Fluent操作解析課件

FLUENT求解基本步驟分析問題及前處理求解執(zhí)行過程后處理確定數(shù)值模擬的目標(biāo)確定計算區(qū)域建立數(shù)值模擬物理模型和網(wǎng)格建立數(shù)學(xué)模型計算并監(jiān)控結(jié)果檢查計算結(jié)果修正模型1確定數(shù)值模擬的目標(biāo)----需要得到的結(jié)果以及結(jié)果的用途需要達到的計算精度計算時間的要求建立物理模型時需要考慮的問題建立什么形式的物理模型？能否采用適當(dāng)?shù)暮喕胧渴欠裥枰捎眯碌男拚Ｐ停?確定計算區(qū)域---將研究對象進行孤立化處理確定計算區(qū)域的初始和結(jié)束位置盡量將計算區(qū)域簡化為二維或軸對稱形式計算區(qū)域的邊界上是否存在邊界信息邊界的形式能否容納這些信息能否根據(jù)實驗的測量得到邊界信息3建立數(shù)值模擬物理模型和網(wǎng)格能否采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格在各個控制區(qū)域內(nèi)需要什么樣的網(wǎng)格精度計算機的內(nèi)存容量是否滿足要求幾何形狀以及流動的復(fù)雜程度對于這個幾何形體需要什么樣的網(wǎng)格精度大的網(wǎng)格梯度能否預(yù)測流場是否需要采用網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)需要計算的網(wǎng)格數(shù)量4建立數(shù)學(xué)模型選擇合適的物理模型確定材料的特性給定操作工況給定所有邊界條件設(shè)定數(shù)值計算的控制參數(shù)初始化設(shè)置監(jiān)視點湍流、多相流、燃燒、輻射等狀態(tài)以及狀態(tài)參數(shù)5計算并監(jiān)控結(jié)果通過迭代計算使結(jié)果收斂。計算結(jié)果收斂的判據(jù)收斂解的精度的取決因素求解變量在連續(xù)幾個迭代次數(shù)中不發(fā)生變化滿足守恒定律物理模型的簡化程度和精度網(wǎng)格的精度6檢查計算結(jié)果通過可視化工具和數(shù)學(xué)報告工具來檢查計算結(jié)果。力和動量整個流場的特性發(fā)生流場突變的位置流場的關(guān)鍵特征可視化工具數(shù)學(xué)報告工具界面交換系數(shù)變量的積分值流量的衡關(guān)系7修正模型物理模型是否合適邊界條件是否合適網(wǎng)格的精度是否滿足要求是否需要考慮壓縮性所取的計算區(qū)域是否能滿足問題要求邊界上變量值是否合理能否通過網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)提高計算精度對近壁處的處理是否需要修正是否需要考慮流體的渦結(jié)構(gòu)8Gambit的使用Gambit用戶界面圖菜單欄命令面板命令顯示窗命令輸入窗命令解釋窗視圖控制面板視圖9Gambit常用的幾何造型工具點的生成線的生成10Gambit常用的幾何造型工具面的生成體的生成11Gambit常用編輯功能常用編輯功能移動、復(fù)制布爾運算分裂與合并撤銷、重復(fù)和刪除連接與解除連接12Gambit網(wǎng)格生成邊界層網(wǎng)格線網(wǎng)格面網(wǎng)格體網(wǎng)格繪制網(wǎng)格13網(wǎng)格劃分前你需要知道的問題：選擇何種網(wǎng)格?網(wǎng)格質(zhì)量要求?網(wǎng)格數(shù)量?計算機承受能力?三角形網(wǎng)格四邊形網(wǎng)格四面體網(wǎng)格金字塔型網(wǎng)格楔形網(wǎng)格六面體網(wǎng)格2D網(wǎng)格3D網(wǎng)格線網(wǎng)格及面網(wǎng)格簡介EEESEEESEEEE線網(wǎng)格界面PickingTemporarygraphicsLinks,DirectionsGrading/SpacingSpecialcharacteristicsApplyandDefaultsInvertandReverseOptionsSpecifyintervalsize,nograding,applywithoutmeshing各種面網(wǎng)格舉例Specifygradingonly,applywithoutmeshingFaceMeshGeneratedUsingQuadPaveScheme(Pavefacemeshingschemesrequireanevennumberofelementsonedgemeshes)FaceMeshGeneratedUsingSubmapScheme12Generatefacemesh.3四邊形網(wǎng)格舉例Quad:MapQuad:SubmapQuad:Tri-PrimitiveQuad:PaveQuad/TriandTri舉例Quad/TriMapQuad/TriPaveQuad/TriWedgeTriPaveFacemustbesplittogeneratemorethanonecellacrossTriangularcellTriangularcellQuadcells網(wǎng)格檢查DisplayTypePlane/SphereRange顯示合格網(wǎng)格比例.顯示網(wǎng)格質(zhì)量分布.查找劣質(zhì)網(wǎng)格位置Select2D/3DandelementtypeSelectQualityTypeGAMBIT有以下幾種網(wǎng)格質(zhì)量檢查內(nèi)容：AspectRatioDiagonalRatioEdgeRatioEquiAngleSkewEquiSizeSkewMidAngleSkewSizeChangeStretchTaperVolume其中最重要的是網(wǎng)格扭曲度和體積變化率。網(wǎng)格扭曲度(QEAS).QEAS=0網(wǎng)格質(zhì)量非常高QEAS=1網(wǎng)格質(zhì)量差，很難收斂0(best)1(worst)Tri/TetQuad/Hex體積變化率(Qsc).默認(rèn)QSC>0.QSC=0表示相鄰網(wǎng)格與選定網(wǎng)格面積/體積形同。一股撕裂流股就是具有所有由循環(huán)確定的組分流、總摩爾流、壓力和焓的循環(huán)流股。它可以是一個回路中的任意一股流股3D舉例QSC,i=Vj=1/Visincej=1haslargestvolumeratio低質(zhì)量網(wǎng)格會引起計算發(fā)散或收斂速度慢.網(wǎng)格質(zhì)量限制:六面體或四邊形網(wǎng)格:網(wǎng)格扭曲度不大于

