Fluent入門基礎(chǔ)培訓(xùn)(共43張)(PPT 43頁)

1、 基礎(chǔ)第1頁，共43頁。主要內(nèi)容發(fā)展歷史基本功能軟件結(jié)構(gòu)及常用文件類型安裝方法（基于6.3版本）基本概念求解器的選擇離散格式初始化邊界條件的設(shè)定可用的參考資料第2頁，共43頁。發(fā)展歷史1975年 謝菲爾德大學(xué)（）開發(fā)了1983年 美國的流體技術(shù)服務(wù)公司推出 1988年 .成立 1995年 收購最大對手公司（ ） 1997年 收購公司（粘彈性和聚合物流動模擬） 2006年 被收購 在被收購后為6.3版本2009年6月發(fā)布12.0版本2010年底發(fā)布13.0版本2011年底發(fā)布14.0版本第3頁，共43頁。基本功能（1）可壓縮與不可壓縮流動問題；穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)流動問題；無粘流、層流及湍流問題；牛頓流體

2、及非牛頓流體；對流換熱問題（包括自然對流和混合對流）；導(dǎo)熱與對流換熱耦合問題；輻射換熱；慣性坐標(biāo)系和非慣性坐標(biāo)系下的流動問題模擬；第4頁，共43頁?；竟δ埽?）多運(yùn)動坐標(biāo)系下的流動問題；化學(xué)組分混合與反應(yīng)；可以處理熱量、質(zhì)量、動量和化學(xué)組分的源項；用 軌道模型模擬稀疏相（顆粒，水滴，氣泡等）；多孔介質(zhì)流動；一維風(fēng)扇、熱交換器性能計算；兩相流問題；復(fù)雜表面形狀下的自由面流動。第5頁，共43頁。軟件結(jié)構(gòu)及常用文件類型（1）包應(yīng)該包括以下幾個部分：解法器，用于模擬燃燒過程，網(wǎng)格生成，額外的處理器，用于從現(xiàn)有的邊界網(wǎng)格生成體網(wǎng)格。()，轉(zhuǎn)換其它程序生成的網(wǎng)格，用于計算?？梢越涌诘某绦虬ǎ? , ,

3、 等。第6頁，共43頁。軟件結(jié)構(gòu)及常用文件類型（2）GAMBIT設(shè)置幾何形狀生成2D或3D網(wǎng)格其它軟件包，如CAD，CAE等FLUENT網(wǎng)格輸入及調(diào)整物理模型邊界條件流體物性確定計算結(jié)果后處理TGrid2D三角網(wǎng)格3D四面體網(wǎng)格2D和3D混合網(wǎng)格prePDFPDF查表2D或3D網(wǎng)格幾何形狀或網(wǎng)格PDF程序網(wǎng)格邊界和（或）體網(wǎng)格邊界網(wǎng)格基本程序結(jié)構(gòu)示意圖第7頁，共43頁。軟件結(jié)構(gòu)及常用文件類型（3）軟件文件類型：文件：日志文檔，可以編輯運(yùn)行。 文件：工作文件，若想修改網(wǎng)格， 可以打開進(jìn)行再編輯, 可以打開進(jìn)行再編輯。 文件：輸出的網(wǎng)格文件。文件：文件經(jīng)過處理后得到的文件。文件： 計算數(shù)據(jù)結(jié)果的數(shù)

4、據(jù)文件。第8頁，共43頁。安裝方法最初只支持操作系統(tǒng)，面向高端用戶。隨著的普及，也開始支持系統(tǒng)。但其前處理軟件仍然需要在系統(tǒng)下運(yùn)行。所以在安裝前，要安裝一個模擬系統(tǒng)的軟件?；?.3的軟件安裝及破解方法：1. 安裝之前，時間調(diào)整到2005年；2. 先裝（安裝文件在X:9.0 ），再裝，最后裝；3. 按照提示，復(fù)制相應(yīng)的許可證到和的目錄里；4. 設(shè)置初始環(huán)境；5. 設(shè)置完初始環(huán)境之后，把時間調(diào)整過來，重啟電腦！第9頁，共43頁?；靖拍睿?）理想與實際流體：根據(jù)是否考慮流體的粘性，可將流體分為理想流體和實際流體?？蓧嚎s流體與不可壓縮流體：根據(jù)流體壓縮性的大小，可將流體分為可壓縮流體與不可壓縮流體

