ANSYS FLUENT培训教材
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ANSYSFLUENT培训教材之求解器设置
Calculate a solution
Modify solution parameters or grid
Check for convergence
Yes
No
Check for accuracy
No
Yes Stop
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求解器选择
中有两种求解器 – 压力基和密 度基。
求解过程概览
求解参数 选择求解器 离散格式 初始条件 收敛 监测收敛过程 稳定性 设置松弛因子 设置 加速收敛 精度 网格无关性 自适应网格
Set the solution parameters
Initialize the solution
Enable the solution monitors of interest
启动 初始化 压力基求解器: 密度基求解器: 当选择密度基求解器后在 里可见
在粗网格上用多重网格求解 通过 命令来设置
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培训教材 第四节：求解器设置
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概要
使用求解器（求解过程概览） 设置求解器参数 收敛 定义 监测 稳定性 加速收敛 精度 网格无关性 网格自适应 非稳态流模拟（后续章节中介绍） 非稳态流问题设置 非稳态流模型选择 总结 附录
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初始化
要求所有的求解变量有初始 值
更真实的初值能提高收敛稳 定性，加速收敛过程.
有些情况需要一个好的初值
在特定区域对特定变量单独 赋值
ANSYS_FLUENT培训教材(完整)
使用对称或周期性？
流场和边界条件是否都是对称或 周期性的？
你需要切分模型以获得边界条件或者创建域吗？
Solid model of a Headlight Assembly
4. 设计和划分网格 Pre-Processing
3.
Geometry
计算域的各个部分都需要哪种程度的网格
4.
Meshing
FLUENT使用UDF，CFX使用 User FORTRAN
计算精度要求到什么级别？
你希望多久能拿到结果？
CFD是否是合适的工具？
2. 确定计算域 Problem Identification
1. Define goals 2. Identify domain
如何把一个完成的物理系统分割出来？
Wedge (prism) mesh Tetrahedral mesh
Model courtesy of ROI Engineering
Energy h
* FLUENT control volumes are cell-centered (i.e. they correspond directly with the mesh) while CFX control volumes are node-centered
CFD 模拟概览 Problem Identification
CFD 分析一般应用在以下阶段: 概念设计 产品的详细设计 发现问题 改进设计
CFD分析是物理试验的补充，但更节省费用和人力。
限AN体SCY积FSD法CF如的D 何求解工器作是?基于有 Control
计算域离散化为一系列控制体 Volume* 积
在这些控制体上求解质量、动
量、能量、组分等的通用守恒
2024版年度ANSYSFLUENT培训教材UDF
32
THANKS
感谢观看
2024/2/2
33
后处理功能增强
UDF可以用于后处理过程中，提 取流场数据并进行自定义处理。
5
编程环境与语言基础
编程环境
UDF的编写通常在ANSYS FLUENT提供的集成开发环境中进行，该环境支持C语言编程。
语言基础
UDF的编写需要具备一定的C语言基础，包括变量定义、控制结构、函数调用等方面的 知识。
2024/2/2
30
对比分析不同场景下性能表现
对比不同UDF之间的性能差异
通过对比不同UDF在同一场景下的性能表现，可以分析出各自的优势和不足，为后续的 优化和改进提供方向。
分析不同场景对UDF性能的影响
通过改变场景参数，如网格数量、时间步长等，可以分析出这些参数变化对UDF性能的 影响规律和趋势。
2024/2/2
多相流模拟
化学反应模拟
在多相流模拟中，UDF可以用于定义相间作 用力、相变过程等复杂现象。
对于涉及化学反应的流动问题，UDF可以用 于定义化学反应速率、物质输运等过程。
2024/2/2
7
02
UDF编程入门与实践
2024/2/2
8
准备工作与设置
1
安装ANSYS Fluent软件，并确认软件版本与 UDF兼容性。
燃烧模拟
通过UDF定义燃烧反应中的化学动 力学模型，模拟燃烧过程中的温度 场、浓度场和流场分布，分析燃烧 效率和污染物排放等。
16
拓展应用：多相流、化学反应等
2024/2/2
多相流模拟 通过UDF可以方便地定义多相流模型中的相间作用力、相 变等物理现象，模拟多相流体的混合、分离和传输过程。
化学反应模拟 UDF可以定义化学反应中的反应速率、反应热等参数，模 拟化学反应过程中的物质转化和能量传递现象。此外，还 可以模拟催化剂对化学反应的影响等。
THANKS
感谢观看
2024/2/2
33
后处理功能增强
UDF可以用于后处理过程中，提 取流场数据并进行自定义处理。
