壁面流动 fluent学习笔记
fluent学习笔记
fluent技术基础与应用实例fluent数值模拟步骤简介主要步骤：1、根据实际问题选择2D或3Dfluent求解器从而进行数值模拟。
2、导入网格（File→Read→Case,然后选择有gambit导出的.msh文件）3、检查网格（Grid→Check）。
如果网格最小体积为负值，就要重新进行网格划分。
4、选择计算模型。
5、确定流体物理性质（Define→Material）。
6、定义操作环境（Define→operating condition）7、制定边界条件（Define→Boundary Conditions）8、求解方法的设置及其控制。
9、流场初始化（Solve→Initialize）10、迭代求解（Solve→Iterate）11、检查结果。
12、保存结果，后处理等。
具体操作步骤：1、fluent2d或3d求解器的选择。
2、网格的相关操作（1）、读入网格文件（2）、检查网格文件文件读入后，一定要对网格进行检查。
上述的操作可以得到网格信息，从中看出几何区域的大小。
另外从minimum volume 可以知道最小网格的体积，若是它的值大于零，网格可以用于计算，否则就要重新划分网格。
（3）、设置计算区域在gambit中画出的图形是没有单位的，它是一个纯数量的模型。
故在进行实际计算的时候，要根据实际将模型放大或缩小。
方法是改变fluent总求解器的单位。
（4）、显示网格。
Display→Grid3、选择计算模型（1）、基本求解器的定义Define→Models→SolverFluent中提供了三种求解方法：·非耦合求解segregated·耦合隐式求解coupled implicit·耦合显示求解coupled explicit非耦合求解方法主要用于不可压缩流体或者压缩性不强的流体。
耦合求解方法用在高速可压缩流体fluent默认设置是非耦合求解方法，但对于高速可压缩流动，有强的体积力（浮力或离心力）的流动，求解问题时网格要比较密集，建议采用耦合隐式求解方法。
fluent笔记讲解
fluent笔记讲解Discretization离散Node values节点值，coarsen粗糙refine 细化curvature曲率，X-WALL shear Stress 壁面切应力的X方向。
strain rate应变率1、求解器:（solver）分为分离方式(segeragated)和耦合方式(coupled)，耦合方式计算高速可压流和旋转流动等复杂高参数问题时比较好，耦合隐式(implicit)耗时短内存大，耦合显式(explicit)相反；2.收敛判据:观察残差曲线。
可以在残差监视器面板中设置Convergence Criterion（收敛判据），比如设为10 -3 ，则残差下降到小于10 -3 时，系统既认为计算已经收敛并同时终止计算。
（2）流场变量不再变化。
有时候不论怎样计算，残差都不能降到收敛判据以下。
此时可以用具有代表性的流场变量来判断计算是否已经收敛——如果流场变量在经过很多次迭代后不再发生变化，就可以认为计算已经收敛。
（3）总体质量、动量、能量达到平衡。
在Flux Reports （通量报告）面板中检查质量、动量、能量和其他变量的总体平衡情况。
通过计算域的净通量应该小于0.1%。
Flux Reports（通量报告）面板如图2-17 所示，其启动方法为：Report -> Fluxes3.一阶精度与二阶精度：First Oder Upwind and Second Oder Upwind(一阶迎风和二阶迎风)①一阶耗散性大，有比较严重的抹平现象；稳定性好②二阶耗散性小，精度高；稳定性较差，需要减小松弛因子4.流动模型的选择①inviscid无粘模型：当粘性对流场影响可以忽略时使用；例如计算升力。
②laminar层流模型：考虑粘性，且流动类型为层流。
③Spalart-Allmaras （S-A模型）：单方程模型，适用于翼型、壁面边界层流动，不适于射流等自由剪切湍流问题。
