FLUENT基礎(chǔ)知識總結(jié)

1、FLUENT基礎(chǔ)知識總結(jié)僅僅就我接觸過得談?wù)剬luent的認識，并說說哪些用戶適合用，哪些不適 合fluent對我來說最麻煩的不在里面的設(shè)置，因為我本身解決的就是高速流動可 壓縮N-S方程，而且本人也是學力學的，諸如邊界條件設(shè)置等概念還是非常清楚 的同時我接觸的流場模擬，都不會有很特別的介質(zhì)，所以設(shè)置起來很簡單。對我來說,頗費周折的是gambit做圖和生成網(wǎng)格,并不是我不會，而是gambit 對作圖要求的條件很苛刻，也就是說，稍有不棋，就前功盡棄，當然對于計算流 場很簡單的用戶，這不是問題。有時候好兒天生成不了的圖形，突然就搞定了， 逐漸我也總結(jié)了一點經(jīng)驗，就是要注意一些小的拐角地方的圖形，

2、有時候做布爾 運算在圖形吻合的地方，容易產(chǎn)生一些小的面最終將導(dǎo)致無法在此生成網(wǎng)格， fluent里面的計算方法是有限體積法，而且我覺得它在計算過程中為了加快收斂 速度，采取了交錯網(wǎng)格，這樣，計算精度就不會很高。同時山于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，肯 定會導(dǎo)致計算精度的下降，所以我一貫來認為在fluent里面選取復(fù)雜的粘性模型 和高精度的格式?jīng)]有任何意義，除非你的網(wǎng)格做的非常好。而且fluent5.5以前的版本（包括5。5）,其物理模型，（比如粘性流體的兒 個模型）都是預(yù)先設(shè)定的，所以，對于那些做探索性或者檢驗新方法而進行的模 擬，就不適合用。同時gambit做網(wǎng)格，對于粘性流體，特別是計算湍流尺度，或者做熱流

3、計 算來說其網(wǎng)格精度一般是不可能滿足的，除非是很小的計算區(qū)域。所以，用fluent 做的比較復(fù)雜一點的流場（除了經(jīng)典的兒個基本流場）其計算所得熱流，湍流， 以及用雷諾應(yīng)力模擬的粘性都不可能是準確的，這在物理上和計算方法已經(jīng)給 fluent判了死刑，有時候看到很多這樣討論的文章，覺得大家應(yīng)該從物理和力學 的本質(zhì)上考慮問題。但是fluent往往能計算出量級差不多的結(jié)果，我曾經(jīng)做了一個復(fù)雜的飛行 器熱流計算，高超音速流場，得到的壁面熱流，居然在量級上是吻合的，但是， 從訃算熱流需要的壁面網(wǎng)格精度來判斷,gambit所做的網(wǎng)格比起壁面網(wǎng)格所滿足 的尺寸的要大了至少2個數(shù)量級，我到現(xiàn)在還不明白fluen

4、t是怎么搞的。綜上，我覺得，如果對付老板的一些工程項目，可以用fluent對付過去，但 是如果真的做論文，或者需要發(fā)表文章，除非是做一些技術(shù)性工作，比如優(yōu)化計 算一般用fluent是不適合的。我感覺fluent做力的計算是很不錯的，做流場結(jié)構(gòu)的計算，即使得出一些渦， 也不是流場本身性質(zhì)的反應(yīng)，做低速流場訃算，fluent的優(yōu)勢在于收斂速度快， 但是低速流場訃算，其大多數(shù)的著眼點在于對流場結(jié)構(gòu)的探索，所以計算得到的 結(jié)果就要好好斟酌一下了，高速流場的模擬中，一般著眼點在于氣動力的結(jié)果， 壓力分布以及激波的捕捉，這些fluent做的很不錯。對于多相流，旋轉(zhuǎn)機械我沒 有做過，就不好隨便說了希望做過其

5、他方面工作的大俠也總結(jié)一下。對于運用fluent來求解問題，首先要對本身求解的物理模型有充分的了解， 只有在這個基礎(chǔ)上，才能夠選擇出正確的，計算模型以及相應(yīng)的邊界條件。對于fluent IT算的方法，確實是釆用的有限體積法，不過對基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格 的5.X,我個人覺得其采用的應(yīng)該是同位網(wǎng)格而不是交錯網(wǎng)格，因為非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格 情況下，交錯網(wǎng)格的方法處理起來比同位網(wǎng)格方法要復(fù)雜很多。一般見到的非結(jié) 構(gòu)網(wǎng)格下FVM （有限體積法）多半還是采用的同位網(wǎng)格而非交錯網(wǎng)格，這個問 題還可以進一步探討。對于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格而言，U前能夠做到的離散精度也只能是 二階精度了，再高精度目前還沒法做到，或者說還沒有做到很實用。對