5
编程环境与语言基础
编程环境
UDF的编写通常在ANSYS FLUENT提供的集成开发环境中进行，该环境支持C语言编程。
语言基础
UDF的编写需要具备一定的C语言基础，包括变量定义、控制结构、函数调用等方面的 知识。
2024/2/2
30
对比分析不同场景下性能表现
对比不同UDF之间的性能差异
通过对比不同UDF在同一场景下的性能表现，可以分析出各自的优势和不足，为后续的 优化和改进提供方向。
分析不同场景对UDF性能的影响
通过改变场景参数，如网格数量、时间步长等，可以分析出这些参数变化对UDF性能的 影响规律和趋势。
2024/2/2
多相流模拟
化学反应模拟
在多相流模拟中，UDF可以用于定义相间作 用力、相变过程等复杂现象。
对于涉及化学反应的流动问题，UDF可以用 于定义化学反应速率、物质输运等过程。
2024/2/2
7
02
UDF编程入门与实践
2024/2/2
8
准备工作与设置
1
安装ANSYS Fluent软件，并确认软件版本与 UDF兼容性。
燃烧模拟
通过UDF定义燃烧反应中的化学动 力学模型，模拟燃烧过程中的温度 场、浓度场和流场分布，分析燃烧 效率和污染物排放等。
16
拓展应用：多相流、化学反应等
2024/2/2
多相流模拟 通过UDF可以方便地定义多相流模型中的相间作用力、相 变等物理现象，模拟多相流体的混合、分离和传输过程。
化学反应模拟 UDF可以定义化学反应中的反应速率、反应热等参数，模 拟化学反应过程中的物质转化和能量传递现象。此外，还 可以模拟催化剂对化学反应的影响等。
ANSYS FLUENT培训教材之求解器设置
对流或高旋流
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
压力速度耦合
压力基求解器通过连续性方程和动量方程导出压力方程或压力修 正方程
FLUENT中有四种耦合方式
– Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations (SIMPLE)
• 默认算法，稳健性好
– SIMPLE-Consistent (SIMPLEC)
隐式方法一般优于显式，因为其对时间步有严格的限制 显式方法一般用于流动时间尺度和声学时间尺度相当的情况（如高马
赫激波的传播）
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
离散化（插值方法）
存储在单元中心的流场变量必须插值到控制体面上
对流项的插值方法有: – First-Order Upwind – 易收敛，一阶精度。 – Power Law –对低雷诺数流动 （ Recell < 5 ）比一阶格式更精确 – Second-Order Upwind – 尤其适用流动和网格方向不一致的四面体/三 角形网格，二阶精度，收敛慢 – Monotone Upstream-Centered Schemes for Conservation Laws (MUSCL) – 对非结构网格，局部三阶精度，对二次流、旋转涡、力等 预测的更精确 – Quadratic Upwind Interpolation (QUICK) – 适用于四边形/六面体以及 混合网格，对旋转流动有用，在均匀网格上能达到三阶精度
Initialize the solution
Enable the solution monitors of interest
Calculate a solution
Modify solution parameters or grid
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
压力速度耦合
压力基求解器通过连续性方程和动量方程导出压力方程或压力修 正方程
FLUENT中有四种耦合方式
– Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations (SIMPLE)
• 默认算法，稳健性好
– SIMPLE-Consistent (SIMPLEC)
隐式方法一般优于显式，因为其对时间步有严格的限制 显式方法一般用于流动时间尺度和声学时间尺度相当的情况（如高马
赫激波的传播）
路漫漫其修远兮, 吾将上下而求索
离散化（插值方法）
存储在单元中心的流场变量必须插值到控制体面上
对流项的插值方法有: – First-Order Upwind – 易收敛，一阶精度。 – Power Law –对低雷诺数流动 （ Recell < 5 ）比一阶格式更精确 – Second-Order Upwind – 尤其适用流动和网格方向不一致的四面体/三 角形网格，二阶精度，收敛慢 – Monotone Upstream-Centered Schemes for Conservation Laws (MUSCL) – 对非结构网格，局部三阶精度，对二次流、旋转涡、力等 预测的更精确 – Quadratic Upwind Interpolation (QUICK) – 适用于四边形/六面体以及 混合网格，对旋转流动有用，在均匀网格上能达到三阶精度
Initialize the solution
Enable the solution monitors of interest
Calculate a solution
Modify solution parameters or grid
ansys fluent教程fluent12-lecture08-udf
ANSYS, Inc. Proprietary © 2009 ANSYS, Inc. All rights reserved.
