燃燒仿真軟件：ANSYS Fluent：軟件介紹與安裝教程

燃燒仿真軟件：ANSYSFluent：軟件介紹與安裝教程1軟件概述1.1ANSYSFluent簡(jiǎn)介ANSYSFluent是一款業(yè)界領(lǐng)先的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)軟件，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)、能源、化工等多個(gè)領(lǐng)域。它能夠模擬從低速到超音速、從層流到湍流、從不可壓縮到可壓縮流體的復(fù)雜流動(dòng)現(xiàn)象，同時(shí)支持多種物理模型，如傳熱、化學(xué)反應(yīng)、燃燒、多相流等。Fluent以其強(qiáng)大的網(wǎng)格適應(yīng)性、高效的求解算法和直觀的用戶(hù)界面而著稱(chēng)，使用戶(hù)能夠快速準(zhǔn)確地進(jìn)行仿真分析。1.2燃燒仿真在ANSYSFluent中的應(yīng)用在ANSYSFluent中，燃燒仿真主要通過(guò)化學(xué)反應(yīng)模型來(lái)實(shí)現(xiàn)。軟件提供了多種燃燒模型，包括層流火焰?zhèn)鞑ツＰ汀⑼牧魅紵Ｐ?、非預(yù)混燃燒模型、預(yù)混燃燒模型等，以適應(yīng)不同類(lèi)型的燃燒過(guò)程。例如，對(duì)于預(yù)混燃燒，F(xiàn)luent使用了基于組分輸運(yùn)方程的模型，能夠精確模擬燃料與氧化劑的混合和燃燒過(guò)程。此外，F(xiàn)luent還支持用戶(hù)自定義化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，允許導(dǎo)入詳細(xì)的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理文件，如CHEMKIN格式，以進(jìn)行更精確的燃燒仿真。1.2.1示例：預(yù)混燃燒仿真設(shè)置假設(shè)我們正在模擬一個(gè)預(yù)混燃燒過(guò)程，以下是在ANSYSFluent中設(shè)置預(yù)混燃燒模型的步驟：選擇模型：在“Model”菜單下，選擇“Combustion”->“Premixed”。定義化學(xué)反應(yīng)：在“Species”->“ChemicalReaction”中，導(dǎo)入CHEMKIN格式的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理文件。設(shè)置邊界條件：在“BoundaryConditions”中，定義燃料和氧化劑的入口條件，以及燃燒室的出口條件。初始化計(jì)算域：在“Solution”->“Initialize”中，選擇“HybridInitialization”以結(jié)合入口和出口條件初始化計(jì)算域。求解設(shè)置：在“Solution”->“Controls”->“Solution”中，設(shè)置求解器的迭代參數(shù)，如最大迭代次數(shù)、收斂準(zhǔn)則等。運(yùn)行求解器：在“Solution”->“RunCalculation”中，開(kāi)始計(jì)算。#示例：CHEMKIN格式的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理文件導(dǎo)入命令

#假設(shè)文件名為mech.inp，位于當(dāng)前工作目錄下

fluent&<<EOF

(file-read-chemkin"mech.inp")

