第2讲-fluent总体介绍-PPT精品

FLUENT简介IntroductoryFLUENTNotesFLUENTv6.3December2006CFD是什么?•计算流体力学(CFD)是一门通过求解大量的控制方程来预测流体流动、热传导、化学反应以及相关现象的学科–包含质量、动量、能量、元素守恒方程等•CFD分析与下列情况相关：–新设计方案的研究–产品开发细节–故障解决方案–重新设计•CFD分析补充了测试和实验功能–简化了实验设计和数据分析中所要求的工作量IntroductoryFLUENTNotesFLUENTv6.3December2006CFD如何工作?•FLUENT求解器是基于有限体积法建立的–旨在使控制体或控制单元区域离散化–在控制体的区域内求解质量、动量、能量、元素等守恒方程偏微分方程通过离散处理成一系列的代数方程–所有的代数方程根据计算域求解VAAVdVSdddVtAAVUnsteadyConvectionDiffusionGeneration管流动区域被离散为有限的控制单元（网格）方程变量连续性1X方向动量uY方向vZ方向w能量hControlVolumeIntroductoryFLUENTNotesFLUENTv6.3December2006CFD模型生成网格前处理实体模型Solver流动方程质量SpeciesmassfractionPhasevolumefraction动量能量状态方程所支持的计算模型计算模型紊流燃烧辐射多相流相转换动区域动网格选择材料边界条件初始条件求解器设置后处理IntroductoryFLUENTNotesFLUENTv6.3December2006CFD分析–基本步骤•问题的鉴定及预处理1.定义你所需要的模型2.确定即将模拟的区域3.设计并创建网格•求解4.建立数学模型5.计算并监控•后处理6.检查结果7.考虑是否需要修改模型IntroductoryFLUENTNotesFLUENTv6.3December2006定义你所需要的模型•你需要什么样的结果，如压力减小、质量流量，它们将如何被使用？–你的可选模型有哪些？•在你的分析中需要哪些计算模型(湍流、可压流、辐射)？•你需要做哪些简化假设？•你可以做哪些简化假设？(对称性、周期性)•你是否需要独特的建模功能？–FLUENT6中可使用用户自定义函数UDF(用C语言编写)•精确度要求?•何时需要结果?问题的鉴定及预处理1.定义你所需要的模型2.确定即将模拟的区域3.设计并创建网格IntroductoryFLUENTNotesFLUENTv6.3December2006确定即将模拟的区域•如何分离完整模型中的一部分?•计算域从何处开始，何处结束?–在边界处是否有边界条件?–边界条件类型是否与已知条件相适应?–是否可以在合理数据点处扩展区域?•是否可以简化或近似为2D或轴对称问题?例如:除尘器问题的鉴定及预处理1.定义你所需要的模型2.确定即将模拟的区域3.设计并创建网格GasRiserCycloneL-valveGas所考虑的区域IntroductoryFLUENTNotesFLUENTv6.3December2006设计并创建网格•能否从另一个模块中获得启示？如MixSim,IcePak,orAirPak•能否使用quad/hex网格？是否应该使用tri/tet网格或hybrid网格?–几何体和流体的复杂度如何?–是否需要非正交网格的分界面?•在每个区域内网格需要什么样的分辨率？–对于几何体网格划分的是否充分?–是否可以预测区域的梯度?–是否需要利用适应功能增加分辨率?•计算机内存是否满足需求?–需要多少内存?–需用到多少模型?TriangleQuadrilateralPyramidPrism/WedgeTetrahedronHexahedron问题的鉴定及预处理1.定义你所需要的模型2.确定即将模拟的区域3.设计并创建网格IntroductoryFLUENTNotesFLUENTv6.3December2006比较Tri/Tet和Quad/Hex网格•对于简单的几何体，quad/hex网格比tri/tet网格可以以较少的网格数量得到更优的结果.–当网格与流体关联时会出现reducedfalsediffusion.