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FLUENT UDF应用实体教程
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& && && && && && && && && && & 网格对于网格和几何体的要求：1，对于轴对称的几何体，对称轴必须是x轴。2，gambit 能生等角的或非等角的周期性的边界区域。另外，可以在fluent中通过make-periodic文本命令来生成等角的周期性的边界区域。 网格质量：1．&&节点密度和聚变。对于由于负压强梯度引起的节点脱离，以及层流壁面边界层的计算精度来说，节点浓度的确定是很重要的。对于湍流的影响则更重要，一般来说任何流管都不应该用少于5个的网格元素来描述。当然，还要考虑到计算机的性能。2．&&光滑性。相邻网格元素体积的变化过大，容易引起较大的截断误差，从而导致发散。Fluent 通过修正网格元素的体积变化梯度来光滑网格。3．&&元素形状。主要包括倾斜和纵横比。一般纵横比要小于5：1。4．&&流场。很倾斜的网格在流动的初始区域是可以的，但在梯度很大的地方就不行。由于不能实现预测该区域的存在，因此要努力在整个区域划分优良的网格。 单/双精度解算器1，&&如果几何体为细长形的，用双精度的；2，&&如果模型中存在通过小直径管道相连的多个封闭区域，不同区域之间存在很大的压差，用双精度。3，&&对于有较高的热传导率的问题和对于有较大的面比的网格，用双精度。4大多数情况下 ，单精度求解器高效准确，但是对于某些问题使用双精度求解器更加适合。1）几何图形长度相差太多：细长管道2）几何图形是由很多层小直径管道包围而成（汽车的集管）平均压力不大，但是局部区域压力可能相当大3）很大热传导或者高比率网格的成对问题 l&&CHECK后要注意是否存在的最小体积为负数，要是有负数要更改单元，以减少求解区域的非物理离散l&&残差变化曲线图由上向下逐渐减少的趋势表明计算具有收敛的可能
模型l&&多相流模型(泥浆流，气泡，液滴，颗粒负载流，分层自由面流动，气动输送)1 VOF模型（volume of fluid）该模型通过求解单独的动量方程和处理穿过区域的每一流体的容积比来模拟两种或者三中不能混合的流体，典型应用包括流体喷射；流体中气泡运动，气液界面的稳态和瞬态处理等。需要一种或者多种不互相融流体间的交界面时可以采用这种模型。应用：活塞流，分层/自由面流动局限：只能使用压力基求解器只有一相可压缩必须有流体存在不能同时计算周期流动问题不能使用二阶稳式的时间格式不能同时计算组分混合和反应流动问题不能用于无粘流动不能用于并行计算中的追踪粒子壁面壳传导不能和这个模型同时计算 2 Mixture 模型该模型用于模拟各相有不同。速度的多相流，但是嘉定了在短空间尺度上局部的平衡。典型的应用包括沉降，气旋分离器、低载荷作用下的多粒子流动、气象容积率很低的泡状流。应用：对于离散相混合物或者单独的离散相体积率超过10%的气泡、液滴和粒子负载流动；均匀流动的气动输送局限：只能使用压力基求解器只有一相可压缩不能同时计算周期流动问题不能用于无粘流动在模拟气穴现象时候，不可以使用大涡流模拟模型多重参考系MRF与此模型同时使用不能使用相对速度公式不能喝固体避免的热传导模拟同时使用不能用于并行计算和颗粒轨道模拟组份混合和反应流动的问题不能和此模型同时使用不能使用二阶稳式的时间格式 3eulerian 模型这三个模型中最复杂的模型。该模型可模拟多相分流及相互作用的相，与离散相模型中eulerian-lagrangian方案只用于离散相不同，在多相流模型中eulerian可用于模型中的每一相，相对于第二种，计算域较小应用：对于离散相混合物或者单独的离散相体积率超过10%的气泡、液滴和粒子负载流动；粒子流，流化床，泥浆流和水力输送，沉降局限：k- 模型能用于紊流颗粒跟踪只与主相相互作用不能同时计算周期流动问题不能用于 模拟和凝固的过程不能用于无粘流动不能用于并行计算和颗粒轨道模拟不允许存在压缩流动不考虑热传输相同的质量传输只存在于气穴问题中，在蒸发和压缩过程中是不可行的不能使用二阶稳式的时间格式 l&&热传导& &通过求解能量方程，可以计算流体和固体区域之间的传热问题1define-models-energy2如果是粘性流动，执行define-models -viscous3定义热边界条件define-boundary conditions&&热流量、温度、对流热传导、外部辐射、外部辐射和外部对流热传导4定义热传导材料属性define-materials&&温度极限：solve-controls-limitsl&&浮力驱动流动和自然对流（加热流体，而且流体密度对这温度变化时候，流体会由于重力的原因而导致的密度的变化。这种流动现象被称为自然对流或者混合对流）1define-models-energy2define-operation conditons选择重力选型3如果使用不可压理想气体定律，需要在操作条件面板中检查操作的压力的数值为非0值 l&&粘性模型 && &&进行无粘流计算
