关于Fluent学习的一些建议

关于Fluent学习的一些建议
现在组内很多人在大量的使用FLUENT进行CFD计算，并且也经常遇到一些问题，比如什么情况该怎么设置，比如什么东西应该用什么模型比较好。

那么实际上大部分问题，大家在帮助中都是能够找到解答的。

特别是在刚刚学习FLUENT的阶段，大家遇到的问题也都比较类似，一些经验性的东西，也都被大家直接接受过来使用，比如对于非结构化网格，用node-base的比较好，离散格式要用二阶的比较好等等。

实际上，很多问题帮助（user guide）讲的很清楚，只是我们没有好好的利用这个资源。

这里将我们刚使用FLUENT 时中会遇到的问题做成一个简单的思考题集，给学习FLUENT的各位一个参考。

另外，这里不涉及多相流和UDF内容，如果今后有时间的话，可能会做一个UDF的专题讲解一下。

关于下面的一些问题呢，这里不会给出答案，有些问题我们都是习惯性的根据经验设置的。

但是，实际上，我们的所有设置都是对方程组、边界条件、迭代方式、离散方式以及收敛条件相关的，所以希望大家看的时候，自己通过思考，把所有的设置参数搞明白、弄清楚，这样才能一定程度上的掌握FLUENT。

FLUENT是免去了我们自己编程的一个过程，但如果连内部原理都不清楚的话，随着问题的深入，可能就没法做下去了。

最后说明一下，下文中的内容都是FLUENT运算的基本内容，主要是把方程和设置结合了一下，所以老手们可以爽爽的浏览一遍。

对于更为具体的FLUENT数据结构的内容，这里并不涉及。

由于水平有限，这里只是看着控制版，把想到的问题列出来给大家思考。

更深入的内容，大家可以边读user guide边思考。

下面的问题，请思考者仔细思考每个问题，对照user guide进行学习，并给自己一个很确定的、能说服自己的答案，有必要的话，可以做记录。

再啰嗦两句，好好利用user guide！
1、算例读取
关于算例读取这部分内容，不做太多的说明，太简单了。

大家学会下面几个东西就行：
如何读取网格、什么是case、什么是data、怎么做自动保存、自动保存面板里的那些参数都是什么意思。

2、你认识的计算流体力学求解的方程都有哪些？请写一下。

3、求解器设定
上图就是fluent的求解器solver设定，图中给的是默认状态，请思考下面几个问题
1）什么是pressure based、什么是density based，他们在求解上有什么不同？注意，我们室内计算时常用pressure based，为什么？
2）求解格式上，虽然pressure based的只有隐式方式，那么什么是隐式(implicit)？
3）速度形式的absolute和relative有什么差别，影响计算结果么？
4）Gradient option是什么意思？数值上cell based和node based是什么意思？node based有什么优势？
5）Solve里面可以设定所求解的是稳态还是非稳态算例，怎么设定？那么非稳态设定时多出来两个选项是什么意思？为什么有人推荐用Frozen Flux格式的非稳态控制方式？
6）非稳态项的离散形式，FLUENT提供了几种？
7）对于solver，你还发现那些其他有用的东西？
4、如何激活能量方程？
5、关于粘度模型
上图是激活了能量方程后的粘度模型，选用了我们室内环境常用的RNG k-e模型
1）fluent默认情况下给的inviscid、laminar等粘度模型都是什么模型？层流环境下可以用湍流粘度模型么？用了的话，会对解造成影响么？为什么？思考一下，什么是层流、什么是湍流？
2）三种K-e模型间有什么不同，及优缺点
3）就RNG模型中，请对应着方程找到model constants给的几个参数都是什么，并且解释其含义，若调整了这些参数，对方程的解会造成什么影响？
4）为什么要对近壁面粘度进行进一步处理？什么情况下用哪种近壁面模型，对应的网格都是什么样的？若生出的网格不满足你要的近壁面模型，你需要如何调整？
5）图中的可选条件，如differential viscosity model、thermal effects等都是什么意思，对应方程中的哪项？你觉得什么时候这项很有必要？
6）粘度模型中，你可以对那些变量进行自行定义，即UDF？
6、物性参数
1）请问你都可以对那些物性参数进行设置？
2）密度物性设定时，FLUENT除了可以采用常数或曲线耦合的形式外，还提供了理想气体模型、不可压缩理想气体模型及boussinesq模型，请问这几种形式下，密度到底是怎么给定的？你觉得室内环境应该如何给出？
3）如果需要增加一种物质，怎么增加呢？
4）所有的物性都是可以用UDF给定的，请问用哪个宏呢？
7、如何设定环境的重力加速度？
8、关于边界条件
1）你如何看待边界条件？
2）Fluent给定的边界条件实际是从动量方程的角度给出的。

