FLUENT中文全教程

FLUENT教程赵玉新I、目录第一章、开始第二章、操作界面第三章、文件的读写第四章、单位系统第五章、读入和操作网格第六章、边界条件第七章、物理特性第八章、基本物理模型第九章、湍流模型第十章、辐射模型第十一章、化学输运与反应流第十二章、污染形成模型第十三章、相变模拟第十四章、多相流模型第十五章、动坐标系下的流动第十六章、解算器的使用第十七章、网格适应第十八章、数据显示与报告界面的产生第十九章、图形与可视化第二十章、AlphanumericReporting第二十一章、流场函数定义第二十二章、并行处理第二十三章、自定义函数第二十四章、参考向导第二十五章、索引（Bibliography）第二十六章、命令索引II、如何使用该教程概述本教程主要介绍了FLUENT的使用，其中附带了相关的算例，从而能够使每一位使用者在学习的同时积累相关的经验。本教程大致分以下四个部分：第一部分包括介绍信息、用户界面信息、文件输入输出、单位系统、网格、边界条件以及物理特性。第二和第三部分包含物理模型，解以及网格适应的信息。第四部分包括界面的生成、后处理、图形报告、并行处理、自定义函数以及FLUENT所使用的流场函数与变量的定义。下面是各章的简略概括第一部分：z开始使用：本章描述了FLUENT的计算能力以及它与其它程序的接口。介绍了如何对具体的应用选择适当的解形式，并且概述了问题解决的大致步骤。在本章中，我们给出了一个可以在你自己计算机上运行的简单的算例。z使用界面：本章描述了用户界面、文本界面以及在线帮助的使用方法。同时也提供了远程处理与批处理的一些方法。（请参考关于特定的文本界面命令的在线帮助）z读写文件：本章描述了FLUENT可以读写的文件以及硬拷贝文件。z单位系统：本章描述了如何使用FLUENT所提供的标准与自定义单位系统。z读和操纵网格：本章描述了各种各样的计算网格来源，并解释了如何获取关于网格的诊断信息，以及通过尺度化（scale）、分区（partition）等方法对网格的修改。本章还描述了非一致（nonconformal）网格的使用.z边界条件：本章描述了FLUENT所提供的各种类型边界条件，如何使用它们，如何定义它们andhowtodefineboundaryprofilesandvolumetricsources.z物理特性：本章描述了如何定义流体的物理特性与方程。FLUENT采用这些信息来处理你的输入信息。第二部分：z基本物理模型：本章描述了FLUENT计算流体流动和热传导所使用的物理模型（包括自然对流、周期流、热传导、swirling、旋转流、可压流、无粘流以及时间相关流）。以及在使用这些模型时你需要输入的数据，本章也包含了自定义标量的信息。z湍流模型：本章描述了FLUENT的湍流模型以及使用条件。z辐射模型：本章描述了FLUENT的热辐射模型以及使用条件。z化学组分输运和反应流：本章描述了化学组分输运和反应流的模型及其使用方法。本章详细的叙述了prePDF的使用方法。z污染形成模型：本章描述了NOx和烟尘的形成的模型，以及这些模型的使用方法。第三部分：z相变模拟：本章描述了FLUENT的相变模型及其使用方法。z离散相变模型：本章描述了FLUENT的离散相变模型及其使用方法。z多相流模型：本章描述了FLUENT的多相流模型及其使用方法。zFlowsinMovingZones（移动坐标系下的流动）：本章描述了FLUENT中单一旋转坐标系，多重移动坐标系，以及滑动网格的使用方法。zSolver的使用：本章描述了如何使用FLUENT的解法器（solver）。z网格适应：本章描述了explainsthesolution-adaptivemeshrefinementfeatureinFLUENTandhowtouseit第四部分：z显示和报告数据界面的创建：本章描述了explainshowtocreatesurfacesinthedomainonwhichyoucanexamineFLUENTsolutiondataz图形和可视化：本章描述了检验FLUENT解的图形工具zAlphanumericReporting：本章描述了如何获取流动、力、表面积分以及其它解的数据。z流场函数的定义：本章描述了如何定义FLUENT面板内出现的变量选择下拉菜单中的流动变量，并且告诉我们如何创建自己的自定义流场函数。z并行处理：本章描述了FLUENT的并行处理特点以及使用方法z自定义函数：本章描述了如何通过用户定义边界条件，物理性质函数来形成自己的FLUENT软件。