5、。密度隨壓強(qiáng)變化大且不可視為常數(shù)的為可壓縮流體，反之，稱為不可壓縮流體。 正常情況下，液體和低速氣體（50）可視為不可壓縮流體。牛頓流體和非牛頓流體：根據(jù)流體是否滿足牛頓內(nèi)摩擦定律，可將流體分為牛頓流體和非牛頓流體。符合牛頓內(nèi)摩擦定律，也就是切應(yīng)力與速度梯度成正比的流體為牛頓流體。 水、酒精等大多數(shù)純液體、輕質(zhì)油、低分子化合物溶液以及低速流動的氣體等均為牛頓流體； 非牛頓流體：油漆、稀潤滑脂、高分子溶液、乳化液、淀粉糊、石灰漿、牛奶、牙膏、血液、泥漿等。第10頁，共43頁?；靖拍睿?）層流和湍流：層流是流體運(yùn)動規(guī)則，各部分分層流動互不摻混，質(zhì)點(diǎn)的軌線是光滑的，而且流動穩(wěn)定。湍流的特征則完全相

6、反，流體運(yùn)動極不規(guī)則，各部分激烈摻混，質(zhì)點(diǎn)的軌線雜亂無章，而且流場極不穩(wěn)定。這兩種截然不同的運(yùn)動形態(tài)在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。可用雷諾數(shù)進(jìn)行判定。雷諾數(shù)是流體慣性力與黏性力比值的量度，它是一個無量綱量。 雷諾數(shù)較小時，黏滯力對流場的影響大于慣性力，流場中流速的擾動會因黏滯力而衰減，流體流動穩(wěn)定，為層流；反之，若雷諾數(shù)較大時，慣性力對流場的影響大于黏滯力，流體流動較不穩(wěn)定，流速的微小變化容易發(fā)展、增強(qiáng)，形成紊亂、不規(guī)則的紊流流場。第11頁，共43頁。基本概念（3）定常流動和非定常流動：以時間為標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)流體流動的物理量（如速度、壓力、溫度等）是否隨時間變化，將流動分為定常與非定常兩大類。當(dāng)流動的

7、物理量不隨時間變化，為定常流動；反之稱為非定常流動。 許多流體機(jī)械在起動或關(guān)機(jī)時的流體流動一般是非定常流動，而正常運(yùn)轉(zhuǎn)時可看作是定常流動。第12頁，共43頁。基本概念（4）亞音速流動與超音速流動：當(dāng)氣流速度很大，或者流場壓力變化很大時，流體就受到了壓縮性的影響。馬赫數(shù)是流體速度與當(dāng)?shù)匾羲僦戎?，而音速在不同高度、溫度等狀態(tài)下又有不同數(shù)值，因此無法將 的數(shù)值換算為固定的 或 等單位。1時，為亞音速流動；1，超音速流動。第13頁，共43頁?；靖拍睿?）熱傳導(dǎo)及擴(kuò)散：當(dāng)流體中存在溫度差時，溫度高的地方將向溫度低的地方傳送熱量，這種現(xiàn)象稱為熱傳導(dǎo)。同樣地，當(dāng)流體混合物中存在組元的濃度差時，濃度高的地

8、方將向濃度低的地方輸送該組元的物質(zhì)，這種現(xiàn)象稱為擴(kuò)散。 理想流體忽略了粘性，即忽略了分子運(yùn)動的動量輸運(yùn)性質(zhì)，因此在理想流體中也不應(yīng)考慮質(zhì)量和能量輸運(yùn)性質(zhì)擴(kuò)散和熱傳導(dǎo)，因為它們具有相同的微觀機(jī)制。第14頁，共43頁?；靖拍睿?）有旋流動和無旋流動：有旋流動是指流場中各處的旋度(流體微團(tuán)的旋轉(zhuǎn)角速度)不等于零的流動，無旋流動是指流場中各處的旋度都為零的流動。流體運(yùn)動是有旋流動還是無旋流動，取決于流體微團(tuán)是否有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，與流體微團(tuán)的運(yùn)動軌跡無關(guān)。流體流動中，如果考慮粘性，由于存在摩擦力，這時流動為有旋流動：如果粘性可以忽略，而流體本身又是無旋流，這時流動為無旋流動。 例如，均勻氣流流過平板，在緊靠

9、壁面的附面層內(nèi)，需要考慮粘性影響，因此，附面層內(nèi)為有旋流動，附面層外的流動，就性可以忽略，為無旋流動。第15頁，共43頁。求解器選擇（1）求解器： (1) 2d二維單精度求解器；(2) 3d三維單精度求解器：(3) 2二維雙精度求解器；(4) 3三維雙精度求解器。第16頁，共43頁。求解器選擇（2）中有兩種求解器 壓力基和密度基。壓力基求解器以動量和壓力為基本變量通過連續(xù)性方程導(dǎo)出壓力和速度的耦合算法只采用隱式方式對控制方程進(jìn)行線性化壓力基求解器有兩種算法分離求解器 壓力修正和動量方程順序求解。耦合求解器()壓力和動量方程同時求解 用哪種壓力梯度來計算控制方程中的導(dǎo)數(shù)項。第17頁，共43頁。求