&& &&层流模拟
&&Spalart-allmaras&&1针对于大网格的低成本端流模型，适用于模拟中等复杂的内流和外流以及压力梯度下的边界层流动（螺旋桨，翼型，机身，导弹和船体等）&&2用于求解动力涡粘输送方程，不必要去计算和局部剪切层厚度相关的常速尺度
&&标准&&k-& &&&&&鲁棒性最好，优点和缺点非常明确，适用于初始迭代、设计选型和参数研究RNG k-& &&&适用于设计快速应变、中等涡和局部转捩（lie）&&的复杂剪切流动eg边界层分离，块状分离，涡的后台阶分离室内通风Realizable k-& &&&与前一个性能累死，但是计算精度优于它
&&标准k-& &&&&&在模拟近壁面边界层，自由剪切和低雷诺数流动时性能最好。可以用于模拟转捩和逆压梯度下的边界层（空气动力学中的外流模拟和旋转机械）；2壁面约束流动和自由剪切流动SST k-& &&&与标准型类似，但是对壁面距离的依赖使得他不适合用于模拟自由剪切流动；2近壁面区有更加好的精度和算法稳定性
&&雷诺应力&&最好的基于雷诺平均的端流模型，避免各项同性涡粘性假设，需要更多的CPU时间和内存消耗，适用于模拟强旋转流和复杂的三维流动eg飓风流动，燃烧室高速旋转流，管道中二次流 &&分离涡模拟&&改善了大涡模拟的近壁处理&&，比大涡模拟更加实用，可以模拟大雷诺数的空气动力学流动
&&混合长度模型&&零方程模型，模拟简单的流动，计算量小大涡流模型模拟瞬态的大尺度涡，通常和F W H噪音模拟联合使用V2F端流模型与标准k-& &&&相似，但结合了近壁端流各向异性和非局部压力应变效应
l&&辐射模型 define-modals-radiation火焰辐射传热、表面辐射传热、导热、对流与辐射的耦合问题、采取、通风等
l&&组分模型define-modals-species
1通用有限速率模型2非预混合燃烧模型，主要用于模拟端流扩散火焰设计3预混合燃烧模型，主要用于完全预混合的燃烧系统4部分预混燃烧模型用于非预混合燃烧和完全预混燃烧结合的系统5该模型用于预混、非预混及部分预混火焰
l&&离散相模型define-modals-discretephase用于预测连续相中优于端流漩涡作用对于颗粒造成的影响，离散相的加热或者冷却，液滴的蒸发与沸腾、崩裂与合并，模拟煤粉5燃烧等l&&凝固和融化define-modals-solidification&melting要求给出mushy zone constant，一般在10^4---10^7之间材料定义define-materials边界条件define-boundary conditions《
流动入口和出口1，& & 使用流动边界条件。一共有始终相关的条件：1，速度入口边界条件，定义进口边界的速度和标量性质。2，压力入口边界条件：定义进口边界的总压和其他的标量值。3，质量流动入口边界条件：用于在可压缩流中表示进口的质量流量。在不可压流中不需要，因为密度一定时，速度边界就确定了该值。4，压力出口边界条件用于表示流动出口处的静压和其他标量（当存在回流时）。此时用它代替流出物边界条件能够提高迭代的收敛性！5，压力远场边界条件：用于模拟一个具有自由流线的可压缩流动在无穷远处的指定了马赫数和静力条件的情况。6，流出物边界条件用于模拟流动出口处的速度和压力边界条件都不知道时的情况。这种情况在出口处的流动接近完全发展的流动状态是比较合适，该条件假设在出口的法向方向除了压力外其他的流动变量的梯度都是0。不适用于压缩流的计算。7，进口泄口的边界条件用于模拟在进口处有指定的流动损失系数，流动方向，周围总压和温度的有泄口的进口条件。8，进气风扇边界条件：用于模拟一个外部的进气风扇，有指定的压力上升，流动方向和周围的总压和温度。9，出口泄口边界条件：出口处的泄口边界条件，但是要求指定静压和温度。10，排气风扇边界条件：出口处的风扇边界，要求指定静压。。》 l&&单项流中，（质量守恒方程）该源项为0 1）入口边界条件压力入口:需要输入驻店总压，驻点总温，流动方向，静压，端流参数，辐射参数，化学组分质量百分比，混合分数和变化，程序变量，离散相边界条件，次要相的体积分数在计算喷管热燃气流场时，可以给出压力入口条件，其中需要输入的主要参数有总压、静压、总温等，用于压力已知质量入口：需要输入质量流速和质量流量，总温，降压，流动方向，端流参数，辐射参数，化学组分质量百分数，混合分数和变化，发展变量，离散相边界条件可用于可压流动规定入口的质量流速。