计算流体动力学软件Fluent简介资料讲解.ppt

University of Science and Technology Beijing计算流体动力学软件Fluent简介University of Science and Technology B1 计算流体动力学及Fluent概述1.1 概念概念研究工程问题常用方法：研究工程问题常用方法：数值模拟概念：数值模拟概念：数值模拟也叫计算机模拟。依靠电子计算机，结合有限元或有限容积等方法，通过数值计算和图像显示，达到对工程问题和物理问题乃至自然界各类问题研究的目的。University of Science and Technology B1 计算流体动力学及Fluent概述1.1 概念概念 三者的比较：三者的比较：优点缺点实验物理现象和测试结果可靠(1)设备要求高，设计制造周期长(2)真实模拟物理问题困难(3)测试仪器调试复杂(4)只能得到有限的实验数据(5)实验经费庞大理论(1)物理概念清晰(2)物理规律能公式化(3)物理规律简介(1)分析只适用于简单的问题(2)线性问题能得到分析结果，非线性问题分析十分困难计算(1)适用于线性和非线性问题(2)能处理复杂的问题(3)可以得到研究对象运动的全过程(1)计算模型和结果可靠性不易检验(2)边界数值处理复杂(3)计算量大，数据分散，流动规律不直观University of Science and Technology B1 计算流体动力学及Fluent概述1.1 概念概念 三者的比较：三者的比较：数值模拟发展迅速，但是无论今天还是将来，它发展到何种程度，都不可能离开实验研究和理论分析。因为实验现象和理论分析是数值模拟的基础，而计算结果又必须由实验现象和理论分析验证。物理问题理论分析数值模拟实验研究工程应用检验检验是否综合设计方法示意图University of Science and Technology B1 计算流体动力学及Fluent概述1.1 概念概念目前在工程领域内常用的数值模拟方法和软件有：目前在工程领域内常用的数值模拟方法和软件有：有限差分法有限差分法有限元法有限元法有限体积法有限体积法University of Science and Technology B1 计算流体动力学及Fluent概述1.1 概念概念目前在工程领域内常用的数值模拟方法和软件有：目前在工程领域内常用的数值模拟方法和软件有：有限差分法有限差分法（Finite Difference Method,FDM)一种求偏微分（或常微分）方程和方程组定解问题的数值解的方法，简称差分方法。基本思想是先把问题的定义域进行网格剖分，然后在网格点上，按适当的数值微分公式把定解问题中的微商换成差商，从而把原问题离散化为差分格式，进而求出数值解。Matlab、FLAC3D/2D等University of Science and Technology B1 计算流体动力学及Fluent概述1.1 概念概念目前在工程领域内常用的数值模拟方法和软件有：目前在工程领域内常用的数值模拟方法和软件有：有限元法有限元法（亦称有限单元法）（Finite Element Method,FEM)将连续的求解域离散为一组单元的组合体，用在每个单元内假设的近似函数来分片的表示求解域上待求的未知场函数，近似函数通常由未知场函数及其导数在单元各节点的数值插值函数来表达。从而使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。Ansys、Abaqus、ls-dyna、nastran等University of Science and Technology B1 计算流体动力学及Fluent概述1.1 概念概念目前在工程领域内常用的数值模拟方法和软件有：目前在工程领域内常用的数值模拟方法和软件有：有限体积法有限体积法(Finite Volume Method,FVM)将计算区域划分为一系列不重复的控制体积，并使每个网格点周围有一个控制体积；将待解的微分方程对每一个控制体积积分，便得出一组离散方程。其中的未知数是网格点上的因变量的数值。为了求出控制体积的积分，必须假定值在网格点之间的变化规律，即假设值的分段的分布的分布剖面。