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Fluent 重要说明摘记

作者:高考题库网
来源:https://www.bjmy2z.cn/gaokao
2021-02-06 05:34
tags:

-

2021年2月6日发(作者:延期)


Fluent


重要说明摘记





01




fluent


简单算例


21



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。



对于大梯度区域,< /p>


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。



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,< /p>


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



?


< /p>



/


气能量的产生和环境应用

< p>


?



航天和涡轮机械的应用



?



汽车工业的应用



?



热交换应用




?



电子


/H V


AC/


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





当你决定使

< br>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

< p>
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

< p>
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:

< br>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?

< br>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



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


< br>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。





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


在于,


连 续性方程、


动量方程、


能量方程以及组分方程的解的步骤不同,


分离解是按顺序解,


耦合解是同时解。两种解法都是最后解附加 的标量方程(比如:湍流或辐射


)


。隐式解法和


显式解法的区别在于线化耦合方程的方式不同。


详情请参阅相关章节。



分离解以前用于


FLUENT 4

< p>


FLUENT/UNS


,耦合显式解以前用于< /p>


RAMPANT


。分离


解以前是用于不可 压流和一般可压流的。


而耦合方法最初是用来解高速可压流的。


现在,



种方法都适用于很大范围的流动


(


从不可压到高速可压


)


,但是计算 高速可压流时耦合格式比


分离格式更合适。


< br>FLUENT


默认使用分离解算器,但是对于高速可压流(如上所述)

< p>
,强体积力导致的强


烈耦合流动


(


比如浮力或者旋转力


)



或者


在非常精细的网格上的流动,


你需要考虑隐式解法。

< p>
这一解法耦合了流动和能量方程,


常常很快便可以收敛。

< br>耦合隐式解所需要内存大约是分离


解的


1.5

< p>


2


倍,选择时可以通过这一性能来权衡利弊。< /p>


在需要隐式耦合解的时候,如果计


算机的内存不够就可以采用分离 解或者耦合显式解。


耦合显式解虽然也耦合了流动和能量方


程, 但是它还是比耦合隐式解需要的内存少,但是它的收敛性相应的也就差一些。



注意:


分离解中提供的几个物理模型,


在耦合解 中是没有的:


多项流模型;


混合组分


/ PDF


燃烧模型


/


预混合燃烧模型


/Pollutant


formation

models/


相变模型


/Rosseland

< p>
辐射模型


/


指定质


量流周 期流动模型


/


周期性热传导模型。




网格检查是最容易出的问题是网格体积为负数。


如果最小体积是负数你就需要修复网格


以减少解域的非物理离散。你可以在< /p>


Adapt


下拉菜单中选中


Iso-Va lue...


来确定问题之所在,


其它关于网格检查的信息请参 阅“网格检查”一章。



分离解算器是


FLUENT


默认的解算器,


FLUENT

中默认物理模型是层流流动,






02




fluent


用户界面


22



Windows NT


系统独有的页 面设置面板功能:


在图形显示窗口的


system


菜单中点击


Page


Setup..


菜单,弹出页面设置面板如下:





第一个


Color

< br>:允许你选择是否使用彩色图



第二个

< br>Color


:选择彩色图形



Gray Scale


:选择灰度比例图



Monochrome


:选择黑白图



Color Quality


:允许你指定图形的色彩模式



True Color



< p>
创建一个由


RGB


值定义的图,这假定了你的打印 机或者显示器有至少


65536


个色彩或无限色彩。

< p>


Mapped Color


:用色彩图创建图形 ,这对于只有


256


色的设备是一个不错的选择



Dithered Color


:用


20


个或更少的色彩创建一个颤动图



Clipboard Formats




允许你选择所需格 式复制到剪贴板。


图形窗口的大小会影响剪贴板图


形的尺寸。要 得到最好的结果最好是调节图形窗口的尺寸并用


Windows


剪贴板查看器检查剪贴板图形。



Bitmap


:图形窗口以位图形式复制



DIB Bitmap


:是一个与设备有关的图形窗口位图复制



Metafile


:是一个


Windows


图元文件



Enhanced Met afile


:是一个


Windows


增 强图元文件



Picture Format


:允许你指定光栅和矢量图



Vector



创建矢量图,这一格式在打印时有很高的清晰度,但是一些大的


3D


图可能会花很


长时间来打印



Raster



创建光栅图,这一格式在打印时有相对较低的清晰度,但是一些大的


3D

< p>
图可能会


花较少时间来打印




Printer Scale %


: 控制打印图形覆盖页面的范围,减少尺度会有效的增加图形页面的空白。



Options


:包括控制图形其它属性的选项



Landscape


Orientation


(Printer)