如何使用该手册z根据你对CFD以及FLUENT公司的熟悉，你可以通过各种途径使用该手册对于初学者，建议如下：z为了对FLUENT的计算能力以及启动方式有所了解，最好是阅读“开始”这一章。本章为你提供了选择解形式的建议，同时为你提供了一个简单的自学教程，在该教程中我们使用FLUENT解决了一个简单的问题。z要想知道如何使用界面与远程控制，请参阅“使用界面”一章z读写文件的方法在“读写文件”一章z在开始解决问题之前我们需要输入网格，要想知道如何输入及检查网格请参阅“读与操纵网格”一章。要想知道解适应过程，请参阅“网格适应”一章z选择物理模型请参阅“基本物理模型—动坐标系下的流动”z对于边界条件的信息请参阅“边界条件”一章。对于流体性质请参阅“物理特性”一章z设定解的参数请参阅“UsingtheSolver”一章z显示和分析结果请参阅“数据显示和数据报告界面的创建—-AlphanumericReporting”一章z检查FLUENT中流动变量的定义请参阅“流场函数定义”一章z关于FLUENT并行计算解请参阅“并行处理”一章z关于如何使用FLUENT的在线帮助请参阅“用户界面”一章z对于特定的问题和你所要使用的工具，请查阅相关内容的列表以及索引对于有经验的使用者，建议如下：如果你是一个有经验的使用者，只需要查找一些特定的信息，那么有三种不同的方法供你使用该手册。目录列表和主题列表是按程序顺序排列的，从而使你能够按照特定程序的步骤查找相关资料。本手册为你提供了两个不同的索引：一、命令索引，该索引为你提供特定了面板和文本命令的使用方法。二、分类索引，该索引为你提供了特定类别的信息（在线帮助中没有此类索引，只能在印刷手册中找到它）。本手册的排版协定为了方便用户的学习，本教程有几个约定成俗的排版协定。z在下拉菜单中进入控制面板的过程我们采用/。例如,Define/Materials..告诉我们在Define下拉菜单中选择Materials...。z因尚未翻译完全，其它排版情况待定。什么时候使用SupportEngineerSupportEngineer能够帮助你计划你的CFD模型工程并为你解决在使用FLUENT中所遇到的困难。在遇到困难时我们建议你使用SupportEngineer。但是在使用之前有以下几个注意事项：z仔细阅读手册中关于你使用并产生问题的命令的信息z回忆导致你产生问题的每一步z如果可能的话，请记下所出现的错误信息z对于特别困难的问题，保存FLUENT出现问题时的日志以及手稿。在解决问题时，它是最好的资源。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LISPdialect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grid和mesh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(SwansonAnalysisSystems,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：z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）z不可压或可压流动z定常状态或者过渡分析z无粘，层流和湍流z牛顿流或者非牛顿流z对流热传导，包括自然对流和强迫对流z耦合热传导和对流z辐射热传导模型z惯性（静止）坐标系非惯性（旋转）坐标系模型z多重运动参考框架，包括滑动网格界面和rotor/statorinteractionmodeling的混合界面z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z热，质量，动量，湍流和化学组分的控制体源z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z多孔流动z一维风扇/热交换模型z两相流，包括气穴现象z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zProcessandprocessequipmentapplicationsz油/气能量的产生和环境应用z航天和涡轮机械的应用z汽车工业的应用z热交换应用z电子/HVAC/应用z材料处理应用z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,FI