EOF1.3ANSYSFluent的版本與系統(tǒng)要求ANSYSFluent的版本更新頻繁，每個(gè)版本都可能包含新的功能和改進(jìn)。截至2023年，最新的版本為ANSYSFluent2023R1。系統(tǒng)要求方面，F(xiàn)luent對(duì)硬件配置有一定要求，以確保計(jì)算的高效和穩(wěn)定。以下是最新的系統(tǒng)要求概覽：操作系統(tǒng)：支持Windows10/11、Linux（RedHat、Ubuntu等）、macOS。處理器：多核處理器，推薦使用IntelXeon或AMDRyzen系列。內(nèi)存：至少32GB，對(duì)于大型計(jì)算，推薦64GB或更高。硬盤(pán)空間：至少100GB的可用空間，用于安裝軟件和存儲(chǔ)計(jì)算結(jié)果。圖形卡：支持OpenGL的圖形卡，用于圖形渲染和后處理。確保在安裝前檢查系統(tǒng)是否滿(mǎn)足上述要求，以避免安裝過(guò)程中的問(wèn)題或計(jì)算時(shí)的性能瓶頸。2ANSYSFluent安裝指南2.1下載ANSYSFluent安裝包在開(kāi)始安裝ANSYSFluent之前，首先需要從官方渠道或授權(quán)的代理商處下載安裝包。確保下載的版本與你的系統(tǒng)兼容，例如，如果你使用的是64位的Windows10，應(yīng)下載對(duì)應(yīng)版本的安裝包。下載鏈接通常包含在購(gòu)買(mǎi)或訂閱的確認(rèn)郵件中，或者在官方的下載中心頁(yè)面。2.1.1注意事項(xiàng)下載環(huán)境：確保在下載過(guò)程中網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，避免下載中斷。文件完整性：下載完成后，檢查文件的完整性，確保沒(méi)有損壞或缺失。2.2安裝前的系統(tǒng)準(zhǔn)備在安裝ANSYSFluent之前，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一些必要的準(zhǔn)備，以確保軟件能夠順利運(yùn)行。2.2.1系統(tǒng)要求操作系統(tǒng)：Windows10/1164位，Linux（Ubuntu18.04,20.04），macOS（10.15或更高版本）。處理器：多核處理器，推薦Intel或AMD的最新一代處理器。內(nèi)存：至少16GB，推薦32GB或更高。硬盤(pán)空間：至少100GB的可用空間。圖形卡：支持OpenGL3.3或更高版本的圖形卡。2.2.2預(yù)安裝軟件ANSYSMechanicalAPDL：某些功能可能需要MechanicalAPDL的支持。Python：ANSYSFluent支持Python腳本，預(yù)先安裝Python可以方便后續(xù)的腳本編寫(xiě)。2.3安裝步驟詳解2.3.1步驟1：解壓安裝包使用解壓縮軟件（如WinRAR或7-Zip）解壓下載的ANSYSFluent安裝包。2.3.2步驟2：運(yùn)行安裝程序找到解壓后的安裝程序，雙擊運(yùn)行。安裝程序會(huì)引導(dǎo)你完成整個(gè)安裝過(guò)程。2.3.3步驟3：選擇安裝類(lèi)型在安裝類(lèi)型選擇界面，可以選擇“典型”或“自定義”安裝。對(duì)于大多數(shù)用戶(hù)，選擇“典型”安裝即可。2.3.4步驟4：選擇安裝組件在“自定義”安裝中，可以選擇安裝的組件。確保勾選“ANSYSFluent”以及任何需要的附加模塊。2.3.5步驟5：指定安裝路徑選擇軟件的安裝路徑。建議不要安裝在系統(tǒng)盤(pán)（通常是C盤(pán)），以避免占用過(guò)多的系統(tǒng)資源。2.3.6步驟6：接受許可協(xié)議閱讀并接受ANSYS的許可協(xié)議。2.3.7步驟7：輸入許可證信息輸入你的許可證信息。如果你使用的是網(wǎng)絡(luò)許可證，需要輸入許可證服務(wù)器的地址。2.3.8步驟8：開(kāi)始安裝點(diǎn)擊“安裝”按鈕，開(kāi)始安裝過(guò)程。安裝可能需要一段時(shí)間，具體取決于你的系統(tǒng)性能。2.3.9步驟9：安裝完成安裝完成后，點(diǎn)擊“完成”按鈕。此時(shí)，ANSYSFluent應(yīng)該已經(jīng)成功安裝在你的系統(tǒng)上。2.4激活與驗(yàn)證軟件2.4.1激活軟件網(wǎng)絡(luò)許可證：如果使用網(wǎng)絡(luò)許可證，確保你的計(jì)算機(jī)可以訪(fǎng)問(wèn)許可證服務(wù)器。本地許可證：如果使用本地許可證，需要在軟件中輸入許可證文件的路徑。2.4.2驗(yàn)證軟件打開(kāi)ANSYSFluent，軟件會(huì)自動(dòng)檢查許可證的有效性。如果一切正常，你應(yīng)該能夠看到軟件的主界面。2.4.3常見(jiàn)問(wèn)題許可證問(wèn)題：如果遇到許可證問(wèn)題，檢查你的許可證信息是否正確，以及網(wǎng)絡(luò)連接是否穩(wěn)定。軟件沖突：確保沒(méi)有其他軟件占用相同的端口，尤其是使用網(wǎng)絡(luò)許可證時(shí)。通過(guò)以上步驟，你應(yīng)該能夠成功安裝并激活A(yù)NSYSFluent，開(kāi)始你的燃燒仿真之旅。在使用過(guò)程中，如果遇到任何問(wèn)題，可以查閱官方文檔或聯(lián)系技術(shù)支持獲取幫助。3界面與基本操作3.1啟動(dòng)ANSYSFluent要啟動(dòng)ANSYSFluent，首先確保您的系統(tǒng)滿(mǎn)足軟件的最低要求。打開(kāi)ANSYSWorkbench，從菜單中選擇“Simulation”->“FluidDynamics”->“ANSYSFluent”，這將啟動(dòng)Fluent預(yù)處理器。3.2用戶(hù)界面介紹3.2.1主窗口布局ANSYSFluent的用戶(hù)界面主要分為以下幾個(gè)部分：菜單欄：提供文件、編輯、視圖、分析等選項(xiàng)。工具欄：快速訪(fǎng)問(wèn)常用功能，如網(wǎng)格顯示、求解控制等。圖形窗口：顯示幾何模型、網(wǎng)格和結(jié)果。命令窗口：顯示運(yùn)行狀態(tài)和命令歷史。面板：用于設(shè)置模型參數(shù)、邊界條件、求解器選項(xiàng)等。3.2.2面板詳解CaseSetup：設(shè)置物理模型、材料屬性、邊界條件等。Mesh：操作網(wǎng)格，包括導(dǎo)入、檢查、修復(fù)等。Solution：控制求解過(guò)程，設(shè)置求解參數(shù)，監(jiān)控收斂性。Post-Processing：查看和分析結(jié)果，生成報(bào)告和可視化輸出。3.3創(chuàng)建新項(xiàng)目打開(kāi)Workbench：?jiǎn)?dòng)ANSYSWorkbench。創(chuàng)建項(xiàng)目：選擇“NewProject”。選擇Fluent：在項(xiàng)目樹(shù)中，右擊“Geometry”->“Insert”->“ANSYSFluent”。設(shè)置項(xiàng)目參數(shù)：在彈出的對(duì)話(huà)框中，輸入項(xiàng)目名稱(chēng)，選擇保存位置，設(shè)置求解類(lèi)型（如2D或3D）。3.4導(dǎo)入幾何與網(wǎng)格3.4.1導(dǎo)入幾何打開(kāi)Fluent：確保Fluent預(yù)處理器已打開(kāi)。選擇“File”->“Read”->“Geometry”：從彈出的文件瀏覽器中選擇您的幾何文件（通常為.STL或.CAD格式）。檢查幾何：導(dǎo)入后，使用“Mesh”面板檢查幾何模型，確保沒(méi)有錯(cuò)誤或缺陷。3.4.2導(dǎo)入網(wǎng)格選擇“File”->“Read”->“Mesh”：從文件瀏覽器中選擇網(wǎng)格文件（通常為.CAS或.MSH格式）。網(wǎng)格檢查：使用“Mesh”面板中的“CheckMesh”功能，驗(yàn)證網(wǎng)格質(zhì)量，確保沒(méi)有負(fù)體積或重疊單元。網(wǎng)格修復(fù)：如果發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格問(wèn)題，可以使用“Mesh”面板中的“RepairMesh”功能進(jìn)行修復(fù)。3.4.3示例：導(dǎo)入.STL幾何文件#使用FluentPythonAPI導(dǎo)入STL文件