:指定图形的方向。如果选上改选项,图形将会在前景< /p>



landscape


)模式中形成,否 则是在肖像(


portrait


)模式下形成。改选项只在输出 时应用。



Reverse


Fore ground/Background


:如果选定就会使图形的前景和背景颜色互换。这 一功能可


以使你复制白前景黑背景的图为黑前景白背景。









03




fluent


文件的读写




读入新的网格文件



用特定网格设定完


case


文件之后,你可以将新网格 与已知边界条件,材料属性,解参


数等结合。


这一功能一般用于 产生比正在使用更好的网格,


此时你不用重新输入所有的边界


条 件,材料属性和参数。只要新网格和原来的网格有相同的区域结构即可




新旧网格应该具有同一区域,


并具有 相同的顺序,


否则会有警告出现,


因为相容性可能会造


成边界条件的问题。在文本界面使用


file/reread- grid


命令读入新网格



在进行网格 适应的时候必须保存新的


case


文件和


data


文件,否则新的


data


据 文件将和


case


文件不符。如果你不保存一个更新的


case



data


文 件,


FLUENT


会给出警告。



自动保存


Case


文件和

< br>Data


文件




在计算过程中一般是需要自动保存文件的,否则因为断电等故障可能造成计算前功尽

< br>弃。


FLUENT


允许我们在计算时设定间隔保存文件。 这一功能在时间相关计算时是非常有


用的,因为它使得我们不必中断计算来保存结果。对 于定常问题也可以使用自动保存功能,


从而可以检验迭代过程中不同状态的解

< p>


点击菜单


File/wite/utosave ...


,弹出下图:




Figure 1:


自动保存


Case /Data


面板



在这个面板中必须设 定保存频率和文件名,


保存频率的默认值是零,


也就是说默认没 有自动


保存。



定常流是在迭代中指定 保存频率,


非定常流是在时间步中指定保存频率


(若使用显式时


间步进法也是在迭代中设定保存频率)


。如果保存频率是


10


,那么在定常计算中每迭代


10


步保存一次。


FLUENT


自动保存不同的文件 类型,用后缀来区分


.cas



dat



gz


或者


. Z


。所有


自动保存的设置都存在


cas e


文件中。




读入


FLUENT/UNS



RAM PANT



Case


文件和

< p>
Data


文件




FLUENT/UNS 3



4


以及


RAMPANT 2, 3,



4


中创建的


case


文 件可以和目前的


case



件按相同的 方式读入。如果读入的是


FLUENT/UNS


创建的


case


文件,


FLUENT


将会在解


控制面板种选择分离解。如果读入的是


RAM PANT


创建的


case


文件,


FLUENT


将会在解控


制面板种选择耦合显 式解。



FLUENT/UNS


4< /p>


以及


RAMPANT4


中创建的


Data


文件可以按相同的方式读入到


FLUE NT


中。




导入


FLUENT


4



Case


文件,点击菜单


F ile/Import/FLUENT


4


Case...< /p>


出现对话框,选


择所需文件。


FLUEN T


将只读入


FLUENT


4


case


文件的网格信息和区域类型,读入文件之

后你必须指定边界条件,模型参数,材料属性等信息。




导入


FIDAP 7 Neutral


文件,点击菜单


File/Import/FIDAP7...


,弹出对话框,选择所需文


件。


FLUENT

< br>将只读入


FIDAP7...


文件的网格信息和区域类型 ,读入文件之后你必须指定边


界条件,模型参数,材料属性等信息。



用户输入




要开始日志文件进程,请选择菜单:


File/Write/Start Journal...


在文件选择对话框中输入 文件名之后,


日志记录就开始了,


Start Journal...


选项也变成了


Stop


Journalmenu





退




序< /p>






Stop


Journal














(< /p>


File/Write/Stop Journal




你可以在点击菜单


File/Read/Journal..


