FLUENT軟件介紹文稿

1、FLUENT軟件介紹文稿 第十一小組第一章 Fluent軟件介紹FLUENT軟件是目前市場上最流行的CFD軟件，它在美國的市場占有率達(dá)到60%。FLUENT在中國也是得到最廣泛使用的CFD軟件。它用數(shù)值方法模擬一個流場包括網(wǎng)格劃分、選擇計算方法、選擇物理模型、設(shè)定邊界條件、設(shè)定材料屬性和對計算結(jié)果進(jìn)行后處理幾大部分。1.1fluent軟件基本情況1.1.1 fluent軟件網(wǎng)格劃分技術(shù)在使用商用CFD軟件的工作中，網(wǎng)格劃分需要的時間長，其能力的高低是決定了工作效率。FLUENT軟件采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格與適應(yīng)性網(wǎng)格相結(jié)合的方式進(jìn)行網(wǎng)格劃分。與結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和分塊結(jié)構(gòu)網(wǎng)格相比，非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分便于處理復(fù)雜外形

2、的網(wǎng)格劃分，而適應(yīng)性網(wǎng)格則便于計算流場參數(shù)變化劇烈、梯度很大的流動，同時這種劃分方式也便于網(wǎng)格的細(xì)化或粗化，使得網(wǎng)格劃分更加靈活、簡便。它可以劃分二維的三角形和四邊形網(wǎng)格，三維的四面體網(wǎng)格、六面體網(wǎng)格、金字塔型網(wǎng)格、楔型網(wǎng)格以及由上述網(wǎng)格類型構(gòu)成的混合型網(wǎng)格。1.1.2前處理gambit軟件Fluent6.0Fluent5.5&4.5FidapPolyflowMixsimIcepack通用軟件專用軟件 fluent軟件基本組成Gambit前處理器（幾何網(wǎng)格的生成）Fluent4.5基于結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的通用CFD求解器Fluent6.0基于非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的通用CFD求解器Fidap基于有限元方

3、法的通用CFD求解器Polyflow針對粘彈性流動的專用CFD求解器Mixsim針對攪拌混合問題的專用CFD軟件Icepak專用的熱控分析CFD軟件1.1.3 fluent適用領(lǐng)域（1）任意復(fù)雜外形的二維/三維流動（2）可壓、不可壓流（3）定常、非定常流 （4）無粘流、層流和湍流 （5）頓、非牛頓流體流動 （6）對流傳熱包括自然對流和強(qiáng)迫對流（7）熱傳導(dǎo)和對流傳熱相耦合的傳熱計算 （8）輻射傳熱計算 （9）慣性、靜止、坐標(biāo)、非慣性旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下中流場計算 （10）多層次移動參考系問題 （11）化學(xué)組元混合與反應(yīng)計算（12）源項(xiàng)體積任意變化的計算 （13）顆粒、水滴和氣泡等彌散相的軌跡計算（14）多

4、孔介質(zhì)流動計算 （15）用一維模型計算風(fēng)扇和換熱器的性能。 （16）兩相流（17）復(fù)雜表面問題中帶自由面流動的計算1.1.4系統(tǒng)要求 硬件要求 （1）CPU采用Intel的奔騰系列或AMD的Athlon系列CPU。 （2）顯示卡分辨率為1024x768或更高，顏色最低要求256色，推薦使16位 或24位真彩色。 （3）內(nèi)存最低128兆內(nèi)存，推薦使用512兆以上的內(nèi)存。 （4）鼠標(biāo)：推薦使用三鍵鼠標(biāo)，F(xiàn)LUENT中有些操作需要鼠標(biāo)中鍵。 （5）光驅(qū)：最低需要CD-ROM，F(xiàn)LUENT需要光盤安裝。（6）網(wǎng)卡：需要安裝以太網(wǎng)卡，F(xiàn)LUENT需要網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證。 （7）硬盤：FLUENT需要400兆，GA

