主要工作流程：设置、求解、结果

网格和单位

FLUENT读入网格文件后，所有的维度默认是以米为单位的

  • 如果你的模型不是以米为单位建立的，你需要缩放
  • 网格缩放后需要确认一下计算域的大小
  • 如果需要，可以使用混合量纲统。
  • FLUENT默认使用国际单位Sl
  • 在Set Units面板中，可以使用任意量纲

实际操作：最左边栏的通用——打开任务界面——网格——网格缩放

鼠标功能

偏好：

物理模型

  • 物理模型的本质就是求解某些变量与对应的方程

  • Fluent根据开启物理模不同，来求解不同的方程，结果中包含的变量也随之变化

  • 最常见的物理模型是湍流模型(粘性)以及温度模型（能量）

image-20230227161735844

  • 要确定一个有唯一解的物理问题，必须指定流场边界的变量值

Fluent中的边界包括两部分内容

  • 单元区域条件(cell-zone)

  • 边界条件(boundary condition)

定义计算区域（边界）条件包括

  • 确定位置

  • 提供信息

流体域

  • 流体域是一系列单元的集合，在其上求解所有激活的方程（物理模型）

多孔介质

  • 多孔介质是种特殊流体域

在Fluid面板中激活多孔质域

通过用户输入的集总阻力系数来确定流动方向的压

用来模拟通过多孔介质的流动，或者流过其他均匀阻力的物体

  • 堆积床
  • 过滤纸
  • 多孔板
  • 流量分配器
  • 管束
  • 输入各方向的粘性系数和惯性阻力系数

粘性系数、孔隙率、等等

材料属性

  • FLUENT提供标准的材料库，也允许用户创建自己的材料

  • 所选择的物理模型决定了哪些材料可用，以必须设定这些材料的哪些属性

多相流（多种材料）

燃烧（多种组分）

传热（导热系数）

辐射（发射率以及吸收率）

  • 材料属性可以直接设定为温度、压力的函数

和其他变量相关需要用UDF（用户自定义函数） 设定

  • 支持自定义材料数据库的保存和调用

  • 支持Granta数据库

仿真里面有很多属性用不到：例如算一个普通层流的问题，材料属性一般只有两个，一个密度一个粘性（粘度）（不考虑比热、热导率）

材料属性大部分为const

边界条件

  • 比单元区域条件（cell-zone）复杂

  • 外部边界

  • 通用

  • Pressure Inlet （压力-入口）

  • Pressure Outlet（压力-出口）

  • 不可压缩流

    • Velocity Inlet(速度入口)

    • Outflow(出流边界)

  • 压缩流

    • Mass Flow Inlet(质量流入口)

    • Mass Flow Outlet(质量流出口)

    • Pressure Far Field（压力远场）

  • 其他

    • Wall（壁面）

    • Symmetry（对称）

    • Axis(轴)

  • 内部边界

    • Fan(风扇)
    • Interior(内部)
    • Wall(壁面)

boundary_condition

外部边界和内部边界不能互相转化

常见：进出口

更改方便：type就行

速度入口

  • 指定速度

    • 速度大小，垂直入口

    • 方向分量

    • 速度大小，指定方向

  • 速度大小

    • 常数

    • UDF

    • 分布文件

  • 速度入口用于不可压流动，不建议用于压缩流（对于压缩流很难保证某一个界面速度是均匀的

可压缩流体与不可压缩流体的主要区别是可压缩流体是气体,不可压缩流体是液体

  • 速度大小可以是负值，意味着出口

  • 其他的输入

    • 超音速/初始化表压（非超音速忽略）

    • 湍流量（如是湍流的话）

    • 静温

默认方向：magnitude， normal to boundary（垂直于入口几何面

速度大小方法多样

同时给一个速度入口和一个速度出口是不允许的（质量守恒

湍流属性：不知道怎么搞那就默认

温度：取静温

压力入口

  • 压力入口适用于压缩和不可压缩流

    • 压力入口被处理为从滞止点到入口的无损失过渡

    • FLUENT计算静压和入口的速度

    • 通过边界的流量随内部求解和指定的流动方向而改变

  • 需要的输入

    • 总压（表压）

    总压所相对应的概念叫静压，表压是计算（减少误差用压力）

    • 超音速/初始化表压（非超音速略）

    • 入口流动方向

    • 湍流量(如是湍流的话)

    • 总温

      • 对不可压缩流取静温

对于不可压缩静压和总压的方程：

imcompressible

对于可压缩流动的方程（静压和动压（总压）温度也是 与马赫数MM有关）

compressible

  • 压力入口给的总压，出口给的静压

质量流入口

  • 流量入口是为可压缩流设计的，但也可以用于不可压流动

  • 调整总压以适合流量入口

  • 比压力入口更难收敛

  • 需要的输入

    • 质量流量或流率（除以时间）

    • 超音速/初始化表压

    • 总温(在Thermal面板)

