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1、FLUENT入门教程Fluent基础知识FLUENT 软件是目前市场上最流行的CFD 软件主要用于计算流体流动和传热。它提供的非结构网格生成程序对相对复杂的几何结构网格生成非常有效。利用FLUENT软件进行求解的步骤如下1确定几何形状生成计算网格2选择求解器3输入并检查网格4选择求解的方程层流或湍流或无粘流化学组分或化学反应传热模型等。确定其他需要的模型如风扇热交换器多孔介质等模型5确定流体的材料物性6确定边界类型及其边界条件7条件计算控制参数8流场初始化9求解计算10保存结果进行后处理等。FLUENT划分网格的途径有两种一种是用FLUENT提供的专用网格软件GAMBIT进行网格划分另一种则是
2、由其他的CAD软件完成造型工作再导入GAMBIT中生成网格。还可以用其他网格生成软件生成与FLUENT兼容的网格用于FLUENT计算。可以用于造型工作的CAD软件包括I-DEAS、Pro/E、SolidWorks、Solidedge等。除了GAMBIT外可以生成FLUENT网格的网格软件还有ICEMCFD、GridGen等等。GAMBIT网格划分GAMBIT软件是Fluent公司提供的前处理器软件它包含功能较强的几何建模能力和强大的网格划分工具可以划分出包含边界层等CFD特殊要求的高质量的网格。GAMBIT可以生成FLUENT6、FLUENT5.5、FIDAP、POLYFLOW等求解器所需要的
3、网格。用户可以直接使用Gambit软件建立复杂的实体模型也可以从主流的CAD/CAE系统中直接读入数据。计算流体力学的本质就是对控制方程在所规定的区域上进行点离散如有限差分法或区域离散如有限元法与有限体积法从而转变为在各网格点或子区域上定义的代数方程组如果是非线性方程组通常还要进行线性化然后用线性代数的方法迭代求解。网格生成是其中的一个关键步骤当物体外形复杂程度较大时网格生成技术将起到至关重要的作用。网格可分为两大类结构网格和非结构网格。Gambit软件高度自动化可生成包括结构和非结构化的网格也可以生成多种类型组成的混合网格。结构网格就是网格拓扑相当于矩形域内均匀网格的网格。优点可以方便准确地
4、处理边界条件计算精度高并且可以采用许多高效隐式算法和多重网格法计算效率也较高。缺点对复杂外形的网格生成较难甚至难以实现即使生成多块结构网格块与块之间的界面处理又十分复杂因而在使用上受到限制。非结构网格就是指这种网格单元和节点彼此没有固定的规律可循其节点分布完全是任意的。优点1适合于复杂区域的网格划分特别对奇性点的处理很简单2其随机的数据结构更易于作网格自适应以便更好地捕获流场的物理特性3其生成过程不需求解任何方程。因而这类网格目前使用较多。菜单栏命令面板视图控制面板命令解释窗视图面板命令显示窗命令输入窗问题描述冷水和热水分别自混合器的两侧沿水平切向方向流入在容器内混合后经过下部渐缩通道流入等径
5、的出流管最后流入大气。冷水入口温度为280K入口速度为1m/s,热水入口速度为320k入口速度为1m/s。1.利用GAMBIT建立混合器造型以及内部三维网格的划分1启动GAMBIT并选定求解器FLUENT5/62创建混合器主体3设置混合器的切向入流管绘制入流管将入流管移到混合器主体中部的边缘将入流管以Z轴为轴旋转180复制4去掉小圆柱体与大圆柱体相交的多余部分并将三个圆柱体联结成一个整体5创建主体下部的圆锥6创建出流小管创建出流口小管将其下移并与锥台相接7将混合器上部、渐缩部分和下部出流小管组合成一个整体方法同第4步相同。8对混合器内区域划分网格9检查网格划分情况10设置边界条件11输出网格文
6、件.(mesh)Fluent求解FLUENT中有两种求解器即分离求解器(segregated solver)和耦合求解器(coupled solver)。这两种求解器的求解对象是相同的即它们所求解的控制方程均为描述质量守恒、动量守恒和能量守恒的连续方程、动量方程和能量方程。在考虑湍流和化学反应时还要加上湍流方程和化学组元方程。它们都用有限体积法作为对计算对象进行离散求解的基础方法有限体积法的主要工作包括:(1)通过网格划分将空间区域分解成由离散的控制体组成的集合。(2)在控制体上用积分形式构造离散变量的代数方程。(3)将离散方程线化然后通过求解线化方程获得变量的迭代解。两种求解器的区别在于它们
7、所使用的线化方法和求解离散方程的方法是不同的。分离算法流程图耦合算法流程图使用求解器的基本步骤如下1选择计算格式。在使用分离求解器时选择压强插值格式。2在使用分离求解器时选择压强和速度的耦合方法。3在使用分离求解器时选择多孔介质速度方法。4选择用于计算导数的梯度选项。5设置亚松弛因子。6在使用耦合求解器时选择使用FAS多重网格法。7对所选用的模型和求解器进行细节设置。8对流场进行初始化。9选择求解过程监视器。10开始迭代计算。11如果计算不收敛尝试改善收敛性的方法。以该混合器的计算为例。1检查网格并定义长度单位读入网格文件确定长度单位为cm检查网格确保最小体积为正值。显示网格2创建计算模型设置
8、求解器启动能量方程使用k 湍流模型3设置流体的材料属性点击Fluent Database按钮打开“Fluent Database Materials”4设置边界条件Define Boundary Conditions打开“Boundary Conditions”对话框设置如下5求解初始化6设置监视器Solve Monitors Residual打开“Residual Monitors”对话框7保存Case文件操作File Write Case8求解计算操作Solve Iterate在Number of Iterations项填入200点击Iterate开始计算。迭代97后计算收敛残差曲线图如下
9、图。9保存计算结果操作File Write Data计算结果后处理1读入Case和Data文件操作File Read Case&Data2创建等值面创建一个Z4cm的平面命名为surf1创建一个x0的平面命名为surf23绘制温度与压强分布图绘制温度分布图操作Display Contours打开“Contours”对话框绘制垂直平面surf2上的压力分布在Contours Of项选择Pressure和Static Pressure在Surface项选择surf2点击Display按钮。4绘制速度矢量图显示surf1上的速度矢量图操作Display Vectors打开“Vectors”对话框显示surf2上的速度矢量图