Fluent基礎Fluent_入門基礎培訓主要內容發展歷史基本功能軟件結構及常用文件類型安裝方法（基于6.3版本）基本概念求解器的選擇離散格式初始化邊界條件的設定可用的參考資料Fluent_入門基礎培訓發展歷史1975年謝菲爾德大學（UK）開發了Tempest1983年美國的流體技術服務公司creature推出fluent1988年FluentInc.成立1995年收購最大對手FDI公司（

FIDAP）1997年收購Polyflow公司（粘彈性和聚合物流動模擬）2006年被ANSYS收購在被ANSYS收購后為6.3版本2009年6月發布12.0版本2010年底發布13.0版本2011年底發布14.0版本Fluent_入門基礎培訓基本功能（1）可壓縮與不可壓縮流動問題；穩態和瞬態流動問題；無粘流、層流及湍流問題；牛頓流體及非牛頓流體；對流換熱問題（包括自然對流和混合對流）；導熱與對流換熱耦合問題；輻射換熱；慣性坐標系和非慣性坐標系下的流動問題模擬；Fluent_入門基礎培訓基本功能（2）多運動坐標系下的流動問題；化學組分混合與反應；可以處理熱量、質量、動量和化學組分的源項；用Lagrangian軌道模型模擬稀疏相（顆粒，水滴，氣泡等）；多孔介質流動；一維風扇、熱交換器性能計算；兩相流問題；復雜表面形狀下的自由面流動。Fluent_入門基礎培訓軟件結構及常用文件類型（1）FLUENT包應該包括以下幾個部分：FLUENT解法器prePDF，用于模擬PDF燃燒過程GAMBIT，網格生成TGrid，額外的處理器，用于從現有的邊界網格生成體網格。Filters(Translators)，轉換其它程序生成的網格，用于FLUENT計算。可以接口的程序包括：ANSYS,I-DEAS,NASTRAN,PATRAN等。Fluent_入門基礎培訓軟件結構及常用文件類型（2）GAMBIT設置幾何形狀生成2D或3D網格其它軟件包，如CAD，CAE等FLUENT網格輸入及調整物理模型邊界條件流體物性確定計算結果后處理TGrid2D三角網格3D四面體網格2D和3D混合網格prePDFPDF查表2D或3D網格幾何形狀或網格PDF程序網格邊界和（或）體網格邊界網格基本程序結構示意圖Fluent_入門基礎培訓軟件結構及常用文件類型（3）FLUENT軟件文件類型：.jou文件：日志文檔，可以編輯運行。.dbs文件：Gambit工作文件，若想修改網格，可以打開進行再編輯,可以打開進行再編輯。.msh文件：Gambit輸出的網格文件。.cas文件：.msh文件經過Fluent處理后得到的文件。.dat文件：FLUENT計算數據結果的數據文件。

Fluent_入門基礎培訓安裝方法Fluent最初只支持UNIX操作系統，面向高端用戶。隨著Windows的普及，Fluent也開始支持Windows系統。但其前處理軟件Gambit仍然需要在UNIX系統下運行。所以在安裝Gambit前，要安裝一個模擬UNIX系統的軟件Exceed。基于Fluent6.3的軟件安裝及破解方法：1.安裝之前，時間調整到2005年；2.先裝exceed（安裝文件在X:\Exceed.v9.0\Exceed\SETUP），再裝gambit，最后裝fluent；3.按照提示，復制相應的許可證license到fluent和gambit的目錄里；4.設置初始環境；5.設置完初始環境之后，把時間調整過來，重啟電腦！Fluent_入門基礎培訓基本概念（1）理想與實際流體：根據是否考慮流體的粘性，可將流體分為理想流體和實際流體。可壓縮流體與不可壓縮流體：根據流體壓縮性的大小，可將流體分為可壓縮流體與不可壓縮流體。密度隨壓強變化大且不可視為常數的為可壓縮流體，反之，稱為不可壓縮流體。

正常情況下，液體和低速氣體（<50m/s）可視為不可壓縮流體。牛頓流體和非牛頓流體：根據流體是否滿足牛頓內摩擦定律，可將流體分為牛頓流體和非牛頓流體。符合牛頓內摩擦定律，也就是切應力與速度梯度成正比的流體為牛頓流體。水、酒精等大多數純液體、輕質油、低分子化合物溶液以及低速流動的氣體等均為牛頓流體；非牛頓流體：油漆、稀潤滑脂、高分子溶液、乳化液、淀粉糊、石灰漿、牛奶、牙膏、血液、泥漿等。Fluent_入門基礎培訓基本概念（2）層流和湍流：層流是流體運動規則，各部分分層流動互不摻混，質點的軌線是光滑的，而且流動穩定。湍流的特征則完全相反，流體運動極不規則，各部分激烈摻混，質點的軌線雜亂無章，而且流場極不穩定。這兩種截然不同的運動形態在一定條件下可以相互轉化。可用雷諾數進行判定。雷諾數是流體慣性力與黏性力比值的量度，它是一個無量綱量。