5、MBIT需要55兆，EXCEED需要105兆，TECPLOT需要30兆，一共需要590兆硬盤空間。如果需要使用用戶定義函數(shù)UDF編譯功能還需要安裝微軟的Visual C+至少需要200兆硬盤空間，再加上為計算項(xiàng)目預(yù)留空間，所以推薦在硬盤上預(yù)留5G以上的硬盤空間用于FLUENT計算。 軟件要求 （1）操作系統(tǒng)：UNIX、LINUX、WINDOWS 2000/XP等等。 （2）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議:安裝TCP/IP協(xié)議。 （3）編譯環(huán)境:如果使用UDF編譯功能,需要安裝Visual C+標(biāo)準(zhǔn)版,最低要求是采用“最小安裝”設(shè)置。 （4）EXCEED X server GAMBIT運(yùn)行需要此環(huán)境，如果在GAMBI

6、T中使用 OpenGL圖形模式，則需要安裝EXCEED 3D。EXCEED 3D需要單獨(dú)從EXCEED開發(fā)商Hummingbird軟件公司購買。第二章 CFD前置處理器GambitGAMBIT軟件是面向CFD的前處理器軟件，它包含全面的幾何建模能力和功能強(qiáng)大的網(wǎng)格劃分工具，可以劃分出包含邊界層等CFD特殊要求的高質(zhì)量的網(wǎng)格。GAMBIT可以生成FLUENT5、FLUENT4.5、FIDAP、POLYFLOW等求解器所需要的網(wǎng)格。Gambit軟件將功能強(qiáng)大的幾何建模能力和靈活易用的網(wǎng)格生成技術(shù)集成在一起。使用Gambit軟件，將大大減小CFD應(yīng)用過程中，建立幾何模型和流場和劃分網(wǎng)格所需要的時間。

7、用戶可以直接使用Gambit軟件建立復(fù)雜的實(shí)體模型，也可以從主流的CAD/CAE系統(tǒng)中直接讀入數(shù)據(jù)。Gambit軟件高度自動化，所生成的網(wǎng)格可以是非結(jié)構(gòu)化的，也可以是多種類型組成的混合網(wǎng)格。 Gambit用戶界面 1、GAMBIT的幾何造型:Gambit軟件包含了一整套易于使用的工具，可以快速地建立幾何模型。另外，Gambit軟件在讀入其它CAD/CAE網(wǎng)格數(shù)據(jù)時，可以自動完成幾何清理(即清除重合的點(diǎn)、線、面)和進(jìn)行幾何修正1.1 點(diǎn)的生成通過直接輸入坐標(biāo)值來建立幾何點(diǎn)，輸入坐標(biāo)時即可以使用笛卡爾坐標(biāo)系，也可以使用柱坐標(biāo)系。或者在一條曲線上生成點(diǎn)，將來可以用這點(diǎn)斷開曲線。1.2 面的生成通過三

8、點(diǎn)一張平行四邊形的平面。通過空間的點(diǎn)生成一張曲面。 通過空間的一組曲線生成一張放樣曲面。 通過兩組曲線生成一張曲面 通過構(gòu)成封閉回路的曲線生成一張曲面。 通過繞以選定軸旋轉(zhuǎn)一條曲線生成一張回轉(zhuǎn)曲面。 根據(jù)給定的路徑何輪廓曲線生成掃掠曲面。通過三點(diǎn)一張平行四邊形的平面。通過空間的點(diǎn)生成一張曲面。 通過空間的一組曲線生成一張放樣曲面。 通過兩組曲線生成一張曲面 通過構(gòu)成封閉回路的曲線生成一張曲面。 通過繞以選定軸旋轉(zhuǎn)一條曲線生成一張回轉(zhuǎn)曲面。 根據(jù)給定的路徑何輪廓曲線生成掃掠曲面。1.3生成幾何實(shí)體

