Fluent入门基础培训

可压缩流体与不可压缩流体：根据流体压缩性的大小，可将流 体分为可压缩流体与不可压缩流体。密度随压强变化大且不可 视为常数的为可压缩流体，反之，称为不可压缩流体。
正常情况下，液体和低速气体（<50）可视为不可压缩流体。 牛顿流体和非牛顿流体：根据流体是否满足牛顿内摩擦定律，
可将流体分为牛顿流体和非牛顿流体。符合牛顿内摩擦定律， 也就是切应力与速度梯度成正比的流体为牛顿流体。
基本概念（6）
有旋流动和无旋流动：有旋流动是指流场中各处的旋度(流体微 团的旋转角速度)不等于零的流动，无旋流动是指流场中各处的 旋度都为零的流动。
流体运动是有旋流动还是无旋流动，取决于流体微团是否有旋 转运动，与流体微团的运动轨迹无关。流体流动中，如果考虑 粘性，由于存在摩擦力，这时流动为有旋流动：如果粘性可以 忽略，而流体本身又是无旋流，这时流动为无旋流动。
软件文件类型： 文件：日志文档，可以编辑运行。 文件：工作文件，若想修改网格， 可以打开进行再编辑, 可以
打开进行再编辑。 文件：输出的网格文件。 文件：文件经过处理后得到的文件。 文件： 计算数据结果的数据文件。
安装方法
最初只支持操作系统，面向高端用户。随着的普及，也开始支持系 统。但其前处理软件仍然需要在系统下运行。所以在安装前，要安 装一个模拟系统的软件。
绝对稳定
虽然可以获得物理上可接受的解，但当 Pe 数较大时，假 扩散较严重。为避免此问题，常需要加密计算网格。
绝对稳定
精度较一阶迎风高，但仍有假扩散问题。
绝对稳定
当 Pe≤2 时，性能与中心差分格式相同。当 Pe>2 时，性 能与一阶迎风格式相同。
绝对稳定
主要适用于无源项的对流扩散问题，对有非常数源项的 场合，当 Pe 数较高时有较大误差。
RSM 模型 LES 模型
特点及适用范围 大网格低成本湍流模型，适用于模拟中等复杂的内流和外 流以及压力梯度下的边界层流动 优缺点明确，适用于初始迭代、设计选型和参数研究 适用于涉及快速应变、中等涡和局部转捩的复杂剪切流动 计算精度高于重整化 k-ε 模型 在模拟近壁面边界层、自由剪切和低雷诺数流动时性能更 好。可以用于模拟转捩和逆压梯度下的边界层分离(空气动 力学中的外流模拟和旋转机械) 与标准 k-ω 模型性能类似，对壁面距离的依赖使得它不适 合于模拟自由剪切流动。 基于雷诺平均的湍流模型，避免各向同性涡粘性假设，需 要较多的 CPU 时间和内存消耗，适用于模拟强漩涡流等复 杂三维流动 适用于模拟瞬态的大尺度涡
节点之间的近似解，一般认为光滑变化，原则上可以应用插值 方法确定，从而得到整个计算域上的近似解。
这种插值方式被称为离散格式（ ）
离散格式（2）
离散格式 中心差分 一阶迎风 二阶迎风 混合格式
指数格式
QUICK 格式 改进的 QUICK
格式
稳定性及稳定条件
精度与经济性
条件稳定 Pe≤2 在不发生振荡的参数范围内，可以获得校准确的结果。
基础
主要内容
发展历史 基本功能 软件结构及常用文件类型 安装方法（基于6.3版本） 基本概念
求解器的选择 离散格式 初始化 边界条件的设定 可用的参考资料
发展历史
1975年 谢菲尔德大学（）开发了 1983年 美国的流体技术服务公司推出 1988年 .成立 1995年 收购最大对手公司（ ） 1997年 收购公司（粘弹性和聚合物流动模拟） 2006年 被收购 在被收购后为6.3版本 2009年6月发布12.0版本 2010年底发布13.0版本 2011年底发布14.0版本
收敛慢 () – 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 () – 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
离散格式（4）
离散格式（5）
为了得到扩散通量、速度导数，以及高阶离散格式，都需要求解 变量的梯度
单元中心的变量梯度由以下三种方法得到: – 可能会引起伪扩散 – 更精确，更少伪扩散，建议对三角形/四面体网格采用 – 建议对多面体网格采用，精度和属性同 面上的梯度用多级泰勒级数展开求得
软件结构及常用文件类型（1）
包应该包括以下几个部分： 解法器 ，用于模拟燃烧过程 ，网格生成 ，额外的处理器，用于从现有的边界网格生成体网格。 ()，转换其它程序生成的网格，用于计算。可以接口的程序包括
：, , , 等。
软件结构及常用文件类型（2）
GAMBIT 设置几何形状 生成2D或3D网格
可用雷诺数进行判定。雷诺数是流体惯性力与黏性力比值的量 度，它是一个无量纲量。
雷诺数较小时，黏滞力对流场的影响大于惯性力，流场中流 速的扰动会因黏滞力而衰减，流体流动稳定，为层流；反之， 若雷诺数较大时，惯性力对流场的影响大于黏滞力，流体流动 较不稳定，流速的微小变化容易发展、增强，形成紊乱、不规 则的紊流流场。