importansys.fluent.coreaspyfluent

#啟動(dòng)Fluent

fluent=pyfluent.launch_fluent(precision='double',processor='cpu')

#讀取STL文件

fluent.file.read(filename="path/to/your/geometry.stl")

#檢查幾何

fluent.meshing.check_geometry()

#導(dǎo)入網(wǎng)格

fluent.file.read(filename="path/to/your/mesh.cas")

#檢查網(wǎng)格

fluent.meshing.check_mesh()在上述代碼中，我們首先導(dǎo)入了ansys.fluent.core模塊，然后使用launch_fluent函數(shù)啟動(dòng)Fluent。接著，我們通過(guò)file.read函數(shù)導(dǎo)入幾何和網(wǎng)格文件。最后，使用meshing.check_geometry和meshing.check_mesh函數(shù)檢查幾何和網(wǎng)格的質(zhì)量。通過(guò)以上步驟，您已經(jīng)了解了如何啟動(dòng)ANSYSFluent，熟悉了用戶(hù)界面，創(chuàng)建了新項(xiàng)目，并導(dǎo)入了幾何與網(wǎng)格。接下來(lái)，您可以開(kāi)始設(shè)置物理模型、邊界條件，進(jìn)行求解和后處理分析。4燃燒仿真設(shè)置4.1選擇燃燒模型在進(jìn)行燃燒仿真時(shí)，選擇合適的燃燒模型至關(guān)重要。ANSYSFluent提供了多種燃燒模型，包括：層流燃燒模型：適用于沒(méi)有湍流影響的燃燒過(guò)程。湍流燃燒模型：包括EddyDissipationModel(EDM)、ProgressVariableModel(PVM)等，用于模擬湍流環(huán)境下的燃燒。詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)模型：適用于需要精確化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的仿真，但計(jì)算成本較高。4.1.1示例：選擇湍流燃燒模型#在ANSYSFluent中選擇湍流燃燒模型的步驟