9、把現(xiàn)有曲面縫合為一個實(shí)體。把一個斷面圖繞一個軸旋轉(zhuǎn) 生成回轉(zhuǎn)體。沿給定的路徑掃掠一個斷面，得到一個掃掠體。2、 GAMBIT的通用功能2.1布爾運(yùn)算Unite取兩個面或兩個的體的并集作為一個新的面和實(shí)體Subtract從一個面或體上減去一個面或體得到一個新的面或體。Intersect 取兩個面或體的交集為新的面或?qū)嶓w。2.2移動和拷貝 move/copy將所選擇的幾何移動或拷貝到新位置。共有四種方式：Translate(平移) 、Scale(比例) 、Reflect(鏡像)、Rotate(旋轉(zhuǎn))2.3分裂與合并split 可以用一個面把另一個面分裂為兩個面。也可以用一個體把另一個體分

10、裂為兩個體。Merge把兩個面合并為一個面，或把兩個體合并為一個體。2.4連接與解除連接Connect把完全重合的點(diǎn)、線、面合并。當(dāng)處于Connect狀態(tài)時，相鄰幾何網(wǎng)格連續(xù)；Disconnrct 解除這種連接。當(dāng)處于 Disconnrct狀態(tài)時，允許相鄰幾何劃分出不連續(xù)的網(wǎng)格。FLUENT5允許使用不連續(xù)的網(wǎng)格。2.5   Undo和刪除撤銷上一條命令，在GAMBIT中UNDO沒有級數(shù)限制。 刪除相應(yīng)的對象，如點(diǎn)、線、面、體、網(wǎng)格。3、網(wǎng)格生成Gambit軟件提供了功能強(qiáng)大、靈活易用的網(wǎng)格劃分工具，可以劃分出滿足CFD特殊需要的網(wǎng)格3.1 生成線網(wǎng)格 在線上生成網(wǎng)格，作為

11、將在面上劃分網(wǎng)格的網(wǎng)格種子，允許用戶詳細(xì)的控制在線上節(jié)點(diǎn)的分布規(guī)律，Gambit提供了滿足CFD計算特殊需要的五種預(yù)定義的節(jié)點(diǎn)分布規(guī)律。3.2生成面網(wǎng)格對于平面及軸對稱流動問題，只需要生成面網(wǎng)格。對于三維問題，也可以先劃分面網(wǎng)格，作為進(jìn)一步劃分體網(wǎng)格的網(wǎng)格的網(wǎng)格種子。3.3邊界層網(wǎng)格 CFD計算對計算網(wǎng)格有特殊的要求，一是考慮到近壁粘性效應(yīng)采用較密的貼體網(wǎng)格，二是網(wǎng)格的疏密程度與流場參數(shù)的變化梯度大體一致。對于面網(wǎng)格，可以設(shè)置平行于給定邊的邊界層網(wǎng)格，可以指定第二層與第一層的間距比，及總的層數(shù)。對于體網(wǎng)格，也可以設(shè)置垂直于壁面方向的邊界層，從而可以劃分出高質(zhì)量的貼體網(wǎng)格。而其它通用的CAE前處

12、理器主要是根據(jù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析的需要而設(shè)計的，在結(jié)構(gòu)分析中不存在邊界層問題，因而采用這種工具生成的網(wǎng)格難以滿足CFD計算要求，而Gambit軟件解決了這個特殊要求。4、Gambit 的可視化網(wǎng)格檢查技術(shù)和網(wǎng)格輸出功能可以直觀的顯示網(wǎng)格質(zhì)量，用戶可以瀏覽單元畸變、扭曲、網(wǎng)格過度、光滑性等質(zhì)量參數(shù)，可以根據(jù)需要細(xì)化和優(yōu)化網(wǎng)格，從而保證CFD的計算網(wǎng)格，用戶可以直接在幾何圖形上施加流動的邊界條件，不需要在網(wǎng)格上進(jìn)行操作。5、CAD/CAE接口Gambit軟件可以直接存取主流的CAD/CAE系統(tǒng)的網(wǎng)格數(shù)據(jù)并支持標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)交換格式。5.1 Gambit軟件支持以下CAD軟件幾何接口：ACIS、Pro/eng

