fluent教程 第二章,基本方程解析
fluent教程 第二章,基本方程解析
房间5米宽，3米高 换热器高度1米
密度随温度变化： 1，多项式拟合密度随温度变化
a0 a1T a2T 2 a3T 3 ...
2，理想气体 3，不可压缩理想气体。。。。
4 3.5 3
空气
POLYNOMIAL FIT DATA: Pwr,Coef 0 | 1.068325923373E+001 1 | -1.242011989331E-001 2 | 7.162733710290E-004 3 | -2.188174783828E-006 4 | 3.386736047985E-009 5 | -2.088821851188E-012
流体1
流体2
Fluent求解的能量方程
• 能量方程
T ( E) (ui ( E p )) (keff ) h j J j u j ( ij )eff S h t xi xi xi j
u i2 E h 2 p
理想气体
h m j h j
0 0 0
0
浮力驱动流计算用户输入
• 求解能量方程(define-models-Energy) • 激活重力加速度项（define-operating conditions） • 决定流体（理想气体，不可压缩理想气体 （operating pressure不能设零） • 密度设定（给定密度与温度之间关系， Boussinesq假设中，给定参考密度和热膨 胀系数）
Density
2.5 2 1.5 1 100 200
300
400
Temperature
Y方向速度等值线
流函数等值线
自然对流问题举例
• 房间内内热源问题
FLUENT软件使用说明
FLUENT软件使⽤说明FLUENT问题：⼀、计算思路建模流场⽹格分区、结构、尺⼨边界模型离散迭代处理分析⼆、求解问题⼆维三维理想⽓体层流湍流⼆相流化学反应三、学些⽅法典型实例具体问题学习⼩节：CFD 分析的基本步骤1. 定义⽬标模型2. 确定模型区域3.选择合适的求解器◆⼆者都可⽤于⼴泛的流体计算，但⼀般情况下发：●segregated ：适⽤于不可压及微可压流。
只使⽤隐式格式。
●coupled ：适⽤于⾼速可压流，有强体积⼒的耦合流以及密⽹格问题。
耦合求解流动和能量⽅程，可以快速收敛。
●coupled implicit 格式内存需要量⼤，如果内存不够可以使⽤coupled explicit，同样也是耦合求解流动和能量⽅程，但收敛速度较慢。
Segregated适⽤于不可压及微可压流，只使⽤隐式格式。
Coupled适⽤于⾼速可压流，有强体积⼒的耦合流以及流场密⽹较密的问题以上情况宜使⽤coupled implicit 格式，但需内存量⼤。
当内存不⾜时，可⽤segregated或coupled explicit （显式格式⽐隐式格式收敛慢）4. 选择并⽣成⽹格对简单的⼏何体，四边形/六⾯体⽹格⽐使⽤三⾓形/四⾯体⽹格⽤更少的单元数可以⽣成更好的⽹格。
对复杂的⼏何体，四边形/六⾯体⽹格⼰经没有数值精度上的优势，⽽使⽤三⾓形/四⾯体⽹格可以节省⼤量时间。
5.建⽴数值模型边界设定有处理6. 计算求解◆在FLUENT中可以选择控制⽅程中对流项的离散⽅法。
有四种⽅法可以选择：FirstOrder、Second Order、QUICK、Power。
●当流动⽅向与⽹格相⼀致时(如：使⽤四边形或六⾯体⽹格的管内层流问题)，⼀阶迎风格式就可以了，但⼀阶格式会增加计算中的数值扩散错误。
●当流动⽅向不与⽹格相⼀致时(如：流动⽅向倾斜的穿过⽹格线)，或使⽤三⾓形、四⾯体⽹格，应使⽤⼆阶格式以获得更⾼精度的解。
在使⽤四边形或六⾯体⽹格的复杂流场时，也可以使⽤⼆阶格式以获得更⾼精度的解。
FLUENT中文全教程_部分2
Radio Buttons这类按钮中，只有一个选项可以打开。
Text EntryInteger Number Entry一般说来用鼠标点击上下箭头，会增加或者减少1。
如果结合键盘点击一次鼠标就可以增加更多的数量。
用法如下表：Key Factor of IncreaseShift 10Ctrl 100Real Number Entry可以输入实数如10, -10.538, 50000.45和5.e-4)，一般都会带有相应的单位。