1.打開(kāi)ANSYSFluent軟件。

2.進(jìn)入“Models”菜單下的“Turbulence”選項(xiàng)，選擇適合的湍流模型，如k-epsilon模型。

3.進(jìn)入“Models”菜單下的“Combustion”選項(xiàng)，選擇“EddyDissipationModel”作為燃燒模型。4.2設(shè)置邊界條件邊界條件的設(shè)置直接影響燃燒仿真的準(zhǔn)確性。常見(jiàn)的邊界條件包括：入口邊界：定義燃料和氧化劑的入口條件，如速度、溫度、組分濃度。出口邊界：通常設(shè)置為大氣壓力或指定的背壓。壁面邊界：考慮壁面的熱傳導(dǎo)和輻射特性。4.2.1示例：設(shè)置入口邊界條件#在ANSYSFluent中設(shè)置入口邊界條件的示例

#假設(shè)燃料為甲烷，氧化劑為空氣，入口速度為10m/s，溫度為300K

#打開(kāi)邊界條件設(shè)置界面

boundary_conditions=Fluent.get_boundary_conditions()

#選擇入口邊界

inlet=boundary_conditions['inlet']

#設(shè)置速度

inlet.velocity=10.0

#設(shè)置溫度

inlet.temperature=300.0

#設(shè)置燃料和氧化劑的組分濃度

inlet.species_concentration['methane']=0.1

inlet.species_concentration['air']=0.94.3定義燃料與氧化劑燃料和氧化劑的定義需要包括其化學(xué)組成、反應(yīng)機(jī)理以及物理性質(zhì)。4.3.1示例：定義燃料和氧化劑#在ANSYSFluent中定義燃料和氧化劑的示例

#假設(shè)燃料為甲烷，氧化劑為空氣

#定義燃料

fuel=Fluent.define_species('methane')

fuel.set_molecular_weight(16.04)#甲烷的分子量

fuel.set_specific_heat(2.12)#甲烷的比熱容

#定義氧化劑

oxidizer=Fluent.define_species('air')

oxidizer.set_molecular_weight(28.97)#空氣的平均分子量

oxidizer.set_specific_heat(1.005)#空氣的比熱容

#定義化學(xué)反應(yīng)機(jī)理

reaction_mechanism=Fluent.define_reaction_mechanism('GRI-Mech3.0')

reaction_mechanism.add_reaction('methane+2*O2->CO2+2*H2O')4.4初始化與求解初始化是設(shè)置初始條件的過(guò)程，求解則是運(yùn)行仿真，獲取燃燒過(guò)程的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)解。4.4.1示例：初始化與求解#在ANSYSFluent中初始化與求解的示例

#初始化

Fluent.initialize_solution()

#設(shè)置求解器參數(shù)

solver_parameters=Fluent.get_solver_parameters()

solver_parameters.residual_convergence=1e-6#設(shè)置殘差收斂標(biāo)準(zhǔn)

#開(kāi)始求解

Fluent.solve()

#檢查求解狀態(tài)

solution_status=Fluent.get_solution_status()

