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FLUENT 全攻略流体中文网倾情奉献雷锋精神永放光芒！ 2005 年 3 月 5 日

FLUENT6.1 全攻略第一篇 FLUENT 基础知识第一章 FLUENT 软件介绍 FLUENT 软件是目前市场上最流行的 CFD 软件，它在美国的市场占有率达到 60%。在我们进行的网上调查中发现，FLUENT 在中国也是得到最广泛使用的 CFD 软件。因此，我们将在这本书中为大家全面介绍 FLUENT 的相关知识，希望能让您的 CFD 分析工作变得轻松起来。用数值方法模拟一个流场包括网格划分、选择计算方法、选择物理模型、设定边界条件、设定材料属性和对计算结果进行后处理几大部分。本章将概要地介绍 FLUENT 软件的以下几个方面：（1）FLUENT 软件的基本特点。（2）FLUENT、GAMBIT、TECPLOT 和 EXCEED 的安装和运行。（3）FLUENT 的用户界面。（4）FLUENT 如何读入和输出文件。（5）FLUENT 中使用的单位制。（6）如何规划计算过程。（5）FLUENT 的基本算法。 1.1 FLUENT 软件概述 1.1.1 网格划分技术在使用商用 CFD 软件的工作中，大约有 80%的时间是花费在网格划分上的，可以说网格划分能力的高低是决定工作效率的主要因素之一。FLUENT 软件采用非结构网格与适应性网格相结合的方式进行网格划分。与结构化网格和分块结构网格相比，非结构网格划分便于处理复杂外形的网格划分，而适应性网格则便于计算流场参数变化剧烈、梯度很大的流动，同时这种划分方式也便于网格的细化或粗化，使得网格划分更加灵活、简便。 FLUENT 划分网格的途径有两种：一种是用 FLUENT 提供的专用网格软件 GAMBIT 进行网格划分，另一种则是由其他的 CAD 软件完成造型工作，再导入 GAMBIT 中生成网 1

FLUENT6.1 全攻略格。还可以用其他网格生成软件生成与 FLUENT 兼容的网格用于 FLUENT 计算。可以用于造型工作的 CAD 软件包括 I-DEAS、Pro/E、SolidWorks、Solidedge 等。除了 GAMBIT 外，可以生成 FLUENT 网格的网格软件还有 ICEMCFD、GridGen 等等。 FLUENT 可以划分二维的三角形和四边形网格，三维的四面体网格、六面体网格、金字塔型网格、楔型网格，以及由上述网格类型构成的混合型网格。 1.1.2 软件的灵活设置 FLUENT 的内核部分是用 C 语言写成的，软件界面则是用 LISP 语言的一个分支 Scheme 语言写成的。因为 C 语言在计算机资源的分配使用上非常灵活，所以 FLUENT 也在这方面拥有很大的灵活性，并可以在“客户/服务器”模式下进行网络计算。而 LISP 类型的语言允许高级用户通过编制宏和自定义函数改变软件的外观，使用户在使用中可以根据自己的喜好定制界面，这点是 FLUENT 软件的一个显著特色。 1.1.3 软件的基本构成 FLUENT 软件包中包括以下几个软件：（1）FLUENT 求解器——FLUENT 软件的核心，所有计算在此完成。（2）prePDF——FLUENT 用 PDF 模型计算燃烧过程的预处理软件。（3）GAMBIT——FLUENT 提供的网格生成软件。（4）TGRID——FLUENT 用于从表面网格生成空间网格的软件。（5）过滤器——或者叫翻译器，可以将其他 CAD/CAE 软件生成的网格文件变成能被 FLUENT 识别的网格文件。上述几种软件之间的关系如图 1-1 所示。图 1-1 FLUENT 软件各组件之间的关系 GAMBIT 即可以生成用于 FLUENT 计算的网格，也可以生成其他一些 CAE 软件的网 2