Fluent笔记
1.1.1 FLUENT 软件包中包括以下几个软件：（1）FLUENT 求解器——FLUENT 软件的核心，所有计算在此完成。
（2）prePDF——FLUENT 用PDF 模型计算燃烧过程的预处理软件。
（3）GAMBIT——FLUENT 提供的网格生成软件。
（4）TGRID——FLUENT 用于从表面网格生成空间网格的软件。
（5）过滤器——或者叫翻译器，可以将其他CAD/CAE 软件生成的网格文件变成能被FLUENT 识别的网格文件。
3.4.2 生成面网格对于平面及轴对称流动问题，只需要生成面网格。
对于三维问题，也可以先划分面网格，作为进一步划分体网格的网格的网格种子。
Gambit 根据几何形状及CFD 计算的需要提供了三种不同的网格划分方法:1、映射方法映射网格划分技术是一种传统的网格划分技术，它仅适合于逻辑形状为四边形或三角形的面，它允许用户详细控制网格的生成。
在几何形状不太复杂的情况下，可以生成高质量的结构化网格。
2、子映射方法为了提高结构化网格生成效率，Gambit 软件使用子映射网格划分技术。
也就是说，当用户提供的几何外形过于复杂，子影射网格划分方法可以自动对几何对象进行再分割，使在原本不能生成结构化网格的几何实体上划分出结构化网格。
子映射网格技术是FLUENT公司独创的一种新方法，它对几何体的分割只是在网格划分算法里进行，并不真正对用户提供的几何外形做实际操作。
3、自由网格对于拓扑形状较为复杂的面，可以生成自由网格，用户可以选择合适的网格类型(三角 形或四边)。
3.4.4 生成体网格对于三维流动问题，必须生成三维实体网格。
Gambit 提供五种体网格的生成方法。
1、映射网格对于六面体结构，可以使用映射网格方法直接生成六面体网格。
对于较为复杂的几何形体，必须在划分网格前将其分割为若干格六面体结构。
2、子映射网格Gambit 软件的子映射网格划分技术同样适用于体网格。
也就是说，当用户提供的几何外形过于复杂，子影射网格划分方法可以自动对几何对象进行再分割，使在原本不能生成结构化网格的几何实体上划分出结构化网格。
Fluent软件学习笔记
Fluent软件学习笔记Fluent软件学习笔记⼀、利⽤Gambit建⽴计算区域和指定边界条件类型1)⽂件的创建及其求解器的选择软件基本知识:Geometry 绘制图形Mesh ⽹格划分Zones 指定边界条件类型和区域类型Operation绘图⼯具⾯板Tools 指定坐标系统等视图控制⾯板：全图显⽰(Fit to window）选择象限显⽰视图选择显⽰项⽬撤销或重复上⼀步⿏标键：左键单击——旋转模型中键单击——平移模型右键单击——放缩模型Shift+⿏标左键——选择点、边、⾯等①建⽴新⽂件：Flie New②选择求解器：Solver2)创建控制点：Operation-Geometry-Vertex创建边：Operation-Geometry-Edge创建⾯：Operation-Geometry-Face3)划分⽹格对边进⾏划分:对⾯进⾏划分：Operation-Mesh-Face-Mesh Faces注：打开的⽂本框中：Quad-四边形⽹格Elements- Tri-三⾓形⽹格Quad/Tri-混合型⽹格Map映射成结构化⽹络Submap分块/区映射块结构化⽹络Type- Pave平铺成⾮结构化⽹络Tri Primitive 将⼀个三⾓形区域分解为三个四边形区域在划分结构化⽹格Interval size:指定⽹格间距Interval count:指定⽹格个数4)边界条件类型的指定：Operation-ZonesAdd添加Name:为边界命名Action- Modify修改Type：指定类型Delete删除Entity :选择边/⾯5)Mesh⽹格⽂件的输出：File-Export-Mesh注:对于⼆维情况，必须选中Export2-D(X-Y)Mesh总结：建⽴⼏何模型划分⽹格定义边界条件输出⽹格⽂件(即建⽴计算区域)⼆、利⽤Fluent求解器求解1)Fluent求解器的选择2d：⼆维、单精度求解器2ddp：⼆维、双精度求解器3d：三维、单精度求解器3ddp：三维、双精度求解器2)⽂件导⼊和⽹格操作①导⼊⽹格⽂件：File-Read-Case②检查⽹格⽂件：Grid-Check（若minimum volume即最⼩⽹格的体积的值⼤于0，则⽹格可以⽤于计算）③设置计算区域尺⼨：Grid-ScaleFluent中默认的单位为m，⽽Gambit作图时候采⽤的单位为mm④显⽰⽹格：Display-Grid3)选择计算模型①求解器的定义：Define-Models-Solver(压⼒基、密度基)②其他操作模型的选定Multiphase多相流模型Energy考虑传热与否Species反应及其传热相关Viscous层流或湍流模型选择Define-Models-Viscous：打开粘性模型Inviscid⽆粘模型Laminar层流模型Spalart-Allmaras单⽅程湍流模型（S-A模型）K-epsilon双⽅程模型（k-ε模型）K-omega双⽅程模型以及雷诺应⼒模型③操作环境的设置：Define-Operating ConditionsPascal（环境压强）、Gravity（重⼒影响）4)定义流体的物理性质：Define-MaterialsFluent Database中调出5)设置边界条件：Define-Boundary Conditions①设置Fluid流体区域的物质：Zone-Fluid--Set②设置Inlet的边界条件：Zone-Inlet-Set③设置Outlet的边界条件④设置Wall的边界条件6)求解⽅法的设置及控制①求解参数的设置：Solve-Controls-Solutions...Equations:需要求解的控制⽅程Pressure-Velocity Coupling:压⼒-速度耦合求解⽅式Discretization:所求解的控制⽅程Under-Relaxation Factor:松弛因⼦②初始化：Solve-Initialize-Initialize...设置Compute Form为Inlet，依次点击Init和Close图标完成对流场的初始化③打开残差监控图：Solve-Monitors-Residuai...④保存当前的Case⽂件：File-Write-Case...⑤开始迭代计算：Solve-Iterate...⑥保存计算后的Case和Date⽂件：File-Write-Case&Date...7)计算结果显⽰显⽰速度等值线图：Display Contours...Contous of-------选中Velocity...Surfaces-------指定平⾯Levels--------等值线数⽬(默认)Options-----------选中Filled绘制的是云图注：轴对称问题，可通过镜像选择显⽰整个圆管的物理量分布镜像选择显⽰的设置：Display-Views... 在Mirror Planes中选择axial为镜像平⾯，然后点击Apply图标接受设置绘制速度⽮量图:Display-Vectors...Vectors of-------选中VelocityStyle----------箭头类型Scale---------⽮量被放⼤倍数Skip----------⽮量密集程度显⽰某边上速度的速度剖⾯XY点线图：Plot-XY Plot...注：Plot Direction：表⽰曲线将沿什么⽅向绘制显⽰迹线F ile—path lines在release from surface列表中选择释放粒⼦的平⾯设置step size和step的数⽬，step size设置长度间隔steps设置了⼀个微粒能够前进的最⼤步数单击display三、⼆维⽰例⼆维定常可压缩流场分析——NACA 0006翼型⽓动⼒计算⼆维定常不可压缩流场分析——卡门涡街动画的设置：Solve-Animate-Define三维定常可压缩流动⽰例第⼆章：流体⼒学基本⽅程及边界条件三⼤控制⽅程：质量守恒、动量守恒及能量守恒⽅程初始条件边界条件：速度⼊⼝三维定常速度场的计算1、内部⽹格的显⽰打开examine mesh对话框温度场的计算Fluent处理中选中能量⽅程求解器：define/models/energy设置wall边界条件时候，convection热对流边界条件多相流模型VOF模型的选择define/models/multiphase基本相及第⼆相的设置define/phase动画的设置。