雷諾數較小時，黏滯力對流場的影響大于慣性力，流場中流速的擾動會因黏滯力而衰減，流體流動穩定，為層流；反之，若雷諾數較大時，慣性力對流場的影響大于黏滯力，流體流動較不穩定，流速的微小變化容易發展、增強，形成紊亂、不規則的紊流流場。Fluent_入門基礎培訓基本概念（3）定常流動和非定常流動：以時間為標準，根據流體流動的物理量（如速度、壓力、溫度等）是否隨時間變化，將流動分為定常與非定常兩大類。當流動的物理量不隨時間變化，為定常流動；反之稱為非定常流動。許多流體機械在起動或關機時的流體流動一般是非定常流動，而正常運轉時可看作是定常流動。Fluent_入門基礎培訓基本概念（4）亞音速流動與超音速流動：當氣流速度很大，或者流場壓力變化很大時，流體就受到了壓縮性的影響。馬赫數是流體速度與當地音速之比值，而音速在不同高度、溫度等狀態下又有不同數值，因此無法將Ma的數值換算為固定的km/hr或mph等單位。Ma<1時，為亞音速流動；Ma<<1時，流體的可壓縮性及壓力脈動對密度變化影響都可以忽略;Ma≈1時候（跨音速），可壓縮性影響就顯得十分重要了；Ma>1，超音速流動。Fluent_入門基礎培訓基本概念（5）熱傳導及擴散：當流體中存在溫度差時，溫度高的地方將向溫度低的地方傳送熱量，這種現象稱為熱傳導。同樣地，當流體混合物中存在組元的濃度差時，濃度高的地方將向濃度低的地方輸送該組元的物質，這種現象稱為擴散。理想流體忽略了粘性，即忽略了分子運動的動量輸運性質，因此在理想流體中也不應考慮質量和能量輸運性質——擴散和熱傳導，因為它們具有相同的微觀機制。Fluent_入門基礎培訓基本概念（6）有旋流動和無旋流動：有旋流動是指流場中各處的旋度(流體微團的旋轉角速度)不等于零的流動，無旋流動是指流場中各處的旋度都為零的流動。流體運動是有旋流動還是無旋流動，取決于流體微團是否有旋轉運動，與流體微團的運動軌跡無關。流體流動中，如果考慮粘性，由于存在摩擦力，這時流動為有旋流動：如果粘性可以忽略，而流體本身又是無旋流，這時流動為無旋流動。例如，均勻氣流流過平板，在緊靠壁面的附面層內，需要考慮粘性影響，因此，附面層內為有旋流動，附面層外的流動，就性可以忽略，為無旋流動。Fluent_入門基礎培訓求解器選擇（1）FLUENT求解器：

(1)FLUENT2d

——二維單精度求解器；(2)FLUENT3d

——三維單精度求解器：(3)FLUENT2ddp

——二維雙精度求解器；(4)FLUENT3ddp

——三維雙精度求解器。Fluent_入門基礎培訓求解器選擇（2）FLUENT中有兩種求解器–壓力基和密度基。壓力基求解器以動量和壓力為基本變量通過連續性方程導出壓力和速度的耦合算法只采用隱式方式對控制方程進行線性化壓力基求解器有兩種算法分離求解器–壓力修正和動量方程順序求解。耦合求解器(PBCS)–壓力和動量方程同時求解

用哪種壓力梯度來計算控制方程中的導數項。Fluent_入門基礎培訓求解器選擇（3）壓力基求解器通過連續性方程和動量方程導出壓力方程或壓力修正方程壓力-速度耦合方程求解算法Semi-ImplicitMethodforPressure-LinkedEquations(SIMPLE)默認算法，穩健性好SIMPLE-Consistent(SIMPLEC)對簡單問題，收斂更快，如層流Pressure-ImplicitwithSplittingofOperators(PISO)對非穩態流動或者高扭曲度網格有用Coupled壓力基耦合求解器Fluent_入門基礎培訓求解器選擇（4）密度基耦合求解器以矢量方式求解連續性方程、動量方程、能量方程和組分方程通過狀態方程得到壓力其他標量方程按照分離方式求解DBCS可以顯式或隱式方式求解隱式:使用高斯賽德爾方法求解所有變量顯式:用多步龍格庫塔顯式時間積分法。Fluent_入門基礎培訓求解器選擇（5）Fluent_入門基礎培訓求解器選擇（6）Fluent_入門基礎培訓求解器選擇（7）壓力基求解器應用范圍覆蓋從低壓不可壓縮流到高速壓縮流需要的內存少求解過程靈活壓力基耦合求解器

