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【fluent软件学习】计算流体力学软件Fluent培训67页PPT
• 定常流动
– 流场内的流动情况不随时间变化而变化。 – 工程中绝大部分稳定运行的可采用定常流动来描述。
如：锅炉燃烧、风机运行、化工过程…
• 非定常流动
– 流场内的流动情况随时间变化而变化。 – 一般研究瞬态过程时，需要考虑为非定常流动。如锅
炉点火过程、风机启动等。
20
伯努利方程
• 适用条件
– 理想流体；不可压缩；定常流动；质量力仅为重力。 – 沿流线方向积分（只有同在流线上的点，才能用伯努
• 分类：
–自然对流（受热引起浮力） –强制对流
• 牛顿冷却公式
对流换热系 数
33
热辐射(Radiation)
• 机理：通过电磁波进行热量传递。如太阳光 照射。
• 计算公式
黑度
• 注意：热传导和对流均与温度的1次方成正比， 而热辐射与温度的4次方成正比！
• 高温换热中，热辐射非常重要！如水冷壁。
34
– 动量方程是非线性的，难以求解。 – 直接数值模拟耗计算时间和内存（目前只能进行到cm、1s级尺
度），无法解决工程问题 – 直接数值模拟无法揭示一些物理规律
23
质量守恒定律
• 又称连续性方程。 • 物理意义
流入控制体的质量-流出控制体的质量=控制体自身质量 的变化量
24
质量守恒定律
• 微分形式的三维流动连续性方程
”
47
常用的湍流模型
• 大涡模拟（Large-Eddy Simulation）
–前两类是以湍流的统计结构为基础，对所有涡 旋进行统计平均。
–大涡模拟把湍流分成大尺度湍流和小尺度湍流 ，通过求解三维经过修正的Navier-Stokes方程 ，得到大涡旋的运动特性，而对小涡旋运动还 采用上述的模型。
– 流场内的流动情况不随时间变化而变化。 – 工程中绝大部分稳定运行的可采用定常流动来描述。
如：锅炉燃烧、风机运行、化工过程…
• 非定常流动
– 流场内的流动情况随时间变化而变化。 – 一般研究瞬态过程时，需要考虑为非定常流动。如锅
炉点火过程、风机启动等。
20
伯努利方程
• 适用条件
– 理想流体；不可压缩；定常流动；质量力仅为重力。 – 沿流线方向积分（只有同在流线上的点，才能用伯努
• 分类：
–自然对流（受热引起浮力） –强制对流
• 牛顿冷却公式
对流换热系 数
33
热辐射(Radiation)
• 机理：通过电磁波进行热量传递。如太阳光 照射。
• 计算公式
黑度
• 注意：热传导和对流均与温度的1次方成正比， 而热辐射与温度的4次方成正比！
• 高温换热中，热辐射非常重要！如水冷壁。
34
– 动量方程是非线性的，难以求解。 – 直接数值模拟耗计算时间和内存（目前只能进行到cm、1s级尺
度），无法解决工程问题 – 直接数值模拟无法揭示一些物理规律
23
质量守恒定律
• 又称连续性方程。 • 物理意义
流入控制体的质量-流出控制体的质量=控制体自身质量 的变化量
24
质量守恒定律
• 微分形式的三维流动连续性方程
”
47
常用的湍流模型
• 大涡模拟（Large-Eddy Simulation）
–前两类是以湍流的统计结构为基础，对所有涡 旋进行统计平均。
–大涡模拟把湍流分成大尺度湍流和小尺度湍流 ，通过求解三维经过修正的Navier-Stokes方程 ，得到大涡旋的运动特性，而对小涡旋运动还 采用上述的模型。
关于Fluent的ppt
Catia 建立的三维模型
两孔内冷钻切削液三维模型 四孔内冷钻切削液三维模型
二、网格生成
1、网格分为结构性网格和非结构性网格 。结构 性网格包括2D四边形网格和3D六面体网格；非结 构性网格包括2D三角形网格，3D四面体，金字塔
形以及楔形网格。
2、网格划分的顺序
在gambit中，划分网格按照先线，后面，再体
