FLUENT软件使用说明

1、FLUENT 问题：一、计算思路建模流场网格分区、结构、尺寸边界模型离散迭代处理分析二、求解问题维维理想气体层 流湍 流二相流化学反应三、学些方法典型实例具体问题学习小节：CFD分析的基本步骤定义目标模型确定模型区域选择合适的求解器二者都可用于广泛的流体计算，但一般情况下发： segregated :适用于不可压及微可压流。只使用隐式格式。coupled:适用于高速可压流，有强体积力的耦合流以及密网格问题。耦合求解流动和能量方程，可以快速 收敛。coupled implicit格式内存需要量大，如果内存不够可以使用 coupled explicit，同样也是耦合求解流动和能量 方程，但收敛速度

2、较慢。Segregated适用于不可压及微可压流，只使用隐式格式。Coupled 适用于高速可压流，有强体积力的耦合流以及流场密 网较密的问题以上情况宜使用coupled implicit格式，但需内存量大。 当内存不足时，可用segregated或coupled explicit （显式格式比隐式 格式收敛慢）选择并生成网格对简单的几何体，四边形/六面体网格比使用三角形/四面体网格用更少的单元数 可以生成更好的网格。对复杂的几何体，四边形/六面体网格己经没有数值精度上的优势，而使用三角形/四面体网格可以节省大量时间。建立数值模型边界设定有处理计算求解在FLUENT中可以选择控制方程中对流项的

3、离散方法。有四种方法可以选 择：FirstOrder、Second Order、QUICK、Power。当流动方向与网格相一致时（如：使用四边形或六面体网格的管内层流问 题），一阶迎风格式就可以了，但一阶格式会增加计算中的数值扩散错误。当流动方向不与网格相一致时（如：流动方向倾斜的穿过网格线），或使用 三角形、四面体网格，应使用二阶格式以获得更高精度的解。在使用四 边形或六面体网格的复杂流场时，也可以使用二阶格式以获得更高精度 的解。当使用四边形或六面体网格，流场有旋转或旋涡时QUICK格式可 能会比二阶格式精度更高。Power格式精度与一阶格式相当FLUENT提供了 3种速度一压力耦合方法：

4、SIMPLE，SIMPLEC（SIMPLE-Consistent）和 PISO。SIMPLE, SIMPLEC通常用于稳态计算，瞬态计算推荐使用PISO。当网格比较歪斜时，无论稳态或瞬态计算使用PISO方法比较好。FLUENT默认使用SIMPLE方法，但当对于较简单的问题（层流且无其 它物理模型）计算的收敛注意受速度一压力耦合的影响，这时可以使用SIMPLEC 方法，将下松弛因子设为1.0,以加速收敛。但有些时候这会引起计算不稳定。当你需要保守的方法时，可用SIMPLE。当流场复杂时（包含湍流或其 它物理模型），计算收敛常受其它因素影响，这时使用SIMPLE和SIMPLEC方 法的收敛性都相同

5、。瞬态计算使用PISO可以使用较大时间步长，可将所有方程的下松弛因 子设为1.0。而对于歪斜很严重的网格，应将动量，压力方程的下松弛因子之和 为1（如：压力方程下松弛因子设为0.3,动量方程设为0.7。某些情况下，必须给出真确的初值。例如在喷管计算中就得不到超音速流结 果除非给出超音速初场。湍流模型的选择实际上没有一种湍流模型能适合所有的流动情况。对湍流模型的选择依赖于流 动中包含的物理情况，对特定问题已有的经验，对精度的要求，计算机的计算能 力，能够花费的分析时间等。Spalart-Allmaras模型，此模型只包含一个输运方程，不足以计算与当地剪切层 厚度相关的长度尺度。此模型使用于与航空

6、宇航有关的壁面限制流动、有反向压 力梯度的边界层计算和涡轮机械中的问题。有初始的形式上看，Spalart-Allmaras 是一个有效的的雷诺数模型，要求粘性影响区域的边界层被合适的解析。当网格 不够密时，此模型会使用wall functionso并且当未生成边界层网格时，此模型的 数值误差会比k-模型小。且Spalart-Allmaras模型是一个较新的模型，并不是对 所有复杂流都适用。比如，此模型对各向同性的湍流衰减不能作出很好的预测。 此一方程模型对长度尺度方向的变化不能作出迅速的适应，如突然由壁面限制流 变为自由流。标准k-模型（Standard k-epsilon Model），此模

7、型包含两个独立的方程来确定湍流 的速度和长度尺度。此模型对工程流体及传热计算中广泛的湍流计算都是稳健、 经济的，可以得到较合理的结果。RNG k-模型，此方法通过严格的统计方法得到。在形式上与标准k-模型相似， 但有下面新的特点：（1）由于在方程中添加了一项使得显著提高了对高变形流动 的计算精度。（2）模型中包含了旋涡对湍流的影响，提高了计算旋涡流动的精度。（3）此模型对Prandtl数提供了分析公式，而标准k-模型使用的是用户定义的常值。（4）标准k-模型是一个高雷诺数模型，而RNG k-模型提供了一个对低雷诺数时 粘性影响的分析公式，这个属性是否能有效，取决于对临近壁面区域的处理。这 些特

