FLUENT中实际气体性质模型(UDRGM)在大规模数值模拟中的应用
fluent 介绍
想起CFD，人们总会想起FLUENT，丰富的物理模型使其应用广泛，从机翼空气流动到熔炉燃烧，从鼓泡塔到玻璃制造，从血液流动到半导体生产，从洁净室到污水处理工厂的设计，另外软件强大的模拟能力还扩展了在旋转机械，气动噪声，内燃机和多相流系统等领域的应用。
今天，全球数以千计的公司得益于FLUENT的这一工程设计与分析软件，它在多物理场方面的模拟能力使其应用范围非常广泛，是目前功能最全的CFD软件。
FLUENT因其用户界面友好，算法健壮，新用户容易上手等优点一直在用户中有着良好的口碑。
长期以来，功能强大的模块，易用性和专业的技术支持所有这些因素使得FLUENT成为企业选择CF D软件时的首选。
网格技术，数值技术，并行计算计算网格是任何CFD计算的核心，它通常把计算域划分为几千甚至几百万个单元，在单元上计算并存储求解变量，FLUENT使用非结构化网格技术，这就意味着可以有各种各样的网格单元：二维的四边形和三角形单元，三维的四面体核心单元、六面体核心单元、棱柱和多面体单元。
这些网格可以使用FLUENT的前处理软件GAMBIT自动生成，也可以选择在ICEM CFD工具中生成。
六面体核心网格四边形平铺网格在目前的CFD市场， FLUENT以其在非结构网格的基础上提供丰富物理模型而著称，久经考验的数值算法和鲁棒性极好的求解器保证了计算结果的精度，新的NITA算法大大减少了求解瞬态问题的所需时间，成熟的并行计算能力适用于NT，Linux或Unix平台，而且既适用单机的多处理器又适用网络联接的多台机器。
动态加载平衡功能自动监测并分析并行性能，通过调整各处理器间的网格分配平衡各CPU的计算负载。
并行速度的比较湍流和噪声模型FLUENT的湍流模型一直处于商业CFD软件的前沿，它提供的丰富的湍流模型中有经常使用到的湍流模型、针对强旋流和各相异性流的雷诺应力模型等，随着计算机能力的显著提高，FLUENT已经将大涡模拟（LES）纳入其标准模块，并且开发了更加高效的分离涡模型（DES），FLUENT提供的壁面函数和加强壁面处理的方法可以很好地处理壁面附近的流动问题。
FLUENT软件及其在我国的应用
FLUENT软件及其在我国的应用FLUENT软件及其在我国的应用在现代科学和工程领域，数值模拟已成为研究、设计和优化过程中不可或缺的工具。
其中，计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）作为数值模拟的一个重要分支，广泛应用于飞行器设计、能源领域、汽车工业、化工过程、建筑设计等方面。
FLUENT软件作为计算流体力学领域内的优秀软件之一，在我国的应用也逐渐扩大。
FLUENT软件是由美国ANSYS公司开发的一款CFD仿真软件，包括了流体流动、传热、多相流、化学反应等多个领域的模拟分析功能。
其算法和数值方法的高精度和可靠性，使其成为世界范围内流体流动数值模拟的首选工具之一。
在我国，FLUENT软件被广泛应用于多个领域。
首先是航空航天工业。
在航空航天领域，FLUENT软件在飞行器设计、空气动力学研究、气动外形优化等方面发挥着重要作用。
利用FLUENT软件，研究人员可以模拟飞行器在不同飞行状态下的气动力学特性，优化气动外形设计，提高飞行器的性能和燃油利用率。
其次是能源领域。
能源是我国经济发展的关键支撑，而FLUENT软件在能源领域的应用则有助于提高能源利用效率和降低能源消耗。
例如，在煤炭燃烧领域，利用FLUENT软件可以模拟煤炭燃烧的过程和产物分布，优化燃烧设备的结构和操作参数，降低污染物排放；在核能领域，FLUENT软件可用于研究核反应堆的流体热力学特性，优化设计并提高安全性。
此外，FLUENT软件在汽车工业、化工过程以及建筑设计等领域也得到了广泛应用。
