流体传热研究fluent软件

流体传热研究的强大工具－fluent软件云和明博士山东大学空间热科学中心主要内容•Fluent软件简介•Fluent的强大功能•用fluent软件作流体分析的主要步骤•Fluent的可靠性和准确性•怎样才能学好fluent软件•用fluent软件如何作论文和应掌握那些方面的知识Fluent软件简介•美国总部•基于有限容积法•功能强大，全世界最通用的流体传热计算软件之一。•应用领域十分广泛(航空航天，汽车，空调供热，流体机械，化学反应，电子元件冷却，石油开采，换热器等众多领域）Fluent的强大功能•Fluent可解决的问题:–汽车的内流和外流及气缸内的流动–高速航天空气动力学–火箭的内部流动–涡轮机械–反应容器的设计–台风或飓风，建筑物风环境–气泡动力学及两相流–混合容器–流化床–流体诱导噪声的预测–煤粉或者油，燃气的燃烧•流动问题几乎都能解决•流体和固体的共轭传热问题•流体和固体的耦合问题（水流冲击一板条或者鸟类的翅膀扇动的过程，利用动网格）发动机的冷却水套的温度分布催化剂固体颗粒的浓度分布Velocitycontourplotu=u(t),sinusoidalinletvelocityrigidwallrigidwallcompliantwallinitialmesh动脉血管脉动流动的模拟电子计算机机箱的热分析与流体的粒子轨迹图搅拌机的速度流线图用fluent软件作流体分析的主要步骤•提出问题和分析问题•建立数学模型•用gambit建立几何模型，然后划分网格，施加边界条件•导入fluent软件进行网格检查，施加边界条件，定义流体属性，求解设置•求解（观察迭代残差曲线的收敛趋势，及时修正求解设置参数，或者其他方面的设置）•结果显示(温度，速度，压力）•数据处理（origin,excel,tecplot等）提出问题：流动的性质（内流，外流，层流/紊流，单相/多相流，可压/不可压…..）流体属性（牛顿流体：液体、单组分气体、多组分气体，化学反应气体；非牛顿流体）分析问题－建模：N_S方程，Boltzman方程（稀薄气体流动），各类本构方程与封闭模型求解问题：计算方法，离散方法的选择数据处理和结果显示Fluent的可靠性和准确性生成飞机外流场的计算网格计算区域example1：生成飞机外流场的计算网格表面网格（全机）并行计算（fluent）并行计算环境简介•硬件概况–IBMRS/6000SP高性能并行计算系统。–4个高节点组成，专门针对大型计算设计的硬件结构。–每个节点有主频375M的16个CPU（PowerPC），每节点的CPU共享16G内存。–每节点内置硬盘存贮34G，整个系统外挂7133磁盘阵列，容量1T，以RAID5配置给每个节点250G。–4个节点之间通过千兆以太交换机进行数据交换。•软件概况–OperatingSystem:AIX4.3–ParallelEnvironment:MPICH–ParallelSolver:Starhpc并行计算实际计算概况采用定常的求解方式，失败！非定常的计算方法，逼近定常解。•计算的时间步长很小（10－6s），逐渐加大时间步长，加快收敛速度。•计算中采用16个节点并行计算，每个迭代步耗时40s左右。•每个工况，如果完全从初场迭代，需三天左右达到定常状态，如果利用已有的计算结果开始迭代，大约需要一天左右的时间得到结果。计算结果（1）已经计算的工况•无偏航角（湍流（k-ε方程），无粘（Euler方程））–亚音速段•马赫数Ma=0.8016攻角α=0度（*）•马赫数Ma=0.8016攻角α=2.10424度–超音速段•马赫数Ma=1.5350攻角α=0度（*）•马赫数Ma=1.5350攻角α=0.99518度•有偏航角计算结果（2）全机静压分布计算结果（3）轴向剖面上静压分布（全域）计算区域足够大计算结果（4）轴向剖面上静压分布（机头）计算结果（5）轴向剖面上马赫数分布计算结果（6）机翼横断面上静压分布计算结果（7）机翼横断面上马赫数分布计算结果（8）尾翼附近流场计算结果（12）计算结果与试验结果的对比（无偏航情况Ma=0.8016α=0度）升力系数阻力系数俯仰力矩系数实验结果(未修正)0.013040.01787-0.00153无粘（Euler方程）0.013590.01318-0.00710湍流（k-ε方程）0.012580.02109-0.00147计算结果（13）计算结果与试验结果的对比（无偏航情况Ma=1.5350α=0度）升力系数阻力系数俯仰力矩系数实验结果(未修正)0.001070.03933-0.00763无粘（Euler方程）0.004080.03677-0.00702湍流（k-ε方程）0.004080.03677-0.00702计算结果（14）计算结果与试验结果的对比（无偏航情况Ma=0.8016α=2.10424度）升力系数阻力系数俯仰力矩系数实验结果(未修正)0.142570.02049