print(solution_status)#輸出求解狀態(tài)信息4.4.2數(shù)據(jù)樣例在仿真過(guò)程中，可能會(huì)使用到的數(shù)據(jù)樣例包括：網(wǎng)格數(shù)據(jù)：定義計(jì)算域的幾何形狀和網(wǎng)格劃分。物理屬性：如燃料和氧化劑的密度、粘度、熱導(dǎo)率等。初始條件：如溫度、壓力、組分濃度等。4.4.3仿真結(jié)果分析完成求解后，可以使用ANSYSFluent的后處理功能分析仿真結(jié)果，包括溫度分布、組分濃度、燃燒效率等關(guān)鍵參數(shù)。4.4.4注意事項(xiàng)在設(shè)置燃燒模型時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際燃燒環(huán)境選擇最合適的模型。邊界條件的設(shè)置需準(zhǔn)確反映實(shí)驗(yàn)或?qū)嶋H操作條件。燃料和氧化劑的定義應(yīng)包括所有必要的物理和化學(xué)屬性。初始化條件應(yīng)接近實(shí)際的初始狀態(tài)，以加速收斂。求解過(guò)程中，監(jiān)控殘差變化，確保解的收斂性。以上步驟和示例提供了在ANSYSFluent中進(jìn)行燃燒仿真設(shè)置的基本框架，具體參數(shù)和設(shè)置需根據(jù)仿真目標(biāo)和條件進(jìn)行調(diào)整。5案例分析5.1簡(jiǎn)單燃燒案例設(shè)置在進(jìn)行燃燒仿真時(shí)，選擇一個(gè)簡(jiǎn)單的案例作為起點(diǎn)是很有幫助的，這有助于理解ANSYSFluent的基本操作流程和燃燒模型的設(shè)置。本節(jié)將通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的燃燒案例，即甲烷在空氣中的預(yù)混燃燒，來(lái)演示如何在ANSYSFluent中設(shè)置燃燒仿真。5.1.1創(chuàng)建案例首先，打開(kāi)ANSYSFluent，創(chuàng)建一個(gè)新的案例。在“File”菜單中選擇“New”，然后選擇“Case”。5.1.2選擇求解器在“Solver”選項(xiàng)中，選擇“DensityBased”求解器，因?yàn)槿紵ǔＩ婕案邷睾透邏?，這會(huì)導(dǎo)致氣體密度變化，因此需要使用基于密度的求解器。5.1.3設(shè)置計(jì)算域在“Mesh”菜單中，導(dǎo)入或創(chuàng)建一個(gè)計(jì)算域。對(duì)于本案例，我們可以使用一個(gè)簡(jiǎn)單的圓柱形域，代表燃燒室。確保網(wǎng)格質(zhì)量足夠高，以獲得準(zhǔn)確的仿真結(jié)果。5.1.4定義材料在“Materials”面板中，定義兩種材料：甲烷和空氣。輸入甲烷和空氣的物理屬性，包括密度、比熱、導(dǎo)熱系數(shù)等。5.1.5設(shè)置邊界條件入口：設(shè)置為“VelocityInlet”，輸入甲烷和空氣的混合物速度和溫度。出口：設(shè)置為“PressureOutlet”，指定大氣壓力。壁面：設(shè)置為“Wall”，并選擇合適的壁面函數(shù)。5.1.6選擇燃燒模型在“Models”面板中，選擇“Combustion”模型。對(duì)于預(yù)混燃燒，選擇“Premixed”模型。然后，選擇合適的化學(xué)反應(yīng)機(jī)制，例如“GRI-Mech3.0”。5.1.7設(shè)置初始條件在“InitialConditions”面板中，設(shè)置初始溫度和混合物的初始濃度。這通?；谌肟跅l件。5.1.8運(yùn)行仿真在“RunCalculation”面板中，設(shè)置求解器參數(shù)，如時(shí)間步長(zhǎng)、迭代次數(shù)等，然后開(kāi)始仿真。5.2復(fù)雜燃燒場(chǎng)景仿真復(fù)雜燃燒場(chǎng)景，如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃燒過(guò)程，涉及到多相流、湍流、噴霧和化學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜相互作用。在ANSYSFluent中設(shè)置此類(lèi)仿真需要更詳細(xì)的模型和參數(shù)設(shè)置。5.2.1創(chuàng)建案例與簡(jiǎn)單案例類(lèi)似，首先創(chuàng)建一個(gè)新的案例。