在汽车工业中，FLUENT软件可以用于模拟车辆的气动特性，优化车身外形与空气相互作用，改善车辆的操控性与燃油经济性。
在化工过程中，FLUENT软件可用于模拟流体在反应器内的传热传质过程，优化反应器设计和操作工艺，提高化工产品的产率和质量。
在建筑设计中，FLUENT软件可以模拟建筑物的通风、空调系统，优化室内空气流动，提高室内舒适度和能源利用效率。
fluent多相流模型
fluent多相流模型
Fluent多相流模型是一种广泛应用于多相流模拟的数值求解方法。
这种模型可以模拟具有液体、气体和固体三种组分的多相流动系统，使得流动特性得到更为详尽的描述。
它基于控制单元格（Control Volume），采用有限体积方法（FVM），从而可以计算流体与固体界面的相互作用，以及流体与流体之间的相互作用。
Fluent多相流模型还能够模拟不断变化的流体和悬浮物的运动，能够模拟可燃物燃烧过程，以及其他更为复杂的流动现象。
Fluent多相流模型应用于机械、电子、自动化及工程等方面，其计算精度也属于较高的等级。
Fluent多相流模型通过对流体及悬浮物的实时求解，用以分析多相流动系统中物理和化学现象的发展，从而实现对模型的预测和优化。
它可以求解传热、传质、流体动力和边界层等多相流动系统的最优状态，以及求解各种流体的流动速度、粘度、温度和压力等。
Fluent多相流模型的关键特性在于它可以模拟多相流动系统中不同物理过程的相互作用，从而使得结果非常接近实际应用情况。
利用Fluent对全机的数值模拟共30页文档
网格先从机翼处开始做的好处
▪ 机翼根部网格最为复杂 ▪ 从两头往里做的话，一旦到这儿遇到问题
难以避开的话，势必要返工前面的网格。
交错网格的问题
交错网格的问题
交错网格的解决办法
网格的完成
网格的简化
边条件
利用Fluent进行计算
▪ 理想气体 ▪ 无粘模式 ▪ 气体性质（空气）： R=286.85
尾翼和机体交线过于复杂
解决办法
机翼与机体分离
解决办法
围机翼时候U-V失败，解决办法
飞机的几何翻转，注意点，并线时候遇到问题 及解决办法
计算区域
虚面的出现及影响
先将所有体围好后做网格的坏处
▪ 有的体很难划分结构化网格，需要对几何 体进行改动
▪ 一个体的改动会牵动相邻的体，进而波及 更多的体 ，导致返工
网格的工具，机器配置
▪ gambit， ▪ 双奔3◎866mhz，2G内存
数据处理
▪ 原始数据文件给出了点座标。 ▪ 数据的整理和读入，journel文件
做网格的基本思路
▪ gambit做网格的顺序是点联线，线围面， 面围体，然后切分网格。
▪ nurbs方法联线，net surface (U-V)方法围 面，stitch方法围体。
γ=1.4 T=300K P=101325Pa ρ=1.1774kg/m3 ▪ 当地音速a0=347.0979688m/s ▪ Re=0.27531e+7 ▪ 估计边界层厚度为0.005m
无量纲化
▪ 参数：参考面积s=26.15m2 特征长度 cl=8.32m b=3.79m 动压q=0.5*ρ*v2
C升
F升 q s
C滚
M滚 q s cl
Fluent模拟可压缩流动
Fluent模拟可压缩流动本文描述在Fluent中模拟可压缩流动的一些设置。
在高速和/或压力变化较大的气体流动中需要考虑可压缩性效应。
当气流速度接近或超过气体声速时，或当系统内压力变化（）较大时，气体密度随压力的变化对流速、压力和温度有显著影响。
如下图所示为Fluent计算的收敛-扩散管内的可压缩流动。
1 何时使用可压缩流模型可压缩流动可以用马赫数来表征：式中，为气体中的声速：其中，为比热比（）。
当马赫数小于1.0时，称为亚音速流动。
在马赫数远小于1.0（M<0.1）的情况下，可压缩性影响可以忽略不计，在流动模拟中气体密度随压力的变化可以安全地忽略。
当马赫数接近1.0(即跨声速流动状态)时，压缩性效应变得非常重要。