10、解器選擇（3）壓力基求解器通過連續(xù)性方程和動量方程導(dǎo)出壓力方程或壓力修正方程壓力-速度耦合方程求解算法 ()默認(rèn)算法，穩(wěn)健性好 ()對簡單問題，收斂更快，如層流 ()對非穩(wěn)態(tài)流動或者高扭曲度網(wǎng)格有用壓力基耦合求解器第18頁，共43頁。求解器選擇（4）密度基耦合求解器以矢量方式求解連續(xù)性方程、動量方程、能量方程和組分方程通過狀態(tài)方程得到壓力其他標(biāo)量方程按照分離方式求解 可以顯式或隱式方式求解隱式: 使用高斯賽德爾方法求解所有變量顯式: 用多步龍格庫塔顯式時間積分法。第19頁，共43頁。求解器選擇（5）第20頁，共43頁。求解器選擇（6）第21頁，共43頁。求解器選擇（7）壓力基求解器應(yīng)用范圍覆蓋

11、從低壓不可壓縮流到高速壓縮流需要的內(nèi)存少求解過程靈活壓力基耦合求解器 () 適用于大多數(shù)單相流，比分離求解器性能更好不能用于多相流（歐拉）、周期質(zhì)量流和 比分離求解器多用1.52倍內(nèi)存密度基耦合求解器 ()適用于密度、能量、動量、組分間強(qiáng)耦合的現(xiàn)象例如: 伴有燃燒的高速可壓縮流動，超高音速流動、激波干擾隱式方法一般優(yōu)于顯式，因為其對時間步有嚴(yán)格的限制顯式方法一般用于流動時間尺度和聲學(xué)時間尺度相當(dāng)?shù)那闆r（如高馬赫激波的傳播）第22頁，共43頁。離散格式（1）在對指定問題進(jìn)行計算之前，首先要將計算區(qū)域離散化，即對空間上連續(xù)的計算區(qū)域進(jìn)行劃分，把它劃分成許多個子區(qū)域，并確定每個區(qū)域中的節(jié)點(diǎn)，從而生成

12、網(wǎng)格。然后將控制方程在網(wǎng)格上離散，即將偏微分方程格式的控制方程轉(zhuǎn)化為各個節(jié)點(diǎn)上的代數(shù)方程組，然后求解離散方程組，得到各個節(jié)點(diǎn)上的解。節(jié)點(diǎn)之間的近似解，一般認(rèn)為光滑變化，原則上可以應(yīng)用插值方法確定，從而得到整個計算域上的近似解。這種插值方式被稱為離散格式（ ）第23頁，共43頁。離散格式（2）第24頁，共43頁。離散格式（3）對流項的插值方法有: 易收斂，一階精度 對低雷諾數(shù)流動 ( 第33頁，共43頁。邊界條件的設(shè)定（3）表壓operating pressure壓力水平operating pressure絕對壓力真空如果流動是亞聲速的，則會忽略 ，它是由指定的駐點(diǎn)值來計算的。這里給出的表壓強(qiáng)的

13、大小，是入口邊界上的總壓。第34頁，共43頁。邊界條件的設(shè)定（4）質(zhì)量流量進(jìn)口邊界條件()：給定入口邊界上的質(zhì)量流量。主要用于可壓縮流動問題，對于不可壓縮問題，由于密度是常數(shù)，可以使用速度入口條件。如果壓力邊界條件和質(zhì)量邊界條件都適合流動時，優(yōu)先選擇用壓力進(jìn)口條件。壓力出口邊界條件()：需要給定出口靜壓（表壓）。而且，該壓力只用于亞音速計算。如果局部變成超音速，則根據(jù)前面來流條件外推出口邊界條件。需要特別指出的是，這里的壓力是相對于前面給定的工作壓力。如果有回流出現(xiàn)，給的表壓將視為總壓，所以不必給出回流壓力?；亓髁鲃臃较蚺c出口邊界垂直。第35頁，共43頁。邊界條件的設(shè)定（5）第36頁，共43頁

14、。邊界條件的設(shè)定（6）壓力遠(yuǎn)場邊界條件(): 如果知道來流的靜壓和馬赫數(shù)，提供了的壓力遠(yuǎn)場邊界條件來模擬該類問題。該邊界條件只適合用理想氣體定律計算密度的問題，而不能用于其它問題。為了滿足壓力遠(yuǎn)場條件，需要把邊界放到我們關(guān)心區(qū)域足夠遠(yuǎn)的地方。給定邊界靜壓和溫度及馬赫數(shù)。可以是亞音速，跨音速或者超音速，并且需要給定流動方向，如果有需要還必須給定湍流量等參數(shù)。第37頁，共43頁。邊界條件的設(shè)定（7）第38頁，共43頁。邊界條件的設(shè)定（8）自由流出邊界條件(): 不知道流出口的壓力或者速度，這時候可以選擇流出邊界條件。如下列情況，不能用流出邊界條件：包含壓力進(jìn)口條件可壓速流動問題有密度變化的非穩(wěn)定流動問題（即使是不可壓速流動）第39頁，共