内容发布更新时间 : 2024/12/23 3:55:28星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

第一章 开始

赵玉新（国防科技大学航天学院）

注意：此文只用于流体力学的教学和科学研究，如若涉及到版权问题请于本人联系。 本章对FLUENT做了大致的介绍，其中包括：FLUENT的计算能力，解决问题时的指导，选择解的形式。为了便于理解，我们在本章演示了一个简单的例子，该例子的网格文件在安装光盘中已准备好。

引言

FLUENT是用于模拟具有复杂外形的流体流动以及热传导的计算机程序。它提供了完全的网格灵活性，你可以使用非结构网格，例如二维三角形或四边形网格、三维四面体/六面体/金字塔形网格来解决具有复杂外形的流动。甚至可以用混合型非结构网格。它允许你根据解的具体情况对网格进行修改（细化/粗化）。

对于大梯度区域，如自由剪切层和边界层，为了非常准确的预测流动，自适应网格是非常有用的。与结构网格和块结构网格相比，这一特点很明显地减少了产生“好”网格所需要的时间。对于给定精度，解适应细化方法使网格细化方法变得很简单，并且减少了计算量。其原因在于：网格细化仅限于那些需要更多网格的解域。

FLUENT是用C语言写的，因此具有很大的灵活性与能力。因此，动态内存分配，高效数据结构，灵活的解控制都是可能的。除此之外，为了高效的执行，交互的控制，以及灵活的适应各种机器与操作系统，FLUENT使用client/server结构，因此它允许同时在用户桌面工作站和强有力的服务器上分离地运行程序。

在FLUENT中，解的计算与显示可以通过交互界面，菜单界面来完成。用户界面是通过Scheme语言及LISP dialect写就的。高级用户可以通过写菜单宏及菜单函数自定义及优化界面。

程序结构

该FLUENT光盘包括：FLUENT解算器；prePDF,模拟PDF燃烧的程序；GAMBIT, 几何图形模拟以及网格生成的预处理程序；TGrid, 可以从已有边界网格中生成体网格的附加前处理程序；filters (translators)从CAD/CAE软件如：ANSYS，I－DEAS，NASTRAN，PATRAN等的文件中输入面网格或者体网格。图一所示为以上各部分的组织结构。注意：在Fluent使用手册中 \和 \是具有相同所指的两个单词

图一：基本程序结构

我们可以用GAMBIT产生所需的几何结构以及网格（如想了解得更多可以参考GAMBIT的帮助文件，具体的帮助文件在本光盘中有，也可以在互联网上找到），也可以在已知边界网格（由GAMBIT或者第三方CAD/CAE软件产生的）中用Tgrid产生三角网格，四面体网格或者混合网格，详情请见Tgrid用户手册。也可能用其他软件产生FLUENT所需要的网格，比如ANSYS(Swanson Analysis Systems, Inc.)、I-DEAS (SDRC)；或者MSC/ARIES,MSC/PATRAN以及MSC/NASTRAN (都是MacNeal-Schwendler公司的软件)。 与其他CAD/CAE 软件的界面可能根据用户的需要酌情发展，但是大多数CAD/CAE软件都可以产生上述格式的网格。

一旦网格被读入FLUENT，剩下的任务就是使用解算器进行计算了。其中包括，边界条件的设定，流体物性的设定，解的执行，网格的优化，结果的查看与后处理。

PreBFC和GeoMesh是FLUENT前处理器的名字，在使用GAMBIT之前将会用到它们。对于那些还在使用这两个软件的人来说，在本手册中，你可以参考preBFC和GeoMesh的详细介绍。

本程序的能力

FLUENT解算器有如下模拟能力：

? 用非结构自适应网格模拟2D或者3D流场，它所使用的非结构网格主要有三角形/五边

形、四边形/五边形，或者混合网格，其中混合网格有棱柱形和金字塔形。（一致网格和悬挂节点网格都可以） ? 不可压或可压流动

? 定常状态或者过渡分析 ? 无粘，层流和湍流 ? 牛顿流或者非牛顿流

? 对流热传导，包括自然对流和强迫对流 ? 耦合热传导和对流 ? 辐射热传导模型

? 惯性（静止）坐标系非惯性（旋转）坐标系模型

? 多重运动参考框架，包括滑动网格界面和rotor/stator interaction modeling的混合界面 ? 化学组分混合和反应，包括燃烧子模型和表面沉积反应模型 ? 热，质量，动量，湍流和化学组分的控制体源

