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发布时间：2022-06-01 发布人：admin 分类：说明书资料大小：16.71M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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边界条件

声明 1. 本文为清洁能源技术论坛在搜集网上已有资源基础上，组织网友翻译第 21、 24 章，最终整理而成的； 2. 本文写作的目的仅在于为教育与科研领域从事 FLUENT 使用或研究的人员提供帮助，无任何商业目的； 3. 对本文在教育与科研领域的转移、存储、复制，本文作者不提供基于任何商业目的或有损于原文版权所有者的利益、形象等权益的帮助或便利； 4. 若对译文的发布有异议，请与清洁能源论坛联系。 www.ceclub.cn

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

3. 点击 Run 按钮如果可执行程序不在你的搜索目录下，你可以在点击 Run 之前指定完全的文件名。读 Case 文件指定解算器版本：启动时如果未指定版本（在命令行输入 fluent），将会出现前面所看到的控制台窗口，在 File/Read/Case.. 或者 File/Read/Case & Data..菜单中择适当的 case 文件或者 data 文件，我们就可以启动适当的版本了。（详细内容型参阅“读写 case 和 data 文件”部分）。当然也可以在版本的文本菜单中用 read-case 或者 read-case-data 命令。File/Read/Case & Data...菜单或者 read-case-data 命令中读入的 case 和 data 文件具有相同的名字，而且扩展名分别为.cas 和.dat.。在 Windows NT 中启动 FLUENT 有几种方法，下面做一介绍 Windows NT 4.0 中有两种方法启动 FLUENT: 开始菜单——程序菜单——Fluent.Inc（安装时可以改名）菜单——点击 FLUENT 6 在 MS-DOS 命令提示符中键入 fluent 2d、fluent 3d、fluent 2ddp 或者 fluent 3ddp 启动相应版本。需要注意的是，进行上述步骤之前你要设定用户环境以便于 MS-DOS 可以找到 fluent。你可以遵照如下做法：选择程序组的"Set Environment"，该程序会将 Fluent.Inc 目录加入到你的命令搜索行。在 MS-DOS 命令提示符中你也可以启动并行 FLUENT。在 n 个处理器上运行并行版本，键入 fluent-version-tn（tn 在 2d, 3d, 2ddp,或者 3ddp 之后)，n 为处理器的个数。比如：fluent 3d -t3 表示在 3 个处理器上运行 3D 版本)，详细内容请参阅并行处理部分在 Windows NT 3.51 上运行：有两个方式启动 FLUENT 鼠标双击 FLUENT 5 程序图标 MS-DOS 方式的方法同上启动选项启动解算器之前要想知道版本信息，你可以键入 fluent –help 命令，下面是该命令的选 following argument passed to fluent, 项：格式：fluent [version] [-help] [options] options： -cl -cxarg -cx host:p1:p2 connect to the specified cortex process, -driver [ gl | opengl | null | pex | sbx | x11 | xgl ], following argument passed to cortex, sets the graphics driver (available drivers vary by platform), show environment variables, run without gui or graphics, run without gui, run without graphics, this listing, read the specified journal file, disable checks for valid license file and server, run a post-processing-only executable, write project x start and end times to license log, -env -g -gu -gr -help -i journal -nocheck -post -project x -r -rx -v -vx list all releases, specify release x, list all versions, specify version x,

no execute, following argument passed to fluent host, -n -hcl -loadx start compute nodes from host x, -manspa manually spawn compute nodes, -ncl -px -pathx -tx following argument passed to fluent compute node, specify parallel communicator x, specify root path x to Fluent.Inc, specify number of processors x, 在 Windows NT 系统中，只有-driver, -env, -gu(有限制), -help, -i journal, -r, -rx, -v, -vx, 和-tx 可用。前三个选项是用来指定 FLUENT 和 Cortex 的声明的。Cortex 为用户提供界面和 FLUENT 图形窗口的程序。选项-cx host:p1:p2 只用于手动启动解算器的情况。如果你输入 fluent –driver，你可以指定解算期间的图形驱动器（如：fluent -driver xgl）。输入 fluent –env 将会在 FLUENT 运行之前列出所有环境变量。命令 fluent –g 将会运行 Cortex 而没有图形窗口与图形用户界面。如果你不是用 X-Windows 显示或者你想提交一份批处理任务这一选项十分有用。命令 fluent –gu 将会运行 Cortex 而没有图形用户界面。命令 fluent –gr 将会运行 Cortex 而没有图形。(在 Windows NT 系统中，命令 fluent –gu 会以图标的形式运行 FLUENT，如果你去图标化，就会得到图形用户界面。这一选项用于和-i journal 选项连接以后台模式处理任务要启动解算器并立即读入日志文件，输入 fluent -i journal，journal 为所要读入的日志文件名。选项-nocheck 加速了启动过程但不检查许可证服务器是否运行。这一功能在你知道许可证服务器已经运行时或者你根本就不想启动许可证服务器时（比如说：你根本就没有权力启动它）是很有用的。命令 fluent –post 将会运行一个解算器的版本，它可以允许你设定问题，或者进行后处理过程，但是不允许你进行计算。选项-project x 允许你对每一个工程分别记录 CPU 的时间。如果通过键入-project x（x 是工程的名字）开始一项工作，与 CPU 事件有关的信息会记录在许可证管理的 log 文件中。要确定某项工程的 CPU 时间，将 license.log 文件中的 USER CPU 和 SYSTEM CPU 值加起来即可。输入 fluent version –r（其中 version 为版本号），将会列出指定版本的所有版本号。选项 fluent –rx 运行 FLUENT 的 x 版本。当然你也可以输入 fluent –v 此时可以列出所有的版本号，然后指定版本。你可以输入 fluent –n 或者在任何其它的连接词中使用-n 选项，来查看可执行程序在哪里而不必运行它。剩下的选项是和并行计算有关的。选项-hcl 用于通过 FLUENT 主机过程的声明，选项-ncl 用于通过 FLUENT 计算节点的声明，选项-loadx 用于远程前端机器的并行机器上启动并行计算节点过程，选项-manspa 用于取消默认的计算节点过程产生，选项-px 指定了并行通信装置 x 的使用，其中 x 是运行于多处理器 UNIX 机器上的任何一个通信装置，选项-pathx 指定了 Fluent.Inc 安装的根目录，选项-tx 指定了所使用的 x 处理器，关于启动并行版本的 FLUENT 的更多信息，请参阅解算器的并行版本的启动。解算器中用户可以选择的输入选择解的格式 FLUENT 提供三种不同的解格式：分离解；隐式耦合解；显式耦合解。三种解法都可以在很大流动范围内提供准确的结果，但是它们也各有优缺点。分离解和耦合解方法的区别

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