之后在选择文件对话 框中读入日志文件。


日志文件


通常是在主文本菜单(最上层菜单 )中加载,而不管你在哪一个文本菜单层。



创建


Transcript


文件




Transcript


文件包含了< /p>


FLUENT


标准输入输出的完全记录(通常是键盘和图形用户界 面


的输入和屏幕的输出)


。在


tran script


文件中,


GUI


命令是作 为


Scheme


代码行来记录的。


FL UENT


将所有的键入和图形用户界面的输入以及文本窗口的输出记录下来作为


transcript


文件。



Transcript


文件对程序的进程作了记录以便于将来的参考。因为它们 包括消息以及其它


输入,所以它并不像日志文件,它不可以重新读入到程序中。




注意:在记录时,只有一个


transcript


文件可以打开,但是你可以同时写日志文件和

< p>
transcript


文件。当


transcri pt


记录正在运行时,你也可以读入日志文件。




用户输入




要启动


transcripting


进 程,请选择


File/Write/Start


Transc ript...


菜单。在选择文件对话框


中输入文件名之后,< /p>


transcript


记录过程就开始了,而且

< br>Start


Transcript...


按钮就会变成


Stop


Transcriptmenu

按钮。点击


Stop Transcript


按钮或者退出 程序就会结束


transcript


进程。




轮廓文件的读写



< br>边界轮廓用于指定解域的边界区域的流动条件。


例如,


它 们可以用于指定入口平面的速


度场。




读入轮廓文件



点击菜单


File/Read/Profile...


弹出 选择文件对话框,你就可以读入边界轮廓文件了。




写入轮廓文件



你也可以在指定边界或者表面的条件上创建轮廓文件。


例如:


你可以在一个算例的出口


条件中创建一个轮廓文件,


然后在其 它算例中读入该轮廓文件,


并使用出口轮廓作为新算例


的入口轮 廓。



要写一个轮廓文件,你需要使用


Write Profile


面板


(Figure 1)


,菜单:


File/Write/Profile...



Figure 1:Write Profile


面板



1.


保留


Define New Profiles


的默认选项。



2.


选择表面,你想要在该表面上获取表面列表中的轮廓的数据



3.


选择变量,你想要在该值列表中创建轮廓



4.


点击


Write...


按钮,并在选择文件对话框中输入轮廓文件的名字。


< br>FLUENT


会保存表面上数据点的网格坐标,以及这些位置上所选定变量的值。 当你将轮廓


文件读入到解算器中时,


表面名将会是轮廓名,


值的名字将是在边界条件控制面板的下拉菜


单中出现的流场(


field


)名。



如果你在将轮廓读入时对边界轮廓进行了修改


(比如:


你将原轮 廓再定位产生一个新的


轮廓)


,或者你想将不同的轮廓文件用于 一个


case


文件,你可以选择


Wri te Currently Defined


Profiles


选项然后点击


Write...


按钮。所有目前定义的轮廓都 会保存在选择文件对话框中你所


指定的文件中。不管你什么时候需要将该文件读入到解算 器中,这个文件都可以读入




写边界条件网格



< br>你可以将边界区域


(表面网格)


写进一个文件中。


该文件可用


TGrid


读入来产生体网格。< /p>


如果你对其它网格生成程序产生的网格不满意,你就会发现这项功能很有用。点击菜单


File/Write/Boundary Grid...


打开选 择文件对话框,你就可以将边界网格写入。






04




fluent


单位系统




需要强调的是


FLUENT


内部使用的是国际单位,所以单位的转换仅仅是将内部的数值


转换到你所 需的界面。




需要注意


FLUENT


输入的单位和剩下问题单位的设定是不同的。必须在如下的定义 中


使用国际单位而不管你所使用的单位系统



?



边界特征



?



源项


(< /p>


参阅质量、动量、能量和其他源项的定义


)


?



自定义流场函数



?



外部创建


XY


图形文件的数据



?