8-5
April 28, 2009 Inventory #002600
User-Defined Functions
Fluent UDF Data Structure (2)
8-7
April 28, 2009 Inventory #002600
User-Defined Functions
Example – Parabolic Inlet Velocity Profile
Training Manual
• We would like to impose a parabolic inlet velocity to the 2D elbow shown.
Training Manual
– A UDF is a function (programmed by the user) written in C which can be dynamically linked with the FLUENT solver.
• Standard C functions
Segregated Userdefined ADJUST PBCS DBCS
Training Manual
Initialize
Begin Loop
Solver? Source terms
Solve U-Momentum
Source terms
Solve V-Momentum
Solve W-Momentum
Training Manual
Domain Thread cell_t face_t Node
8-5
April 28, 2009 Inventory #002600
User-Defined Functions
Fluent UDF Data Structure (2)
8-7
April 28, 2009 Inventory #002600
User-Defined Functions
Example – Parabolic Inlet Velocity Profile
Training Manual
• We would like to impose a parabolic inlet velocity to the 2D elbow shown.
Training Manual
– A UDF is a function (programmed by the user) written in C which can be dynamically linked with the FLUENT solver.
• Standard C functions
Segregated Userdefined ADJUST PBCS DBCS
Training Manual
Initialize
Begin Loop
Solver? Source terms
Solve U-Momentum
Source terms
Solve V-Momentum
Solve W-Momentum
Training Manual
Domain Thread cell_t face_t Node
Fluent教程学习教程
指定流体区域
第18页/共71页
第十八页，编辑于星期五：十九点 三十九分。
关闭DesignModeler
第19页/共71页
第十九页，编辑于星期五：十九点 三十九分。
第20页/共71页
第二十页，编辑于星期五：十九点 三十九分。
划分网格
第21页/共71页
第二十一页，编辑于星期五：十九点 三十九分 。
第34页/共71页
第三十四页，编辑于星期五：十九点 三十九分 。
第35页/共71页
第三十五页，编辑于星期五：十九点 三十九分 。
第36页/共71页
第三十六页，编辑于星期五：十九点 三十九分 。
启动Ansys Fluent
第37页/共71页
第三十七页，编辑于星期五：十九点 三十九分 。
第38页/共71页
第四十二页，编辑于星期五：十九点 三十九分 。
第43页/共71页
第四十三页，编辑于星期五：十九点 三十九分 。
第44页/共71页
第四十四页，编辑于星期五：十九点 三十九分 。
设置流体性质
第45页/共71页
第四十五页，编辑于星期五：十九点 三十九分 。
第46页/共71页
第四十六页，编辑于星期五：十九点 三十九分 。
第13页/共71页
第十三页，编辑于星期五：十九点 三十九分。
创建管道
第14页/共71页
第十四页，编辑于星期五：十九点 三十九分。
第15页/共71页
第十五页，编辑于星期五：十九点 三十九分。
第16页/共71页
第十六页，编辑于星期五：十九点 三十九分。
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第十七页，编辑于星期五：十九点 三十九分。
第三十八页，编辑于星期五：十九点 三十九分 。
ANSYS FLUENT官方培训教程10后处理1
的流动速度
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其他图形对象
Text: 在viewer中加入自己的labels
– 可自动显示和改变time step/values, expressions, filenames及dates
Text Coord Legend Instance Clip Colour Frame Transform Plane Map
– X, Y, Z, Normals , mesh quality data
Solution variables
– 来自结果文件
User Defined variables
– 创建新的变量