-0.01653湍流（k-ε方程）0.136830.02477-0.01121计算结果（15）计算结果与试验结果的对比（无偏航情况Ma=1.5350α=0.99518度）升力系数阻力系数俯仰力矩系数实验结果(未修正)0.054690.03935-0.02263湍流（k-ε方程，迭代15000step）0.055490.03651-0.01317湍流（k-ε方程，迭代24000step）0.055420.03650-0.01315利用Fluent进行建筑空气动力学计算•建筑空气动力学传统解决方法（实验）•先前Fluent解决建筑空气动力学的实例•使用Fluent对首都展览馆数值模拟过程•使用Fluent对新北京电视台数值模拟•Fluent对低速复杂几何形状内流模拟的一点经验Example2：建筑空气动力学传统解决方法（实验）先前Fluent解决建筑空气动力学的实例•资料来源••FLUENT软件的非结构化网格能力使其能快速地准确地模拟大尺度复杂几何的绕流问题。工作环境•北京大学力学系流体力学教研室•机器配置双奔三866，2G内存•Gambit2.0•Fluent6.0写在几何建模以前•建议作几何建模的同志机械制图要过关•建议选择好的单位•建议使用Excel记录建立几何外形时候使用的数据使用Fluent对首都展览馆数值模拟过程•几何建模几何模型以及环境网格生成网格生成网格生成困难的地方：感觉，MissionImpossible解决办法&小小心得•把细长条换成一小块体，建立多孔边条件•一点建议：开始的时候一定要选择合适的单位，否则可能无法进行多次BOOL运算。•虽然有Export,Import,cadfix建议前处理和计算的软件最好配套。导入导出损失不孝，修改是很麻烦的•事情解决不了有时候不是软件的问题，是方法的问题生成网格后的检测设置物质，边条件•按部就班。•Solver:coupled,Implicit,3D,steady,Absolute•K-epsilon(2equ)•Opencondition……Name:porous•Facepermeablility(m2)1•PorousMediumThickness(m)1.2•Pressure-JumpCoefficient(1/m)0.1Result房子整体压力图屋顶压力图屋顶压力系数图PathLines飞行器模拟：机翼几何参数•弦长：10M•机翼前缘后掠角50.4度•展弦比：1.242•尖削比：0.1421•副翼铰链轴位于80%弦线处•副翼展向位于56.6%和82.9%的翼展之间•副翼旋转角度：6度•机翼剖面为相对厚度6%的圆弧翼形example3前处理：网格的生成GAMBIT：翼身与机翼组合体前处理：网格的生成GAMBIT：翼身与机翼组合体填充图前处理：网格的生成IGG：全部的BLOCK前处理：网格的生成IGG：翼身组合体面网格前处理：网格的生成•网格全结构化•网格总体数量为588,732•BLOCK数共计40个计算：fluent•基本控制方程：三维EULER方程•边界条件：远场压力、对称•差分格式：一阶迎风格式•理想可压空气•V=0.9Ma•共计算了三个攻角：0度、1度、3度•迭代步数：2000计算结果处理：CFviewCfview：翼身组合体马赫数分布（Ma＝0.9，a＝0）计算结果处理：CFviewCfview：翼身组合体压力分布（Ma＝0.9，a＝0）计算结果处理：CFviewCfview：副翼马赫数分布（Ma＝0.9，a＝0）计算结果处理：CfviewCfview：副翼压力分布（Ma＝0.9，a＝0）计算结果处理：Cfview国外及北航计算结果我们的计算结果上表面压力系数分布（Ma＝0.9，a＝0）计算结果处理：Cfview国外及北航计算结果我们的计算结果下表面压力系数分布（Ma＝0.9，a＝0）计算结果处理：Cfview试验及北航计算结果我们的计算结果上表面压力系数分布（Ma＝0.9，a＝1）计算结果处理：Cfview试验及北航计算结果我们的计算结果上表面压力系数分布（Ma＝0.9，a＝3）计算结果处理：问题•在最后结果处理中，我们发现了一个无法解释的问题。机翼上下表面的交界线附近压力产生了突变，甚至一个交界点分别位于上表面和下表面时压力竟然不同。我们对此无法解释。怎样才能学好fluent软件•先做例子，按照fluent和gambit帮助文件•多思考，勤查资料•坚持不懈，刻苦钻研，通过网上论坛，qq群等方式得到高手的指点•与课题结合，找到自己课题的切入点•多交流，成立fluent交流小组，定期交流自己的心得体会，解决自己的困惑和问题用fluent软件如何作论文和应掌握那些方面的知识•熟练的建模能力和划分网格的技巧•扎实的流体力学和传热学知识，包括计算传热学和计算流体力学知识•数据处理和分析的能力•编程能力•论文的格式和要求(传热大家的论文）•研究的方法和思路要清晰，尽可能快的吸收需要的知识为我所用！！谢谢大家！