自定义函数



在定义材料属性时,


所采用的是指定温度相关多项式或者分段多项式函数,


请记住函数< /p>


中的温度总是


Kelvin


或者


Rankine


单位。


如果你使用的是


Celsius



Kelvin


作为你的温度单


位,那么多项式的系数必须是


Kelv in


;如果你使用


Fahrenheit


或者


Rankine


作为你的温度单


位,你必须使用


Rankine


作为输入单位。关于温度相关的 材料属性请参阅“用温度相关函数


定义属性”一节。



网格文件的单位



< br>一些网格文件允许我们对网格尺度定义一组单位。然而,当你将网格读入


FLUE NT



时候,


它总是将长度单位假定为 米,


如果不是这样你就需要标度网格,


具体内容请参阅


“标


度网格一节”





确定


FLUENT

< br>中的单位系统




FLUENT


提供


British, SI, CGS,


单位系统。这些单位系统之间可以相互转换,


转换方法是在设定单位面板中的


Set All To


选项中 确定所要单位。菜单


Define/Units...




Figure 1:


单位设定面板



英制单位点击


british


按钮;国际单位点击


si< /p>


按钮;


CGS (centimeter-gram-secon d)


单位点



cgs

< br>按钮;回到默认单位,点击


default


按钮。默认单 位和国际单位相似,但角度单位是


度而不是弧度。


点击某一按钮 之后单位系统马上就转换了,


如果不想定义任何单位关闭面板


就 可以了。改变单位后,所有后来输入的单位都参照新的单位系统。




自定义单位系统


< br>如果你想自己定义一个与上面所述四钟单位都不同的单位,


你可以用单位设定面板 选择


可选单位或者指定自己的单位名称及相关转换因子。




列出当前单位


在定义一个或多个数量的单位之前,


你可能想要列出当前单位,

那么你只需要点击单位


设定面板上的


List


按钮,


FLUENT


就会在文本窗口中列出当前的所 有量以及它们的单位、


转换因子和偏移量。




改变某一量的单位



FLUENT


允许改变个别变量的单位。当你使用某一设定单位,但是想改变某 一量或者


少数几个量的单位时这一功能是很有用的。


比方说你想 要使用国际标准单位,


但是图形的尺


寸是英寸。


你就可以选择国际标准单位然后将长度单位从米转换到英寸。


具体转换步骤如下 :



1.


在数量列表中选定某一数量( 它们是按照字母排序的)



2.


选择新的单位


< br>像上面的例子,你在数量列表中选择长度,然后选择所需单位。转换因子马上更新为


0.0254 meters/inch


。如果新的单位有非零偏移量,偏移量也会随 之更新。例如你使用国际单


位作为温度的单位,但是现在用华氏温度取代开尔文温度,转 换因子将会变成


1


,偏移量将


会变成< /p>


273.15


。选定数量和新单位后,单位的改变就已经完成了, 不需要再做其它的工作。



定义新的单位



对某一数量定义新的单位步骤如下:



1.


在单位设定面板选定需要修改单位的量


< br>2.


点击


New...


按钮,出 现下图






Figure 1:


单位定义按钮


< /p>


3.


输入新单位的名字,转换因子以及偏移量


4.


点击


OK

< br>之后,新单位就出现在单位设定面板了



比如:


你想要使用小时作为时间单位,


你只需在数量列表中选择时间然后点击按 钮,



现单位定义面板,输入转换因子


3600


,点击


OK


即可。

< p>


在定义新单位时,


转换因子都是相对国际单位的 如果你想定义速度单位为


feet/min


你就可以

< p>
按照下式计算转换因子:


x


义了。





ft

< br>0


.


3048


m


min


m


?


?


?


y


,至此你也就知道转换因子的含

< br>min


ft


60


s


s



05




fluent


网格




网格拓扑结构


FLUENT


是非结构解法器,它使用内部数据结构来为单元和表面网格点分配顺序 ,以


保持临近网格的接触。因此它不需要


i


j



k


指数来确定临近单元的位置。解算器不会要求


所有的网格结构和拓扑类型,


这使我们能够灵活使用网格拓扑结构来适应特定的问题。


二维


问题,可以使用四边形网格和三角形网格,三维问题,可以使用六面体、四面体,金字塔形


以及楔形单元,具体形状请看下面的图形。


FLUENT

可以接受单块和多块网格,以及二维


混合网格和三维混合网格。另外还接受


FLUENT


有悬挂节点的网格(即并不是所有单元都

< br>共有边和面的顶点)


,有关悬挂节点的详细信息请参阅“节点适应”一节。非一致 边界的网


格也可接受


(即具有多重子区域的网格,


在这个多重子区域内,


内部子区域边界的网格节点


并 不是同一的)


。详情请参阅非一致网格






Figure 1:


单元类型



选择适当的网格类型



FLUENT< /p>


在二维问题中可以使用由三角形、四边形或混合单元组成的网格,在三维问


题中可以使用四面体,六面体,


金字塔形以及楔形单元,


或者两种单元的混合。网格的选择


依赖于具体的问题,在选择网格的时候,你应该考虑 下列问题:



?



