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FLUENT中文全教程.pdf

发布时间：2022-06-13 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：22.90M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    第00章 序 言 fluent手册结构
    第01章 fluent简单算例
    第02章 fluent用户界面
    第03章 fluent文件的读写(日志文件jou，Transcript，Profile )
    第04章 fluent单位系统
    第05章 fluent网格(合并、拆分网格、网格检查、尺寸scale...)
    第06章 fluent边界条件
    使用边界轮廓profile
    第07章 fluent流体物性
    第08章 fluent基本物理模型
    第09章 可动区域中流动问题的建模
    第10章 湍流模型
    壁面函数
    壁面函数的近壁面网格指导方针
    第11章 传热模拟
    第12章 组分输运和反应流介绍
    第13章 物质输送和有限速率化学反应
    第14章 非预混燃烧模拟
    第15章 预混燃烧模拟
    第16章 部分预混燃烧的模拟
    第17章 污染形成模拟
    第18章 finish
    第19章 离散相模型
    第20章 通用多相流模型
    第22章 fluent解算器的使用
    第23章 网格自适应(自适应感觉就是对局部加密，包括对边界、对体...，对网格的光顺化)
    y+,y*自适应
    第25章 fluent图形与可视化
    第26章 文字报告
    第27章 流场计算中变量的定义
    第28章 fluent并行处理
    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、Alphanumeric Reporting 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： 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。 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） 读写文件：本章描述了 FLUENT 可以读写的文件以及硬拷贝文件。 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。 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. 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 and how to define boundary profiles and volumetric sources. 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： 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。 湍流模型：本章描述了 FLUENT 的湍流模型以及使用条件。 辐射模型：本章描述了 FLUENT 的热辐射模型以及使用条件。 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。 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： 相变模拟：本章描述了 FLUENT 的相变模型及其使用方法。 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。 多相流模型：本章描述了 FLUENT 的多相流模型及其使用方法。 Flows in Moving Zones（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。 Solver 的使用：本章描述了如何使用 FLUENT 的解法器（solver）。 网格适应：本章描述了 explains the solution-adaptive mesh refinement feature in FLUENT and how to use it 第四部分： 显示和报告数据界面的创建：本章描述了 explains how to create surfaces in the domain on which you can examine FLUENT solution data 图形和可视化：本章描述了检验 FLUENT 解的图形工具 Alphanumeric Reporting：本章描述了如何获取流动、力、表面积分以及其它解的数据。 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。 并行处理：本章描述了 FLUENT 的并行处理特点以及使用方法 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。 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： 如何使用该手册
    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。 要想知道如何使用界面与远程控制，请参阅“使用界面”一章 读写文件的方法在“读写文件”一章 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 选择物理模型请参阅“基本物理模型—动坐标系下的流动” 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 设定解的参数请参阅“Using the Solver”一章 显示和分析结果请参阅“数据显示和数据报告界面的创建—-Alphanumeric Reporting” 一章 检查 FLUENT 中流动变量的定义请参阅“流场函数定义”一章 关于 FLUENT 并行计算解请参阅“并行处理”一章 关于如何使用 FLUENT 的在线帮助请参阅“用户界面”一章 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。 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...。 因尚未翻译完全，其它排版情况待定。 什么时候使用 Support Engineer Support Engineer 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 Support Engineer。