Fluent、CFX、Star-CD等前处理软件：Gambit、ICEM、Hypermesh等后处理软件：Fieldview、Ensight、Tecplot等University of Science and Technology B1 计算流体动力学及Fluent概述1.1 概念概念理论:传热学流体力学应用数值方法（插值、迭代）燃烧学张量分析泛函分析（变分原理）高等数学（场论、微分方程）线性代数（矩阵、行列式）软件：常用软件的教程、视频软件的HELP文档实例操作练习类比：需要学习哪些内容？需要学习哪些内容？University of Science and Technology B1 计算流体动力学及Fluent概述1.1 概念概念什么是什么是CFD？CFD是计算流体动力学（Computational fluid dynamics）的缩写，是预测流体流动、传热传质、化学反应及其他相关物理现象的一门学科。CFD一般要通过数值方法求解以下的控制方程组质量守恒方程动量守恒方程能量守恒方程组分守恒方程体积力等等CFD 分析一般应用在以下阶段:概念设计产品的详细设计发现问题改进设计CFD分析是物理试验的补充，但更节省费用和人力。University of Science and Technology B1 计算流体动力学及Fluent概述1.1 概念概念什么是什么是CFD？本质上是对控制方程的求解未知函数,u,v,w,p,T自变量t,x,y,zUniversity of Science and Technology B1 CFD软件Fluent简介1.1 概念概念CFD商业软件FLUENT，是通用CFD软件包，用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动。由于采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术，FLUENT能达到最佳的收敛速度和求解精度。灵活的非结构化网格和基于解的自适应网格技术及成熟的物理模型，使FLUENT在层流与湍流、传热与相变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、动/变形网格、噪声、材料加工、燃料电池等方面有广泛应用。目前与FLUENT配合最好的标准网格软件是ICEM CFD。什么是什么是Fluent？University of Science and Technology B1 CFD软件Fluent简介1.2 Fluent用户界面（以用户界面（以15.0版本为例）版本为例）University of Science and Technology B1 CFD软件Fluent简介1.3 Fluent软件的发展历史软件的发展历史l1975年 谢菲尔德大学（UK）开发了Tempestl1983年 美国的流体技术服务公司creature推出Fluentl1988年 Fluent Inc.成立l1995年 收购最大对手FDI公司（FIDAP）l1997年 收购Polyflow公司（粘弹性和聚合物流动模拟）l2006年 被ANSYS收购在被ANSYS收购后为6.3版本2009年6月发布12.0版本2010年底发布13.0版本2011、2013、2015年底分别发布14.0、15.0、16.0版本University of Science and Technology B1 CFD软件Fluent简介1.4 Fluent软件的基本功能软件的基本功能l可压缩与不可压缩流动问题l稳态和瞬态流动问题l无粘流、层流及湍流问题l牛顿流体及非牛顿流体l对流换热问题（包括自然对流和混合对流）l导热与对流换热耦合问题l辐射换热l惯性坐标系和非惯性坐标系下的流动问题模拟University of Science and Technology B1 CFD软件Fluent简介1.4 Fluent软件的基本功能软件的基本功能l多运动坐标系下的流动问题l化学组分混合与反应l可以处理热量、质量、动量和化学组分的源项l用Lagrangian轨道模型模拟稀疏相（颗粒、水滴、气泡等）l多孔介质流动l一维风扇、热交换器性能计算l两相流问题l复杂表面形状下的自由面流动University of Science and Technology B1 CFD软件Fluent简介1.5 计算流体动力学计算流体动力学的工作流程的工作流程建立控制方程确定初始条件和边界条件划分计算网格、生成计算节点建立离散方程离散初始和边界条件给定求解控制参数求解离散方程显示和输出计算结果解是否收敛YNUniversity of Science and Technology B2 Fluent应用领域成果概览2.1 Fluent模拟气泡的破碎和凝聚模拟气泡的破碎和凝聚 计算域几何如下图所示。