Turbo variables
– 为透平机械算例自动创建的变量
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Coord Frame Legend
– 为plot创建Legend
Instance Transform
– 对plot进行旋转或平移操作
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其他图形对象
Clip Plane
– 定义面; 用于对所创建的这个面前/后 的几何
Text Coord Legend Instance Clip Colour Frame Transform Plane Map
位置类型
体(Volumes)
– 以 Surface构建 • 以选择的所有面构建而成 • 用于网格检查 – 等值体(Isovolume) • 基于变量
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位置类型
Isosurface of pressure behind a flap valve
ansysfluent官方培训教程07udf
ansysfluent官方培训教程07udf一、教学内容本节课我们将学习Ansys Fluent官方培训教程的第七部分，主要内容包括UDF（UserDefined Functions）的入门和使用。
通过本节课的学习，学生将掌握如何使用UDF自定义边界条件、修改流场变量以及实现更复杂的功能。
二、教学目标1. 了解UDF的概念和作用；2. 学会使用UDF自定义边界条件；3. 掌握通过UDF修改流场变量的方法；4. 能够运用UDF实现简单的人工天气变化。
三、教学难点与重点重点：UDF的概念和作用、UDF的基本语法和使用方法。
难点：通过UDF修改流场变量、实现复杂功能。
四、教具与学具准备1. 电脑；2. Ansys Fluent软件；3. UDF示例文件；4. 教学PPT。
五、教学过程1. 实践情景引入：讲解通过UDF实现边界条件修改的实例，让学生了解UDF的作用和基本使用方法。
2. 知识讲解：详细讲解UDF的概念、基本语法和使用方法，让学生理解如何通过UDF实现自定义功能。
3. 例题讲解：分析并讲解UDF示例文件，让学生学会如何编写和应用UDF。
4. 随堂练习：让学生自行尝试修改示例UDF文件，观察修改后的流场变化，巩固所学知识。
5. 课堂讨论：引导学生探讨如何利用UDF实现更复杂的功能，如人工天气变化。
六、板书设计板书设计如下：1. UDF概念和作用2. UDF基本语法3. UDF使用方法4. UDF实现边界条件修改5. UDF实现流场变量修改6. UDF实现复杂功能示例七、作业设计1. 请用UDF实现一个自定义边界条件，并观察流场变化。
答案：自定义一个速度边界条件，使得入口速度为某一固定值。
2. 请用UDF修改流场中的某一变量，并观察变化。
答案：通过UDF修改流场中的密度值，使得某一区域密度增加。
3. 请尝试利用UDF实现一个简单的人工天气变化模型。
答案：通过UDF修改温度场，实现温度随时间的变化，模拟气温变化。
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Solid model of a Headlight Assembly
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4. 设计和划分网格
Pre-Processing
3. 4. 5. 6. Geometry Meshing Physics Solver Settings
Triangle
Quadrilateral
Tetrahedron
Hexahedron
Pyramid
Prism/Wedge
计算域的各个部分都需要哪种程度的网格 密度？ – 网格必须能捕捉感兴趣的几何特征，以及 关心变量的梯度，如速度梯度、压力梯度、 温度梯度等。 – 你能估计出大梯度的位置吗？ – 你需要使用自适应网格来捕捉大梯度吗？ 哪种类型的网格是最合适的？ – 几何的复杂度如何？ – 你能使用四边形/六面体网格，或者三角 形/四面体网格是否足够合适？ – 需要使用非一致边界条件吗？ 你有足够的计算机资源吗？ – 需要多少个单元/节点？ – 需要使用多少个物理模型？
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Equation Variable Continuity 1 X momentum u Y momentum v Z momentum w Energy h
CFD 模拟概览
Problem Identification
1. 2. Define goals Identify domain
收敛解的精度和以下因素有关： – 合适的物理模型，模型的精度 – 网格密度，网格无关性 – 数值误差
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查看结果
9. Update Model
Post Processing
8. Examine results
查看结果，抽取有用的数据 – 使用可视化的工具能回答以下问题:
ANSYS FLUENT 培训教材 第一节：CFD简介
安世亚太科技（北京）有限公司
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什么是 CFD?