从控制界面的角度来看，请从流体输入边界、流体输出边界、无流体输入输出边界及其他边界的角度讲上述边界条件进行分类。

3）Velocity-inlet、pressure-inlet及mass-flow-inlet有什么不同？动量方程中求解的是速度，那么这些边界条件都是如何计算速度的？
4）若想让流体以5m/s的速度，沿着右边斜上方30度射入空间，那么分别采用（3）中的三种边界条件，该如何设置？
5）激活k-e湍流模型后，如何给定湍流的边界条件，即湍流动能和湍流耗散率？FLUENT提供了四中设定方式，都是什么？他们都是怎么计算k和e的？
6）哪些边界类型不能给定温度边界条件？
7）除了wall类型的边界条件，其他边界都只能给定能量方程的第一类边界条件。

那么wall类型的边界条件，各个选项都是什么意思呢？
8）标量方程UDS的边界条件中的FLUX和VALUE是什么意思？怎么计算？UDS的单位如何？
9）如果让你用UDF编写一个宏给定边界条件，应该用哪个宏？
10）边界类型中实际上也有对内部流体的设定，即fluid和solid类型
请问，这个部分设定的是方程中的哪部分？都是什么含义？
11）请阅读帮助相关内容后回答，对于多孔介质应该预设设定？如果给定了一个多孔区域，其孔隙率是32%，填充物质平均粒径2mm，那么你怎么设定？
9、什么是FLUENT的grid interface？它对网格有什么要求？如何设定流流耦合及流固耦合？
10什么是周期性边界条件？FLUENT需要用TUI系统设定周期性边界条件，怎么设定？
11求解控制
在求解器solver的基础上，我们要对方程的各个项进行设定。

其中，非稳态项是在solver里面设定的，其他项都在solution controls里面设定。

1）Equation里面给出的是你计算的方程，那么它们是怎么迭代的呢？
2）什么是松弛因子，FLUENT里面怎么设定？欠松弛和超松弛都是什么意思？
3）对于一个优化问题，我们都是通过一次次迭代更新旧值得到新值，那么这个过程，一般我们需要从旧值开始，找一个方向和一个行进步长。

请从求解器中分别解释每次迭代值的新旧值的方向是什么？这个步长又是什么？如何控制步长？步长取大或取小各有什么优缺点？
4）什么是一个方程的离散格式？它影响的是方程的哪一项？如果让你用一阶迎风格式离散格式离散能量方程，那你离散出来的是什么样子？
5）对于压力项，FLUENT提供了五种离散格式，他们都是什么？都是几阶精度的？
6）FLUENT提供了一阶迎风、二阶迎风、power law、quick、thrid-order muscl五种格式，他们都是几阶精度的？
高阶格式有什么缺点？请试算几个算例
7）FLUENT提供的几种压力速度耦合方式都有什么优点？我们一种用SIMPLE，那么如果用其他的方式，你将如何设置？请试算几个算例。

12、初始化设定窗口的compute from是什么意思？
13、你认为一个物理过程的数值解应该是什么样的？monitor里面的residual monitors用来控制我们计算数值的求解精度的，那么什么时候我们计算的结果才收敛呢？
14、稳态和非稳态迭代控制器的每个选项都是什么意思？
15、对照着方程，再回想每个参数及方程的每一项，看看是否在你的设定中都给出了？都是在哪给出的？
FLUENT中是有一些简单后处理功能的，这里不做进一步提问。

各位可以按照上面思考题的思路自己去学习使用FLUENT后处理。

祝大家科研顺利!
房天宇
2013-1-19。