(PBCS)適用于大多數單相流，比分離求解器性能更好不能用于多相流（歐拉）、周期質量流和NITA比分離求解器多用1.5–2倍內存密度基耦合求解器(DBCS)適用于密度、能量、動量、組分間強耦合的現象例如:伴有燃燒的高速可壓縮流動，超高音速流動、激波干擾隱式方法一般優于顯式，因為其對時間步有嚴格的限制顯式方法一般用于流動時間尺度和聲學時間尺度相當的情況（如高馬赫激波的傳播）Fluent_入門基礎培訓離散格式（1）在對指定問題進行CFD計算之前，首先要將計算區域離散化，即對空間上連續的計算區域進行劃分，把它劃分成許多個子區域，并確定每個區域中的節點，從而生成網格。然后將控制方程在網格上離散，即將偏微分方程格式的控制方程轉化為各個節點上的代數方程組，然后求解離散方程組，得到各個節點上的解。節點之間的近似解，一般認為光滑變化，原則上可以應用插值方法確定，從而得到整個計算域上的近似解。這種插值方式被稱為離散格式（discrezitationscheme）Fluent_入門基礎培訓離散格式（2）Fluent_入門基礎培訓離散格式（3）對流項的插值方法有:First-OrderUpwind–易收斂，一階精度PowerLaw–對低雷諾數流動(

Recell<5)比一階格式更精確Second-OrderUpwind–尤其適用流動和網格方向不一致的四面體/三角形網格，二階精度，收斂慢MonotoneUpstream-CenteredSchemesforConservationLaws(MUSCL)–對非結構網格，局部三階精度，對二次流、旋轉渦、力等預測的更精確QuadraticUpwindInterpolation(QUICK)–適用于四邊形/六面體以及混合網格，對旋轉流動有用，在均勻網格上能達到三階精度Fluent_入門基礎培訓離散格式（4）Fluent_入門基礎培訓離散格式（5）為了得到擴散通量、速度導數，以及高階離散格式，都需要求解變量的梯度單元中心的變量梯度由以下三種方法得到:Green-GaussCell-Based–可能會引起偽擴散Green-GaussNode-Based–更精確，更少偽擴散，建議對三角形/四面體網格采用Least-SquaresCell-Based–建議對多面體網格采用，精度和屬性同Node-based面上的梯度用多級泰勒級數展開求得Fluent_入門基礎培訓離散格式（6）使用分離算法時，計算面上壓力的插值方法有:Standard–默認格式，對于近邊界的沿面法向存在大壓力梯度流動，精度下降（如果存在壓力突變，建議改用PRESTO!）PRESTO!–用于高度旋流，包括壓力梯度突變（多孔介質，風扇模型等）或者計算域存在大曲率的面Linear–當其他格式導致收斂問題或非物理解時使用Second-Order–用于壓縮流，不適用多孔介質、風扇、壓力突變以及VOF/Mixture多相流BodyForceWeighted–用于大體積力的情況，如高瑞利數自然對流或高旋流Fluent_入門基礎培訓離散格式（7）Fluent_入門基礎培訓初始化（1）FLUENT要求所有的求解變量有初始值更真實的初值能提高收斂穩定性，加速收斂過程.有些情況需要一個好的初值在特定區域對特定變量單獨賦值自由射流（噴射區高速）燃燒問題（高溫激活反應）單元標注（自適應）Fluent_入門基礎培訓FMG初始化（2）FullMultiGrid(FMG)能用來創建更好的初場FMG初始化對包括大的壓力梯度和速度梯度的復雜流動有用在粗級別網格上求解一階歐拉方程可用于壓力基或密度基求解器，但限于穩態問題啟動FMG初始化壓力基求解器:/solve/init/fmg-initialization密度基求解器:當選擇密度基求解器后在GUI里可見

FMG在粗網格上用多重網格求解通過TUI命令來設置

/solve/init/set-fmg-initializationFluent_入門基礎培訓邊界條件的設定（1）速度進口邊界條件（velocity-inlet）：給出進口速度及需要計算的所有標量值。該邊界條件適用于不可壓縮流動問題。Fluent_入門基礎培訓邊界條件的設定（2）壓力進口邊界條件（pressure-inlet）：壓力進口邊界條件通常用于給出流體進口的壓力和流動的其它標量參數，對計算可壓和不可壓問題都適合。壓力進口邊界條件通常用于不知道進口流率或流動速度時候的流動，這類流動在工程中常見，如浮力驅動的流動問題。壓力進口條件還可以用于處理外部或者非受限流動的自由邊界。壓力邊界條件的設置如圖，其中第一項的表壓強與絕對壓強，參考壓強有如下關系：Operatingpressure輸入：Define—>operatingconditionsFluent_入門基礎培訓邊界條件的設定（3）表壓operatingpressure壓力水平operatingpressure絕對壓力真空如果流動是亞聲速的，則會忽略Supersonic/InitialGaugePressure，它是由指定的駐點值來計算的。這里給出的表壓強的大小，是入口邊界上的總壓。Fluent_入門基礎培訓邊界條件的設定（4）質量流量進口邊界條件(mass-flow-inlet)：給定入口邊界上的質量流量。主要用于可壓縮流動問題，對于不可壓縮問題，由于密度是常數，可以使用速度入口條件。如果壓力邊界條件和質量邊界條件都適合流動時，優先選擇用壓力進口條件。壓力出口邊界條件(pressure-outlet)：需要給定出口靜壓（表壓）。而且，該壓力只用于亞音速計算。如果局部變成超音速，則根據前面來流條件外推出口邊界條件。需要特別指出的是，這里的壓力是相對于前面給定的工作壓力。如果有回流出現，給的表壓將視為總壓，所以不必