(jiān)視表面積分Solve-Monitors-Surfaces.在每次迭代結束后，還可以在某個面上對特定的流場變量進行積分，并以文本、圖形和文件形式輸出積分結果。比如，在以計算壓強為目的的計算中，可以在某個面上監(jiān)視壓強的變化過程。步驟：（1） 在 Surfaces Monitors旁

17、邊的輸入欄中填入準備開啟的監(jiān)視器數量，也就是需要監(jiān)視變量的數量。（2） 在 Name（名稱）下面的欄目中加入各監(jiān)視器的名稱。在 Plot、Print、Write 下面選擇變量的輸出方式，即選擇圖形方式、文本方式和文件方式。（3） 在 Every下面選擇顯示變量的頻率，可以選擇每個 Iteration（迭代步） 、每個 Time Step（時間步）更新一次監(jiān)視器窗口。（4） 點擊 Define（定義）按鈕進入 Define Surface Monitors（定義表面監(jiān)視器）面板。（5） 在 Define Surface Monitors 面板中可以順序定義監(jiān)視器名稱、報告類型、X軸變量、顯示窗口

18、編號、變量名、積分表面、輸出文件名等等，還可以定義圖形顯示的字體、曲線線型等等。體積分監(jiān)視器Solve-Monitors-Volume.（與分積分監(jiān)視器相似）定義動畫演示序列Solve-Animate-Define.Animation Sequences:創(chuàng)建動畫的數量Active:激活Animation sequence:動畫序列Storage type:保存類型Display type:顯示類型包括：包括網格（Grid）、等值線（Contours）、矢量（Vector）、XY曲線（XY Plot）和監(jiān)視器（Monitor）五種形式。FLUENT保存動畫的方式：In memory內存，met

19、afile圖元，PPM Image位圖三種方式。如果生成的動畫不大，可以選擇保存在內存中。如果需要將動畫文件保存在硬盤上，可以選擇圖元或位圖方式。其中圖元格式的動畫文件占用硬盤空間比較大，如果硬盤空間不大，最好選擇位圖方式。Properties:進行詳細設置播放動畫Solve-Animate-Playback.Start Frame:開始幀End Frame:結束幀Play once:播放一次Auto repeat:自動重播Auto reverse:自動回放？計算過程中執(zhí)行命令Solve-Execute Commands.收斂判斷常規(guī)方法：觀察殘差曲線，曲線下降則意味著計算收斂。（下降3個數量

20、級可近似認為計算收斂）另外：觀察流場變量的變動情況，重要的流場變量在經過一段時間的計算不再變化，則意味著計算已經收斂。判據：流場變量的變化幅度。加速收斂解決辦法：減小亞松弛因子的值。原因：計算發(fā)散的最常見原因是由方程的非線性引起的，而亞松弛因子是用線性穩(wěn)定性分析得到的，因此減小亞松弛因子可以讓計算回到穩(wěn)定域中。其它原因：初始流場的設置引起，即初始流場給的過分粗糙。FLUENT的物理模型衡量流體可壓縮性的指標：馬赫數，馬赫數0.3時，氣體的壓縮性影響逐漸增強，必須考慮壓縮性影響。馬赫數：流場中某點的速度與該點處的聲速之比?？諝鈮嚎s性的重要參數。飛行器速度在Ma0.3以下可以認為是低速（可以不考慮

21、空氣壓縮性影響）；速度在Ma0.8以下的為亞音速；在Ma0.81.2上下為的跨音速；Ma1.25 的為超音速、Ma5.0以上的為高超音速?？蓧号c不可壓區(qū)別：可壓在計算過程中引入了粘性加熱效應，需要在定義粘性影響和湍流模型的Viscous面板中，打開Viscous Heating選項，同時需要在物質屬性設置中打開理想氣體選項，即在 Material 面板的 Density旁邊打開 Ideal-gas 選項?？蓧嚎s計算邊界條件設定：（1）在流場入口： 壓強入口條件：給定入口總溫、總壓，在超音速入口時，還需設定靜壓。 質量流入口：給定入口質量流和總溫。 （2）在流場出口： 壓強出口條件：給定出口靜壓

22、。 在計算結束后，可以報告的項目包括總溫、總壓和馬赫數等參數。無粘流DefineViscousInviscid湍流模型湍流模型計算比較：一方程模型（Spalart-Allmaras 模型）計算最快，二方程（ k模型、 k 模型、f v 2模型）模型次之，雷諾應力模型RSM最慢。近壁流動的處理：兩種方法（1）用半經驗公式將自由流中的湍流與壁面附近的流動連接起來，這種方法被稱為壁面函數法。（2）在壁面附近加密網格，同時調整湍流模型以包含壁面影響的方法，被稱為近壁模型法。多相流模型VOF模型 混合物模型 歐拉模型 適用范圍VOF模型：適合于求解分層流和需要追蹤自由表面的問題，比如水面的波動、容器內液