采用如图所示的圆柱形容器。气泡从底部inlet入口进入，从outlet出口流出。几何尺寸如图所示。Fluent的附加模型population balance model可以用于计算气泡流的破碎及汇聚。本例使用欧拉多相流配合PBM模型模拟气泡在流动过程中的破碎及凝聚现象。计算模型University of Science and Technology B2 Fluent应用领域成果概览2.1 Fluent模拟气泡的破碎和凝聚模拟气泡的破碎和凝聚 计算之后可以观察气泡粒径分布云图等，如图左所示为气泡粒径分布。也可以查看整个计算域空间不同粒径气泡数量直方图分布（右图）。粒径分布不同粒径气泡数量分布University of Science and Technology B2 Fluent应用领域成果概览2.2 Fluent模拟晃动模拟晃动实现原理有两个关键：（1）运动加载（2）VOF模型。这一个极其简化的模型，完全封闭，二维。1、运动的加载。利用UDF来实现，采用DEFINE_TRANSIENT_PROFILE宏来设置区域整体运动。2、选择模型选择VOF模型，设置空气为主相，水为第二相。结果模拟结果模拟结果University of Science and Technology B2 Fluent应用领域成果概览2.3 Fluent滑移网格模拟区域运动滑移网格模拟区域运动实现目标：杯子中装满水，现在以速度1rad/s延续1s钟使杯子倾斜1rad，观察5s钟内水的变化情况。涉及到内容包括：（1）分界面几何模型的建立。涉及到多几何体的创建，主要是各部分模型网格的组装问题。（2）区域运动的指定。在本例中主要是指定运动区域的旋转速度。需要注意的是旋转中心与旋转方向的设定。（3）多相流的使用。本例中使用的是VOF模型。计算结果University of Science and Technology B2 Fluent应用领域成果概览2.4 隧道排放产生隧道排放产生CO的扩散的扩散本例模拟的是产生的CO气体在隧道中排放后，CO气体的扩散情况。模拟结果University of Science and Technology B2 Fluent应用领域成果概览2.5 发动机缸盖冷却的热固耦合模拟发动机缸盖冷却的热固耦合模拟Fluent可以应用于燃烧、热交换热对流领域，如机械发动机内汽油（柴油）的燃烧模拟、发动机散热模拟。本例模拟的是发动机缸盖的冷却。模拟结果模型网格划分University of Science and Technology B2 Fluent应用领域成果概览2.6 大桥抗风性能大桥抗风性能本例所示是Fluent在建筑行业的应用，可以应用于建筑行业的消防设计、建筑风场指标要求、建筑温度要求等。下图所示是模拟桥梁的抗风性能模拟。University of Science and Technology B2 Fluent应用领域成果概览2.7 推进系统模拟的网格和压力系数推进系统模拟的网格和压力系数发动机推进系统的网格和压力系数分布云图如下图所示：模型的网格划分模型的压力系数University of Science and Technology B3 Fluent在矿业安全中的应用介绍3.1 煤矿综放工作面高位钻孔瓦斯治理煤矿综放工作面高位钻孔瓦斯治理3.1.1 煤矿综放工作面几何模型建立煤矿综放工作面几何模型建立 为了方便建模及简化计算，设煤层产状为水平分布，将采空区近似为三维矩形梯台，并将进风巷、回风巷以及工作面假设为长方体。其尺寸分别为：进风巷、回风巷为长宽高=20m4m4m；工作面尺寸为长宽高=100m4m4m；采空区尺寸为：长宽高=150m100m80m；裂隙场距离煤层底板高度为35m。岩石的碎胀系数取决于岩石的性质和所处的位置，为了达到良好的模拟效果，将矩形梯台划分为15个区域。模型如下页所示。University of Science and Technology B3 Fluent在矿业安全中的应用介绍3.1 煤矿综放工作面高位钻孔瓦斯治理煤矿综放工作面高位钻孔瓦斯治理3.1.1 煤矿综放工作面几何模型建立煤矿综放工作面几何模型建立未抽采模型三维立体图未抽采模型三维透视图University of Science and Technology B3 Fluent在矿业安全中的应用介绍3.1 煤矿综放工作面高位钻孔瓦斯治理煤矿综放工作面高位钻孔瓦斯治理3.1.1 煤矿综放工作面几何模型建立煤矿综放工作面几何模型建立顶板高位钻孔抽采模型透视图顶板高位钻孔抽采模型线框图 根据高位钻孔的布置参数，顶板高位钻孔布置在双U的外U中，开孔位置距离回风巷平距为20m，开孔高度为4m。