•对于复杂的几何体，quad/hex没有数量上的优势，可以通过使用tri/tet网格来保存–流体与网格基本无关联.IntroductoryFLUENTNotesFLUENTv6.3December2006混合网格实例•阀口网格–指定的区域可以用不同的网格类型来划分.–单独使用四面体或六面体网格可以使计算效率和精确度得到提高.–在GAMBIT和TGRID中均可使用混合网格生成工具.IC发动机阀口的混合网格四面体网格六面体网格WedgemeshIntroductoryFLUENTNotesFLUENTv6.3December2006非正交网格实例•非正交网格是指在分界面两边的网格节点不完全匹配.–有助于复杂几何体网格的生成–适用于渐变网格的要求.•例如:–3D薄膜冷却•冷却剂从高压室的管道中注入•高压室用四面体网格划分•管道用六面体网格划分高压部分可以用简化的网格模型代替.分界面IntroductoryFLUENTNotesFLUENTv6.3December2006建立数学模型•对于给定的模型需要完成以下步骤：–选择合适的计算模型•湍流、燃烧、多相流等–定义材料•液体•固体•混合体–指定操作条件–在所有边界区域指定边界条件–提供初始条件–设置求解控制器–设置残差（收敛性）监控器先求解二维模型可以在短时间内为你提供关于模型选择和求解设置等参考经验求解4.建立数学模型.5.计算并监控.IntroductoryFLUENTNotesFLUENTv6.3December2006计算结果•迭代计算离散化的守恒方程–为得到收敛解需要迭代很多步数•满足如下条件时说明已收敛：–当从一次迭代进入下一次迭代时，求解变量值的变化可以忽略不计•可以通过残差图来监控这个趋势–所有的量已达到守恒状态•收敛解的精确度取决于：–所选计算模型的适合度和精确度–网格的分辨率和独立性–模型求解4.建立数学模型.5.计算并监控.一个收敛的、网格独立的解将会提供有效的工程解!IntroductoryFLUENTNotesFLUENTv6.3December2006检查结果•检查结果，评估求解方案并提取有效数据–可视工具可以用于回答如下问题：•整体的流动形式？•是否有分流？•震动、剪切层等来自于哪？•流动的主要特征是否已解决？–数据显示工具可以用于计算定量解：•力和力矩•平均传热系数•面积分量和体积分量•FluxBalances检查结果是为了确定参数达到平衡，物理特性也正确。大残差可能是有少量的低质量单元引起。后处理6.检查结果7.考虑是否需要修改模型IntroductoryFLUENTNotesFLUENTv6.3December2006考虑是否需要修改模型•计算模型是否合适？–是湍流吗?–是非定常流吗?–是否有可压缩的影响?–是否有3D的影响?•边界条件是否正确？–计算域是否足够大?–边界条件是否合适?–边界值合理吗?•网格划分是否合适?–网格是否与改善的结果匹配？–求解方案的变化与网格匹配是否有影响？或者说求解方案与网格各自独立，无相互影响？–边界的分辨率是否需要改进？后处理6.检查结果7.考虑是否需要修改模型IntroductoryFLUENTNotesFLUENTv6.3December2006FLUENT软件示范•启动FLUENT(假设网格已经生成).–建立一个简单模型.–求解流场.–结果后处理.•在每个面板上都可以通过按帮助按钮来得到在线帮助和参考文献–要求你已安装参考文献，并已连接网络浏览器.IntroductoryFLUENTNotesFLUENTv6.3December2006在电脑上操纵Fluent•进入你的工作站–注册名:fluent–密码:fluent•Directories–YourFLUENTsessionwillstartinc:\users–指南中的mesh/case/data文件可以按下列路径找到:c:\StudentFiles\fluent\tut\–建议你将文件保存到一个集中的工作文件夹:c:\users–工作文件夹可以通过桌面快捷方式进入c:\users•启动FLUENT或GAMBIT–从开始菜单或桌面快捷方式点击正确的按钮.–在DOS命令下输入fluent或gambit•提醒：当进入一个新的模型时你需要重新启动FLUENT，避免将不同模型中的求解设置混淆.