FLUENT软件学习
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一、软件简介
CFD商业软件FLUENT，是通用CFD软件包，用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动。由于采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术，因而FLUENT能达到最佳的收敛速度和求解精度。灵活的非结构化网格和基于解的自适应网格技术及成熟的物理模型，使FLUENT在转换与湍流、传热与相变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、动/变形网格、噪声、材料加工、燃料电池等方面有广泛应用。
从本质上讲，FLUENT只是一个求解器。FLUENT本身提供的主要功能包括导入网格模型、提供计算的物理模型、施加边界条件和材料特性、求解和后处理。FLUENT支持的网格生成软件包括GAMBIT、TGRid、prePDF、GeoMesh和其他CAD/CAE软件包。
二、软件使用方法
本学习报告将以一简单算例—台阶运动演示FLUENT软件与GAMBIT及CAD的结合使用。
2.1 物理模型
二维后台阶运动的计算区域如图2-1所示。计算区域为0.4m×1.2m,台阶长度为0.2m，高度为0.1m。
2.2在CAD中生成几何模型
在CAD中按下列步骤生成如图2-1几何模型：
（1） 绘制求解区域形状。
（2） 调用PEDIT命令，将构成台阶及边界的线生成多段线。
（3） 调用REGION命令，将多段线形成的封闭区间生成区域。
（4） 调用EXPORT命令，将绘图结果导出为ASCI格式文件命名为台阶，以便在GAMBIT中进行后续处理。
图2-2是在AUTOCAD中绘制的后台阶绕流的几何模型，该结果包含一个局域。
2.3在GAMBIT中划分网格
在AUTOCAD中生成了一个二维台阶的几何模型，该模型包含一个区域，现在转入到GAMBIT中进行网格划分。
按照导入几何模型、生成流体区域、划分网格、定义边界类型和区域类型的步骤完成GAMBIT划分网格的工作。网格划分完成后输出保存为MSH格式的网格文件。绘制结果如图2-3.
图2-3 网格
2.4 FLUENT求解计算
求解计算的操作步骤如下：
（1） 导入并检查网格
在FLUENT中，首先要导入在GAMBIT中建立的网格文件，并对网格进行检查和光顺。网格最小体积不能出现负值，否则不能求解。步骤分别为读入网格文件、检查网格和显示网格。
（2） 选择求解器计算模型
FLUENT的求解器包括分离式求解器（segregated solver）和耦合式求解器（coupled solver），其中分离式求解器是顺序的、逐一地求解各方程。耦合式求解器是同时求解连续方程、动量方程、能量方程及组分输运方程的耦合方程组，然后再逐一的求解湍流等标量方程。本次计算采用fluent默认的分离式求解器。
（3） 设置计算模式
除了设置求解器格式外，用户还需要告诉FLUENT采用什么样的计算模式，该模型上具有什么样的特征，在时间上是稳态还是非稳态等。本次计算采用2D非稳态二阶隐式。
（4） 定义流体材料
本例中流体材料为水，FLUENT材料库已经包含此选项，可以直接复制。
（5） 定义边界条件
在FLUENT设置边界条件之前，需要在生成网格模型时，就将具有不同边界条件类型的边界和区域标记出来。进入FLUENT之后，通过Boundary Conditions对话框来完成设置边界的工作。本算例中需要定义的边界有进口和出口边界，区域只有一个Fluid区域。
（6） 求解
在完成以上设置后就可以进行求解工作了。在计算过程启动绘制残差功能，在计算时可以观察到残差在逐步减少。
监视得到的残差值
在计算完成后保存计算结果。
三、计算结果
3.1显示数值等值线图
Display的contour操作可以显示数值等值线图的计算结果，数值等值线图如图3-1。结果
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明，在后台阶后部形成一个旋涡，主流的流速梯度，靠近旋涡中心的梯度也较大。
药 _________________________________________________________________________________________________________________________
3.2 显示速度矢量图
Display的Vectors操作可以显示速度矢量图，速度矢量图如图3-2所示。图示结果表明后台阶流动的旋涡大小，根据图示结果可以预估后台阶流动的旋涡中心位置和附着点位置。
图3-2 台阶后面的矢量图
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