fluent模拟例子

1、1 第一章一维稳态导热的数值模拟一、模拟实验目的和内容本模拟实验的目的主要有3 个： （1）学生初步了解并掌握fluent 求解问题的一般过程，主要包括前处理、计算、后处理三个部分。（2）理解计算机求解问题的原理，即通过对系统进行离散化，从而求解代数方程组，求得整个系统区域的场分布。（3）模拟系统总的传热量并与傅立叶导热定律的求解结果相比较，验证数值模拟的可靠性。实验内容主要包括：（1）模拟一维稳态导热平板内的温度分布。（2）模拟一维稳态导热总的传热量。二、实例简介如图 1-1 所示，平板的长宽度远远大于它的厚度，平板的上部保持高温ht，平板的下部保持低温ct。平板的长高比为30，可作为一维问

2、题进行处理。需要求解平板内的温度分布以及整个稳态传热过程的传热量。三、实例操作步骤1. 利用 gambit 对计算区域离散化和指定边界条件类型步骤 1：启动 gambit 软件并建立新文件在路径 c:fluent.incntbinntx86下打开 gambit 文件（双击后稍等片刻），其窗口布局如图 1-2 所示。图 1-2 gambit 窗口的布局然后是建立新文件，操作为选择file new打开入图1-3 所示的对话框。htct图 1-1 导热计算区域示意图xy2 图 1-3 建立新文件在 id 文本框中输入onedim 作为文件名，然后单击accept 按纽，在随后显示的图1-4对话框中单

3、击yes 按纽保存。图 1-4 确认保存对话框步骤 2：创建几何图形选择 operationgeometryface ，打开图1-5 所示的对话框。图 1-5 创建面的对话框在 width 内输入 30，在 height 中输入 1，在 direction 下选择 +x+y 坐标系，然后单击apply ，并在 global control 下点击，则出现图1-6 所示的几何图形。图 1-6 几何图形的显示步骤 3：网格划分（1）边的网格划分当几何区域确定之后，接下来就需要对几何区域进行离散化，即进行网格划分。选择operation mesh edge，打开图1-7 所示的对话框。3 图 1-7

4、 边网格划分对话框在 edges 后面的黄色对话框中选中edge.1 和 edge.3。也可以采用shift鼠标左键的方法选中 edge.1和 edge.3。 然后在 spacing 中选择 interval count ， 在其左边的对话框中输入100，即将这两个边各划分成100 个等份。最后点击apply 确认。则出现图1-8 所示的边网格划分。图 1-8 上下边网格的划分采用同样的方法对面的其它边进行网格划分，设定edge.2 和 edge.4 的 spacing 对应的数值为 10，注意 spacing 的类型仍然为interval count ，可以得到如图1-9 所示面上各边的网格

5、划分。图 1-9 各边的网格划分（2）面的网格划分对边进行网格划分实际上是对计算区域的边界进行离散化，计算区域的内部同样需要进行离散化，需要对计算区域进行面网格划分。选择 operationmeshface ，打开图1-10 所示的对话框。4 图 1-10 面网格划分对话框在 faces 后面的黄色框中选中face.1，选中之后，可以看到面上的边均变成红色，表示选择成功。 对话框中的其它选项均保持默认值，此时spacing 的类型为interval size，它左边的默认值为1。点击 apply 确认可以看到图1-11 所示的面网格划分情况。图 1-11 面的网格划分步骤 4：边界条件类型的指

6、定在指定边界条件之前，需要选定一个求解器，因为不同求解器的边界类型不一样。这里选择 solvefluent5/6， 选择之后gambit 布局窗口标题栏中的solve:generic 将变成 solve: fluent5/6。选择 operationzone，打开图1-12 所示的对话框,指定边界条件的类型。5 图 1-12 边界条件指定对话框首先指定面的上边为热源。具体操作为在name 右边的白色框中输入heat，选择 entity下面的类型为edges，然后在edges 右边的黄色对话框中选择热源对应的边edge.3，点击apply 之后就将edge3定义成了热源。用同样的方法可以将下边定

7、义成冷源cold。左右两条边可以不需要定义，保持gambit 默认即可。都定义完之后，可以得到图1-13 的边界名称和边界类型。图 1-13 热源和冷源边界条件的指定步骤 5：指定计算区域的类型gambit默认的计算区域的类型为流体，而这里墙体内部的材料为固体，因此需要设置。设置方法为：选择operationzone，打开如图1-14 所示窗口，选择type 为 solid，选择 entity 为 faces，并在 faces右边的黄色对话框中选择面face.1，然后点击应用， 即将计算区域的类型指定为固体区域。6 图 1-14 指定计算区域的类型步骤 6：网格文件的输出选择 file exp

8、ort mesh打开输出文件的对话框，如图1-15 所示。图 1-15 输出文件对话框注意只有选择了export 2-d(x-y) mesh选项之后才能输出为.msh 文件。点击 accept之后，窗口下面的transcript 内出现 mesh was successfully written to onedim.msh ，表示网格文件输出成功。2. 利用 fluent 求解器进行求解利用 gambit 软件绘制出几何图形、划分网格、指定边界类型以及输出mesh 文件，然后用 fluent 将网格文件导入，便可以对其进行数值求解。步骤 1：网格文件的读入、检查及显示启动 fluent 的 2