0.85.三角形或四面體網(wǎng)格:網(wǎng)格扭曲度不大于

0.9.所有網(wǎng)格單元: 體積變化率不大于

2盡量避免相鄰網(wǎng)格體積的急劇變化.如果檢查網(wǎng)格時出現(xiàn)問題，可能有以下原因模型存在尖角等過渡劇烈的幾何結(jié)構(gòu)。網(wǎng)格尺寸過大。網(wǎng)格類型不合適，等等。體網(wǎng)格簡介對于幾何結(jié)構(gòu)簡單的模型，六面體或楔形網(wǎng)格數(shù)量更少，質(zhì)量更高。對于幾何形狀復(fù)雜的模型，六面體或楔形網(wǎng)格在質(zhì)量方面的優(yōu)勢不再明顯,而且劃分網(wǎng)格花費的時間更長，此時可以選擇四面體網(wǎng)格或者混合網(wǎng)格。六面體網(wǎng)格舉例Hex–MapHex--SubmapHex–TetPrimitiveHex–CooperHex/WedgeandTet/HybridHex/Wedge:CooperTet/Hybrid:HexCoreTet/Hybrid:TGridHexMeshing–MapMeshMeshsubmapfaceHexMeshing–SubmapMeshMeshHexMeshing–TetPrimitiveMeshHexMeshing–CooperSideFaces(twohidden)CooperdirectionSourceFacesCooperExamplesVolumeContainingMultipleHolessourcefacessourcefacessourcefacesSourceFacesNotParallelsourcefacesMultipleSourceFacesandMultipleInteriorLoops混合網(wǎng)格舉例發(fā)動機排氣閥網(wǎng)格不同區(qū)域根據(jù)結(jié)構(gòu)劃分不同網(wǎng)格.相對純六面體或四面體網(wǎng)格，混合網(wǎng)格在效率和質(zhì)量方面均有加強。這種網(wǎng)格可以在gambit里實現(xiàn).HybridmeshforanICenginevalveporttetmeshhexmeshwedgemesh設(shè)定邊界條件邊界類型適用范圍速度進口適用于不可壓縮流動問題。壓力進口可壓、不可壓問題都適用。質(zhì)量進口主要用于可壓縮流動。壓力出口只使用于模擬亞音速流動。壓力遠揚只對可壓縮流動適合。自由出流壓力進口條件、可壓縮流動和有密度變化的非穩(wěn)定流動不適用此邊界條件。進口通風(fēng)給定損失系數(shù)，流動方向和總壓和總溫。進口風(fēng)扇給定壓降，流動方向和環(huán)境總壓和總溫。出口通風(fēng)給定損失系數(shù)和環(huán)境靜壓和靜溫。對稱邊界適用于流動及傳熱場是對稱的情況。周期性邊界用于幾何邊界，流動和換熱是周期性重復(fù)的。固壁邊界適用于壁面無滑移的情況。34Mesh網(wǎng)格文件的輸出選擇File→Export→Mesh就可以打開輸出文件對話框。對于二維情況，必須選擇Export2-D（X-Y）Mesh選項，才能輸出正確的.msh文件。最后保存任務(wù)文件，退出Gambit。35Fluent求解器的使用Fluent數(shù)值模擬的一般步驟根據(jù)具體問題選擇求解器版本類型。導(dǎo)入網(wǎng)格（File