模拟不考虑钻场距离工作面的距离，主要分析高位钻孔影响下的瓦斯运移规律。布置高位钻孔后的模型图如下：University of Science and Technology B3 Fluent在矿业安全中的应用介绍3.1 煤矿综放工作面高位钻孔瓦斯治理煤矿综放工作面高位钻孔瓦斯治理3.1.2 煤矿综放工作面几何模型网格划分煤矿综放工作面几何模型网格划分未抽采模型网格划分示意图顶板高位钻孔抽采模型网格划分示意图 对模型划分网格，由于网格划分的数量和方式对计算的速度和结果有直接的影响，所以对模型的不同区域进行了分别划分。未抽采模型划分了805552个节点，778794个网格。抽采模型划分了21555437个节点，10627904个网格。如下：University of Science and Technology B3 Fluent在矿业安全中的应用介绍3.1 煤矿综放工作面高位钻孔瓦斯治理煤矿综放工作面高位钻孔瓦斯治理3.1.3 工作面采空区瓦斯分布数值模拟工作面采空区瓦斯分布数值模拟 未抽采条件下未抽采条件下工作面采空区的三维立体瓦斯浓度分布如下图所示：工作面采空区瓦斯浓度分布立体图工作面采空区瓦斯浓度分布立体图University of Science and Technology B3 Fluent在矿业安全中的应用介绍3.1 煤矿综放工作面高位钻孔瓦斯治理煤矿综放工作面高位钻孔瓦斯治理3.1.3 工作面采空区瓦斯分布数值模拟工作面采空区瓦斯分布数值模拟 抽采条件下抽采条件下工作面采空区的三维立体瓦斯浓度分布如下图所示：工作面采空区瓦斯浓度分布立体图工作面采空区瓦斯浓度分布立体图University of Science and Technology B3 Fluent在矿业安全中的应用介绍3.2 采场爆破烟尘分布规律数值模拟采场爆破烟尘分布规律数值模拟3.2.1 采场爆破烟尘运动几何模型采场爆破烟尘运动几何模型 文中采场的几何模型以西石门铁矿南二采区采场作为研究对象，并根据现场实际情况和数值模拟的需要，将现场条件进行了一定的简化。简化后模型及尺寸如下：1）联巷和进路断面视为宽3.5m、高3.2m的三心拱，走向长度各为11m、10m，联巷一端连向斜坡道视为进风侧，另一端通向回风井视为回风出流侧；2）对采场工作面简化成水平递进开采，忽略忽略内部空间的障碍物影响；3）巷道、采场四周的壁面、地板和顶板简化为具有粗糙度的平面边界。模型如下页所示。University of Science and Technology B3 Fluent在矿业安全中的应用介绍3.2采场爆破烟尘分布规律数值模拟采场爆破烟尘分布规律数值模拟3.2.1采场爆破烟尘运动几何模型建立采场爆破烟尘运动几何模型建立采场几何模型University of Science and Technology B3 Fluent在矿业安全中的应用介绍3.2采场爆破烟尘分布规律数值模拟采场爆破烟尘分布规律数值模拟3.2.2采场爆破烟尘运动几何模型网格划分采场爆破烟尘运动几何模型网格划分几何模型网格划分 示例采用的是适应性较好的非结构化网格Tet/Hybrid（四面体/混合）网格。整个模型共有182232个网格，最大网格体积0.749748m3，最小网格体积1.2527810-6m3，网格质量合格。University of Science and Technology B3 Fluent在矿业安全中的应用介绍3.2采场爆破烟尘分布规律数值模拟采场爆破烟尘分布规律数值模拟3.2.3 采场爆破烟尘运动数值模拟结果采场爆破烟尘运动数值模拟结果对采场的风流分布可视为一个稳态的通风过程，计算过程中迭代步数设为500步。采场爆破烟尘运动模拟结果残差监视图如下图所示：残差监视图残差监视图University of Science and Technology B3 Fluent在矿业安全中的应用介绍3.2采场爆破烟尘分布规律数值模拟采场爆破烟尘分布规律数值模拟3.2.3 采场爆破烟尘运动数值模拟结果采场爆破烟尘运动数值模拟结果采场爆破烟尘运动模拟结果流场分布云图如下图所示：模拟结果流场分布云图模拟结果流场分布云图University of Science and Technology B3 Fluent在矿业安全中的应用介绍3.2采场爆破烟尘分布规律数值模拟采场爆破烟尘分布规律数值模拟3.2.3 采场爆破烟尘运动数值模拟结果采场爆破烟尘运动数值模拟结果 进路巷道中轴面所处截面（Y=4.75m）及与地面距离1m、1.5m、2m的平面（Z=1m、1.5m、2m）流场分布。