单选列表许多面板响应鼠标的双击功能，在实践中多试几次就熟练了多选列表鼠标点击一次选上；再点击一次取消选择下拉菜单使用方法和Windows的一样。
标尺可以用鼠标操作，也可以用鼠标选择之后再用键盘左右选择图形显示窗口Figure 1: 图形显示窗口的例子显示选项面板可以控制图形显示的属性也可以打开另一个显示窗口。
鼠标按钮面板可以用于设定鼠标在图形显示窗口点击时所执行的操作。
当为图形显示处理数据时要取消显示操作可以按Ctrl+C，已经开始画图的话就无法取消操作了。
输出图形显示窗口是Windows NT系统的特有功能，UNIX系统没有此项功能。
页面设置面板也是Windows NT系统独有的功能Windows NT系统的特有的输出图形显示窗口功能如果你选择的是Windows NT版本的FLUENT，点击图形窗口的左上角便可以显示图形窗口系统菜单，该菜单包括常用系统命令如：move，size和close。
连同系统命令一起，FLUENT 为支持打印机和剪贴板增加了三条命令：1.复制到剪贴板：将当前图形复制到Windows的剪贴板。
可以用页面设置面板改变复制的属性。
图形窗口的大小影响了图形中所使用的字的大小。
2.打印：将当前图形复制到打印机。
可以用页面设置面板改变打印的属性。
3.页面设置：显示页面设置面板。
Windows NT系统独有的页面设置面板功能：在图形显示窗口的system菜单中点击Page Setup..菜单，弹出页面设置面板如下：第一个Color：允许你选择是否使用彩色图第二个Color：选择彩色图形Gray Scale：选择灰度比例图Monochrome：选择黑白图Color Quality：允许你指定图形的色彩模式True Color：创建一个由RGB值定义的图，这假定了你的打印机或者显示器有至少65536个色彩或无限色彩。
fluent教程 第二章,基本方程
空气
Density
2.5 2 1.5 1 100 200
300
400
Temperature
Y方向速度等值线
流函数等值线
自然对流问题举例
• 房间内内热源问题
房间1米宽，1米高
直径10CM热源
当求解高Rayleigh 数（108）流动问题时，根据下 列步骤将能得到最好结果
j
不可压缩气体
h m j h j
j
p
Hale Waihona Puke m j是组分
j
的质量分数，组分
j
的焓定义为：
h j c p , j dT
Tref
T
PDF模型的能量方程
u k t H ( H ) ( u i H ) ( ) ik i S h t xi xi c p xi x k
0 0 0
0
浮力驱动流计算用户输入
• 求解能量方程(define-models-Energy) • 激活重力加速度项（define-operating conditions） • 决定流体（理想气体，不可压缩理想气体 （operating pressure不能设零） • 密度设定（给定密度与温度之间关系， Boussinesq假设中，给定参考密度和热膨 胀系数）
计算传热过程中用户输入
• 如果用FLUENT计算有传热的问题时候，必须击活相关模型和提供热 边界条件，并且给出材料物性。这一系列过程如下： • 击活能量面板。Define-Models-Energy • (对于segregated solver)如果模拟粘性流动过程，而且要考虑粘性加 热，击活Viscous Heating；Define-Models-Viscous Heating • 定义热边界条件（包括流体进口，出口和壁面）Define-Boundary Conditions。在流动进口和出口要给定温度，但壁面可以有如下边界 条件选择：
Fluent学习资料教程集锦02-FLUENT求解器基础
读入网格 – Zones
plate plate-shadow wall
outlet inlet
fluid (cell zone)
Default-interior zone(s) can always be ignored.
• 本例中，有两个域 (fluid-upstream and fluiddownstream).