    • 对不可压缩流取静温

    • 指定方向

    • 湍流量（如湍流的话）

压力出囗

  • 适用于压缩和不可压流动

    • 如果流动在出口是超音速的，指定的压力被忽略

    • 在外流或非封闭区域流动，作为自由边界条件

  • 要求输入

    • 表压（流体流入环境的静压）

    • 回流量（当有回流发生时，起到进口的作用)

    • 湍流量(如果是湍流的话)

  • 对于大多数问题是首选的出口条件

可选选项：

  • 抑制回流（会引发发散

  • 径向平衡压力分布（让出口

  • 平均压力设置（一般不选

  • 目标质量流率

其他出囗

  • 质量流出口(19.0更高版本)

    • 如果流动在出口的质量流率是已知的，且没有任何回流

    • 通常用于旋转机械的游出口

  • 出流边界入(Outflow)

    • 不推荐使用！

    • 不需要压力或速度信息（有多个出口时通过加权平衡）

      • √出囗平面的数据由内部数据外插得到

      • √边界上质量流率平衡

    • 所有变量的法向梯度为零

      • √流体在边界为充分发展

    • outflow边界对不可压缩流动

      • √不能和压力进口同时使用（必须和速度进口一起使用）

      • √不能用于变密度的非稳态流动

    • 有回流时收敛性很差

      • √最终解如有回流，不能使用

壁面边界条件

  • 粘性流动中，壁面采用无滑移边界条件

    • 也可以指定剪切应力

  • 热边界条件

    • 有几种类型的热边界条件（区分内部和外部边界类型）
    • 对一维或薄壳导热计算，可以指定壁面材料和厚度

  • 壁面可以设置平移或旋转速度

  • 对湍流可以指定壁面粗糙度

    • 基于局部流场的壁面剪切应力和传热

​ wall_boundary

对称面和轴

  • 对称面

    • 不需要输入

    • 流场和几何都需要是对称的：

      • 对称面法向速度为零

      • 对称面所有变量法向梯度零

      • 必须仔细确定正确的对称面位置

  • 轴

    • 轴对称问题的中心线

    • 不需要输入

    • 必须和X轴重合

    • 网格必须处在Y>0的区间内

内部边界面

  • 两侧都有网格的面称为内部面

    • 通常不需要设定，默认自动放到interior的集合里面

    • 对于不同的域，则会产生不同的默认命名

  • 内部面可以设定为以下条件

    • Fan

    • Interior

    • Porous Jump

    • Radiator

    • Wall

  • 当类型为Wall时,则会自动生成 shadow 面

    • 分别从属于两侧不同的域

    • 流体质量不能通过

求解器选择

  • 压力基求解器以动量和压力为基本变量

    • 通过连续性方程导出压力和速度的耦合算法

  • 压力基求解器有两种算法

    • 分离求解器-压力修正和动量方程顺序求解
    • 耦合求解器(PBCS)-压力和动量方程同时求解

    fluent_solution

最左：压力分离求解器（半试探半迭代）

简单，收敛速度低

中间：压力耦合求解器（放在一个方程求解）

内存占用大，稳定性会好一些

压力基

右边：密度基（占用内存更大，也更准确）

但是有时候没有必要

初学者推荐的求解设定方案

  • FLUENT中的求解设定非常的复杂

  • 包括压力速度耦合方法、输运方程的空间离散方法、扩散方程的梯度项设定以及压力离散格式等

  • 另外，不同的求解方法还涉及到其他的扩展设定：如松弛因子、库郎数、伪扩散时间推进方法、自动时间步长等。

  • 初学者想要了解详细的求解设置方法，难度较大

    • 推荐大家在案例设定完毕后，点击默认即可。

    • 随着仿真技术的不断深入，后续可慢慢学习相关知识

default

可以按照默认来先做。

收敛性

  • 计算收敛时应该满足(稳态)

    • 所有离散的守恒方程（动量、能量等）在所有的单元中满足指定的误差或者结果随计算不再改变

    • 全局的质量、动量、能量和标量达到平衡

    • 感兴趣（测）量的值保持不变

  • 使用残差曲线来监测收敛

    • 一般地，残差下降三个量级表示至少达到定性的收敛，流场的主要特征已经形成

    • 压力基求解器的能量残差应到10−610^{-6}

    • 组分残差应下降到10−510^{-5}

感兴趣的量

  • 除了残差外，也可以监测升力、阻力和力矩系数

  • 边界或其他定义的面上的导出变量或函数（如面积分）

interested_const

检查全局通量守恒

  • 除了监残差和量外，也可以检査全局和质量平衡

  • 净通量差值(Net Results)小于过界最量1%

Global_flux_conservation