从图中可以看出：1）大部分风流直接从联巷流出，只有少量风流流入进路到达采面，风速为0.12m/s左右，进路后面的联巷因并有一部分进路风流，其风速比进风端风速大，达0.43m/s左右；2）进路中靠近出流端风流在低处较大，而靠近进风端风流在高处较大，在距离采面不远处存在死角区域，风流几近于零。University of Science and Technology B3 Fluent在矿业安全中的应用介绍3.3采空区滞留干冰数值模拟研究物理模型物理模型University of Science and Technology B3 Fluent在矿业安全中的应用介绍3.3采空区滞留干冰数值模拟研究数学模型：数学模型：连续性方程 动能方程k：扩散方程e：动量守恒方程能量守恒方程组分输运方程University of Science and Technology B3 Fluent在矿业安全中的应用介绍3.3采空区滞留干冰数值模拟研究采空区相关假设：采空区相关假设：1.采空区是由垮落的矸石和遗煤之间的空隙所构成的多孔介质，并且由于矸石垮落和遗煤分布的随机性，可将采空区多孔介质近似视为各向同性。2.将采空区气体视为理想气体，为不可压缩气体。二氧化碳在煤岩层中的渗流运动符合达西定律，在孔隙中的扩散运动符合菲克定律，采空区中气体流动符合湍流模型。3.在数值模拟中忽略注浆、矿井周期来压，只考虑采空区漏风、回风巷、瓦斯尾巷、高抽巷及注二氧化碳系统对采空区氧气及二氧化碳分布的动态影响。University of Science and Technology B3 Fluent在矿业安全中的应用介绍3.3采空区滞留干冰数值模拟研究模拟结果模拟结果采空区内部漏风流线图University of Science and Technology B3 Fluent在矿业安全中的应用介绍3.3采空区滞留干冰数值模拟研究采空区未注入CO2时数值模拟结果自然堆积区孔隙率较大，导致漏风量也较大，该区所流经的风速也比较大，氧气浓度对比较高，氧气浓度一般均在20.6%以上。载荷影响区岩体的孔隙率减小，因此该空间的漏风量也较自然堆积区小，氧气的浓度一般在20.1%20.5%之间。压实稳定区冒落岩体在矿压的作用下已经很紧密的靠在一起，漏风的影响很小，氧气的浓度也减低到19.5%以下。University of Science and Technology B3 Fluent在矿业安全中的应用介绍3.3采空区滞留干冰数值模拟研究放置不同数量干冰储存释放装置的数值模拟结果放置不同数量干冰储存释放装置的数值模拟结果 一个装置两个装置三个装置四个装置五个装置University of Science and Technology B3 Fluent在矿业安全中的应用介绍3.3采空区滞留干冰数值模拟研究放入五个干冰释放装置的数值模拟结果 6h 12h 18h 24h 2d 4d 6d 8d 10d 12d 14d 16d从二氧化碳开始释放到达到平衡之间，不同时间点二氧化碳浓度分布曲线。University of Science and Technology B4 CFD软件Fluent用户界面4.1 Fluent启动界面启动界面在开始菜单中点击Fluent 15.0后的启动界面如下图所示Dimension，选择模型维度；，选择模型维度；二维模型选择2D，三维模型选择3D。选择不同的模型形式，会影响到其他的选项。Options，一些选项；，一些选项；如选择双精度求解器（Double Precision），默认为单精度求解器。若在Dimension中选择了3D，则可以在Option中选择Meshing模式。如下页所示。University of Science and Technology B4 CFD软件Fluent用户界面4.1 Fluent启动界面启动界面在开始菜单中点击Fluent 15.0后的启动界面如下图所示Options，一些选项；，一些选项；如选择双精度求解器（Double Precision），默认为单精度求解器。