但是在使用之前有以下几个 注意事项： 仔细阅读手册中关于你使用并产生问题的命令的信息 回忆导致你产生问题的每一步 如果可能的话，请记下所出现的错误信息 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 LISP dialect 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(Swanson Analysis Systems, 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： 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） 不可压或可压流动 定常状态或者过渡分析 无粘，层流和湍流 牛顿流或者非牛顿流 对流热传导，包括自然对流和强迫对流 耦合热传导和对流 辐射热传导模型 惯性（静止）坐标系非惯性（旋转）坐标系模型 多重运动参考框架，包括滑动网格界面和 rotor/stator interaction modeling 的混合界面 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 热，质量，动量，湍流和化学组分的控制体源 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 多孔流动 一维风扇/热交换模型 两相流，包括气穴现象 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 Process and process equipment applications 油/气能量的产生和环境应用 航天和涡轮机械的应用 汽车工业的应用 热交换应用 电子/HVAC/应用 材料处理应用 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,FIDAP、POLYFLOW、IcePak 以及 MixSim。 FLUENT 使用概述 FLUENT 采用非结构网格以缩短产生网格所需要的时间，简化了几何外形的模拟以及 网格产生过程。和传统的多块结构网格相比，它可以模拟具有更为复杂几何结构的流场，并 且具有使网格适应流场的特点。FLUENT 也能够使用适体网格，块结构网格(比如：FLUENT 4 和许多其它的 CFD 结算器的网格)。FLUENT 可以在 2D 流动中处理三角形网格和四边形 网格，在 3D 流动中可以处理四面体网格，六边形网格，金字塔网格以及楔形网格（或者上 述网格的混合）。这种灵活处理网格的特点使我们在选择网格类型时，可以确定最适合特定 应用的网格拓扑结构。 在流场的大梯度区域，我们可以适应各种类型的网格。但是你必须在解算器之外首先产 生初始网格，初始网格可以使用 GAMBIT、 Tgrid 或者某一具有网格读入转换器的 CAD 系 统。 计划你的 CFD 分析 当你决定使 FLUENT 解决某一问题时，首先要考虑如下几点问题： 定义模型目标：从 CFD 模型中需要得到什么样的结果？从模型中需要得到什么样的精度；选择计算模型：你 将如何隔绝所需要模拟的物理系统，计算区域的起点和终点是什么？在模型的边界处使用什 么样的边界条件？二维问题还是三维问题？什么样的网格拓扑结构适合解决问题？物理模 型的选取：无粘，层流还湍流？定常还是非定常？可压流还是不可压流？是否需要应用其它 的物理模型？确定解的程序：问题可否简化？是否使用缺省的解的格式与参数值？采用哪种 解格式可以加速收敛？使用多重网格计算机的内存是否够用？得到收敛解需要多久的时 间？在使用 CFD 分析之前详细考虑这些问题，对你的模拟来说是很有意义的。当你计划一 个 CFD 工程时，请利用提供给 FLUENT 使用者的技术支持。. 解决问题的步骤 确定所解决问题的特征之后，你需要以下几个基本的步骤来解决问题： 1．创建网格. 2．运行合适的解算器：2D、3D、2DDP、3DDP。 3．输入网格 4．检查网格 5．选择解的格式 6．选择需要解的基本方程：层流还是湍流（无粘）、化学组分还是化学反应、热传导模型等 7．确定所需要的附加模型：风扇，热交换，多孔介质等。 8．.指定材料物理性质 8．指定边界条件 9．调节解的控制参数 10．初始化流场 11．计算解 12．检查结果 13．保存结果 14．必要的话，细化网格，改变数值和物理模型。 第一步需要几何结构的模型以及网格生成。你可以使用 GAMBIT 或者一个分离的 CAD 系统产生几何结构模型及网格。也可以用 Tgrid 从已有的面网格中产生体网格。你也可以从 相关的 CAD 软件包生成体网格，然后读入到 Tgrid 或者 FLUENT (详情参阅网格输入一章)。
    至于创建几何图形生成网格的详细信息清查月相关软件使用手册 第二步，启动 FLUENT 解算器 后面将会介绍第三到十四步详细操作，下面的表告诉了我们哪一步需要什么软件 表一： FLUENT 菜单概述 解的步骤 读入网格 检查网格 选择解算器格式 选择基本方程 材料属性 边界条件 调整解的控制 初始化流场 计算解 结果的检查 保存结果 网格适应 菜单 文件菜单 网格菜单 定义菜单（Define Menu ） 定义菜单 定义菜单 定义菜单 解菜单（Solve Menu ） 解菜单 解菜单 显示菜单（Display Menu）&绘图菜单（Plot Menu）报告菜单（Report Menu ） 文件菜单 适应菜单 启动 FLUENT UNIX 和 Windows NT 启动 FLUENT 的方式是不同的，详细参阅相关介绍。不同的安装 过程也是为了使 FLUENT 能够正确启动而设定的。 单精度和双精度解算器 在所有计算机操作系统上 FLUENT 都包含这两个解算器。大多数情况下，单精度解算 器高效准确，但是对于某些问题使用双精度解算器更合适。下面举几个例子： 如果几何图形长度尺度相差太多（比如细长管道），描述节点坐标时单精度网格计算就 不合适了；如果几何图形是由很多层小直径管道包围而成（比如：汽车的集管）平均压力不 大，但是局部区域压力却可能相当大（因为你只能设定一个全局参考压力位置），此时采用 双精度解算器来计算压差就很有必要了。 对于包括很大热传导比率和（或）高比率网格的成对问题，如果使用单精度解算器便无 法有效实现边界信息的传递，从而导致收敛性和（或）精度下降 在 UNIX 系统启动 FLUENT 有如下几个启动方法： 在命令行启动适当的版本； 在命令行启动，但是不指定版本，然后在面板上选择适当的版本；在命令行启动， 但是不指定版本，然后读入 case 文件（或者 case 文件和数据文件）来启动适当的 版本。 命令行启动适当版本：可以指定维度和精度：fluent 2d 运行二维单精度版本；相应的 fluent 3d；fluent 2ddp；fluent 3ddp 都分别运行相应的版本。并行版本的启动请参阅相关的并 行版本启动方法在此不予介绍。 在解算器的面板中指定版本
    Figure 1:启动时的控制台窗口 在版本提示中健入 2d、3d、2ddp 或者 3ddp 启动相应版本。 如果是在图形用户界面（GUI）中启动适当的版本，请选择 File/Run...菜单，然后将会 出现如下图所示的菜单，这样你就可以选择合适的版本了(你也可以在这个面板上启动远程 机器上的 FLUENT 或者并行版本，详细的内容请参阅相关主题 Figure 2: FLUENT 可以在选择结算器的面板上启动适当的版本 在面板上启动解算器一般遵循如下方法： 1. 开关 3D 选项指定 3D 还是 2D 解算器 2. 开关双精度选项启动双精度或者单精度解算器
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