附录
FLUENT Journals • FLUENT 可以使用journal 文件以批处理方式 运行
• journal 是包括TUI命令的文本文件
• FLUENT TUI 允许命令的缩写，如 – ls 列表工作目录下的文件 – rcd 读入 case 和data 文件 – wcd 写 case 和 data 文件 – rc/wc 读/写 case 文件 – rd/wd 读/写 data 文件 – it 迭代
– Edge 面的边（由两个节点定义）
– Face 单元的边界，由一组边定义
– Cell 域离散的控制体
– Zone 一系列节点、边、面或单元的集合
• 计算域由以上所有的信息组成
– 对纯流动问题，域只包括流体域
– 对共轭换热问题，或流固耦合问题，域还 会包含固体域
• 边界条件设置在面上
• 材料属性和源项设置在单元上
缩放网格，选择量纲
• FLUENT读入网格文件后，所 有的维度默认是以米为单位 的 – 如果你的模型不是以米为 单位建立的，你需要缩放 – 网格缩放后需要确认一下 计算域的大小。
• 如果是在 Workbench下读入 网格，不需要缩放。然而， 量纲默认为 MKS 系统
• 如果需要，可以使用混合的 量纲系统。 – FLUENT 默认使用国际单 位 SI – 在 Set Units 面板中，可以 使用任意的量纲。
Fluent使用指南2
第一步：网格1、读入网格（File→Read→Case）2、检查网格（Grid→Check）3、平滑网格（Grid→Smooth/Swap）4、更改网格的长度单位（Grid→Scale）5、显示网格（Display→Grid）第二步：建立求解模型1、保持求解器的默认设置不变（定常）2、开启标准K-ε湍流模型和标准壁面函数Define→Models→Viscous第三步：设置流体的物理属性ari→Density→1.225viscosity→1.7894e-0.5第四步：设置边界条件对outflow、velocity-inlet、wall 采用默认值第五步：求解1、Solv→Controls→Solution中，Discretitation→Pressure→standardPressure→0.2 Momentum→0.52、Solution Initialization→all zone3、Residual Monitors→Plot第六步:迭代第七步：进行后处理第八步：1、Define→Model→Evlerian2、在Vissous Model→K-epsilon Multiphase Model→Mixture 第九步：在Define Phase Model→Discrete phase ModelInteraction↓选中→Interaction With Continuous PhaseNomber of Continuous PhaseInteractions per DPM Interaction第十步：设置物理属性第十一步：Define→Operating →重力加速度Define→Boondary Conditionsflvid→Mixture→选中Sovrce Terms 其他默认Phase-1→选中Sovrce Terms 其他默认Phase-2→选中Sovrce Terms 其他默认inflow→Mixture→全部默认Phase-1→全部默认Phase-2→Multiphase→Volume Fraction→0.0003其他默认outflow→Mixture→默认Phase-1→默认Phase-2→默认wall→Mixture→全部默认Phase-1→默认Phase-2默认第十二步：Slove→Controls→Slution Controls→Pressure→0.2 Momentum→0.5 其余默认第十三步：千万不能再使用初始化第十四步：进行迭代计算截Z轴上的图:在Surface→iso↓Surface of constant↓Grid↓然后选x、y、z轴（根据具体情况而定）↓在Iso-Values→选取位置C的设置在New Surface Name中输入新各字→点创建然后在Display→Grid→Edge type→Feature→选中刚创建的那个面，然后Display查看刚才那面是否创建对最后在Display→Contours→Options→Filled→Surface→选中面，然后Display。
(完整word版)FLUENT知识点解读(良心出品必属精品)
一、基本设置1．Double Precision的选择启动设置如图，这里着重说说Double Precision（双精度）复选框，对于大多数情况，单精度求解器已能很好的满足精度要求，且计算量小，这里我们选择单精度。
然而对于以下一些特定的问题，使用双精度求解器可能更有利[1]。