23、體的填充等等。適用于計算空氣和水這樣不能互相參混的流體流動，比如射流破裂過程、大型氣泡在液體中的運動、大壩溢流以及追蹤氣液自由表面的問題。計算中 VOF 法的限制是必須使用分離求解器，只有一種物相可以是可壓縮流體，不能計算流動方向的周期性流動、組元混合與反應流動和無粘流動，不能與大渦模擬（LES）同時進行計算，不能采用二階隱式時間推進格式，不能使用壁面的薄殼傳導模型。VOF 方法通常用于模擬流體的非定常運動過程，但是也可以模擬定常運動問題?；旌衔锬Ｐ停哼m合計算體積濃度大于10%的流動問題?；旌衔锬Ｐ褪且粋€簡化的多相流模型，可以用于模擬存在相對運動速度的多相流問題，其應用范圍包括粒子沉降過程、旋

24、風分離器以及小體積比的氣泡流動等問題。在使用上除了上面 VOF 法中提到的限制外，混合物模型還不能進行固化和熔化的計算。歐拉模型：適合計算體積濃度大于10%的流動問題。歐拉模型可以模擬的多相流問題中，如果內存足夠大的話，可以模擬任意數量物相的流動，但是在非常復雜的多相流問題中，計算的穩(wěn)定性也是對求解的一個限制。在歐拉模型計算中，各種物相受到的背景壓強是一樣的，每種物相的動量方程和連續(xù)性方程都是單獨求解的。對于流場中的固體顆粒，每種顆粒的溫度都可以用代數方程來計算，而剪切和粘性則用動力學理論求出。針對不同的物相，可以采用不同的阻力系數計算函數。計算中可以針對每一種物相，或其混合物，采用 k 湍流

25、模型進行湍流計算。 歐拉模型在計算上的限制是只能采用 k 模型進行湍流計算，只能對主要物相進行粒子跟蹤，不能模擬流向周期流、可壓流、無粘流、熔化和固化過程、組元輸運和化學反應流動，計算中不能使用二階隱式時間推進格式?；旌衔锬Ｐ团c歐拉模型的取舍方法（1）如果彌散相粒子廣泛地分布在流場各處，則采用混合物模型；如果彌散相粒子集中在流場的某個區(qū)域，則應該采用歐拉模型。（2）在相間阻力定律適用于所計算的問題時，歐拉模型通常比混合物模型的計算精度更高。如果不知道相間阻力定律是否適用于所計算的問題，則可以選擇使用混合物模型。（3）混合物模型需要的系統資源較少，計算速度較快。歐拉模型比混合物模型精度高，但是計

26、算時間長，穩(wěn)定性也較差。問題設置和計算流程Define - Models - Multiphase.面板上需要輸入的內容：VOF: 物相總數 計算格式 是否采用隱式徹體力計算混合物模型：物相總數 是否計算滑移速度 是否采用隱式徹體力計算 是否考慮空穴效應 歐拉模型：物相總數 是否考慮空穴效應 物相總數最多可以設置為20注：在混合模型中可以關閉滑移速度，讓所有物相以同一速度運動。如果在計算中需要考慮某個物相的壓縮性，最好將這個物相設為主要物相（primary phase）。如果在某個邊界上設定了總壓（total pressure）值，則在同一個邊界上設定的溫度值，對于可壓縮物相就等于其總溫，而對

27、于不可壓物相則等于其靜溫。對于質量流入口條件（mass flow inlet），需要定義每一個物相的質量流或質量通量。材料拷貝Define - Materials.VOF模型Interaction（干擾）： 表面張力以及壁面附著混合物模型混合物模型中主要相和次要相的定義過程與VOF模型基本一樣，區(qū)別是在定義次要相時可以定義顆粒的直徑。歐拉模型顆粒次要相的設置過程：(1)在Phase（物相列表中選擇phase-2）(2)點擊Set按鈕打開Secondary Phase（次要相）面板(3) 在 Name（名稱）欄中設定物相名稱(4) 在 Phase Material（物相材料）列表中選擇物相材料(5) 定義材料性質(6) 打開 Granular（顆粒）選項（7）如果要凍結顆粒相的速度場，則打開 Packed Bed（充填床）選項。打開這個選項后，在流場的其他區(qū)域也要將顆粒相的速度定義為 0（8）在 Secondary Phase（次要相）面板中定義下列參數，即直徑、顆粒粘度、體積粘度、摩擦粘度、內摩擦角、顆粒擴散系數、最大體積百分比等參數，這些參數均用于計算相間動量和能量交換過程計算。（9）點擊 O