的顺序进行
3、设置边界条件
根据问题的需要选择边界条件，在Fluent中 还可以修改的。这里根据假设条件，设置了 每个进口及出口的速度，温度以及压力数值。 4、输出网格
利用Ansys.Fluent划分网格
两孔内冷钻切削液模型网格划分 四孔内冷钻切削液模型网格划分
结果分析
模型分析-----速度
四孔内冷却钻切削液
对较好。
CFD方法求解流体润滑流程
（1）确定模拟目的
（（4）设置物理问题 （5）定义求解器 （6）边界条件
（7）解法
（8）后处理
3.分析过程
一、关于模型建立与导出： 采用三维Catia软件建立两孔与四孔的切削 液流体模型；在建模过程中注意以下两点： (1) 模型应导出为Parasolid（*.x_t); (2) 建模时的中心坐标不同，导入到 Ansys.fluent中也不同，在求解器设置过程中， 旋转中心坐标和参考方向坐标也会有所不同。
两孔内冷却钻切削液
模型分析-----温度
四孔内冷却钻切削液
两孔内冷却钻切削液
模型分析-----压力
四孔内冷却钻切削液
两孔内冷却钻切削液
结论
以上对比可以看出：四孔内冷钻切削 液在同等条件下排除切屑的能力比两孔的 要强。并且，由于同等进口温度、速度、压 力下，四孔的出口压力更小，这样可以使 四孔内冷钻能够加工更深的孔，并且效果相
第2讲 fluent总体介绍-PPT课件
• 可以通过残差图来监控这个趋势
– 所有的量已达到守恒状态
一个收敛的、网格独立的解 将会提供有效的工程解!
• 收敛解的精确度取决于：
– 所选计算模型的适合度和精确度 – 网格的分辨率和独立性 – 模型
Introductory FLUENT Notes FLUENT v6.3 December 2006
– 流体与网格基本无关联.
Introductory FLUENT Notes FLUENT v6.3 December 2006
混合网格实例
• 阀口网格
– 指定的区域可以用不同 的网格类型来划分. – 单独使用四面体或六面 体网格可以使计算效率 和精确度得到提高. – 在GAMBIT和TGRID中 均可使用混合网格生成 工具.
Introductory FLUENT Notes FLUENT v6.3 December 2006
在电脑上操纵Fluent
• 进入你的工作站
– 注册名: – 密码: fluent fluent
•
Directories
– Your FLUENT session will start in c:\users – 指南中的 mesh/case/data 文件 可以按下列路径找到: c:\Student Files\fluent\tut\ – 建议你将文件保存到一个集中的工作文件夹: c:\users – 工作文件夹可以通过桌面快捷方式进入 c:\users
– – – – 新设计方案的研究 产品开发细节 故障解决方案 重新设计
• CFD 分析补充了测试和实验功能
– 简化了实验设计和数据分析中所要求的工作量
Introductory FLUENT Notes FLUENT v6.3 December 2006
– 所有的量已达到守恒状态
一个收敛的、网格独立的解 将会提供有效的工程解!
• 收敛解的精确度取决于：
– 所选计算模型的适合度和精确度 – 网格的分辨率和独立性 – 模型
Introductory FLUENT Notes FLUENT v6.3 December 2006
– 流体与网格基本无关联.
Introductory FLUENT Notes FLUENT v6.3 December 2006
混合网格实例
• 阀口网格
– 指定的区域可以用不同 的网格类型来划分. – 单独使用四面体或六面 体网格可以使计算效率 和精确度得到提高. – 在GAMBIT和TGRID中 均可使用混合网格生成 工具.