若在Dimension中选择了3D，则可以在Option中选择Meshing模式。如左图所示。University of Science and Technology B4 CFD软件Fluent用户界面4.1 Fluent启动界面启动界面在开始菜单中点击Fluent 15.0后的启动界面如下图所示Display Options，显示选项；，显示选项；如读入网格后显示网格（Display Mesh After Reading）、嵌入图形窗口（Embed Graphics Windows）、Workbench颜色样式（Workbench Color Scheme），这三个选项通常都是默认被选中的。Processing Options，选择串行及并行选，选择串行及并行选项；项；当选择并行（Parallel）选项后，会弹出额外的选项。如下图所示。在Options选项中增加了Use Job Scheduler以及Use Remote Linux Nodes，同时可以在Processing Options下设置Number of Processes（设置CPU数量）模式。University of Science and Technology B4 CFD软件Fluent用户界面4.2 Fluent整体界面整体界面 菜单栏菜单栏主要包括的菜单：File：文件操作菜单。包括文件的读入、写出、导入、输出等功能，同时包含图形窗口的图片输出功能。Mesh：包括网格检查、网格分割等网格基本操作功能。Define：定义物理模型及边界条件信息。Solve：定义求解控制参数及监控参数等。Adapt：主要是为网格自适应准备的菜单，也常常用于Patch操作。Surface：定义面，常用于后处理操作。Display：后处理操作及设置。Report：后处理数据输出。Parallel：并行计算设置。View：视图设置。kHelp：帮助菜单University of Science and Technology B4 CFD软件Fluent用户界面4.2 Fluent整体界面整体界面 工具栏工具栏各按钮从左至右依次为：文件打开按钮。包含File菜单中的部分内容。文件保存按钮。输出图像按钮。通过此按钮可以输出图形窗口中的图形。帮助文档按钮。旋转视图按钮。平移视图按钮。放大视图按钮。区域放大按钮。Probe按钮，获取鼠标点击位置的信息。Fit view按钮，窗口适应按钮。kSet view按钮，设置视图显示。l排列窗口按钮。m图形窗口分栏按钮。University of Science and Technology B4 CFD软件Fluent用户界面4.2 Fluent整体界面整体界面 树形菜单树形菜单 树形菜单如下图所示。包括四个主要部分内容：Meshing（网格设置）、Solution Setup（方案设置）、Solution（解决方案）、Results（结果），分别对应CFD操作流程。University of Science and Technology B4 CFD软件Fluent用户界面4.2 Fluent整体界面整体界面 树形菜单树形菜单各节点功能：Mesh Generation：生成网格。只有在启动界面中选择了Meshing Mode才能激活此选项。General：通用参数设置。Models：设置物理模型Materials：设置材料属性Phases：设置相。当选择了多相流模型后，此节点被激活Cell Zone Conditions：设置流体域属性，包括设置流体域材料、流体域运动方式、源项等Boundary Conditions：设置边界条件Mesh Interface：设置网格交界面Dynamic Mesh：设置动网格参数Reference Values：设置参考值。在一些后处理时需要用到。Solution Methods：设置求解算法Solution Controls：设置求解控制参数，如亚松弛因子等Monitors：设置监控参数Solution Initialization：求解初始化Calculation Activities：设置计算过程中自动保存、执行脚本、保存动画等功能Run Calculation：求解计算Graphics and Animations：显示后处理云图及动画等Plots：输出曲线、图表等Reports：输出计算结果数据等University of Science and Technology BANSYS CFD 