9、d 求解器之后，首先需要对网格文件进行读入并检查。启动 fluent 后出现下面的窗口，在versions 中选择 2d，点击 run 按钮即可。7 （1）网格文件的读入选择 file read case在 c:fluent.incntbinntx86下找到 onedim.msh 文件并将其读入，如图 1-16 所示。图 1-16 导入网格文件（2）检查网格文件选择 grid check 对网格文件进行检查， 这里要注意最小的网格体积（minimum volume ）值一定要大于0。（3）显示网格选择 display grid，出现网格显示对话框，如图1-17 所示。图 1-17 网格显示对话

10、框网格文件的各个部分的显示可以通过surfaces下面列表框中某个部分是否选中来控制。如图 1-17 所示的 surfaces下面列表框中的都被选中，此时单击display，就会看到如图1-18所示的网格形状。8 图 1-18 fluent 中的网格显示步骤 2：选择计算模型一维导热模型的控制方程只有能量方程，只需要选择define modelsenergy ，然后在出现的如图1-19 所示的对话框中选中energy equation,单击 ok 即完成了方程的选择。图 1-19 能量方程的选择对话框步骤 3：定义固体的物理性质选择 define materials, 打开如图1-20 所示窗

11、口，在material type 选项中选择solid ，fluent 默认的固体材料为铝aluminum，我们假定平板的材料为铝，材料的属性取默认值，点击 change/create 按钮，再点击close 即可。图 1-20 固体材料的属性步骤 4：设置边界条件选择 define boundary conditions ，对计算区域的边界条件进行具体设置。对热源heat的边界类型wall 点击 set，出现图 1-21 所示的对话框， 将默认的thermal condition 下的 heat flux 改为第一类边界条件temperature，在 temperature 右边的白色文本框

12、内输入310。用同样的方法对冷源进行设置，其温度为300。即热源和冷源的温度差为10k。9 图 1-21 边界条件的设定步骤 5：求解设置（1）初始化选择 solveinitializeinitialize，打开如图1-22 所示的对话框。依次点击init、apply和 close 按钮。图 1-22 初始化对话框（2）残差设置选择 solvemonitors residual，打开如图1-23 所示的对话框。选择options 下面的plot 复选项，则可在计算时动态地显示计算残差。并将energy 右边的残差设定为1e-08，然后点击 ok 按钮。10 图 1-23 残差设置对话框（3）迭

13、代计算选择 solveiterate，打开如图1-24 所示的对话框。设置number of iterations 为 200。然后单击iterate 按钮，就会显示图1-25 所示的计算过程。图 1-24 迭代设置对话框图 1-25 迭代求解过程步骤 6：保存结果选择 file write case & data ，保存所有的设置和所有的数据。四、模拟实验结果经过上面的迭代计算，就可以查看模拟计算的结果。模拟结果的主要包括三个方面：（1）平板内部的温度分布；（2）平板内部的温度梯度；（3）平板总的传热量。11 （1）平板的温度分布选择 display contours， 出现图 1-

14、26 所示的对话框， 在 contours of 下选择 temperature 和 static temperature，单击 display 出现一个窗口，按住鼠标中间向右拖动将等温度图适当放大（图形的缩放、 移动可以通过display - mouse button来打开 mouse buttons （ 鼠标按键）面板进行设定。） ，即可得到如图1-27a 所示的温度分布。在contours 窗口中选中options中的 filled ，可以得到如图1-27b 所示的温度分布云图。图 1-26 等温线对话框图 1-27a 平板内的等温线分布（局部放大）图 1-27b 平板内的温度分布云图1

15、2 从图 1-27a 可以得到，等温线在平板内部为水平分层，等温线均与壁面平行。符合一维导热定律的理论结果。（2）平板的温度梯度fluent 本身的计算结果不包含温度梯度，为了得到温度梯度的值，需要在 fluent 里按回车键，然后输入solve 回车，接着输入set回车，接着输入expert 回车，在接下来出现的询问语句 keep temporary sover memory from being freed? 后面输入yes。然后重复 “ 利用 fluent求解器进行求解” 中步骤 5 的初始化和迭代计算，就能得到温度梯度的分布。具体操作为选择 display contours，出现图1-

16、28 所示的对话框，在contours of 下选择temperature 和reconsruction dt/dy ，单击compute，即可得到温度梯度的最小值为9.998277，最大值为10.0016，即温度梯度的值为10，与理论结果完全一致。图 1-28 平板内的温度梯度（3）平板的总传热量选择 reportfluxes， 打开图 1-29所示对话框， 在 options 下选择 total heat transfer rate，图 1-29 平板的总传热量boundaries 下选择 heat，然后单击compute 即可得到平板的总热流量为60726.6w。根据傅立叶导热定律计算的理论结果为60720w，相对误差为0.01%，表明结果正确。13 fluent 保存和编辑图形的方法：左键（或右键）点击显示窗口左上角的图标，点开后最下面有三个选项：page s