6、于gambit做網(wǎng)格，確實不是十分的理想，不過這個也不能怪罪gambit, 因為非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的生成方法，本身在理論上就有一些瑕疵（姑且這樣說吧，不能 說是錯誤，呵呵）所以對于一些十分復(fù)雜，而且特殊的流場，可能最終生成的網(wǎng) 格會很不理想，這個時候多半需要釆取一些其它的迂回的方法，例如將復(fù)雜區(qū)域 分區(qū)，分成一些簡單的區(qū)域，然后在簡單區(qū)域里面生成網(wǎng)格，最后再組合，而不 是將整個復(fù)雜區(qū)域教給gambit讓其一次生成網(wǎng)格。有時在軟件做不到的地方， 就需要人想法補上了。對于壁面網(wǎng)格的問題，gambit中提供了生成邊界層網(wǎng)格的方法，恩，不知道 是否這個功能也同樣不能滿足所需ogambit中邊界層網(wǎng)格只是在壁面

7、法向進行特 別的處理。對于壁面切向方向則是和邊界層外網(wǎng)格尺度相當?shù)?。對于fluent的適用范圍,我很同意stipulation的說法，本身fluent是一個比 較成熟的商業(yè)軟件，換句話說，其適用的數(shù)值方法，多半也是LI詢相對比較成熟 的方法之一。因此用fluent來做工程項U確實是很適合的，因為它相對效率較高, 而且實際上fluent中有一些對特殊問題的簡化處理其口的也是直接針對工程運 用的。因此如果是完全的基于fluent做流場分析，然后做論文，這樣是不行的。 需要強調(diào)的是fluent僅僅是一種CFD的工具，一個相對好用的工具。對于fluent做高速可壓流動問題，我做的不多，不知道stipu

8、lation兄對fluent 評價怎樣，我個人覺得，由于有限體積法本身對于求解有間斷（激波）的流動問 題就存在一定的誤差的，有限體積法實際上應(yīng)該更加的適合于不可壓流動問題， 因為這個方法本身的特點就保證了通量的守恒，對于不可壓流動，那就是保證了 整個流場的質(zhì)量守恒。就我個人觀點而言，對于算激波的問題似乎還是得要實用 一些高精度格式，例如NND, TVD,時空守恒格式等。順便問stipulation 個問 題，在算鈍頭體（導(dǎo)彈）小攻角來流夸音速流動問題時，在計算中是否有激波的 振蕩現(xiàn)象？（這個好像說有人做出實驗了，我們這邊有人在計算，可是死活算不 出來振蕩，他用的是StarCD T）對于兩相流和

9、旋轉(zhuǎn)機械，我插上兩句。兩相或者多項流動中，fluent也提供 了兒種可用的方法，例如VOF方法、Cavitation方法、Algebraic slip方法，我對 VOF和Cavitation的原理了解稍微多一些，VOF方法稱為體積函數(shù)法，以兩相流 動為例，VOF中定義一個基相，兩相之間相互是不發(fā)生互融等反應(yīng)的，通過訃算 每一個時間步下，各個網(wǎng)格單元中的體積函數(shù)，從而確定該網(wǎng)格中另外一項的比 例，然后通過界面重構(gòu)或者一些其它的方法來確定此單元網(wǎng)格中兩相交界面的位 置，從這個意義上說，VOF是屬于界面跟蹤方法。Cavitation方法則不是這樣， 此方法不能用來明確的區(qū)分兩相的界面等，但是可以用來

10、計算某一的區(qū)域內(nèi)所含的氣泡的 一個體積密度。對于旋轉(zhuǎn)機械的流動問題，fluent中提供了兒種方法，一種是就是很簡單用 坐標變換的概念化旋轉(zhuǎn)為靜止，然后添加一個慣性力。一種是所謂的多參考坐標 系方法，還有就是混合面方法，最后是滑移網(wǎng)格方法。第一種方法自不用說，理 論上是精確的，后面三鐘方法中，fluent中以滑移網(wǎng)格方法計算的準確度最好， 詢面兩種方法都有很強的工程背景并且是在此基礎(chǔ)上簡化而來的。但這些方法的 運用都有一些前提條件。fluent公司還有另外的一個工具，MixSim是針對攪拌混合問題的專用CFD 軟件內(nèi)置了專用前處理器，可迅速建立攪拌器和混合器的網(wǎng)格及計算模型。:有沒有用它做旋轉(zhuǎn)機

11、械內(nèi)部流動的？同時其實是給商用CFD軟件與科研用CFD之間的關(guān)系提出了很好的思考問 題。其實就我所知道的搞CFD應(yīng)用研究的人而言，他們很希望在現(xiàn)有的已經(jīng)成 熟的CFD技術(shù)基礎(chǔ)上做一些改進，使之滿足自己研究問題的需要。為此他們不 希望整個程序從頭到尾都是自己編，比如N-S方程的求解，其實都是比較固定的。 因此很多人都希望商用軟件有個很好的接口能讓用戶自己加入模塊，但是這一點其實真是很難做到，而且到底做到用戶能交互的什么程度也很難把握。據(jù)握 所知，有搞湍流模型研究的人用PHOENICS實現(xiàn)自己的模型，而邊界處理以及數(shù) 值方法等還是原方程的，據(jù)說star-CD也是商用軟件中提供給用戶自主性比較 好的