求解器是基于有限体积法的 计算域离散化为一系列控制体积 在这些控制体上求解质量、动量、能 偏微分方程组离散化为代数方程组 用数值方法求解代数方程组以获取流场解量、组分等的通用守恒方程Fluid region of pipe flow isdiscretized into a finite setof control volumes.Equation VariableContinuity1X momentumY momentumZ momentumEnergyuvwhControlVolume*FLUENT control volumes are cell-centered(i.e.they corresponddirectly with the mesh)while CFX control volumes are node-centeredUnsteadyConvectionDiffusionGeneration5 Fluent工作原理和过程概览5.1 Fluent工作原理工作原理控制体控制方程的通用形式瞬态项对流项扩散项源项University of Science and Technology BUpdateModel9.问题定义1.确定模拟的目的2.确定计算域前处理和求解过程3.创建代表计算域的几何实体4.设计并划分网格5.设置物理问题（物理模型、材料属性、域属性、边界条件）6.定义求解器（数值格式、收敛控制）7.求解并监控后处理过程8.查看计算结果9.修订模型Problem Identification1.Define goals2.Identify domainPre-Processing3.Geometry4.5.MeshPhysics6.Solver SettingsSolve7.Compute solution8.Post ProcessingExamine results5 Fluent工作原理和过程概览5.2 Fluent模拟概览模拟概览University of Science and Technology B5 Fluent工作原理和过程概览5.3 定义模拟目的定义模拟目的你希望得到什么样的结果（例如，压降，流量），你如何使用这些结果？你的模拟有哪些选择？你的分析应该包括哪些物理模型（例如，湍流，压缩性，辐射）？你需要做哪些假设和简化？你能做哪些假设和简化（如对称、周期性）？你需要自己定义模型吗？FLUENT使用UDF计算精度要求到什么级别？你希望多久能拿到结果？CFD是否是合适的工具？Problem Identification1Define goals2.Identify domainUniversity of Science and Technology B如何把一个完成的物理系统分割出来？计算域的起始和结束位置 在这些位置你能获得边界条件吗？能简化为二维或者轴对称问题吗？Problem Identification1.Define goals2.Identify domainDomain of Interestas Part of a LargerSystem(not modeled)这些边界条件类型合适吗？你能把边界延伸到有合适数据的位置吗？Domain of interestisolated and meshedfor CFD simulation.5 Fluent工作原理和过程概览5.4 确定计算域确定计算域有兴趣的区域是大系统的一部分有兴趣的区域被分离和网格划分出University of Science and Technology B你如何得到流体域的几何模型？使用现有的CAD模型 从固体域中抽取出流体域？直接创建流体几何模型你能简化几何吗？去除可能引起复杂网格的不必要特征（倒角、焊点等）使用对称或周期性？流场和边界条件是否都是对称或周期性的？你需要切分模型以获得边界条件或者创建域吗？Solid model of aHeadlight AssemblyPre-Processing3.Geometry4.Mesh5.Physics6.Solver Settings5 Fluent工作原理和过程概览5.5 创建几何模型创建几何模型一个前灯装配的实体模型University of Science and Technology B计算域的各个部分都需要哪种程度的网格密度？网格必须能捕捉感兴趣的几何特征，以及关心变量的梯度，如速度梯度、压力梯度、温度梯度等。你能估计出大梯度的位置吗？