5.2.2選擇求解器選擇“DensityBased”求解器，以處理密度變化。5.2.3設(shè)置計(jì)算域?qū)τ诓裼桶l(fā)動(dòng)機(jī)，計(jì)算域可能包括燃燒室、活塞和氣缸壁。使用一個(gè)詳細(xì)的3D模型，確保網(wǎng)格足夠精細(xì)，特別是在噴油器附近和燃燒室壁面。5.2.4定義材料定義柴油和空氣的物理屬性，以及可能的其他材料，如水蒸氣。5.2.5設(shè)置邊界條件噴油器入口：設(shè)置為“MassFlowInlet”，輸入柴油的流量和溫度。燃燒室出口：設(shè)置為“PressureOutlet”。壁面：設(shè)置為“Wall”，并考慮熱傳導(dǎo)和輻射。5.2.6選擇燃燒模型選擇“Combustion”模型下的“Non-Premixed”模型，因?yàn)椴裼腿紵欠穷A(yù)混的。然后，選擇合適的化學(xué)反應(yīng)機(jī)制和噴霧模型，如“Spray”模型。5.2.7設(shè)置初始條件設(shè)置初始溫度和壓力，以及燃燒室內(nèi)的初始?xì)怏w混合物。5.2.8運(yùn)行仿真設(shè)置求解器參數(shù)，考慮到多相流和化學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜性，可能需要更長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)間和更多的迭代次數(shù)。5.3結(jié)果分析與后處理5.3.1查看收斂性在“Solution”面板中，檢查收斂歷史，確保所有方程的殘差都達(dá)到可接受的水平。5.3.2可視化結(jié)果使用“Adaptation”和“Display”面板，可視化溫度、壓力、速度和化學(xué)物種濃度的分布。例如，可以創(chuàng)建等值面、流線(xiàn)和溫度分布圖。5.3.3分析燃燒效率通過(guò)“Reports”面板，分析燃燒效率，如燃燒完全度、未燃燒燃料的量和燃燒產(chǎn)物的組成。5.3.4后處理使用“PostProcessing”功能，進(jìn)一步分析結(jié)果，如創(chuàng)建動(dòng)畫(huà)、生成報(bào)告和導(dǎo)出數(shù)據(jù)。例如，可以導(dǎo)出溫度和壓力數(shù)據(jù)，用于進(jìn)一步的分析或與其他軟件的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。通過(guò)以上步驟，我們可以有效地在ANSYSFluent中設(shè)置和分析燃燒仿真案例，無(wú)論是簡(jiǎn)單的預(yù)混燃燒還是復(fù)雜的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程。這不僅有助于理解燃燒過(guò)程的物理機(jī)制，還可以為設(shè)計(jì)和優(yōu)化燃燒系統(tǒng)提供有價(jià)值的見(jiàn)解。6ANSYSFluent高級(jí)功能詳解6.1多相流仿真6.1.1原理多相流仿真在ANSYSFluent中是一個(gè)關(guān)鍵的高級(jí)功能，它允許用戶(hù)模擬包含兩種或更多不同相態(tài)（如氣體、液體、固體）的流動(dòng)。多相流的復(fù)雜性在于不同相之間的相互作用，包括界面的形成、破裂、合并以及相間的質(zhì)量、動(dòng)量和能量交換。Fluent提供了多種模型來(lái)處理這些復(fù)雜性，包括歐拉-歐拉模型、歐拉-拉格朗日模型和VOF（VolumeofFluid）模型。6.1.2內(nèi)容歐拉-歐拉模型：適用于分散相和連續(xù)相都可視為連續(xù)介質(zhì)的情況，如氣泡在液體中的流動(dòng)。此模型基于控制體積法，每個(gè)相都有自己的連續(xù)性和動(dòng)量方程。歐拉-拉格朗日模型：適用于分散相顆粒數(shù)量較少，且顆粒尺寸相對(duì)較大的情況，如顆粒在氣流中的運(yùn)動(dòng)。連續(xù)相采用歐拉方法，而分散相則采用拉格朗日方法追蹤每個(gè)顆粒的運(yùn)動(dòng)。VOF模型：適用于兩相或多相流體界面清晰的情況，如水和油的混合。VOF模型通過(guò)追蹤流體體積分?jǐn)?shù)來(lái)確定界面位置，適用于自由表面流動(dòng)和相變過(guò)程。6.1.3示例假設(shè)我們要模擬一個(gè)水油混合的容器，使用VOF模型來(lái)追蹤界面。以下是一個(gè)簡(jiǎn)化的Fluent案例設(shè)置示例：#設(shè)置VOF模型

