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FLUENT数值模拟方法及相关软件简介 随着计算流体力学的发展和现代计算机科学技术水平的飞速提高，许多有效的模拟软件被开发出来，给各个领域中技术的研究和应用带来了极大的方便。如FLUENT、ANSYS等数值模拟软件在化工行业的模拟研究和工程应用中已经占有了很重要的地位。数值模拟方法为研究换热器性能提供了一种新手段。数值模拟方法研发周期短、费用低、重复性好，能直观的得到换热器内部速度温度分布。便于分析换热器性能并进行优化设计。本文用到的模拟方法是“计算流体动力学（简称CFD）” ，CFD的应用与计算机技术的发展密切相关。CFD软件最早于20世纪70年代诞生在美国，但真正得到较广泛的应用是近几年的事[10]。CFD软件现已成为解决各种流体流动与传热问题的强有力工具，成功应用于水利、航运、海洋、环境、食品、流体机械与流体工程等各种技术科学领域。过去只能靠实验手段才能得到的某些结果，现在已完全可以借助CFD模拟来准确获取。下面对此方法进行较详细的介绍。 2.1计算流体动力学方法介绍 计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）是通过计算机数值计算和图像显示，对包含流体流动和热传导等相关物理现象的系统所做的分析。CFD的基本思想可以归纳为：把原来在时间域及空间域上连续的物理量的场，如速度和压力场，用一系列有限个离散的点的变量值的集合来代替，通过一定的原则和方式建立起关于这些离散点上场变量之间的代数方程组，然后求解代数方程组获得场变量的近似值。 CFD可以看做是在流动基本方程（质量方程、动量方程、能量方程）控制下对流动的数值模拟。通过这种数值模拟，我们可以得到极其复杂问题的流场内各个位置上的基本物理量（如速度、压力、温度、浓度等）的分布，以及这些物理量随时间的变化情况，确定漩涡分布特性、空间特性及脱流区等。还可以算出相关的其他物理量。此外，还可以与CAD联用，可以进行结构优化设计等。 CFD方法与传统的理论分析方法、实验测量方法组成了研究流体流动问题的完整体系，图2-1给出了表征三者之间关系的“三维”流体力学示意图。 图2-1 “三维”流体力学示意图 理论分析方法的优点在于所得结果具有普遍性，各种影响因素清晰可见，是指导实验研究和验证新的数值计算的理论基础。但是，它往往要求对计算对象进行抽象和简化，才有可能得出理论解。对于非线性情况，只有少数流动才能给出解析结果。 实验测量方法所得到的实验结果真实可信，它是理论分析和数值方法的基础，其重要性不容低估。然而，实验往往受到模型尺寸、流场扰动、人生安全和测量精度的限制，有时可能很难通过试验方法得到结果。此外，实验还会遇到经费投入、人力和物力的巨大耗费及周期长等许多困难。 而CFD方法恰好克服了前面两种方法的弱点，在计算机上实现一个特定的计算，就好像在计算机上做一次物理实验。例如，机翼的绕流，通过计算并将其结果在屏幕上显示，就可以看到流场的各种细节：如激波的运动、强度，涡的生成与传播，流动的分离、表面的压力分布、受力大小及其随时间的变化等。数值模拟可以形象地再现流动情景，与做实验没有什么区别。 2.2 数值模拟软件FLUENT简介 FLUENT是由美国FLUENT公司于1983年推出的CFD软件。它是继PHOENICS软件之后的第二个投放市场的基于有限体积法的软件。FLUENT是目前功能最全面、适用性最广、国内使用最广泛的CFD软件之一。 FLUENT提供了非常灵活的网格特性，让用户可以使用非结构网格，包括三角形、四边形、四面体、六面体、金字塔形网格来解决具有复杂外形的流动，甚至可以用混合型非结构网格。FLUENT程序软件包由以下几个部分组成： GAMBIT——用于建立几何结构和网格的生成。 FLUENT——用于进行流动模拟计算的求解器。 prePDF——用于模拟PDF燃烧过程。 TGrid——用于从现有的边界网格生成体网格。 Filters（Translators）——转换其他程序生成的网格，用于FLUENT计算。 可以接口的程序包括：ANSYS,I-DEAS,NASTRAN,PATRAN等。 FLUENT允许用户根据解的具体情况对网格进行修改。它使用GAMBIT作为前处理软件且可读入多种CAD软件的三维几何模型和多种CAE软件的网格模型。FLUENT可用于二维平面、二维轴对称和三维流动分析，可完成多种参考系下流场模拟、定常与非定常流动分析、不可压缩流和可压缩流计算、层流和湍流模拟、传热和热混合分析、化学组分混合和反应分析、多相流分析、固体与流体耦合传热分析、多孔介质分析等。它的湍流模型包括k-ε模型、Reynolds应力模型、LES模型、标准壁面函数、双层近壁模型等。 FLUENT可让用户定义多种边界条件，如流动入口及出口边界条件、壁面边界条件等，