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fluent中文教程笔记.docx

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1.FLUENT 提供三种不同的解格式:分离解;隐式耦合解;显式耦合解。三种解法都可 以在很大流动范围内提供准确的结果,但是它们也各有优缺点。分离解和耦合解方法的区别 在于,连续性方程、动量方程、能量方程以及组分方程的解的步骤不同,分离解是按顺序解, 耦合解是同时解。两种解法都是最后解附加的标量方程(比如:湍流或辐射)。隐式解法和 显式解法的区别在于线化耦合方程的方式不同。 2. 分离解以前用于 FLUENT 4 和FLUENT/UNS,耦合显式解以前用于RAMPANT。分离 解以前是用于不可压流和一般可压流的。而耦合方法最初是用来解高速可压流的。现在,两 种方法都适用于很大范围的流动(从不可压到高速可压),但是计算高速可压流时耦合格式比 分离格式更合适。 FLUENT 默认使用分离解算器,但是对于高速可压流(如上所述),强体积力导致的强 烈耦合流动(比如浮力或者旋转力),或者在非常精细的网格上的流动,你需要考虑隐式解法。 这一解法耦合了流动和能量方程,常常很快便可以收敛。耦合隐式解所需要内存大约是分离 解的1.5 到2 倍,选择时可以通过这一性能来权衡利弊。在需要隐式耦合解的时候,如果计 算机的内存不够就可以采用分离解或者耦合显式解。耦合显式解虽然也耦合了流动和能量方 程,但是它还是比耦合隐式解需要的内存少,但是它的收敛性相应的也就差一些。 注意:分离解中提供的几个物理模型,在耦合解中是没有的:多项流模型;混合组分/PDF 燃烧模型/预混合燃烧模型/Pollutant formation models/相变模型/Rosseland 辐射模型/指定质 量流周期流动模型/周期性热传导模型。 3. FLUENT 不会管所解能量方程是温度还是焓形式,它都会设定默认的亚松弛因子为1.0。 在能量场影响流体流动(通过温度相关属性或者焓)的问题中,你应该是用较小的亚松弛因 子,一般在0.8 到1.0 之间。当流场和温度场解耦时(没有温度相关属性或者浮力),你可以保留松弛因子的默认值1.0。 4. 层流有限速率模型:忽略湍流脉动的影响,反应速率根据 Arrhenius 公式确定。 涡耗散模型:认为反应速率由湍流控制,因此避开了代价高昂的 Arrhenius 化学动力学计算。 涡耗散概念(EDC)模型:细致的Arrhenius 化学动力学在湍流火焰中合并。注意详尽的化学动力学计算代价高昂。 5.尽管FLUENT 允许采用涡耗散模型和有限速率/涡耗散模型的多步反应机理(反应数>2),但可能会产生不正确的结果。原因是多步反应机理基于Arrhenius 速率,每个反应的都不一样。在涡耗散模型中,每个反应都有同样的湍流速率,因而模型只能用于单步(反应物—产物)或是双步(反应物—中间产物,中间产物—产物)整体反应。模型不能预测化学动力学控制的物质,如活性物质。为合并湍流流动中的多步化学动力学机理,使用EDC模型。 6.涡耗散模型需要产物来启动反应。当你初始化求解的时候,FLUENT 设置产物的质量比率为0.01,通常足够启动反应。但是,如果你首先聚合一个混合解,其中所有的产物质量比率都为0,你可能必须在反应区域中补入产物以启动反应。 7. 涡-耗散-概念(EDC)模型是涡耗散模型的扩展,以在湍流流动中包括详细的化学反应机理。它假定反应发生在小的湍流结构中,称为良好尺度。良好尺度的容积比率按下式模拟 在FLUENT 中,良好尺度中的燃烧视为发生在定压反应器中,初始条件取为单元中当前的物质和温度。反应经过时间尺度τ*后开始进行,由方程 13.1-7 的 Arrhenius 速率控制,并且用普通微分方程求解器CVODE 进行数值积分。经过一个τ*时间的反应后物质状态记为Yi∗ 8.已选物质Selected Species 列表中物质的顺序非常重要。FLUENT 认为列表中最后的物质是大量的物质。因此,当你从混合物材料中增加或是删除物质时,必须小心将最丰富(按质量)的物质作为最后一个物质。 9.完成了周期性热传导常数壁面温度的用户输入之后,你就可以解决流动和热传导问题直 至收敛。最为有效的解决方法是首先解没有热传导的周期性流动,然后不改变流场来解热传 导问题,具体步骤如下: 1). 在解控制面板中关闭能量方程选项。菜单:Solve/Controls/Solution...。 2). 解剩下的方程(连续性,动量以及湍流参数(可选))来获取收敛的周期性流动的流场解。 注意,当你在开始计算之前初始化流场时,请使用入口体积温度和壁面温度的平均值作 为流场的初始温度。 3). 回到解控制面板,关闭流动方程打开能量方程。 4). 解能量方程直至收敛获取周期性温度场。 当同时考虑流动和热传导来解决周期性流动和热传导问题时,你就会发现上面所介绍的 方法相当有效。 10. 对于轴对称问题,旋转轴必须是 x 轴,网格必须在直线y=0 上或上方。 11. Limitations of the Premixed Combustion Model The following limitations apply to the premixed combustion model: • You must use the pressure-based solver. The premixed combustion model is not available with the density-based solver. • The premixed combustion model is valid only for turbulent, subsonic flows. These types of flames are called deflagrations. Explosions, also called detonations, where the combustible mixture is ignited by the heat behind a shock wave, can be modeled with the finite-rate model using the density-based solver. • The premixed combustion model cannot be used in conjunction with the pollutant (that is, soot and NOx) models. However, a perfectly premixed system can be modeled with the partially premixed model, which can be used with the pollutant models. • You cannot use the premixed combustion model to simulate reacting discrete-phase particles, because these would result in a partially premixed system. Only inert particles can be used with the premixed combustion model. • The G-Equation model can be used only with the unsteady solver because it tracks the flame front in time. However, RANS solutions, which tend to a steady-state, can be modeled by evolving them in time until the solution is stationary. 1. 注意: 1. 对流项的插值方法有: – First-Order Upwind – 易收敛,一阶精度。 Power Law –对低雷诺数流动(Recell < 5 )比一阶格式更精确 Second-Order Upwind – 尤其适用流动和网格方向不一致的四面体/三角形网格,二阶精度,收敛慢 Monotone Upstream-Centered Schemes for Conservation Laws (MUSCL) – 对非结构网格,局部三阶精度,对二次流、旋转涡、力等 预测的更精确 Quadratic Upwind Interpolation (QUICK) – 适用于四边形/六面体以及混合网格,对旋转流动有用,在均匀网格上能达到三阶精度 2. – Green-Gauss Cell-Based – 可能会引起伪扩散 Green-Gauss Node-Based – 更精确,更少伪扩散,建议对三角 形/四面体网格采用 Least-Squares Cell-Based – 建议对多面体网格采用,精度和属性同Node-based 3. 使用分离算法时,计算面上压力的插值方法有: Standard – 默认格式,对于近边界的沿面法向存在大压力梯度流 动,精度下降(如果存在压力突变,建议改用PRESTO! ) PRESTO! – 用于高度旋流,包括压力梯度突变(多孔介质,风 扇模型等)或者计算域存在大曲率的面 Linear – 当其他格式导致收敛问题或非物理解时使用 Second-Order – 用于压缩流,不适用多孔介质、风扇、压力突 变以及VOF/Mixture 多相流 Body Force Weighted – 用于大体积力的情况,如高瑞利数自然 对流或高旋流
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