你需要使用自适应网格来捕捉大梯度吗？哪种类型的网格是最合适的？几何的复杂度如何？你能使用四边形/六面体网格，或者三角形/四面体网格是否足够合适？需要使用非一致边界条件吗？你有足够的计算机资源吗？需要多少个单元/节点？需要使用多少个物理模型？Pre-Processing3.4.5.6.GeometryMeshingPhysicsSolver SettingsQuadrilateralHexahedronPrism/WedgeTriangleTetrahedronPyramid5 Fluent工作原理和过程概览5.6 设计和划分网络设计和划分网络University of Science and Technology B计算域的各个部分都需要哪种程度的网格密度？网格必须能捕捉感兴趣的几何特征，以及关心变量的梯度，如速度梯度、压力梯度、温度梯度等。你能估计出大梯度的位置吗？你需要使用自适应网格来捕捉大梯度吗？哪种类型的网格是最合适的？几何的复杂度如何？你能使用四边形/六面体网格，或者三角形/四面体网格是否足够合适？需要使用非一致边界条件吗？你有足够的计算机资源吗？需要多少个单元/节点？需要使用多少个物理模型？Pre-Processing3.4.5.6.GeometryMeshingPhysicsSolver SettingsQuadrilateralHexahedronPrism/WedgeTriangleTetrahedronPyramid5 Fluent工作原理和过程概览5.7 设计和划分网络设计和划分网络University of Science and Technology B对给定的问题，你需要 定义材料属性 流体 固体 混合物 选择合适的物理模型 湍流，燃烧，多相流等。指定操作条件 指定边界条件 提供初始值 设置求解器控制参数 设置监测收敛参数For complex problemssolving a simplified or 2Dproblem will providevaluable experience with themodels and solver settingsfor your problem in a shortamount of time.对于复杂的问题，提出一个简化或二维的模型有助于解决问题，缩短计算时间。Pre-Processing3.Geometry4.5.MeshPhysics6.Solver Settings5 Fluent工作原理和过程概览5.8 设置物理问题和求解器设置物理问题和求解器University of Science and Technology B通过迭代求解这些离散的守恒方程直至收敛以下情况达到收敛：两次迭代的流场结果差异小到可以忽略 监测残差趋势能帮助理解这个差异 达到全局守恒 全局量的平衡 感兴趣的量（如阻力、压降）达到稳定值 监测感兴趣量的变化.收敛解的精度和以下因素有关：合适的物理模型，模型的精度 网格密度，网格无关性 数值误差Solve7.Compute solution5 Fluent工作原理和过程概览5.9 求解求解University of Science and Technology B9.UpdateModel查看结果，抽取有用的数据 使用可视化的工具能回答以下问题:什么是全局的流动类型？是否有分离？激波、剪切层等在哪儿出现？关键的流动特征是否捕捉住了？数值报告工具能给出以下量化结果：力、动量平均换热系数面积分、体积分量 通量平衡Examine results to ensure property conservationand correct physical behavior.High residualsmay be caused by just a few poor quality cells.Post Processing8.Examine results5 Fluent工作原理和过程概览5.10 查看结果查看结果University of Science and Technology B流动和传热 动量、质量、能量方程 辐射湍流 雷诺平均模型(Spalart-Allmaras,k,k,雷诺应力模型)大涡模拟(LES)和分离涡模拟(DES)组分输运体积反应 Arrhenius 有限速率化学反应 湍流快速化学反应近地面飞行压力云图近地面飞行压力云图 涡耗散,非预混,预混，局部预混 湍流有限速率反应 EDC,laminar flamelet,composit