Introductory FLUENT Notes FLUENT v6.3 December 2006
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•
Directories
– Your FLUENT session will start in c:\users – 指南中的 mesh/case/data 文件 可以按下列路径找到: c:\Student Files\fluent\tut\ – 建议你将文件保存到一个集中的工作文件夹: c:\users – 工作文件夹可以通过桌面快捷方式进入 c:\users
– – – – 新设计方案的研究 产品开发细节 故障解决方案 重新设计
• CFD 分析补充了测试和实验功能
– 简化了实验设计和数据分析中所要求的工作量
Introductory FLUENT Notes FLUENT v6.3 December 2006
fluent教程案例PPT课件
膨胀算法
• 前处理
– TGrid 算法 – 所有物理类型的默认设置。首先表面网格膨胀, 然后生成体网格 – 不支持邻近面设置不同的层数 – 可应用于扫掠和 2D 网格划分
• 后处理
– ICEM CFD 算法 – 使用一种在四面体网格生成后作用的后处理技术 – 只对 patching conforming和patch independent 四面体网格有效.
– 过渡比
• 膨胀层最后单元层和四面体区域第一单元层间的体尺寸改变
• 当求解器设置为 CFX时, 默认的 Transition Ratio是 0.77. 对其它物理选项, 包括Solver Preference 设置为 Fluent的CFD,
默认值是 0.272. • 因为Fluent 求解器是单元为中心的，其网格单元等于求解器单元, 而CFX 求解器是顶点为中心的 ，求解器单元是双重节点
5. 注意这里有5 部件和 5个实体。 4个 Solid项 包含三通管的 固体部分而命名为 Fluid的体是流体区域
6. 因为首先关注的是流体区域, 右击并抑制Outline 中几何下的 4个固体
7. 右击 Mesh 插入方法。 选择流体体并将 Method 设置为 Tetrahedrons，将 Algorithm 设置为 Patch Conforming
23. 保存项目并退出 Workbench.
作业 5.2
汽车集流管的流 体和结构网格
5-33
目标
这个作业示范对耦合传热 (CHT) 流分析或流固耦合(FSI)分析创建合适的网格, . 然而, 几何呈现潜在困难.
• 几何包含两部分. 一部分是固体集流管，另一部分是流体区 域.
• 流体网格将是CFD 性质, 具有膨胀,ckness 并输入值0.001 m. Maximum Layers设为5
《fluent讲义》课件
Fluent的模拟应用和优化技术
1
热传导模拟
模拟热传导过程，包括传热、热辐射和相变，以优化能量传递和系统效率。
2
多物理场模拟
将不同物理场耦合进行模拟，如流体-固体、流体-电磁和流体-热传导，以研究多 场耦合效应。
3
物流耦合模拟
模拟流体和结构耦合，研究流体对结构的影响，以及结构变化对流体行为的反馈。
流体力学概念与模拟
1 流体力学基础
介绍流体力学的基本概念，包括质量守恒、 动量守恒和能量守恒。
2 多相流模拟
探索多相流模型，如气固流、气液流和固液 流，并学习如何模拟这些复杂的流体行为。
3 湍流模拟
了解湍流的产生机制和模型，并学习如何进 行湍流模拟以预测和优化流体行为。
4 化学反应模拟
研究流体中的化学反应过程，包括燃烧、化 学反应和质量转移，并模拟这些过程的影响。
Fluent的动网格技术和并行计算
动网格技术
介绍Fluent中的动网格技术，包括网格自适应和网 格重构。动态调整网格以捕捉流动细节和提高模拟 精度。
并行计算
探索Fluent中的并行计算技术，利用多核处理器和 集群系统提高模拟速度和处理大规模模拟任务。
Fluent的后处理工具和工程应用案例
后处理工具
Fluent的操作和界面介绍包括模型创建、网 格导入、参数设置等。
物理模型选择
深入了解Fluent所提供的多种物理模型选项，并 选择适合你的应用的模型。
用户界面
探索Fluent友好的用户界面，包括工具栏、菜单 栏、视图控制和后处理选项。
求解器设置
学习如何选择和设置合适的求解器以提高模拟效 率和准确性。
使用Fluent的后处理工具进行数据可视化、图表分析 和结果解释，以实现全面的模拟分析。
Fluent程序介绍 教学PPT课件
Domain of interest isolated and meshed for CFD simulation.