例如，均匀气流流过平板，在紧靠壁面的附面层内，需要考 虑粘性影响，因此，附面层内为有旋流动，附面层外的流动， 就性可以忽略，为无旋流动。
求解器选择（1）
求解器： (1) 2d
——二维单精度求解器； (2) 3d
——三维单精度求解器： (3) 2
——二维双精度求解器； (4) 3
——三维双精度求解器。
可以减少假扩散误差，精度较高，应用较广泛，但主要 条件稳定 Pe≤8/3
用于六面体和四边形网格。
绝对稳定
性能同标准 QUICK 格式，只是不存在稳定性问题。
离散格式（3）
对流项的插值方法有: – 易收敛，一阶精度 –对低雷诺数流动 ( < 5 )比一阶格式更精确 – 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，
基本概念（5）
热传导及扩散：当流体中存在温度差时，温度高的地方将向温 度低的地方传送热量，这种现象称为热传导。同样地，当流体 混合物中存在组元的浓度差时，浓度高的地方将向浓度低的地 方输送该组元的物质，这种现象称为扩散。
理想流体忽略了粘性，即忽略了分子运动的动量输运性质， 因此在理想流体中也不应考虑质量和能量输运性质——扩散和 热传导，因为它们具有相同的微观机制。
求解器选择（3）
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
压力-速度耦合方程求解算法 () 默认算法，稳健性好
– () – 对简单问题，收敛更快，如
层流 – () – 对非稳态流动或者高扭曲度
网格有用
– 压力基耦合求解器
求解器选择（4）
密度基耦合求解器 以矢量方式求解连续性方程、动量
几何形状或 网格
其它软件包， 如CAD，CAE等
prePDF
2D或3D网格
PDF查表
FLUENT
PDF程序
网格输入及调整 物理模型 边界条件 流体物性确定 计算 结果后处理
边界和（或） 体网格
边界网格
网格
TGrid 2D三角网格 3D四面体网格 2D和3D混合网格
基本程序结构示意图
软件结构及常用文件类型（3）
赫激波的传播）
离散格式（1）
在对指定问题进行计算之前，首先要将计算区域离散化，即对 空间上连续的计算区域进行划分，把它划分成许多个子区域， 并确定每个区域中的节点，从而生成网格。然后将控制方程在 网格上离散，即将偏微分方程格式的控制方程转化为各个节点 上的代数方程组，然后求解离散方程组，得到各个节点上的解 。
基本功能（1）
可压缩与不可压缩流动问题； 稳态和瞬态流动问题； 无粘流、层流及湍流问题； 牛顿流体及非牛顿流体； 对流换热问题（包括自然对流和混合对流）； 导热与对流换热耦合问题； 辐射换热； 惯性坐标系和非惯性坐标系下的流动问题模拟；
基本功能（2）
多运动坐标系下的流动问题； 化学组分混合与反应； 可以处理热量、质量、动量和化学组分的源项； 用 轨道模型模拟稀疏相（颗粒，水滴，气泡等）； 多孔介质流动； 一维风扇、热交换器性能计算； 两相流问题； 复杂表面形状下的自由面流动。
方程、能量方程和组分方程 通过状态方程得到压力 其他标量方程按照分离方式求解
可以显式或隐式方式求解 隐式: 使用高斯赛德尔方法求
解所有变量
显式: 用多步龙格库塔显式时 间积分法。
求解器 模型
k-ε 模型
标准 重整化 可实现
标准 k-ω 模型
SST k-ω 模型
离散格式（6）
使用分离算法时，计算面上压力的插值方法有: – 默认格式，对于近边界的沿面法向存在大压力梯度流动，精度
下降（如果存在压力突变，建议改用 ! ） ! – 用于高度旋流，包括压力梯度突变（多孔介质，风扇模型等）
或者计算域存在大曲率的面 – 当其他格式导致收敛问题或非物理解时使用 – 用于压缩流，不适用多孔介质、风扇、压力突变以及 多相流 – 用于大体积力的情况，如高瑞利数自然对流或高旋流
求解器选择（7）
压力基求解器应用范围覆盖从低压不可压缩流到高速压缩流 需要的内存少 求解过程灵活 压力基耦合求解器 () 适用于大多数单相流，比分离求解器性能更好 不能用于多相流（欧拉）、周期质量流和 比分离求解器多用1.5–2倍内存 密度基耦合求解器 ()适用于密度、能量、动量、组分间强耦合的现象 例如: 伴有燃烧的高速可压缩流动，超高音速流动、激波干扰 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
水、酒精等大多数纯液体、轻质油、低分子化合物溶液以及 低速流动的气体等均为牛顿流体；
非牛顿流体：油漆、稀润滑脂、高分子溶液、乳化液、淀粉 糊、石灰浆、牛奶、牙膏、血液、泥浆等。
基本概念（2）
层流和湍流：层流是流体运动规则，各部分分层流动互不掺混， 质点的轨线是光滑的，而且流动稳定。湍流的特征则完全相反， 流体运动极不规则，各部分激烈掺混，质点的轨线杂乱无章， 而且流场极不稳定。这两种截然不同的运动形态在一定条件下 可以相互转化。