CFD是计算流体动力学（Computational fluid dynamics）的缩写，是预测流体流动、传热传 质、化学反应及其他相关物理现象的一门学科。CFD一般要通过数值方法求解以下的控制方 程组 – 质量守恒方程
3. 创建几何模型
Pre-Processing
3. 4. 5. 6. Geometry Mesh Physics Solver Settings
你如何得到流体域的几何模型？ – 使用现有的CAD模型 • 从固体域中抽取出流体域？ – 直接创建流体几何模型 你能简化几何吗？ – 去除可能引起复杂网格的不必要特征（倒 角、焊点等） – 使用对称或周期性？ • 流场和边界条件是否都是对称或周期性 的？ 你需要切分模型以获得边界条件或者创建域吗？
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设置物理问题和求解器
Pre-Processing
3. 4. 5. 6. Geometry Mesh Physics Solver Settings
对给定的问题，你需要
– 定义材料属性
• 流体 • 固体 • 混合物
For complex problems solving a simplified or 2D problem will provide valuable experience with the models and solver settings for your problem in a short amount of time.
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四边形/六面体还是三角形/四面体网格
对沿着结构方向的流动，四 边形/六面体网格和三角形/ 四面体网格相比，能用更少 的单元/节点获得高精度的结 果 – 当网格和流动方向一致， 四边形/六面体网格能减 少数值扩散 – 在创建网格阶段，四边形 /六面体网格需要花费更 多人力
问题定义 1.确定模拟的目的 2.确定计算域
Pre-Processing
3. Geometry
4.
5. 6.
Mesh
Physics Solver Settings
Update Model 9.
Solve
7. Compute solution
前处理和求解过程 3.创建代表计算域的几何实体 4.设计并划分网格 5.设置物理问题（物理模型、材料属性、 域属性、边界条件 …） 6.定义求解器 （数值格式、收敛控 制 …） 7.求解并监控
– 动量守恒方程
– 能量守恒方程 – 组分守恒方程 – 体积力
– 等等
CFD 分析一般应用在以下阶段: – 概念设计 – 产品的详细设计
– 发现问题
– 改进设计 CFD分析是物理试验的补充，但更节省费用和人力。
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CFD如何工作?
后处理过程 8.查看计算结果 9.修订模型
Post Processing
8. Examine results
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1. 定义模拟目的
Problem Identification
1. 2. Define goals Identify domain
力、动量 平均换热系数 面积分、体积分量 通量平衡
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修订模型
9. Update Model
这些物理模型是否合适？ – 流动是湍流的吗？ – 流动是非稳态的吗？
Post Processing
8. Examine results
– 是否有压缩性效应？
• • • • 什么是全局的流动类型？ 是否有分离？ 激波、剪切层等在哪儿出现？ 关键的流动特征是否捕捉住了？
– 数值报告工具能给出以下量化结果：
• • • •
Examine results to ensure property conservation and correct physical behavior. High residuals may be caused by just a few poor quality cells.
• 监测残差趋势能帮助理解这个差异
– 达到全局守恒
• 全局量的平衡
– 感兴趣的量（如阻力、压降）达到稳定值
• 监测感兴趣量的变化.
A converged and meshindependent solution on a wellposed problem will provide useful engineering results!
流动和传热 – 动量、质量、能量方程 – 辐射 湍流 – 雷诺平均模型 (Spalart-Allmaras, k–ε, k– ω, 雷诺应力模型) – 大涡模拟 (LES) 和分离涡模拟 (DES) 组分输运 体积反应 – Arrhenius 有限速率化学反应 – 湍流快速化学反应 • 涡耗散, 非预混, 预混，局部预混 – 湍流有限速率反应 • EDC, laminar flamelet, composition PDF transport – 表面化学反应
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四边形/六面体还是三角形/四面体网格
对复杂几何，四边形/六面体网格没有 数值优势，你可以使用三角形/四面体 网格或混合网格来节省划分网格的工 作量 – 生成网格快速
– 流动一般不沿着网格方向 混合网格一般使用三角形/四面体网格， 并在特定的域里使用其他类型的单元 – 例如，用棱柱型网格捕捉边界层 – 比单独使用三角形/四面体网格更 有效
计算精度要求到什么级别？
你希望多久能拿到结果？
CFD是否是合适的工具？
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2. 确定计算域
Problem Identification
1. 2. Define goals Identify domain
如何把一个完成的物理系统分割出来？ 计算域的起始和结束位置 – 在这些位置你能获得边界条件吗？ – 这些边界条件类型合适吗？ – 你能把边界延伸到有合适数据的位 置吗？
Domain of Interest as Part of a Larger System (not modeled)
能简化为二维或者轴对称问题吗？
Domain of interest isolated and meshed for CFD simulation.