a.几何特征包含某些极端的尺度（如非常长且窄的管道），单精度求解器可能不能足够精确地表达各尺度方向的节点信息。
b.如果几何模型包含多个通过小直径管道相互连接的体，而某一个区域的压力特别大（因为用户只能设定一个总体的参考压力位置），此时，双精度求解器可能更能体现压差带来的流动（如渐缩渐扩管的无粘与可压缩流动模拟）。
c.对于某些高导热系数比或高宽纵比的网格，使用单精度求解器可能会遇到收敛性不佳或精确度不足不足的问题，此时，使用双精度求解器可能会有所帮助。
[1] 李鹏飞,徐敏义,王飞飞.精通CFD工程仿真与案例实战：FLUENT GAMBIT ICEM CFD Tecplot[M]. 北京,人民邮电出版社,2011:114-1162．网格光顺化用光滑和交换的方式改善网格：通过Mesh下的Smooth/Swap来实现，可用来提高网格质量，一般用于三角形或四边形网格，不过质量提高的效果一般般，影响较小，网格质量的提高主要还是在网格生成软件里面实现，所以这里不再用光滑和交换的方式改善网格，其原理可参考《FLUENT全攻略》（已下载）。
3．Pressure-based与Density-based求解器设置如图。
下面说一说Pressure-based和Density-based 的区别：Pressure-Based Solver是Fluent的优势，它是基于压力法的求解器，使用的是压力修正算法，求解的控制方程是标量形式的，擅长求解不可压缩流动，对于可压流动也可以求解；Fluent 6.3以前的版本求解器，只有Segregated Solver和Coupled Solver，其实也是Pressure-Based Solver的两种处理方法；Density-Based Solver是Fluent 6.3新发展出来的，它是基于密度法的求解器，求解的控制方程是矢量形式的，主要离散格式有Roe，AUSM+，该方法的初衷是让Fluent具有比较好的求解可压缩流动能力，但目前格式没有添加任何限制器，因此还不太完善；它只有Coupled的算法；对于低速问题，他们是使用Preconditioning方法来处理，使之也能够计算低速问题。
fluent控制方程
fluent控制方程Fluent控制方程是指在Fluent软件中用于描述流体运动和热传递的方程式。
这些方程式包括连续性方程、动量方程、能量方程以及物质传输方程等。
本文将对这些方程式进行详细介绍。
一、连续性方程连续性方程是描述流体质量守恒的基本方程，它表达了单位时间内通过任意截面的流体质量守恒。
在Fluent中，连续性方程可以表示为：$$\frac{\partial \rho}{\partial t}+\nabla \cdot (\rho \vec{v})=0$$其中，$\rho$表示流体密度，$\vec{v}$表示速度矢量。
该式左边的第一项表示时间变化率，右边的第二项表示质量通量。
二、动量方程动量方程是描述流体运动状态的基本方程，它表达了单位时间内通过任意截面的动量守恒。
在Fluent中，动量方程可以表示为：$$\frac{\partial (\rho \vec{v})}{\partial t}+\nabla \cdot (\rho\vec{v} \vec{v})=-\nabla p +\nabla \cdot (\mu \nabla\vec{v})+\rho \vec{g}$$其中，$p$表示压力，$\mu$表示粘度系数，$\vec{g}$表示重力加速度。
该式左边的第一项表示时间变化率，右边的第二项表示动量通量，右边的第三项表示粘性力，右边的第四项表示重力作用。
三、能量方程能量方程是描述流体热传递的基本方程，它表达了单位时间内通过任意截面的能量守恒。
在Fluent中，能量方程可以表示为：$$\frac{\partial (\rho h)}{\partial t}+\nabla \cdot (\rhoh\vec{v})=\nabla \cdot (\lambda \nabla T)+\dot{q}$$其中，$h$表示比焓，$\lambda$表示热传导系数，$T$表示温度，$\dot{q}$表示体积源项。
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粘性加热项选择
• 粘性耗散项是考虑流体中的粘性剪切作用 产生的热量。如果用segregated solver求解， 默认设置并没有考虑。如果Brinkman U 数（ Br kT ， T 是系统温度差）大于1 时，粘性加热一定不能忽略。这时候一定 要设置Viscous Heating选项。对于可压缩 流动，一般Br>1，如果还用segregated solver求解，一定要考虑粘性加热。如果是 coupled solver求解，粘性加热会自动考虑。
• 能量方程