在模拟冷却通道内的流动时候，通常在冷却剂流量已知的情况下，可以给出质量入口条件。由于入口边界上的质量流量给定，入口压力在计算的收敛过程中是变化的。如果冷却剂在冷却通道内的流动时认为不可压缩的或者是弱压缩，则可以用速度入口代替质量流量入口速度入口：需要输入速度大小与方向或者速度分量，旋转速度，温度，outflow gauge pressure for calculations with the coupled solvers,端流参数，辐射参数，化学组分质量百分数，混合分数和变化，发展变量，离散相边界条件，二级相的体积分数用于定义流动入口边界的速度和标量。在这个边界条件中，流动总的驻点的属性不是固定的，所以无论什么时候提供流动速度描述，他们都会增加的。这一边界条件适用于不可压流动，如果用于可压流动则会导致非物理结果，这是允许驻点条件浮动。不要让速度入口靠近固体妨碍物，否则会导致流动入口煮点属性具有太高的非一致性。进气口;用于模拟具有制定的损失系数，流动方向以及周围入口环境总压合纵纹进气口& && & 需要输入总压，总温，流动方向，静压，端流参数，辐射参数，化学组分质量百分数，混合分数和变化，发展变量，二级相的体积分数，损失系数进气扇：用于模拟外部进气扇，具有指定的压力跳跃，流动方向以及周围进气口）总压和总温的外部进气扇流动& && & 需要输入总压，总温，流动方向，静压，端流参数，辐射参数，化学组分质量百扥书，呼和分数和变化，发展变量，离散相边界条件，二级相的体积分数，压力跳跃2）压力出口压力出口：需要再出口边界处指定静压。静压值的指定值用于亚音速流动。如果当地流动变为超音速，则不再使用指定压力，此时压力要从内部流动中推导，所有其他的流动属性都从内部推到。在燃气流场和冷却通道的计算中，都可以使用出口压力边界条件。该条件需要给定出口边界上的静压强，如果当地速度超过音速，则需要根据来流 外推 出口边界条件无穷远压力边界：在计算某些外流场时候，可以给出去穷远处压力边界条件，该边界适用于理想气体定律计算密度的问题，在边界上需要给出静压，温度和马赫数质量出口：出气口边界条件，用于模拟出气口，具有指定的损失系数以及周围环境的静压及静温排气扇边界条件，用于模拟外部排气扇，具有指定的压力跳跃以及周围环境的静压决定端流参数，在入口，出口或者远场边界流入流域的流动3）对称边界条件具有一定几何特征的物理模型，可取其部分进行计算，例如，轴对称喷管可以取半根冷却通道进行计算，截取后的中间平面给出对称边界条件设置求解参数& &选择压力与速度求解耦合的算法& &Equation在求解过程中可以点击某个方程来关闭Limits&&一般来说不要改变默认值 l&&设置监视参数solve-monitor-residual，勾选plot绘制残差图，有大变小有可能说明收敛l&&流场初始化solve-initialize-initialize，compute from 选择特定区域名称，再点击初始化 后处理 fluxes显示流量fores边界上的作用力、projected areas计算投影面积surface integral计算表面积分和体积分
Histogram直方图
contours等值线和云图vectors速度矢量pathlines显示轨迹
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你可能喜欢引言；FLUENT是用于模拟具有复杂外形的流体流动以及；对于大梯度区域，如自由剪切层和边界层，为了非常准；FLUENT是用C语言写的，因此具有很大的灵活性；在FLUENT中，解的计算与显示可以通过交互界面；程序结构；该FLUENT光盘包括：FLUENT解算器；pr；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；MSC/ARIES,MS
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。
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.geometry几何.properties道具
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
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version
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可以在选择解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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