• 能简化为二维或者轴对称问 题吗？
3. 创建几何模型
• 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？
– 使用可视化的工具能回答以 下问题:
• 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：
• 力、动量 • 平均换热系数 • 面积分、体积分量
修订模型
• 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？ – 是否有压缩性效应？ – 是否有三维效应？
– 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？
Solid model of a Headlight Assembly
4. 设计和划分网格
• 计算域的各个部分都需要哪种程度的网格密 度？
– 1947年，500flops(浮点运算次数/秒) – 2003年，20万亿flops – 2009年，1.3千万亿flops
• CFD能够用于实验测量困难、昂贵、不 能实现中流动问题研究中。
实验
•流动的定量描述 •用实验设备测量流动 •同一时间测一个量 •有限的空间点和时间点 •实验室尺度
•测量仪器误差 •设备对流场的扰动
• 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？
《fluent讲稿》课件
Fluent 的使用者评价
刚需软件
FLUENT 是计算机模拟计算领 域重要的工具，是模拟流体动 力学的良好平台。
一流的C FD解决方案
优秀的CFD计算软件，通过设 定各项物理参数和求解域内物 理场，数据格式相当规范。
信赖的计算流体力学 软件
Fluent 是应用计算流体力学和 计算传热学仿真最广泛的工具 之一，深受用户喜爱。
2 仿真预测分析
能够实现准确预测工程设计的流体力学现象，减少了误差和成本，使得研究人员随时随 地设计多组合的流动设计，如此便于定制出最优的方案。
3 涉及多个应用领域
Fluent 已被广泛应用于化工、建筑、环境、能源、食品、医药、航空航天、汽车甚至数 码备等多个领域中。
Fluent 界面及模块介绍
1
结构化网格
应用定制的网格工具，适合直接网格成像、图形分析和CFD训练模型等应用。
2
有限体积网格
一道典型的网格生成方法，基于一个数学模型，可用于大多数非结构化网格生成， 适用于复杂几何体的网格分析。
3
OpenFOAM
采用较为成熟的生产级非结构化网格技术、压缩实时良好，应用范围非常广。
Fluent 边界条件设置
Fluent 的未来发展趋势
革新技术
Fluent 未来发展愿景是，通过创新技术的开发和引入，为行业大众提供技术解决方案，以应 对美好未来的一切挑战。
上云服务
Fluent 可以为运用该服务的行业界或科研机构提供在线学习、在线制图和线上咨询服务，使 更多的科学家和工程师无处不阅读。
直接液态分析
Fluent 在传输和信号处理领域引入完整的红外和激光移相和测距技术，为人们提供更快速和 准确的工程仿真数据实验操作。
FLUENT官方培训教材完整版幻灯片
如CAD、SolidWorks等，根据 实际问题需求建立准确的几何模 型。
100%
简化模型
在保证计算精度的前提下，合理 简化模型以降低计算量。
80%
设定边界条件
根据实际问题，设定模型的边界 条件，如入口、出口、壁面等。
网格划分策略及技巧
选择合适的网格类型
根据模型特点选择合适的网格 类型，如结构化网格、非结构 化网格等。
求解策略
采用有限体积法进行数值求解，结合适当的 湍流模型和热传导方程进行迭代计算。
结果分析
展示温度场、热流量和努塞尔数等关键结果 ，评估热设计方案的合理性。
07
总结回顾与拓展学习资源推荐
本次培训内容总结回顾
FLUENT软件基础操作
介绍了FLUENT软件界面、基本功能 、操作流程等。
前处理与网格划分
演示技巧
分享动画演示的实用技巧，如选择合适的帧率、添加背景音乐和解 说等。
输出格式
支持多种动画输出格式，如AVI、MP4等，方便在不同场合进行演 示和分享。
数据提取、导出及报告编写
数据提取