当马赫数超过1.0时，流动被称为超音速流动，并且可能包含激波，这些会对流动形态产生显著的影响。
2 可压缩流动可压缩流动的特征通常是流动的总压和总温。
对于理想气体，这些量可以通过下列公式与静压和温度相关联：当为常数时，上式简化为：这些关系描述了在等熵条件下，随着速度（马赫数）的变化，流体中静压和温度的变化。
例如给定入口与出口的压力比（总压与静压之比），上式可用于估计一维等熵流中的出口马赫数。
2.1 可压缩流动基本方程可压缩流动由Fluent求解的标准连续方程和动量方程描述，用户无需启用任何特殊的物理模型（除了将密度处理为可压缩外)。
Fluent 求解的能量方程包含了流速和静温之间的耦合，在求解可压缩流动时应激活该能量方程。
此外若使用压力基求解器，则应启用粘性耗散项，该项在高马赫数流动中需要考虑。
2.2 气体定律的可压缩形式对于可压缩流动，理想气体定律写成如下形式：式中，为操作压力；为相对于操作压力的静压；为普适气体常数；为分子量；为温度，通过能量方程计算得到。
一些可压缩流动问题可能涉及到不像理想气体那样表现的流体。
例如超高压条件下的流动通常不能用理想气体假设进行精确模拟。
此时应使用真实气体模型。
fluent离散相dpm模拟实例
fluent离散相dpm模拟实例【原创版】目录1.Fluent 软件介绍2.离散相 DPM 模拟的概念3.Fluent 离散相 DPM 模拟实例的具体操作步骤4.Fluent 离散相 DPM 模拟实例的应用效果5.总结正文一、Fluent 软件介绍Fluent 是一款由美国 CFD 公司开发的流体动力学分析软件，广泛应用于化工、能源、环境等领域。
该软件具有强大的数值模拟能力，可以模拟流体流动、传热和化学反应等多种物理现象。
Fluent 采用基于有限体积法的求解方法，可以模拟复杂几何结构和非牛顿流体。
同时，Fluent 支持多种计算模型和边界条件，为用户提供了灵活的分析手段。
二、离散相 DPM 模拟的概念离散相 DPM（Discrete Phase Model）模拟是一种处理流体中离散相颗粒的方法，主要用于研究气液、气固等两相或多相流体系统。
DPM 模拟采用离散颗粒跟踪方法，可以准确地描述颗粒在流体中的运动和分布，以及颗粒与流体之间的相互作用。
这种方法可以揭示多相流体系统中的复杂现象，为工程应用提供理论依据。
三、Fluent 离散相 DPM 模拟实例的具体操作步骤1.准备模型：首先，根据实际问题，建立或导入 Fluent 中的三维几何模型。
2.设置物理参数：设置流体和颗粒的物性参数，如密度、粘度、比热容等。
3.定义流动模型：选择合适的流动模型，如层流或湍流模型。
4.定义离散相模型：选择 DPM 模型，并设置颗粒追踪算法、颗粒间相互作用力等参数。
5.设置边界条件和初始条件：设置流体和颗粒的边界条件和初始条件，如入口速度、压力、温度等。
6.进行仿真计算：运行 Fluent 软件，进行仿真计算。
7.后处理：对计算结果进行后处理，提取感兴趣的物理量，如流速、压力、颗粒浓度等。
四、Fluent 离散相 DPM 模拟实例的应用效果Fluent 离散相 DPM 模拟实例在多相流体系统研究中具有广泛的应用。
例如，在气液输送过程中，通过 DPM 模拟可以研究气泡在液相中的生成、成长和破裂过程，以及气泡对流体流动的影响。
FLUENT软件及其在我国的应用
FLUENT软件及其在我国的应用本文将介绍FLUENT软件及其在我国的应用。
FLUENT是一款流行的流体动力学模拟软件，广泛应用于流体流动、传热、燃烧等领域，在我国也得到了广泛的应用和发展。
FLUENT软件是由美国FLUENT公司开发的一款计算流体动力学（CFD）软件。
它基于先进的数值计算方法，可以模拟复杂流体流动、传热、燃烧等现象，被广泛应用于航空、航天、能源、环保、化工等领域。
FLUENT软件的发展历程可以追溯到1983年，当时FLUENT公司的创始人之一J.F.兴致勃勃地进行了流体动力学计算，并开发了FLUENT 的前身。