/fluent

(define(set-vof-model)

(set!*vof-model*"VOF")

(set!*vof-scheme*"geometric")

(set!*vof-interpolation*"linear")

(set!*vof-tolerance*1e-6)

(set!*vof-relaxation-factor*0.5)

(set!*vof-initial-condition*"water")

(set!*vof-boundary-conditions*'("inlet""water""outlet""air"))

(set!*vof-surface-tension*0.072)

(set!*vof-gravity*'(00-9.81))

(set!*vof-time-step*0.01)

(set!*vof-end-time*10)

(set!*vof-convergence-criteria*1e-3)

(set!*vof-output-frequency*1)

(set!*vof-output-directory*"/path/to/output")

(set!*vof-output-format*"tecplot")

(set!*vof-output-variables*'("volume-fraction""velocity""pressure"))

(set!*vof-solver*"implicit")

(set!*vof-multigrid-level*4)

(set!*vof-multigrid-coarsest-level*2)

(set!*vof-multigrid-finest-level*6)

(set!*vof-multigrid-relaxation-factor*0.8)

(set!*vof-multigrid-sweeps*2)

(set!*vof-multigrid-preconditioner*"ilu")

(set!*vof-multigrid-tolerance*1e-8)

(set!*vof-multigrid-max-iterations*1000)

(set!*vof-multigrid-convergence-criteria*1e-4)

(set!*vof-multigrid-output-frequency*10)

(set!*vof-multigrid-output-directory*"/path/to/multigrid/output")

(set!*vof-multigrid-output-format*"tecplot")

(set!*vof-multigrid-output-variables*'("volume-fraction""velocity""pressure"))

(set!*vof-multigrid-solver*"implicit")

(set!*vof-multigrid-initial-condition*"water")

(set!*vof-multigrid-boundary-conditions*'("inlet""water""outlet""air"))

(set!*vof-multigrid-surface-tension*0.072)

(set!*vof-multigrid-gravity*'(00-9.81))

(set!*vof-multigrid-time-step*0.01)

(set!*vof-multigrid-end-time*10)

(set!*vof-multigrid-convergence-criteria*1e-3)

)

#調(diào)用設(shè)置VOF模型的函數(shù)

(set-vof-model)請(qǐng)注意，上述代碼示例是基于Scheme語(yǔ)言的偽代碼，用于說(shuō)明如何在Fluent中設(shè)置VOF模型的參數(shù)。實(shí)際操作中，這些設(shè)置是通過(guò)Fluent的圖形用戶(hù)界面或其內(nèi)置的TUI（TextUserInterface）命令完成的。6.2化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)6.2.1原理化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)是研究化學(xué)反應(yīng)速率和反應(yīng)機(jī)理的科學(xué)。在燃燒仿真中，化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型用于描述燃料和氧化劑之間的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，包括反應(yīng)速率、中間產(chǎn)物的生成和消耗以及熱釋放。ANSYSFluent提供了多種化學(xué)反應(yīng)模型，包括預(yù)混燃燒模型、非預(yù)混燃燒模型和詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理模型。6.2.2內(nèi)容預(yù)混燃燒模型：適用于燃料和氧化劑在燃燒前已經(jīng)充分混合的情況，如天然氣燃燒。此模型假設(shè)反應(yīng)速率由化學(xué)動(dòng)力學(xué)控制，忽略湍流對(duì)反應(yīng)速率的影響。非預(yù)混燃燒模型：適用于燃料和氧化劑在燃燒區(qū)域才開(kāi)始混合的情況，如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃燒。此模型考慮了湍流對(duì)混合和反應(yīng)速率的影響。詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理模型：用于模擬復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，包括數(shù)十種甚至數(shù)百種化學(xué)物種和反應(yīng)。這種模型能夠提供更準(zhǔn)確的燃燒過(guò)程描述，但計(jì)算成本較高。6.2.3示例假設(shè)我們要模擬一個(gè)預(yù)混燃燒過(guò)程，以下是一個(gè)簡(jiǎn)化的Fluent案例設(shè)置示例：#設(shè)置預(yù)混燃燒模型

/fluent

(define(set-premixed-combustion-model)

(set!*combustion-model*"premixed")

(set!*fuel-species*"methane")

(set!*oxidizer-species*"air")

(set!*stoichiometric-ratio*0.5)

(set!*reaction-kinetics*"finite-rate")

(set!*reaction-kinetics-model*"eddy-dissipation")

(set!*reaction-kinetics-parameters*'("activation-energy"50000"pre-exponential-factor"1e10))

(set!*reaction-kinetics-chemistry*"gri30")

(set!*reaction-kinetics-chemistry-file*"/path/to/gri30.cti")

(set!*reaction-kinetics-chemistry-variables*'("temperature""pressure""species-concentrations"))

(set!*reaction-kinetics-chemistry-output*"/path/to/chemistry/output")

(set!*reaction-kinetics-chemistry-output-format*"tecplot")

(set!*reaction-kinetics-chemistry-output-frequency*1)

(set!*reaction-kinetics-chemistry-output-variables*'("temperature""pressure""species-concentrations"))

)

#調(diào)用設(shè)置預(yù)混燃燒模型的函數(shù)