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多域网格是求解精度、计算效率和生 成网格工作量之间的很好的平衡手段 当不同域直接的网格节点不一致时， 需要使用非一致网格技术。
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非一致网格
对复杂几何体，非一致网格很有用 – 分别划分每一个域，然后粘接 在其他情况下，也使用非一致网格界面技 术 – 不同坐标系之间 – 移动网格
– 是否有三维效应？ 这些边界条件是否合适？ – 计算域是否足够大？ – 边界条件是否合适？ – 边界值是否是合理的？ 网格是否是足够的？
– 加密网格能否提高精度？
– 网格是否有无关性？ – 是否需要提高网格捕捉几何的细节
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FLUENT 中的物理模型
ANSYS CFD 求解器是基于有限体积法的
– 计算域离散化为一系列控制体积 – 在这些控制体上求解质量、动量、能量、 组分等的通用守恒方程
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4. 设计和划分网格
Pre-Processing
3. 4. 5. 6. Geometry Meshing Physics Solver Settings
Triangle
Quadrilateral
Tetrahedron
Hexahedron
Pyramid
Prism/Wedge
计算域的各个部分都需要哪种程度的网格 密度？ – 网格必须能捕捉感兴趣的几何特征，以及 关心变量的梯度，如速度梯度、压力梯度、 温度梯度等。 – 你能估计出大梯度的位置吗？ – 你需要使用自适应网格来捕捉大梯度吗？ 哪种类型的网格是最合适的？ – 几何的复杂度如何？ – 你能使用四边形/六面体网格，或者三角 形/四面体网格是否足够合适？ – 需要使用非一致边界条件吗？ 你有足够的计算机资源吗？ – 需要多少个单元/节点？ – 需要使用多少个物理模型？
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Equation Variable Continuity 1 X momentum u Y momentum v Z momentum w Energy h
CFD 模拟概览
Problem Identification
1. 2. Define goals Identify domain
收敛解的精度和以下因素有关： – 合适的物理模型，模型的精度 – 网格密度，网格无关性 – 数值误差
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查看结果
9. Update Model
Post Processing
8. Examine results
查看结果，抽取有用的数据 – 使用可视化的工具能回答以下问题:
ANSYS FLUENT 培训教材 第一节：CFD简介
安世亚太科技（北京）有限公司
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什么是 CFD?
CFD是计算流体动力学（Computational fluid dynamics）的缩写，是预测流体流动、传热传 质、化学反应及其他相关物理现象的一门学科。CFD一般要通过数值方法求解以下的控制方 程组 – 质量守恒方程
3. 创建几何模型
Pre-Processing
3. 4. 5. 6. Geometry Mesh Physics Solver Settings
你如何得到流体域的几何模型？ – 使用现有的CAD模型 • 从固体域中抽取出流体域？ – 直接创建流体几何模型 你能简化几何吗？ – 去除可能引起复杂网格的不必要特征（倒 角、焊点等） – 使用对称或周期性？ • 流场和边界条件是否都是对称或周期性 的？ 你需要切分模型以获得边界条件或者创建域吗？
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设置物理问题和求解器
Pre-Processing
3. 4. 5. 6. Geometry Mesh Physics Solver Settings
对给定的问题，你需要
– 定义材料属性
• 流体 • 固体 • 混合物
For complex problems solving a simplified or 2D problem will provide valuable experience with the models and solver settings for your problem in a short amount of time.
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四边形/六面体还是三角形/四面体网格
对沿着结构方向的流动，四 边形/六面体网格和三角形/ 四面体网格相比，能用更少 的单元/节点获得高精度的结 果 – 当网格和流动方向一致， 四边形/六面体网格能减 少数值扩散 – 在创建网格阶段，四边形 /六面体网格需要花费更 多人力
问题定义 1.确定模拟的目的 2.确定计算域
Pre-Processing
3. Geometry
4.