经过几十年的发展，FLUENT软件已经成为流体动力学模拟领域的佼佼者，被全球数百万工程师和科学家广泛使用。
FLUENT软件的功能特点包括：前后处理功能强大，可实现复杂几何形状的网格生成和自动加密；支持多种求解器，可实现稳态或瞬态模拟，包括不可压缩流、可压缩流、多相流等；支持多种物理模型，如传热、湍流、化学反应等；可输出丰富的结果数据，包括速度、压力、温度、浓度等。
FLUENT软件在我国的应用也非常广泛。
在智慧城市建设方面，FLUENT软件可以用于模拟城市气流场、温度场、污染物扩散等，为城市规划提供科学依据；在工业制造领域，FLUENT软件可帮助企业进行流体流动、传热、燃烧等过程的模拟和优化，提高生产效率和产品质量；在交通运输领域，FLUENT软件可用于车辆流动、空气动力学性能评估等，提高交通工具的效率和安全性。
以某城市热岛效应模拟为例，FLUENT软件可以用来模拟城市中的热气流分布、温度场和污染物扩散等情况。
通过模拟不同方案下的城市气候状况，可以为城市规划提供参考依据，优化城市空间布局和资源配置。
FLUENT软件在我国具有重要的应用价值和广阔的发展前景。
它不仅可以帮助企业提高产品性能和质量，还可以为我国的科研和设计工作提供强有力的支持。
随着我国科技创新的不断推进，FLUENT软件将在更多领域得到广泛应用，为我国的科技进步和社会发展做出更大的贡献。
fluent的空气湍流模型
fluent的空气湍流模型摘要：一、Fluent 空气湍流模型的概述二、湍流模型的类型及选择三、设置湍流模型的步骤四、影响湍流模型的因素五、如何获取较好的湍流模型模拟结果正文：Fluent 是一款广泛应用于流体动力学模拟的软件，其中的空气湍流模型是解决实际工程问题的重要工具。
本文将详细介绍Fluent 中的空气湍流模型，包括模型的类型、设置方法以及影响模拟结果的因素。
一、Fluent 空气湍流模型的概述在Fluent 中，空气湍流模型主要分为以下几种：k-ε 模型、k-ω 模型、SST 模型、大涡模拟（LES）等。
这些模型都是基于实际湍流特性进行数学建模，用以预测和分析流体流动中的复杂现象。
二、湍流模型的类型及选择在选择湍流模型时，需要考虑流动特性、雷诺数、模拟精度等因素。
例如，k-ε 模型适用于广泛范围内的流动问题，但其精度相对较低；而k-ω 模型则适用于高速、大涡占主导的流动场合。
具体模型的选择可根据实际情况和需求进行。
三、设置湍流模型的步骤在Fluent 中设置湍流模型主要包括以下步骤：1.打开Fluent 软件，创建或导入计算模型。
2.在“Meshing”模块中，设置网格类型、尺寸和数量。
3.在“Boundary Conditions”模块中，设置进口、出口、壁面等边界条件。
4.在“Turbulence”模块中，选择合适的湍流模型，并设置模型参数。
5.设置其他物理参数，如压力、速度、密度等。
6.进行模拟计算。
四、影响湍流模型的因素湍流模型的选择和设置不仅取决于流动特性，还受到以下因素的影响：1.雷诺数：雷诺数是判断流动状态的重要参数，不同湍流模型适用于不同雷诺数的流动场合。
2.边界条件：边界条件的设置会影响湍流模型的表现，尤其是壁面边界层的影响。
3.网格质量：网格质量直接影响数值模拟的准确性和稳定性，选用合适的网格类型和尺寸至关重要。
五、如何获取较好的湍流模型模拟结果1.选择合适的湍流模型：根据实际流动特性和需求，选择适合的湍流模型。
fluent的空气湍流模型
fluent的空气湍流模型摘要：1.Fluent 软件概述2.湍流模型的概述3.Fluent 中的湍流模型分类4.各类湍流模型的特点及适用范围5.如何选择合适的湍流模型6.结论正文：一、Fluent 软件概述Fluent 是一款由美国CFD 公司（Computational Fluid Dynamics）开发的计算流体动力学（CFD）软件，广泛应用于工程领域，如航空航天、能源、化工、环境等。