FLUENT知识点
一、根本设置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*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准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*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表达压差带来的流动〔如渐缩渐扩管的无粘与可压缩流动模拟〕。
c.对于*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准确度缺乏缺乏的问题，此时，使用双精度求解器可能会有所帮助。
2．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新开展出来的，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具有比拟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学习笔记_(四)
湍流与黏性有什么关系？湍流和粘性都是客观存在的流动性质。
湍流的形成需要一定的条件，粘性是一切流动都具有的。
流体流动方程本身就是具非线性的。
N-S方程中的粘性项就是非线性项，当然无粘的欧拉方程也是非线性的。
粘性是分子无规则运动引起的，湍流相对于层流的特性是由涡体混掺运动引起的。
湍流粘性是基于湍流体的parcel湍流混掺是类比于层流体中的分子无规则运动，只是分子无规则运动遥远弱些吧了。
不过，这只是类比于，要注意他们可是具有不同的属性。
粘性是耗散的根源，实际流体总是有耗散的。
而粘性是制约湍流的。
LANDAU说，粘性的存在制约了湍流的自由度。
湍流粘性系数和层流的是不一样的,层流的粘性系数基本可认为是常数,可湍流中层流底层中粘性系数很小,远小于层流时的粘性系数;而在过渡区,与之相当,在一个数量级;在充分发展的湍流区,又远大于层流时的粘性系数.这是鮑辛内斯克1987年提出的。
1 FLUENT的初始化面板中有一项是设置从哪个地方开始计算(compute from),选择从不同的边界开始计算有很大的区别吗?该怎样根据具体问题选择从哪里计算呢?比如有两个速度入口A和B,还有压力出口等等，是选速度入口还是压力出口?如果选速度入口,有两个,该选哪个呀?有没有什么原则标准之类的东西？一般是选取ALL ZONE，即所有区域的平均处理，通常也可选择有代表性的进口(如多个进口时)进行初始化。
对于一般流动问题，初始值的设定并不重要，因为计算容易收敛。
但当几何条件复杂，而且流动速度高变化快(如音速流动)，初始条件要仔细选择。
如果不收敛，还应试验不同的初始条件，甚至逐次改变边界条件最后达到所要求的条件。
2 要判断自己模拟的结果是否是正确的，似乎解的收敛性要比那些初始条件和边界条件更重要，可以这样理解吗？也就是说，对于一个具体的问题，初始条件和边界条件的设定并不是唯一的，为了使解收敛，需要不断调整初始条件和边界条件直到解收敛为止，是吗？如果解收敛了，是不是就可以基本确定模拟的结果是正确的呢？对于一个具体的问题，边界条件的设定当然是唯一的，只不过初始化时可以选择不同的初始条件（指定常流），为了使解的收敛比较好，我一般是逐渐的调节边界条件到额定值（"额定值"是指你题目中要求的入口或出口条件，例如计算一个管内流动，要求入口压力和温度为10MPa和3000K，那么我开始叠代时选择入口压力和温度为1MPa和500K（假设，这看你自己问题了），等流场计算的初具规模、收敛的较好了，再逐渐调高压力和温度，经过好几次调节后最终到达额定值10MPa和3000K，这样比一开始就设为10MPa和3000K收敛的要好些）这样每次叠代可以比较容易收敛，每次调节后不用再初始化即自动调用上次的解为这次的初始解，然后继续叠代。