13、ineer VRML 、Optegra Visulizer 、IDEAS FTL 、IGES、STL、Gambit5.2 CAE接口ANSYS、NASTRAN、PATRAN、FIDAP、GAMBIT第三章 專用的CFD求解器fluentFluent6 軟件是由Uns 和Rampant 軟件升級而來，F(xiàn)luent6包含了二者的全部功能，并且增加了耦合隱式算法，適用于低速不可壓流動、跨音速流動乃至可壓縮性強(qiáng)的超音速和高超聲速流動等各種復(fù)雜的流場。FLUENT豐富的物理模型使得用戶能夠精確地模擬無粘流、層流、湍流、化學(xué)反應(yīng)、多相流等其它復(fù)雜的流動現(xiàn)象。1、基本功能  二維平面流動，二維軸對

14、稱流動，和三維流動 ¨       定?；蚍嵌ǔＡ鲃臃治?¨       亞聲速、跨聲速、超聲速和高超聲速流動 ¨       層流、轉(zhuǎn)捩和湍流 ¨       牛頓流或非牛頓流 ¨       傳熱，包括自然對流、強(qiáng)迫對流和混合對流，固體/流體耦合

15、傳熱，輻射和運(yùn)動固體的熱傳導(dǎo) ¨       化學(xué)組分的混合和化學(xué)反應(yīng)，包括燃燒子模型和表面沉積反應(yīng)模型 ¨     自由表面和多相流（包括氣-液、氣-固和液-固） ¨      離散相（粒子/液滴/氣泡）的拉格朗日軌跡計算，包括與連續(xù)相的耦合 ¨       融熔/凝固的相變模型 ¨   

16、;    多孔介質(zhì)模型，具有各向異性的滲透性、慣性阻尼、固體熱傳導(dǎo)和多孔表面的壓力跳躍條件 ¨       風(fēng)扇、泵、輻射器和熱交換器等的集總參數(shù)模型 ¨       慣性或非慣性坐標(biāo)系 ¨       多種參考系和滑動網(wǎng)格 2、網(wǎng)格性能四邊形、三角形、六面體、四面體、棱形、金字塔形網(wǎng)格 ¨     

17、;  允許非保形（不連續(xù)）的網(wǎng)格界面重疊 ¨       接受以下軟件產(chǎn)生的網(wǎng)格GAMBIT、GeoMesh、TGrid、preBFC、ICEM/CFD、I-DEAS、PATRAN、NASTRAN、ANSYS、Pro/ENGINEER、STL、PLOT3D和其它軟件 ¨       動態(tài)、自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)有： Ø       三角形和四面體網(wǎng)格保形適應(yīng) Ø &

18、#160;     懸掛節(jié)點(diǎn)適應(yīng)和所有類型網(wǎng)格的嵌套 ¨       用戶指定區(qū)域的網(wǎng)格細(xì)化和采用求解變量、導(dǎo)出變量（例如Y+，離壁距離）和用戶自定義物理量的自適應(yīng)網(wǎng)格細(xì)化 ¨       細(xì)化網(wǎng)格后流場變量自動插值 ¨       網(wǎng)格粗化 ¨       網(wǎng)格光順及改進(jìn)工具

19、¨       網(wǎng)格處理功能（比例縮放、平移、合并、分裂） ¨       混合網(wǎng)格生成 3、數(shù)值方法  FLUENT6.0提供了三種求解方法。FLUENT6.0中的求解器有以下特征：   ¨       完全非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的有限體積法 ¨       適用于所有速度范圍 ¨ &#