Fluent 可以模拟流体的层流和湍流状态，为研究流体流动提供了强大的工具。
二、湍流模型的概述湍流是指流体在高速流动时，由于粘性力的不稳定性，产生的无规则、高度混合的流动状态。
在实际工程中，大部分流体流动都处于湍流状态。
为了模拟这种复杂的流动现象，Fluent 提供了多种湍流模型供用户选择。
三、Fluent 中的湍流模型分类Fluent 中的湍流模型主要分为以下几类：1.k-ε模型：基于k-ε两方程模型，其中k 为湍流动能耗散率，ε为湍流能量耗散率。
2.k-ω模型：基于k-ω两方程模型，其中k 为湍流动能耗散率，ω为湍流旋涡耗散率。
3.SST 模型：基于Spalart-Allmaras 三维湍流模型，考虑了流场中的旋涡和湍流扩散。
4.RSM 模型：基于大涡模拟（LES）的湍流模型，考虑了湍流尺度的空间分布。
5.VOF 模型：基于体积分数（Volume of Fluid）的湍流模型，适用于两相流问题。
6.Mixture 模型：基于混合长度理论的湍流模型，适用于多相流问题。
四、各类湍流模型的特点及适用范围1.k-ε模型：计算精度较高，适用于大部分工程问题。
特别适用于湍流强度较低、流动平稳的问题。
2.k-ω模型：考虑了湍流旋涡的耗散，适用于湍流强度较高、流动剧烈的问题。
例如，涡轮机、喷气发动机等。
3.SST 模型：计算精度较高，适用于考虑湍流旋涡耗散的问题。
例如，飞机翼型、汽车尾翼等。
4.RSM 模型：适用于湍流强度较高、流动剧烈的问题，特别是具有强旋流和旋转的流体。
fluent在科研的应用
fluent在科研的应用
Fluent在科研领域有着广泛的应用。
Fluent是一种计算流体力
学（CFD）软件，可以用于模拟和分析流体流动、传热和化学反应等
现象。
在科研中，Fluent可以被用于多个领域和应用，以下是一些
常见的应用：
1. 汽车空气动力学研究，Fluent可以用于模拟汽车在高速行
驶时的空气动力学特性，包括气流分布、阻力和升力等，有助于优
化汽车外形设计和提高燃油效率。
2. 航空航天工程，在航空航天领域，Fluent可以用于模拟飞
机和火箭的空气动力学特性，包括气动力学性能、燃烧室内流动等，有助于设计更高效、更安全的飞行器。
3. 燃烧和热传递研究，Fluent可以用于模拟燃烧过程和热传
递现象，比如燃烧室内的流动和化学反应，以及热交换设备的设计
和优化。
4. 环境工程，在环境工程领域，Fluent可以用于模拟大气污
染物的扩散和传播，水流动和污染物传输等，有助于评估环境影响
和制定环境保护策略。
5. 医学工程，Fluent也可以在医学工程领域应用，比如模拟血液流动、呼吸道内气流分布等，有助于研究疾病机理和医疗设备设计。
总的来说，Fluent在科研中的应用非常广泛，可以帮助研究人员模拟和分析各种流体力学现象，为各个领域的工程和科学问题提供解决方案。
通过Fluent的模拟和分析，研究人员可以更好地理解流体力学现象，优化设计方案，提高工程效率，推动科学研究的进展。
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1 前言
工程实际中遇到的各类流动问题，当工质热物理性质偏离理想气体时，需要应用实际气体性质进行求解，才能比较精确地反映流动特性。
例如在蒸汽透平低压部分，低压水蒸汽的性质与理想气体性质偏离较大，如采用理想气体性质进行求解，误差较大。
IAPWS-IF97标准中给出了计算水蒸汽气体性质的计算公式，但由于计算量很大，并不适合在大规模三维计算中直接采用。
因此有必要发展一种高效高精度的实际气体性质计算方法。
本文以水蒸汽实际气体的求解为例，利用FLUENT 软件所提供的实际气体模型（UDRGM ）实现了大规模复杂计算中水蒸汽实际气体性质的应用。