Fluent学习笔记之壁面网格与yplus的选择
壁面网格与y+的选择（参考官方手册ANSYS_Fluent_Theory_Guide19.2）大量的实验表明，近壁区域可以大致细分为三层。
在最内层，称为“粘性子层”，流动几乎是层流的，(分子)粘性在动量和热量或质量传递中起主导作用。
在被称为“湍流充分发展层”的外层，湍流起着主要作用。
最后，在粘性子层和湍流充分发展层之间有一个过渡区域，叫做“缓冲层”或“混合区”，在这里分子粘度和湍流的影响是同等重要的其中y+定义为y+≝ρuτy/μ其中uτ定义为uτ=√τw/ρ“壁面函数法”与“近壁模型法”传统的近壁区域建模方法有两种。
在第一种方法中，不解决粘度影响的内部区域(粘性子层和缓冲层)。
相反，被称为“壁面函数”的半经验公式被用来连接壁面和全紊流区域之间的粘滞区域。
使用壁面函数避免了需要修改湍流模型来考虑壁面的存在。
在另一种方法中，对湍流模型进行了修改，使粘滞区通过网格一直到壁面(包括粘滞子层)进行求解。
为了便于讨论，我们将其称为“近壁建模”方法。
这两种方法如图4.14所示。
图4.14: ANSYS Fluent中的近壁面处理所有壁面函数(scalable wall function除外)的主要缺点是在壁面法向网格细化的情况下，计算结果会恶化。
Y+小于15会逐渐导致壁面剪应力和壁面传热的误差增大。
但这已经是几年前的工业标准，ANSYS Fluent已经能够提供更先进的壁面方程，允许一致的网格细化没有恶化的结果。
对所有基于ω方程的湍流模型都采用这种与y+无关的公式。
对于基于ε-方程的模型，Menteri-Lechner和增强壁面处理(Enhanced Wall Treatment, EWT)具有相同的作用。
对y+不敏感的壁面处理也是Spalart-Allmaras模型的默认值，它允许你不用考虑近壁面的y+值而运行此模型。
只有当边界层的整体分辨率足够时，才能得到高质量的边界层数值结果。
这个要求实际上比实现特定的y+值更重要。
Fluent学习笔记之壁面网格与yplus的选择
Fluent学习笔记之壁⾯⽹格与yplus的选择壁⾯⽹格与y+的选择（参考官⽅⼿册ANSYS_Fluent_Theory_Guide19.2）⼤量的实验表明，近壁区域可以⼤致细分为三层。
在最内层，称为“粘性⼦层”，流动⼏乎是层流的，(分⼦)粘性在动量和热量或质量传递中起主导作⽤。
在被称为“湍流充分发展层”的外层，湍流起着主要作⽤。
最后，在粘性⼦层和湍流充分发展层之间有⼀个过渡区域，叫做“缓冲层”或“混合区”，在这⾥分⼦粘度和湍流的影响是同等重要的其中y+定义为y+?ρuτy/µ其中uτ定义为uτ=√τw/ρ“壁⾯函数法”与“近壁模型法”传统的近壁区域建模⽅法有两种。
在第⼀种⽅法中，不解决粘度影响的内部区域(粘性⼦层和缓冲层)。
相反，被称为“壁⾯函数”的半经验公式被⽤来连接壁⾯和全紊流区域之间的粘滞区域。
使⽤壁⾯函数避免了需要修改湍流模型来考虑壁⾯的存在。
在另⼀种⽅法中，对湍流模型进⾏了修改，使粘滞区通过⽹格⼀直到壁⾯(包括粘滞⼦层)进⾏求解。
为了便于讨论，我们将其称为“近壁建模”⽅法。
这两种⽅法如图4.14所⽰。
图4.14: ANSYS Fluent中的近壁⾯处理所有壁⾯函数(scalable wall function除外)的主要缺点是在壁⾯法向⽹格细化的情况下，计算结果会恶化。
Y+⼩于15会逐渐导致壁⾯剪应⼒和壁⾯传热的误差增⼤。