20、160;     動態(tài)內(nèi)存分配 ¨       單、雙精度運(yùn)算 4、非耦合的求解方法（FLUENT/UNS4.2的發(fā)展）¨ 基于壓力修正的非耦合求解算法，包括SIMPLE、SIMPLEC和PISO ¨       多種離散格式，包括一階迎風(fēng)格式、冪次律格式、二階迎風(fēng)格式和QUICK 格式 ¨       一階和二階隱式時間離散格式

21、68;       包括PRESTO線性插值、二次插值和體積力加權(quán)插值的壓力插值格式 ¨       體積力隱式處理 ¨       采用V形、W形、F形和拐折循環(huán)求解線性代數(shù)多重網(wǎng)格方程，高斯-賽德爾松弛法 5、耦合求解方法（RAMPANT 4.2的發(fā)展） ¨       不可壓和混合區(qū)域流動的預(yù)處理 ¨ 

22、      所有流場平均量的耦合求解 ¨       湍流、輻射和用戶自定義標(biāo)量輸運(yùn)方程的非耦合求解 ¨       包括一階和二階迎風(fēng)格式的離散格式 ¨       顯、隱式的一階、二階時間離散格式   顯式格式 ²      多步龍格-庫塔時間步進(jìn)算法 ²

23、     全近似格式多重網(wǎng)格、當(dāng)?shù)貢r間步長和隱式殘差光順收斂加速 ²      顯式統(tǒng)一時間步長的時間-精度解  隱式格式 ²      所有通量和源項(xiàng)的完全牛頓形式線性化 ²      V形和F形循環(huán)求解代數(shù)多重網(wǎng)格、塊矩陣線性方程，高斯-賽德爾松弛法6、 湍流模型  ¨     

24、60; Spalart-Allmaras的一方程（渦粘性輸）運(yùn)模型 ¨       包括標(biāo)準(zhǔn)的k-e模型，Realizable k-e模型和RNG k-e模型的k-e模型 ¨       浮力和壓縮效應(yīng)的k-e子模型 ¨       應(yīng)用于旋流，低雷諾數(shù)效應(yīng)和對Prandtle/Schmidt數(shù)的解析式的對K，e，能量和組元的RNG子模型 ¨   

25、    包括壁面反射模型和線性或二次壓力-應(yīng)變模型的雷諾應(yīng)力模型 ¨       對大渦模擬的亞格子應(yīng)力模型 ¨       包括標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)，非平衡、對壓力梯度敏感的壁面函數(shù)、k-e模型和RSM的兩層模型等的不同近壁模型 7、 邊界條件 ¨       多種流動入口/出口條件有： Ø    

26、60;  以笛卡爾坐標(biāo)或圓柱坐標(biāo)或極坐標(biāo)表示的入口速度分量的大小和方向，法向速度的大小及用戶自定義的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)分量 Ø       入口質(zhì)量通量 Ø       入口靜壓和總壓，法向或指定的速度方向 Ø       多組分系統(tǒng)的入口質(zhì)量組分 Ø       入口靜溫和總溫 Ø  &

27、#160;    入口湍流強(qiáng)度和耗散率（用湍流強(qiáng)度、長度尺度、水力學(xué)直徑和粘性比輸入） Ø       出口靜壓 ¨       充分發(fā)展管流的出口流動邊界條件（Outflow） ¨       質(zhì)量流出 ¨       進(jìn)氣/排氣扇 ¨   

28、60;   進(jìn)風(fēng)口/出風(fēng)口 ¨       壁面邊界，指定為： Ø       以笛卡爾坐標(biāo)表示的旋轉(zhuǎn)速度和切向速度分量 Ø       包括滑移條件的剪切率 Ø       用熱通量，溫度，外部對流，輻射以及混合條件表示的熱邊界條件 Ø    &#