2 FLUENT 中的实际气体模型（UDRGM ）及实现
FLUENT 软件中提供了实际气体性质计算的接口UDRGM (User Defined Real Gas Model)。
利用该接口，可以将水蒸汽性质表导入FLUENT 中，实现对水蒸汽实际气体性质的计算。
UDRGM 要求对实际气体提供如表1 所示的12 个函数。
对水蒸汽定义这12 个函数后，即可实现在FLUENT 中调用水蒸汽实际气体性质进行计算。
表1 UDRGM 所定义的函数
2.1 实现方法
首先由IAPWS-IF97 计算公式生成表1 中12 个函数的数据表，在启动FLUENT 时载入该数据表，在FLUENT 中进行水蒸汽实际气体性质计算时，直接利用该数据表进行插值得到所需的函数值。
由于插值输入变量的数目为2，因而插值可采用双线性插值或双三次插值。
如图1 所示，双线性插值根据插值点(x0,y0)周围4 个节点上的函数值进行插值，而双三次插值根据插值点(x0,y0)周围16 个节点上的函数值进行插值。
因此双线性插值的精度低于双三次插值的精度，但节省计算时间。
按照文献[3] 的估计，采用双线性插值比采用理想气体状态方程进行计算的时间增加13％左右，采用双三次插值比采用理想气体状态方程进行计算的时间增加19％左右。
这种方法省去了大量计算水蒸汽实际气体性质的时间，因而适用于大规模的三维CFD 计算分析。
所生成的水蒸汽性质表输入变量等间距分布，如图1 所示，可以得到插值公式为：
图1 插值方法
io = int[(xo-xmin)/(xmax-xmin)]+1 (1)
jo = int[(yo-ymin)/(ymax-ymin)]+1 (2)
可以看到，插值所需要的时间与数据表中数据的密度无关。
因此，只要计算机内存条件允许，可以在数据表中生成足够密度的数据，从而提高插值的精度。
2.2 误差分析
为了检验插值方法的精度，对插值误差进行了分析，以压力p 和温度T 为输入变量，对表1 中函数1 的插值精度进行了检验。
检验中插值函数用了双线性插值。
结果如图2 和图3 所示，可以看到与直接由IF-97 公式计算值相比，整个区域内插值计算的最大误差小于1‰，完全满足工程计算的要求。
图2 由水蒸汽表插值和IF-97公式计算得到的密度图3 插值对数误差
2.3 算例分析
为了对比采用水蒸汽实际气体性质和理想气体性质计算的差异，对某Laval 喷管中的流动进行了计算。
计算采用H 型网格，网格数为1 90×60。
计算中分别采用了理想气体状态方程、FLUENT 内置的维里型状态方程以及本文发展的基于IAPWS-IF97 水蒸汽性质表插值的方法。
对该算例计算50 步所用的时间对比结果列在表2 中。
可以看到，与采用理想气体状态方程相比较，采用FLUENT 内置的维里型状态方程，计算时间增加了180％，而采用本文发展的方法，计算时间增加了27％。
表2 计算50 步所用计算时间对比
图4 给出了三种方法计算得到的压力、温度、密度等值线分布，可以看到计算结果之间仍然存在明显差异。
采用维里型状态方程与采用基于IF 97 的水蒸汽表插值计算结果基本是吻合的，二者与采用理想气体状态方程得到的结果有明显差异。
考虑到计算所费的时间，在大规模三维计算中，采用基于IAPWS IF 97 的水蒸汽性质表插值比采用FLUENT 内置的维里型状态方程可以节省大量计算时间。
(a) 压力（Pa）
(b) 温度（K）
(c) 密度（kg/m3）
——理想气体状态方程------ 维里型状态方程……IF 97 水蒸汽表插值
图4 参数等值线分布
3 结论
基于FLUENT 软件提供的UDRGM 接口，发展了一种在大规模数值计算中采用实际气体性质进行计算的方法，对该方法的精度和计算时间进行了检验，表明具有高效高精度的特点。
以水蒸汽流动为例，利用所发展的方法，可以采用IAPWS IF 97 水蒸汽性质数据高效地进行三维复杂流动计算。