从计算结果中提取关键数据，如某点的速度、压力值等。
数据导出
将提取的数据导出为Excel、CSV等格式，便于进一步分析 和处理。
求解策略
采用有限体积法进行数值求解 ，结合湍流模型捕捉流动细节 ，提高计算精度。
结果分析
展示管道内的速度场、压力场 和流量分布等关键结果，评估
管道设计的合理性。
案例三：多相流混合过程模拟
问题描述
多相流体（如气液、气 固等）在混合过程中的 相互作用和流动特性。
建模方法
在FLUENT中建立多相 流模型，定义各相的物 理属性和相互作用机制
100%
简化模型
在保证计算精度的前提下，合理 简化模型以降低计算量。
80%
设定边界条件
根据实际问题，设定模型的边界 条件，如入口、出口、壁面等。
网格划分策略及技巧
选择合适的网格类型
根据模型特点选择合适的网格 类型，如结构化网格、非结构 化网格等。
求解策略
采用有限体积法进行数值求解，结合适当的 湍流模型和热传导方程进行迭代计算。
结果分析
展示温度场、热流量和努塞尔数等关键结果 ，评估热设计方案的合理性。
07
总结回顾与拓展学习资源推荐
本次培训内容总结回顾
FLUENT软件基础操作
介绍了FLUENT软件界面、基本功能 、操作流程等。
前处理与网格划分
演示技巧
分享动画演示的实用技巧，如选择合适的帧率、添加背景音乐和解 说等。
输出格式
支持多种动画输出格式，如AVI、MP4等，方便在不同场合进行演 示和分享。
数据提取、导出及报告编写
数据提取
从计算结果中提取关键数据，如某点的速度、压力值等。
数据导出
将提取的数据导出为Excel、CSV等格式，便于进一步分析 和处理。
求解策略
采用有限体积法进行数值求解 ，结合湍流模型捕捉流动细节 ，提高计算精度。
结果分析
展示管道内的速度场、压力场 和流量分布等关键结果，评估
管道设计的合理性。
案例三：多相流混合过程模拟
问题描述
多相流体（如气液、气 固等）在混合过程中的 相互作用和流动特性。
建模方法
在FLUENT中建立多相 流模型，定义各相的物 理属性和相互作用机制
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多相流模型
多流体（VOF）模型 离散相（DPM）模型 密相DPM（DDPM）模型 离散元（DEM）模型
流化床中的Leabharlann 泡化学反应模型涡耗散模型 均衡混合颗粒模型 小火焰模拟 大量气体燃烧、煤燃烧、液体燃料燃烧的预混合模型 预测SOx 生成、NOx 生成和分解的特殊模型
低NOx燃烧器
声学模型
Fflow-Williams&Hawkings声学模型
结构网格生成
Fluent求解计算
根据需要选择2d、2ddp、3d、3ddp解算器
输入网格；File -> Read -> Case（读取网格.msh）
检查网格和缩放： Check&Scale
选择物理模型
定义物质属性
定义边界条件
求解方程设置
初始化流场
计算结束、保存结果
后处理（Fluent）
后处理
fluent自带/CFD—post
Fluent 实例应用
模拟气体通过SCR反应器
得到气体通过SCR反应器时：
压力变化趋势 速度变化情况
气体采用氮气 采用标准k-ε标准模型
Fluent 实例应用
Solidworks建模
零件另存为 .x_t格式
ICEM划分网格
导入几何结构和创建part
非结构网格生成
FLUENT 14.0超级学习手册 作 者：唐家鹏 编著 出 版 社人民邮电出版社
ANSYS FLUENT 14.0仿真分析与优化设计 作 者孙帮成，李明高 主编 出 版 社机械工业出版社
仿真论坛：
小木虫论坛： /bbs/index.php 仿真论坛：
压力云图
后处理(Fluent) 速度云图和矢量图
后处理（CFD-post）
ICEM参考书推荐
ANSYS ICEM CFD 网格划分技术实例详解 作 者：纪兵兵、陈金瓶 出 版 社：水利水电出版社
精通CFD工程仿真与案例实战 作 者：李鹏飞，徐敏义，王飞飞 出 版 社人民邮电出版社
Fluent参考书推荐
六面体和四面体区域由金字塔层连接
网格类型——非结构网格
对于所有类型的网格，解点位置由物理坐标 确定(X, Y, Z), (R, theta, Z)等等. 非结构性