Read

Case，選擇由Gambit導(dǎo)出的.msh文件）。檢查網(wǎng)格（Grid

Check）。如果網(wǎng)格最小體積為負，需要重新劃分。選擇計算模型。確定流體物理性質(zhì)（Define

Materials）。定義操作環(huán)境（Define

OperationCondition）。設(shè)置邊界條件（Define

BoundaryCondition）。求解參數(shù)的設(shè)置。流場初始化（Solve

Initialize）。迭代求解（Solve

Iterate）。保存結(jié)果，后處理。36求解器版本類型的選擇2d2ddp3d3ddp二維、單精度求解器二維、雙精度求解器三維、單精度求解器三維、雙精度求解器大多數(shù)情況下，單精度求解器已經(jīng)足夠高效準(zhǔn)確，所需內(nèi)存也比雙精度求解器要少，但在某些特殊情況下需要考慮使用雙精度求解器，例如細長管道、熱傳導(dǎo)率很大以及高縱橫比網(wǎng)格等問題。37Fluent操作界面Fluent操作界面圖標(biāo)題欄菜單欄控制臺窗口38文件導(dǎo)入和網(wǎng)格操作讀入網(wǎng)格文件依次點擊File→Read→Case…，并選擇所需計算的網(wǎng)格文件。檢查網(wǎng)格文件依次點擊Grid→Check，檢查計算區(qū)域大小是否正確，以及最小網(wǎng)格體積是否大于零，出現(xiàn)負體積必須重新劃分網(wǎng)格。設(shè)置計算區(qū)域尺寸依次點擊Grid→Scale…,選擇網(wǎng)格創(chuàng)建過程中所使用的單位。39選擇計算模型——求解器的定義壓力基密度基壓力基主要用于低速不可壓縮流動的問題密度基主要針對高速可壓縮流動問題求解2D：二維空間Axisymmetric：軸對稱（二維）AxisymmetricSwirl：軸對稱回轉(zhuǎn)（三維）3D：三維空間穩(wěn)態(tài)非穩(wěn)態(tài)40選擇計算模型—其他計算模型的選定Fluent啟動默認(rèn)的是計算層流不可壓流動，不需要設(shè)置其他模型。在實際問題中，除了要計算流場，有時還要計算溫度場或濃度場等，因此可能會用到其他物理模型。多相流粘性輻射組分運輸與化學(xué)反應(yīng)凝固和融化離散相41粘性模型粘性模型適用范圍無粘模型適用于粘性對流場影響可以忽略的計算。層流模型考慮粘性且流動類型為層流的情況。單方程湍流模型適用于翼形、壁面邊界層等流動。k-ε模型適合高雷諾數(shù)湍流，不適合旋流。雷諾應(yīng)力模型適用于強旋流動。離散渦湍流模型需要的網(wǎng)格數(shù)量大，計算量以及內(nèi)存需要很大。大渦模擬同上。42定義操作環(huán)境OperatingPressure(pascal)：周圍環(huán)境的壓強，也稱為參考壓力。Gravity：是否考慮重力的影響。Reference

PressureLocation：設(shè)定的參考壓力所在的位置。注意：Fluent規(guī)定了二維軸對稱問題中的軸只能設(shè)定為與X軸平行。43定義流體物理性質(zhì)流體的性質(zhì)44設(shè)置邊界條件45求解參數(shù)的設(shè)置Equations：當(dāng)前問題需要求解的控制方程。Discretization：所求解的控制方程的差分離散格式。Under-RelaxationFactor：所求解的控制方程和一些變量的松弛因子。Pressure-VelocityCoupling：壓力-速度耦合求解方式。46流場初始化通常用進口的量對全場進行初始化，即設(shè)置ComputeForm為入口邊界，依次點擊Init和Close圖標(biāo)完成對流場的初始化。47打開殘差監(jiān)控圖Options下面的Print和Plot都被選中，則計算中各個方程的殘差不僅被打印在Fluent