[工学]第3章-Fluent基础.docVIP

第三章：Fluent应用基础 第一节：Fluent简介 FLUENT是一个用于模拟和分析在复杂几何区域内的流体流动与热交换问题的专用CFD软件。FLUENT提供了灵活的网格特性，它提供的无结构网格生成程序，把计算相对复杂的几何结构问题变得容易和轻松。可以生成的网格包括二维的三角形和四边形网格；三维的四面体、六面体及混合网格。并且，可以根据计算结果调整网格。这种网格的自适应能力对于精确求解有较大梯度的流场如自由剪切流和边界层问题有很实际的作用。同时，网格自适应和调整只是在需要加密的流动区域里实施，而非整个流动场，因此可以节约计算时间。网格自适应特性可让用户在很高的精度下得到流场的解。 FLUENT支持UNIX和Windows等多种平台，支持基于MPI的并行环境。FLUENT通过交互的菜单界面与用户进行交互，用户可通过多窗口方式随时观察计算的进程和计算结果。计算结果可以用云图、等值线图、矢量图、XY散点图等多种方式显示、存储和打印。FLUENT提供用户编程接口，让用户定制或控制相关的计算和输入输出。 一、FLUENT软件构成 FLUENT是一个求解器，本身提供的主要功能包括导入网格模型、提供计算的物理模型、施加边界条件和村料特性、求解和后处理。FLUENT支持的网格生成软件包括GAMBIT、ICEMCFD、TGrid、prePDF、GeoMesh及其他CAD／CAE软件包。 GAMBIT、ICEMCFD、TGrid、prePDF、GeoMesh与FLUENT有着极好的相容性.TGrid可提供2D三角形网格、3D四面体网格、2D和3D杂交网格等。GAMBIT可生成供FLUENT直接使用的网格模型，也可将生成的网格传送给TGird，由TGrid进一步处理后再传给FLNENT。prePDF、GeoMesh是FLUENT在引入GAMBIT之前所使用的前处理器，现prePDF主要用于对某些燃烧问题进行建模，GeoMesh己基本被GAMBIT取代。而FLUENT提供了各类CAD／CAE软件包与GAMBIT的接口。 二、FLUENT适用对象 FLUENT广泛用于航空、汽车、透平机械、水利、电子、发电、建筑设计、加工设备、环境保护等领域，其主要的模拟能力包括： 1、采用三角形、四边形、四面体、六面体及其混合网格计算二维和三位流动问题。计算过程中，网格可以自适应。 2、可压缩与不可压缩流动问题 3、稳态和瞬态流动问题 4、无粘流，层流及湍流问题 5、牛顿流体及非牛顿流体 6、对流换热问题(包括自然对流和混合对流) 7、导热与对流换热耦合问题 8、辐射换热 9、惯性坐标系和非惯性坐标系下的流动问题模拟 10、多运动坐标系下的流动问题 11、化学组分混合与反应 12、可以处理热量、质量、动量和化学组分的源项 13、用Lagrangian 轨道模型模拟稀疏相(颗粒，水滴，气泡等) 14、多孔介质流动 15、一维风扇、热交换器性能计算 16、两相流问题 17、复杂表面形状下的自由面流动 三、FLUENT使用的单位制 FLUENT提供英制(British)、国际单位制(S1)和厘米-克-秒制(CGS)等单位制，这些单位制之间可以相互转换。但FLUENT规定，对于边界特征、源项、自定义流场函数、外部创建的x—y图散点的数据文件数据，必须使用国际单位制。对于网格文件，不管在创建时用的什么单位制，在被FLUENT读入时，均假定为是用国际单位制(长度单位为米)创建的。因此，在导入网格文件时，要注意适当前设定的单位制对网格尺寸进行缩放处理，以保证其几何尺寸的有效性。 四、FLUENT使用的文件类型 使用FLUENT时，涉及多种类型的文件，FLUENT读入的文件类型包括grid、case、data、profile、Scheme及journal文件，输出的文件类型包括case、data、profile、journal及transcript等。FLUENT还可以保存当前窗口的布局以及保存图形窗口的硬拷贝。表2-1给出了FLUENT用到的主要文件类型。 五、FLUENT求解步骤 FLUENT是一个CFD求解器，在使用FLUENT进行求解之前，必须借助GAMBIT、Tgrid或其他CAD软件生成网格模型。再简单的问题，也必须借助这些软件生成网格。FLUENT4及以前版本，只使用结构网格，而FLUENT5之后使用非结构网格，但兼容传统的结构网格和块结构网格等。本章以FLUENT6为例，介绍FLUENT的基本用法。 1、制订分析方案 在使用FLUENT前，首先应针对所要求解的物理问题，制订比较详细的求解方案。制订求解方案需要考虑的因素包括以下内容： (1)决定CFD模型目标。确定要从CFD模型中获得什么样结果，怎样使用这些结果，需要怎样的模型精度。