8、性使得RNG k-模型在很大范围内比标准k-模型的精度和可靠性更高。但对 计算机资源要求也更高一些。realizable k-模型，此模型与标准k-模型主要有下面两方面的差别：（1）包含一个 新的计算湍流粘性的公式。（2）对耗散率使用了新的方程由速度波动的均方得到。 此模型可以更精确的预测方形或圆形喷嘴的扩散率、较适合计算转动的流场，有 较强反向压力梯度的边界层，带有分离流和回流的情况o realizable k-模型和RNG k-模型在流场中有强的流线型曲率及有旋转流动和旋涡流时比标准k-模型更好。 Reynolds stress 模型（Reynolds stress model （RSM）

9、，此模型比上述一方程和二方 程模型更适用于有流线型曲率、旋转、旋涡流动及具有强的应力变化率的流动， 对复杂的流动会作出比较好的预测。但，并不是对所有的流动Reynolds stress模 型都会比其它简单模型好，而且RSM会消耗更多的计算机资源。使用RSM时， 最好是所关心的流动特性是由各向异性的雷诺应力引起的，如高旋涡流，流动通 道旋转，压力引起的管道内的二次流。以上模型中Spalart-Allmaras模型由于只有一个方程，所以要求计算机资源最 少。而标准k-模型要求比Spalart-Allmaras模型高，realizable k-模型又比标准k- 模型要求高一些。而RNG k-模型比标

10、准k-模型多耗CPU时间1015%。由于有 更多的雷诺应力输运方程，RSM多耗5060%的CPU时间和1520%的内存。 大涡模拟（Large Eddy Simulation （LES）此模型提供了“过滤，方程对大尺度的 涡进行基于时间的分析，而将小于网格大小尺度的涡滤掉。由于此模型较新，且 对计算机资源要求很高。对实际工程计算推荐使用雷诺模型。大涡模拟提供一种 可尝试的方法。几种模型的比较ModelStrentlisW eaknessesSp alart- Allm arasEconomical (1 -eq.); go od track record for mildly complex

11、B. L. typ e o f flowsNot very widely tested yet; lack o f submo dels (e.g. combustion, buoyancy)STD k-Robust, economical, reasonably accurate; long accumulated performance dataMediocre results for complex flows involving severe pressure gradients, strong streamline curvatur e, swirl and rotationRNGS

12、Good for mo derat ely complex behavior like j et impingement, sep ar atm g flows, swirling flows, and seco nd ary flowsSubj ected to limitations due to isotropic eddy viscosity as sumptionRealizable k-fOffers largely the same benefits as RNG; resolves round-j et anomalySubj ected to limitations due

13、to isotropic eddy viscosity as sumptionReynoldsStressModelPhysically mo st complete mo del (history, transport, and anisotropy of turbulent stresses are all accounted for)Requires more cpu effort (2-3 x); limited near-wall mo deling options; tightly coupled momentum and turbulence equations流场的入口和出口对

14、计算区域的流场入口和出口可以选择设置多种边界条件。一下列出流场入口和出口可以使用的边界条件：常用边界条件Pressure inletPressure outlet不可压流Velocity inlet :速度分量、温度Outflow可压流Mass flow inletPressure far-field特殊情况Inlet vent, outlet vent, intake fan, exhaust fan入口和出口边界条件对下列条件都可以定义通量：内流：喷气发动机、反应堆。外流：飞行器外流、自然对流。在与边界垂直方向不应有大的梯度。在靠近边界处尽量较少歪斜网格。确定湍流参数在入口（ inlet）

15、、出口（outlet）、外场（far-field）有湍流时要求定义以下参数:湍流动能k 湍流耗散率FLUENT中有四种方法指定湍流参数：显示给出k、s给出湍流强度和长度尺度给出湍流强度和粘性比给出流体强度和水利直径湍流强度和长度尺度取决于上游流场情况，例如：涡轮的排气Intensity = 20 % Length scale = 1 - 10 % of blade span通过孔板和筛孔的下游流场Intensity = 10 % Length scale =孔筛的尺度充分发展的管流Intensity = 5 %Length scale =水利直径压力入口边界：在出现流体流出的情况，总压就作为静压。不可压流情况时总温 就作为静温。 pre s sureAlevelgaugepressureabsolute_ operatingpressureA pressureoperatingpressure压力预处理绝对压力是相对于真空而言的。绝对压力可以用操作压力和表压来+ J.衣下。AA gaugti + A epemtinE：静压是热力学压力。用绝对压力和表压的形式表示。边界条件要求用表压形式输入.vacuum压力公式总压（滞止压力）用下面公式定义，以同=素臧+ U2 E1/2 K2为劫!压由理想气体定律密度由下面公司计算:不可压流：_ PoperatingP RT可压流：_ P a