29、160;  選擇包括壁面粗糙度效應(yīng)的湍流壁面函數(shù)的剪應(yīng)力計算 ¨       兩側(cè)壁面耦合和指定熱阻的熱傳導(dǎo)條件 ¨       對于平均和湍流參數(shù)的入口空間刨面或壁面邊界條件 ¨       風(fēng)扇特性曲線函數(shù) ¨       通過體積源項(xiàng)確定的入口亞格子尺度 ¨   

30、    對稱、旋轉(zhuǎn)周期性和移動周期性邊界 ¨       軸線邊界條件 ¨       在流線周期邊界條件中指定質(zhì)量流率（流動和熱交換） ¨       在周期性邊界條件中指定壓降  8、 介質(zhì)物性 ¨       常量或可變的物性，包括溫度和本構(gòu)關(guān)系（可輸入數(shù)據(jù)或分段

31、的多項(xiàng)式） ¨       包括標(biāo)準(zhǔn)流體和固體介質(zhì)物（用戶可修補(bǔ)）性的數(shù)據(jù)庫： Ø       標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)機(jī)理、化學(xué)組分混合、熱力學(xué)和動力學(xué)性質(zhì) Ø       標(biāo)準(zhǔn)固體、液體、液體燃料和煤的粒子/液滴數(shù)據(jù) ¨       根據(jù)理想氣體規(guī)律或溫度相關(guān)的多項(xiàng)式規(guī)律計算流體密度，包括有浮力流動中密度的Boussinesq處理

32、 ¨       用溫度的多項(xiàng)式或冪次律或Sutherland公式的流體粘性計算 ¨       非牛頓流模型，包括冪次律流體，Carreau流，或與溫度相關(guān)的用戶自定義規(guī)律 ¨       在固體區(qū)域內(nèi)的與溫度相關(guān)的熱容與熱傳導(dǎo) ¨       各向異性的熱傳導(dǎo) ¨   

33、60;   冷卻劑和碳?xì)涞恼鎸?shí)氣體模型 ¨       用戶自定義的物性參數(shù)輸入 9、 用戶定義函數(shù) ¨    解釋（在運(yùn)行時編譯）和編譯事先編譯，在運(yùn)行時連接）選項(xiàng) ¨    在連續(xù)、動量、能量、組分和體積組分輸運(yùn)方程的體積源項(xiàng)的指定 ¨     表面和體積反應(yīng)速度 ¨   用戶物性的定義 ¨   用戶的邊界條件和初

34、始化條件 ¨   用戶定義的標(biāo)量輸運(yùn)方程 ¨    用戶自定義的后處理變量的生成 ¨     用戶指定輻射模型的散射相函數(shù) ¨      離散相模型的體積力、阻力和源項(xiàng)   10、 并行處理 ¨       共享存貯系統(tǒng)（如Windows NT、SGI、HP、DEC、Sun和Cray多處理器）的并行處理 ¨ 

35、      分布式存貯系統(tǒng)（如IBM SP-2、Cray T3D/E等）和工作站網(wǎng)絡(luò)的并行處理 ¨     基于網(wǎng)格劃分方法（如METIS）的區(qū)域分解法 ¨       基于LSF第三方軟件的載荷平衡功能 ¨       通過庫的自動優(yōu)化信息分配   11、 界面、圖形后處理和報告 ¨   

36、0;   多任務(wù)處理和遠(yuǎn)程遞交運(yùn)行的客戶-服務(wù)器結(jié)構(gòu) ¨       全交互式圖形和文本式用戶界面 ¨      宏語言和文本形式 ¨       診斷和錯誤檢測 ¨       網(wǎng)格檢驗(yàn)（有效性、質(zhì)量、大小）、合并、分開和重新排序功能 ¨       啟動、求解和后處理的動態(tài)控制 ¨       解算器和物理模型的報告 ¨       靈活的單位制規(guī)定（SI單位、英制單位、單一/混合單位） ¨       動態(tài)中斷和重新計算 ¨  &#