➢ 节点不是按顺序保存 ➢ 常用的单元是四面体 ➢ 分析代码通过结点数来查找节点
网格类型——结构网格
结构性
➢ 六面体单元规则的排列 ➢ 节点根据下标来查找：x(i,j), y(i,j) ➢ 网格块被扭曲来适应几何图形（体适应）
Fluent 应用实例展示
喷管射流
通道中温度流场
Fluent 应用实例展示
液击对输送管路影响
混合搅拌
Fluent 应用实例展示
柴油机燃烧室
燃烧器的燃烧
Fluent 主要的物理模型
1.湍流模型 2.传热和辐射模型 3.多相流模型 4.化学反应模型 5.声学模型
湍流模型
主要包括： Spalart-Allmaras模型、k-ω模型组、k-ε模型组、 雷诺应力模型(RSM)组、大涡模拟模型(LES)组 以及最新的分离涡模拟(DES)和V2F模型等
QQ群： ICEM –CFD群、ICEM交流群、 CFD-Fluent旗舰群、 CFD-Fluent学习 交流群……
填充体积效率不高
每一个节点属于更多的单元 各向同性细化（对于边界层来说不是很好）
与六面体网格相比一般质量较差（内角）
六面体单元
优点:
填充体积效率较高 形成较好的物理边界层 与四面体网格相比，质量一般较好
缺点
对于复杂几何图形需要做很多工作 对于适应和移动解不是很合适
混合单元网格
棱柱层
为四面体网格提高边界层的分辨力
网格划分
（ICEM/GAMBIT）
u 单元类型 u 网格类型
网格划分概念
单元类型
网格生成的过程就是用节点连成的单元填充 区域的过程
➢ 零维：节点
➢ 一维：线段
➢ 二维：三角形和四边形
➢ 三维：四面体，六面体，棱柱，金字塔
四面体网格单元
优点：
可以自动生成 适用于复杂外形 在解的基础上适应网格
缺点：
FLUENT计算求解
计算步骤： （1）根据需要选择2d、2ddp、3d、3ddp解算器； （2）输入网格；File -> Read -> Case（读取网格.msh） （3）检查网格；Grid -> Check … （4）选择求解器格式；Define ->Models ->Solver （5）选择求解所用的基本方程(层流还是湍流（无粘）、 化学组分还是化学反应、热传导模型等) （6）定义物质属性； （7）定义边界条件； （8）调整解的控制参数； （9）初始化流场； （10）开始求解；(Solve->Iterate) （11）计算结束后检查计算结果； （12）保存结果。（File->Write->Date）
计算流体力学（CFD）
是一种由计算机模拟流体流动、传热及相关传递 现象的系统分析的方法和工具。
Fluent是目前国际上比较流行的商用CFD软件包。
广泛应用于： 转换与湍流、传热与相变 化学反应与燃烧、多相流、 旋转机械、
动/变形网格、噪声、材料加工、燃料电池等方面。
Fluent 应用实例展示
液舱自由液面
NACA0012翼型尾缘噪声的气动声学模拟
Fluent 仿真计算过程
CAD建模 （AutoCAD/ProE/ Solidworks/UG等）
网格划分 （ICEM/GAMBIT）
FLUENT计算求解
后处理 CFD—post
CFD求解流程图
Fluent求解步骤
CAD建模
（AutoCAD/ProE/Solidworks/Gambit/UG等）
Fluent 软件介绍
目录
Fluent 概述 Fluent 应用实例展示 Fluent 主要物理模型 Fluent 仿真计算过程 Fluent 实例应用
Fluent概述
发展历史
1975年 谢菲尔德大学（UK）开发了Tempest 1983年 美国的流体技术服务公司creature推出fluent 1988年 Fluent Inc.成立 …… 2006年 被ANSYS收购 在被ANSYS收购后为6.3版本 2009年发布12.0版本 …… 2015年发布16.0版本
对流过壁面隆起的流动，用WM-LES模型精确地预测摩擦系数
传热和辐射模型
P1和Rossland模型
Surface to surface 模型
DO( )模型&DRTM（ ）模型 Discrete Ordinates
Discrete Ray Tracing Module
太阳辐射模型
燃气轮机燃烧室温度场