FLUENT6.1 全攻略格。一旦网格文件被输入到 FLUENT 中，剩下的工作就由 FLUENT 完成。这些工作包括设定边界条件和物质属性、调整网格、进行计算、对结果进行后处理并显示结果等等。 1.1.4 计算类型及应用领域 FLUENT 可以计算的流动类型包括：（1）任意复杂外形的二维/三维流动。（2）可压、不可压流。（3）定常、非定常流。（4）无粘流、层流和湍流。（5）牛顿、非牛顿流体流动。（6）对流传热，包括自然对流和强迫对流。（7）热传导和对流传热相耦合的传热计算。（8）辐射传热计算。（9）惯性（静止）坐标、非惯性（旋转）坐标下中的流场计算。（10）多层次移动参考系问题，包括动网格界面和计算动子/静子相互干扰问题的混合面等问题。（11）化学组元混合与反应计算，包括燃烧模型和表面凝结反应模型。（12）源项体积任意变化的计算，源项类型包括热源、质量源、动量源、湍流源和化学组分源项等形式。（13）颗粒、水滴和气泡等弥散相的轨迹计算，包括弥散相与连续项相耦合的计算。（14）多孔介质流动计算。（15）用一维模型计算风扇和换热器的性能。（16）两相流，包括带空穴流动计算。（17）复杂表面问题中带自由面流动的计算。简而言之，FLUENT 适用于各种复杂外形的可压和不可压流动计算。 1.1.5 系统要求硬件要求：（1）CPU：采用 Intel 的奔腾系列或 AMD 的 Athlon 系列 CPU。（2）显示卡：分辨率为 1024x768（或更高），颜色最低要求 256 色，推荐使用 16 位（或 24 位）真彩色。（3）内存：最低 128 兆内存，推荐使用 512 兆以上的内存。（4）鼠标：推荐使用三键鼠标，FLUENT 中有些操作需要鼠标中键。（5）光驱：最低需要 CD-ROM，FLUENT 需要光盘安装。 3

FLUENT6.1 全攻略（6）网卡：需要安装以太网卡，FLUENT 需要网络验证。（7）硬盘：FLUENT 需要 400 兆，GAMBIT 需要 55 兆，EXCEED 需要 105 兆，TECPLOT 需要 30 兆，一共需要 590 兆硬盘空间。如果需要使用用户定义函数（UDF）编译功能，还需要安装微软的 Visual C++，至少需要 200 兆硬盘空间，再加上为计算项目预留空间，所以推荐在硬盘上预留 5G 以上的硬盘空间用于 FLUENT 计算。软件要求：（1）操作系统：UNIX、LINUX、WINDOWS 2000/XP 等等。（2）网络协议：安装 TCP/IP 协议。（3）编译环境：如果使用 UDF 编译功能，需要安装 Visual C++标准版，最低要求是采用“最小安装”设置。（4）EXCEED X server：GAMBIT 运行需要此环境，如果在 GAMBIT 中使用 OpenGL 图形模式，则需要安装 EXCEED 3D。EXCEED 3D 需要单独从 EXCEED 开发商 Hummingbird 软件公司购买。 1.2 软件安装与启动与 FLUENT 配套使用的软件包括前处理软件 GAMBIT、后处理软件 TECPLOT 和模拟 UNIX 环境的 EXCEED。下面分别介绍这几种软件的安装和启动过程。 1.2.1 FLUENT 的安装与启动 FLUENT 的安装（1）首先在 C 盘上创建目录 C:\flexlm，然后将软件公司提供的 license.dat 文件拷贝到这个目录下。（2）将 FLUENT 的安装光盘放入光盘驱动器，然后双击 setup.exe 文件启动安装程序，设置好安装目录、工作组名称等选项后，安装程序开始向硬盘拷贝文件。（3）文件拷贝结束后，在弹出的工作组窗口中双击运行 set environment，设置好环境变量，再将 license（软件使用许可证）服务器的地址设置完毕，重新启动计算机，就可以启动 FLUENT 了。这里需要说明的是：FLUENT 与我们以往使用的软件不同之处是其安装过程中不需要使用安装密码，而是在每次启动软件之前，通过互联网在 license 服务器上进行软件合法性验证，只有通过验证才能使用。 4