但这已经是⼏年前的⼯业标准，ANSYS Fluent已经能够提供更先进的壁⾯⽅程，允许⼀致的⽹格细化没有恶化的结果。
对所有基于ω⽅程的湍流模型都采⽤这种与y+⽆关的公式。
对于基于ε-⽅程的模型，Menteri-Lechner和增强壁⾯处理(Enhanced Wall Treatment, EWT)具有相同的作⽤。
对y+不敏感的壁⾯处理也是Spalart-Allmaras模型的默认值，它允许你不⽤考虑近壁⾯的y+值⽽运⾏此模型。
只有当边界层的整体分辨率⾜够时，才能得到⾼质量的边界层数值结果。
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近壁区流动及fluent求解对策
一、边界层
1、边界层（boundary layer）是高雷诺数绕流中紧贴物面的粘性力不可忽略的流动薄层，又称流动边界层、附面层。
在这部分区域中，沿着固壁面切向速度由固壁处的0速度发展到接近来流的速度，一般定义为在边界处的流速达到来流流速的99%。
在这部分区域中，由于厚度很小，故速度急剧变化，速度梯度很大，流体的粘性效应也主要体现在这一区域中。
2、边界层有层流、湍流、混合流
3、边界层分离
边界层流动从物体表面脱离的现象。
二维边界层分离有两种情况，一是发生在光滑物面上，另一是发生在物面有尖角或其他外形中断或不连续处。
光滑物面上发生分离的原因在于，边界层内的流体因克服粘性阻力而不断损失动量，当遇到下游压力变大（即存在逆压梯度）时，更需要将动能转变为压力能，以便克服前方压力而运动，当物面法向速度梯度在某位置上小到零时，表示一部分流体速度已为零，成为“死水”，边界层流动无法沿物面发展，只能从物面脱离，该位置称为分离点。
分离后的边界层在下游形成较大的旋涡区；但也可能在下游某处又回附到物面上，形成局部回流区或气泡。
尖点处发生边界层分离的原因在于附近的外流流速很大，压强很小，因而向下游必有很大的逆压梯度，在其作用下，边界层即从尖点处发生分离。
三维边界层的分离比较复杂，是正在深入研究的课题。
边界层分离导致绕流物体压差阻力增大、飞机机翼升力减小、流体机械效率降低、螺旋桨性能下降等，一般希望避免或尽量推迟分离的发生；但有时也可利用分离，如小展弦比尖前缘机翼的前缘分离涡可导致很强的涡升力。
二、flunet求解壁面区流动
对于有固体壁面的充分发展的湍流流动，沿壁面法线的不同距离上可将流动划分为壁面区和核心区。
核心区是完全湍流区，壁面区又分为：粘性底层、过渡层、对数律层。
粘性底层中粘性力占主导，对数律层粘性力影响不明显，流动处于充分发展的湍流状态。
在flunet中，无论是标准k—ε模型、RNGk—ε模型，还是Realizable k—ε模型,都是针对充分发展的湍
流才有效的，也就是说，这些模型均是高Re数的湍流模型。
它们只能用于求解处于湍流核心区的流动。
在壁面区，流动情况变化很大，解决这个问题目前有两个途径：
一、是采用低Re数的k—ε模型来求解粘性底层和过渡层，在这个区域，速度梯度很大，vorticity不为零，所以要直接求解，就必须在粘性支层中布置较多节点，一般要10层以上，越靠近壁面，网格越细。
当局部湍流的Re数小于150时，就应该使用低Re数的k—ε模型。
二、是不对粘性影响比较明显的区域（粘性底层和过渡层）进行求解，而是用一组半经验的公式（即壁
面函数）将壁面上的物理量与湍流核心区内的相应物理量联系起来。
这就是壁面函数法。
在划分网格的时候，
不需要在壁面区加密，只需要把第一个节点布置在对数律成立的区域内，即配置在湍流充分发展区域。
那么你如何判断你的边界层网格节点布置是否合适呢？这就要检查你的y+（关于y+的估算，
/APPS/YPlus/这个网站上有计算公式），y+就是第一层网格质心到壁面的无量纲距离，与速度、粘度、剪应力等等都有关系。
对于y+的值，各个学者推荐的范围是不一样的，但一般在30-60之内肯定是没有问题的。
也有推荐10-110甚至200的。
y+的值合理，意味着你的第一层边界网格布置比较合理，如果y+不合理，就要调整你的边界层网格。