T ( E) (ui ( E p )) (keff ) h j J j u j ( ij )eff S h t xi xi xi j
u i2 E h 2 p
FLUENT可以计算流体和（或者）固体区域之间的传热问题。如果是周期性换热 流动，则流动边界要给定周期边界条件。如果计算计算模型包括两个流动区域， 中间被固体或者墙壁隔开的换热问题，则要特别注意：1，两个流体都不能用流 出边界条件（outflow）；2，两个区域的流动介质可以不同，但要分别定义流体 性质（如果计算组分，只能给一个混合组分）。流体1流体2
Fluent的基本方程（层流）
• 连续方程
( ui ) S m t பைடு நூலகம்xi
• 动量方程
p ij ( ui ) ( ui u j ) g i Fi t x j xi c j
u i u j ij x j xi 2 u l 3 x ij l
流体1
流体2
Fluent求解的能量方程
• 能量方程
T ( E) (ui ( E p )) (keff ) h j J j u j ( ij )eff S h t xi xi xi j
u i2 E h 2 p
理想气体
h m j h j
2 e
组分扩散项
• Fluent求解焓方程时，组分扩散项都已经包括。 • 用segregated solver求解，如果想不考虑该项， 可以在组分模型面板（Species Model Panel）中 关闭能量扩散项。 • 如果采用了非绝热的PDF燃烧模型，方程中并不 明确出现该项，应为导热和组分扩散项合并为一 项了。 • 当用coupled solver求解时，能量方程总会考虑该 项。
固体区域的能量方程
• 在固体区域，FLUENT采用的能量方程为如 下形式
T h (ui h) (k )q t xi xi xi
方程左边第二项表示由于固体旋转或者平移运动热传 输。方程右边两相分别为固体导热和体积热源。
固体内部导热各向异性的影响
• 当用segregated solver求解时，FLUENT允 许你指定材料的各向导热系数。固体导热 各向异性方程形式如下：
j
不可压缩气体
h m j h j
j
p
m j
是组分
j
的质量分数，组分
j
的焓定义为：
h j c p , j dT
Tref
T
PDF模型的能量方程
u k t H ( H ) ( ui H ) ( ) ik i S h t xi xi c p xi xk
化学反应源项
• 化学反应源项如下
S h,reaction
Tref h0 j c p , j dT R j j M j Tref , j
0 其中， h j 是组分
j
的生成焓； R j 是组分
j
生成的体积率。对于非绝热PDF燃烧模型生成热定义在总焓中，所以化 学反应热不包含在源项中
假定刘易斯数为1，方程右边第一项为组分扩散和导热项的合并项； 第二项为粘性耗散，为非守恒形式。总焓H定义为:
H m j H j
j
组分
j
的总焓定义为
T
H j c p , j dT h 0 j (Tref , j )
Tref , j
虽然能量的标准形式里包括了压力做功和动能项，但在采用segregated solver求解不 可压问题时候都可以忽略掉。当然，如果想不忽略它们的作用，可以在 define/models/energy中设置。对于可压缩流动问题，在用coupled solvers求解时总 是考虑压力做功和动能项。
Fluent用途（续）
• 为了能模拟工业设备和过程中的流动及相关的输 运现象，FLUENT提供了许多解决工程实际问题的 选择，其中包括多孔介质流动，（风扇和热交换 器）的集总参量计算，流向周期流动与传热，有 旋流动和动坐标系下流动问题。随精确时间滑移 网格的动坐标方法可以模拟计算涡轮流动问题。 • FLUENT还提供了离散相模型用以模拟喷雾过程或 者稀疏颗粒流动问题。还有些两相流模型可供大 家选用。
第二章，基本流动模拟
Fluent用途
• 提供了很多数学模型用以模拟复杂几何结构下的 输运现象（如传热与化学反应）。 • 该软件能解决比较广泛的工程实际问题，包括处 理设备内部过程中的层流非牛顿流体流动，透平 机械和汽车发动机过程中的湍流传热过程，锅炉 炉里的粉煤燃烧过程，还有可压射流、外流气体 动力学和固体火箭中的可压反应流动等
T (k ij ) xi xi
•
kij
其中，是导热系数矩阵。
进口热扩散
• 进口的净能量输运包括对流和扩散两部分。指定 进口温度就可以确定对流部分，但扩散项取决于 计算出来的温度场梯度。因此我们不能给定扩散 分量或者净能量输运。但在一些问题中，我们更 希望能给定净能量输运，而不是给定进口温度。 如果用segregated solver求解时，可以在 dfine/models/energy中去掉进口能量扩散，从而 达到给定净进口能量输运。但是我们用coupled solver时，不能去掉能量扩散部分。