单精度和双精度求解器 FLUENT6.1 全攻略在所有的操作系统上都可以进行单精度和双精度计算。对于大多数情况来说，单精度计算已经足够，但在下面这些情况下需要使用双精度计算：（1）计算域非常狭长（比如细长的管道），用单精度表示节点坐标可能不够精确，这时需要采用双精度求解器。（2）如果计算域是许多由细长管道连接起来的容器，各个容器内的压强各不相同。如果某个容器的压强特别高的话，那么在采用同一个参考压强时，用单精度表示其他容器内压强可能产生较大的误差，这时可以考虑使用双精度求解器。（3）在涉及到两个区域之间存在很大的热交换，或者网格的长细比很大时，用单精度可能无法正确传递边界信息，并导致计算无法收敛，或精度达不到要求，这时也可以考虑采用双精度求解器。启动 FLUENT 以 WINDOWS NT 为内核的操作系统包括 WINDOWS 2000 和 WINDOWS XP，其启动方式有两种：（1）从 WINDOWS 的开始菜单中进行启动，即顺序点击：开始 -> 程序 -> Fluent Inc. -> FLUENT 6.1 就可以启动 FLUENT。（2）从 DOS 终端窗口启动，即在命令行中： 1）键入“fluent 2d”，启动二维单精度计算。 2）键入“fluent 3d”，启动三维单精度计算。 3）键入“fluent 2ddp”，启动二维双精度计算。 4）键入“fluent 3ddp”，启动三维双精度计算。如果想启动并行计算模式，可以在上述 4 个命令后面加上-tx 参数，其中 x 是并行计算的 CPU 数量，例如键入“fluent 3d –t3”意思是在三个处理器上运行三维计算。 1.2.2 GAMBIT 的安装与启动 GAMBIT 的安装 GAMBIT 的安装与 FLUENT 类似。在安装完 FLUENT 后，点击进入安装盘上的 GAMBIT 目录，找到 setup.exe 文件，双击启动这个安装文件，即开始安装 GAMBIT。经过与 FLUENT 安装类似的工作目录选择、工作组名称选择等设置后，安装程序开始向硬盘拷贝程序，拷贝结束后，安装过程就结束了。 5

GAMBIT 的启动 FLUENT6.1 全攻略 GAMBIT 需要在 UNIX 系统下运行，因此为了在 WINDOWS 下运行还需要安装 EXCEED 为 GAMBIT 提供一个模拟的 UNIX 环境。 GAMBIT 的启动方式有两种：一种是在 WINDOWS 系统的“开始”菜单中的“运行” 栏里面直接键入命令 gambit –id project（project 是可以任意给定的项目名称）。另一种是在 DOS 环境中，在命令行中键入上述命令启动 GAMBIT。 1.2.3 TECPLOT 的安装与启动 TECPLOT 的安装与 WINDOWS 下的常见软件安装一样：（1）在安装文件所在目录里，双击 setup.exe 文件开始安装。（2）按照提示点击 NEXT（下一步）按钮，在用户许可协议页面中选择 I agree（我同意）按钮，表示同意上述协议。（3）在许可代码栏中填入代码。（4）选择安装目录。（5）开始拷贝文件。（6）文件拷贝结束后，重新启动计算机。（7）双击桌面上的图标，或者在“开始”菜单中找到 TECPLOT，并点击启动软件。 TECPLOT 需要大约 30 兆的硬盘空间，可以在 WINDOWS 系列操作系统下正常运行。 1.2.4 EXCEED 的安装与启动 EXCEED 的安装 EXCEED 的安装也与常见软件类似：（1）假设 F 盘是光驱，进入 F:\EXCEED\XSERVER 目录，双击启动 setup.exe，软件开始对安装环境进行初始化。（2）软件提示是否同意用户协议，选择 I agree（我同意）进入下一步。（3）指定安装主目录，比如 D:\Program Files\Exceed.nt。（4）指定用户目录，比如 D:\Program Files\Exceed.nt\user。（5）安装程序开始向硬盘拷贝文件，结束时会提示重新启动计算机。（6）重新启动计算机，就可以使用 EXCEED 了。因为 EXCEED 仅用于为 GAMBIT 提供一个模拟的 UNIX 环境，所以这里不对 EXCEED 做过多的介绍，详细介绍可以参考 EXCEED 的用户手册。 6

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