(set-premixed-combustion-model)同樣，上述代碼示例是基于Scheme語(yǔ)言的偽代碼，用于說(shuō)明如何在Fluent中設(shè)置預(yù)混燃燒模型的參數(shù)。實(shí)際操作中，這些設(shè)置是通過(guò)Fluent的圖形用戶(hù)界面或其內(nèi)置的TUI命令完成的。6.3湍流模型選擇6.3.1原理湍流模型在燃燒仿真中至關(guān)重要，因?yàn)樗绊懼紵?、污染物生成和熱傳遞的預(yù)測(cè)。ANSYSFluent提供了多種湍流模型，包括RANS（Reynolds-AveragedNavier-Stokes）模型、LES（LargeEddySimulation）模型和DES（DetachedEddySimulation）模型。選擇合適的湍流模型對(duì)于獲得準(zhǔn)確的仿真結(jié)果至關(guān)重要。6.3.2內(nèi)容RANS模型：適用于工程應(yīng)用，其中湍流被平均化處理，通過(guò)湍流閉合方程來(lái)模擬湍流效應(yīng)。常見(jiàn)的RANS模型包括k-ε模型和k-ω模型。LES模型：適用于需要高精度模擬湍流結(jié)構(gòu)的情況，如研究湍流燃燒機(jī)理。LES模型直接模擬大尺度湍流，而小尺度湍流通過(guò)亞網(wǎng)格模型來(lái)處理。DES模型：結(jié)合了RANS和LES的優(yōu)點(diǎn)，適用于包含大尺度和小尺度湍流的流動(dòng)。DES模型在遠(yuǎn)離壁面的區(qū)域采用LES方法，在近壁面區(qū)域采用RANS方法。6.3.3示例假設(shè)我們要模擬一個(gè)包含復(fù)雜湍流結(jié)構(gòu)的燃燒過(guò)程，使用LES模型，以下是一個(gè)簡(jiǎn)化的Fluent案例設(shè)置示例：#設(shè)置LES湍流模型

/fluent

(define(set-les-turbulence-model)

(set!*turbulence-model*"LES")

(set!*les-subgrid-scale-model*"Smagorinsky")

(set!*les-subgrid-scale-dissipation-rate*0.1)

(set!*les-subgrid-scale-dissipation-rate-coefficient*0.1)

(set!*les-subgrid-scale-dissipation-rate-near-wall*0.01)

(set!*les-subgrid-scale-dissipation-rate-near-wall-coefficient*0.01)

(set!*les-subgrid-scale-dissipation-rate-near-wall-threshold*0.001)

(set!*les-subgrid-scale-dissipation-rate-near-wall-threshold-coefficient*0.001)

(set!*les-subgrid-scale-dissipation-rate-near-wall-threshold-distance*0.001)

(set!*les-subgrid-scale-dissipation-rate-near-wall-threshold-distance-coefficient*0.001)

(set!*les-subgrid-scale-dissipation-rate-near-wall-threshold-distance-variable*"wall-distance")

(set!*les-subgrid-scale-dissipation-rate-near-wall-threshold-distance-variable-coefficient*0.001)

(set!*les-subgrid-scale-dissipation-rate-near-wall-threshold-distance-variable-exponent*0.5)

(set!*les-subgrid-scale-dissipation-rate-near-wall-threshold-distance-variable-exponent-coefficient*0.5)

(set!*les-subgrid-scale-dissipation-rate-near-wall-threshold-distance-variable-exponent-variable*"wall-distance")

(set!*les-subgrid-scale-dissipation-rate-near-wall-threshold-distance-variable-exponent-variable-coefficient*0.5)

)

#調(diào)用設(shè)置LES湍流模型的函數(shù)

(set-les-turbulence-model)上述代碼示例同樣是基于Scheme語(yǔ)言的偽代碼，用于說(shuō)明如何在Fluent中設(shè)置LES湍流模型的參數(shù)。實(shí)際操作中，這些設(shè)置是通過(guò)Fluent的圖形用戶(hù)界面或其內(nèi)置的TUI命令完成的。7常見(jiàn)問(wèn)題與解決方法7.1安裝過(guò)程中的常見(jiàn)錯(cuò)誤在安裝ANSYSFluent軟件時(shí)，用戶(hù)可能會(huì)遇到各種問(wèn)題，這些問(wèn)題往往與系統(tǒng)兼容性、安裝程序、許可配置或網(wǎng)絡(luò)設(shè)置有關(guān)。下面是一些常見(jiàn)的安裝錯(cuò)誤及其解決方法：7.1.1錯(cuò)誤1：許可服務(wù)器未響應(yīng)問(wèn)題描述：在安裝過(guò)程中，如果許可服務(wù)器未響應(yīng)，你可能會(huì)看到錯(cuò)誤消息，提示無(wú)法連接到許可服務(wù)器。解