5. 6.
Mesh
Physics Solver Settings
Update Model 9.
Solve
7. Compute solution
前处理和求解过程 3.创建代表计算域的几何实体 4.设计并划分网格 5.设置物理问题（物理模型、材料属性、 域属性、边界条件 …） 6.定义求解器 （数值格式、收敛控 制 …） 7.求解并监控
– 动量守恒方程
– 能量守恒方程 – 组分守恒方程 – 体积力
– 等等
CFD 分析一般应用在以下阶段: – 概念设计 – 产品的详细设计
– 发现问题
– 改进设计 CFD分析是物理试验的补充，但更节省费用和人力。
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CFD如何工作?
后处理过程 8.查看计算结果 9.修订模型
Post Processing
8. Examine results
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1. 定义模拟目的
Problem Identification
1. 2. Define goals Identify domain
力、动量 平均换热系数 面积分、体积分量 通量平衡
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修订模型
9. Update Model
这些物理模型是否合适？ – 流动是湍流的吗？ – 流动是非稳态的吗？
Post Processing
8. Examine results
– 是否有压缩性效应？
• • • • 什么是全局的流动类型？ 是否有分离？ 激波、剪切层等在哪儿出现？ 关键的流动特征是否捕捉住了？
– 数值报告工具能给出以下量化结果：
• • • •
Examine results to ensure property conservation and correct physical behavior. High residuals may be caused by just a few poor quality cells.
• 监测残差趋势能帮助理解这个差异
– 达到全局守恒
• 全局量的平衡
– 感兴趣的量（如阻力、压降）达到稳定值
• 监测感兴趣量的变化.
A converged and meshindependent solution on a wellposed problem will provide useful engineering results!
流动和传热 – 动量、质量、能量方程 – 辐射 湍流 – 雷诺平均模型 (Spalart-Allmaras, k–ε, k– ω, 雷诺应力模型) – 大涡模拟 (LES) 和分离涡模拟 (DES) 组分输运 体积反应 – Arrhenius 有限速率化学反应 – 湍流快速化学反应 • 涡耗散, 非预混, 预混，局部预混 – 湍流有限速率反应 • EDC, laminar flamelet, composition PDF transport – 表面化学反应
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四边形/六面体还是三角形/四面体网格
对复杂几何，四边形/六面体网格没有 数值优势，你可以使用三角形/四面体 网格或混合网格来节省划分网格的工 作量 – 生成网格快速
– 流动一般不沿着网格方向 混合网格一般使用三角形/四面体网格， 并在特定的域里使用其他类型的单元 – 例如，用棱柱型网格捕捉边界层 – 比单独使用三角形/四面体网格更 有效
计算精度要求到什么级别？
你希望多久能拿到结果？
CFD是否是合适的工具？
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2. 确定计算域
Problem Identification
1. 2. Define goals Identify domain
如何把一个完成的物理系统分割出来？ 计算域的起始和结束位置 – 在这些位置你能获得边界条件吗？ – 这些边界条件类型合适吗？ – 你能把边界延伸到有合适数据的位 置吗？
Domain of Interest as Part of a Larger System (not modeled)
能简化为二维或者轴对称问题吗？
Domain of interest isolated and meshed for CFD simulation.
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多域网格是求解精度、计算效率和生 成网格工作量之间的很好的平衡手段 当不同域直接的网格节点不一致时， 需要使用非一致网格技术。
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非一致网格
对复杂几何体，非一致网格很有用 – 分别划分每一个域，然后粘接 在其他情况下，也使用非一致网格界面技 术 – 不同坐标系之间 – 移动网格
– 是否有三维效应？ 这些边界条件是否合适？ – 计算域是否足够大？ – 边界条件是否合适？ – 边界值是否是合理的？ 网格是否是足够的？
– 加密网格能否提高精度？
– 网格是否有无关性？ – 是否需要提高网格捕捉几何的细节
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FLUENT 中的物理模型
ANSYS CFD 求解器是基于有限体积法的
– 计算域离散化为一系列控制体积 – 在这些控制体上求解质量、动量、能量、 组分等的通用守恒方程