? 粒子，液滴和气泡的离散相的拉格朗日轨迹的计算，包括了和连续相的耦合 ? 多孔流动

? 一维风扇/热交换模型 ? 两相流，包括气穴现象 ? 复杂外形的自由表面流动

上述各功能使得FLUENT具有广泛的应用，主要有以下几个方面 ? Process and process equipment applications ? 油/气能量的产生和环境应用 ? 航天和涡轮机械的应用 ? 汽车工业的应用 ? 热交换应用 ? 电子/HVAC/应用 ? 材料处理应用

? 建筑设计和火灾研究

总而言之，对于模拟复杂流场结构的不可压缩/可压缩流动来说，FLUENT是很理想的软件。对于不同的流动领域和模型，FLUENT公司还提供了其它几种解算器，其中包括NEKTON,FIDAP、POLYFLOW、IcePak以及MixSim。

FLUENT使用概述

FLUENT采用非结构网格以缩短产生网格所需要的时间，简化了几何外形的模拟以及网格产生过程。和传统的多块结构网格相比，它可以模拟具有更为复杂几何结构的流场，并且具有使网格适应流场的特点。FLUENT也能够使用适体网格，块结构网格(比如：FLUENT 4和许多其它的CFD结算器的网格)。FLUENT可以在2D流动中处理三角形网格和四边形网格，在3D流动中可以处理四面体网格，六边形网格，金字塔网格以及楔形网格（或者上述网格的混合）。这种灵活处理网格的特点使我们在选择网格类型时，可以确定最适合特定应用的网格拓扑结构。

在流场的大梯度区域，我们可以适应各种类型的网格。但是你必须在解算器之外首先产生初始网格，初始网格可以使用GAMBIT、 Tgrid或者某一具有网格读入转换器的CAD系统。

计划你的CFD分析

当你决定使FLUENT解决某一问题时，首先要考虑如下几点问题： 定义模型目标：从CFD模型中需要得到什么样的结果？从模型中需要得到什么样的精度；选择计算模型：你将如何隔绝所需要模拟的物理系统，计算区域的起点和终点是什么？在模型的边界处使用什么样的边界条件？二维问题还是三维问题？什么样的网格拓扑结构适合解决问题？物理模型的选取：无粘，层流还湍流？定常还是非定常？可压流还是不可压流？是否需要应用其它的物理模型？确定解的程序：问题可否简化？是否使用缺省的解的格式与参数值？采用哪种解格式可以加速收敛？使用多重网格计算机的内存是否够用？得到收敛解需要多久的时间？在使用CFD分析之前详细考虑这些问题，对你的模拟来说是很有意义的。当你计划一个CFD工程时，请利用提供给FLUENT使用者的技术支持。.

解决问题的步骤

确定所解决问题的特征之后，你需要以下几个基本的步骤来解决问题： 1．创建网格.

2．运行合适的解算器：2D、3D、2DDP、3DDP。 3．输入网格 4．检查网格 5．选择解的格式

6．选择需要解的基本方程：层流还是湍流（无粘）、化学组分还是化学反应、热传导模型等 7．确定所需要的附加模型：风扇，热交换，多孔介质等。 8．.指定材料物理性质 8．指定边界条件 9．调节解的控制参数 10．初始化流场 11．计算解 12．检查结果 13．保存结果

14．必要的话，细化网格，改变数值和物理模型。

第一步需要几何结构的模型以及网格生成。你可以使用GAMBIT或者一个分离的CAD系统产生几何结构模型及网格。也可以用Tgrid从已有的面网格中产生体网格。你也可以从相关的CAD软件包生成体网格，然后读入到Tgrid或者FLUENT (详情参阅网格输入一章)。