12、，fluent這方面到底如何就不得而知了，看stipulation所說的似乎也還是有 限。因此，我覺得現(xiàn)在還是存在這樣的問題：既不能依*商用CFD軟件搞研究， 但也希望不用反復(fù)重復(fù)一些繁雜的、沒有創(chuàng)造性的工作。我現(xiàn)在就是用fluent來計算旋轉(zhuǎn)機械的內(nèi)流場，那就說說旋轉(zhuǎn)機械的流動問 題吧。fluent中有兒種處理旋轉(zhuǎn)機械流動問題的模型，分別為旋轉(zhuǎn)坐標系模型 (Rotating Reference Frame),多參考坐標系模型(MRF),混和平面模型(Mixing Plane),滑移網(wǎng)格模型iding Mesh)。其中，旋轉(zhuǎn)坐標系模型僅適用于不考慮定 子影響的流場，其思想就是在視轉(zhuǎn)子為靜止的旋

13、轉(zhuǎn)坐標系里進行定常訃算，訃算 中考慮慣性力的影響；多參考坐標系模型（MRF）就是在前一模型的基礎(chǔ)上考慮了 定子對流場的影響，將流場按不同旋轉(zhuǎn)速度劃分成兒個流動區(qū)域，每個區(qū)域里用 旋轉(zhuǎn)坐標系進行定常訃算，在這些流動區(qū)域的交界面上強制流動速度的連續(xù)；混 和平面模型是另一種用定常方法訃算定子與轉(zhuǎn)子相互影響下的流場的模型，它在 不同流動區(qū)域之間的交界面上進行了一定的周向平均，消除了流動本身的非定常 性，這種模型要優(yōu)于MRF模型；滑移網(wǎng)格模型是采用滑移網(wǎng)格技術(shù)來進行流場 的非定常計算的模型，用它訃算的流場最接近于實際的流動，但這種模型需要耗 費巨大的機器資源和時間。關(guān)于對商用CFD軟件的看法，我比較贊同

14、zzbb的看法，我們可以利用它里 面成熟的計算方法，附加上自己提出的一些模型，這樣研究問題，可以省很多的 精力和時間，對于CFD的發(fā)展也是很有好處的?，F(xiàn)在的商用軟件提供的接口比 較少，軟件封裝的比較死，這樣不利于做科學研究，如果可以像linux的發(fā)展模 式那樣發(fā)展CFD,大家公開成熟的CFD代碼，然后可以通過自山的研究，添加新 的功能，相信CFD發(fā)展的會更快，不過如果這樣，那商用CFD軟件就不好賺錢 了至于商用軟件開發(fā)源代碼的問題，實在是不大可能。由于CFD應(yīng)用很多領(lǐng) 域，特別是還與核、航空、汽車等一些非常重要的工程領(lǐng)域相關(guān)，一般來說都屬 于高科技技術(shù)，鬼子是不會輕易公開的。比如phoenic

15、s早在80年代初就開發(fā)完 成并應(yīng)用于工程，但是當時西方就是對共產(chǎn)黨國家封閉，禁運，直到1991年 （1993?）才有l(wèi).x的版本正式到中國。所以這也是我想說的訂前存在的矛盾。那么請問一下fluent所提供的用戶接口主要可以做些什么方面的工作呢？:加入自己的模型當然是廣義的，其實很多東西都可以稱作模型。CFD里最 經(jīng)典的算是湍流模型了吧。比如需要修改系數(shù)或增加項，對渦粘系數(shù)重新訃算， 就是這種情況。此外還有邊界條件的修改等問題。算法也可以算。但這些并不一 定是商用軟件都能提供的。對于運用fluent來求解問題，首先要對本身求解的物理模型有充分的了解， 只有在這個基礎(chǔ)上，才能夠選擇出正確的，計算模

16、型以及相應(yīng)的邊界條件。對于 fluent計算的方法，確實是釆用的有限體積法，不過對基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的5.X, 我個人覺得其采用的應(yīng)該是同位網(wǎng)格而不是交錯網(wǎng)格，因為非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格情況下， 交錯網(wǎng)格的方法處理起來比同位網(wǎng)格方法要復(fù)雜很多。一般見到的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格下 FVM （有限體積法）多半還是采用的同位網(wǎng)格而非交錯網(wǎng)格，這個問題還可以進 一步探討。對于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格而言，口前能夠做到的離散精度也只能是二階精度了， 再高精度目前還沒法做到，或者說還沒有做到很實用。fluent由于其商用性，它的思想就是自己做的很通用，而很少給用戶接口， 特別在一些核心問題上我們實驗室如果真的做論文，就用一個fortran的大程序, 是一個博士編的專門求解對稱的可壓縮n-s方程的看懂了，做一個網(wǎng)格，改改邊 界條件就能算了，如果需要做相應(yīng)改動，可