初始化的时间



?



计算花费



?



数值耗散



初始化的时间



很多实际问题是具有复杂几何外形的,


对于这些问题采用结构网格或块结构网格可能 要


花费大量的时间,


甚至根本无法得到结构网格。


复杂几何外形初始化时间的限制刺激了人们


在非结构网格中使用三角形网格和 四面体网格。


然而,


如果你的几何外形并不复杂的话,



种方法所耗费的时间没有明显差别




如果你已经有了结构网格代码如


FLUENT


4


生成的网格,那么在


FLUENT

< br>中使用该网


格会比重新生成网格节约大量的时间。这一特点也刺激了人们在


FLUENT


仿真中使用四边


形网格和六面体 网格。注意:


FLUENT


有一个格式转换器允许你从其它程序 中读入结构网


格。




计算花费




当几何外形太复杂或者流动的长度尺度太大时,


三角形网格和四面体网格所生成的单元< /p>


会比等量的包含四边形网格和六面体网格的单元少得多。


这是因为 三角形网格和四面体网格


允许单元聚集在流域的所选区域,


而四 边形网格和六面体网格会在不需要加密的地方产生单


元。


非结构 的四边形网格和六面体网格为对于一般复杂外形提供了许多三角形和四面体网格


的优点。



四边形和六边形单元的一个特点就是它们在某些情况下可以允 许比三角形


/


四面体单元


更大的比率。 三角形


/


四面体单元的大比率总会影响单元的歪斜。因此,如果 你有相对简单


的几何外形,


而且流动和几何外形很符合,


比如长管,


你就可以使用大比率的四边形和六边


形单元。这种网格可能会比三角形


/


四面体网格少很多单元。




数值耗散




多维条件下主要的误差来源就是数值耗散又被称为虚假耗散< /p>


(之所以被称为虚假的,



因为耗散并不 是真实现象,而是它和真实耗散系数影响流动的方式很类似)





关于数值耗散有如下几点:



?



当真实耗散很小时,即对流占主导 地位时,数值耗散是显而易见的。



?



所有的解决流体问题的数值格式都会有数值耗散,这是因为数值耗散来源于截断误差,< /p>


截断误差是描述流体流动的离散方程导致的。



?



FLUENT

中所用的二阶离散格式可以帮助减少解的数值耗散的影响。



?



数值耗散量的大小与网格的分辨率 成反比。


因此解决数值耗散问题的一个方法就是精化


网格。



?



当流动和网 格成一条直线时数值耗散最小(所以我们才要使用结构网格来计算啊)



最后一点和网格选择最有关系。很明显,使用三角形


/


四面体网格流动永远不会和网格


成一条直线,


而如果几何外形不 是很复杂时,


四边形网格和六面体网格可能就会实现流动和


网格 成一条线。


只有在简单的流动,


如长管流动中,


你才可以使用四边形和六面体网格来减


少数值耗散,而且在这种情况下使用四边 形和流面体网格有很多优点,因为与三角形


/


四面


体网格相比你可以用更少的单元得到更好的解。



在 计划解决你的问题的开始,应该注意下面的几何图形设定以及网格结构的必要条件。



?



对于轴对称图形来说,必须定义笛 卡尔坐标系的


x


轴为旋转轴



(Figure 1).



Figure 1:


轴对称图形必须以


x


轴为中线



?



周期性边界条件要具有周期性网格 ,虽然


GAMBIT



TGrid


能够产生真正的周期性边


界,


但是


GeoMesh


和大多数


CAD


软件包是无法产生周期性边界条件的。


如果下面的条


件 需要满足的话,


TGrid


提供了


Ge oMesh


和大多数


CAD


软件产生的 三角形表面网格生


成周期性边界的功能。



1.



周期及其内部在它们的边界曲线上有相同的节点分布。



2.



周期及其内部的节点与常数平动因子和转动因子有关。



详情请见


GAMBIT


TGrid


的帮助文件。



如果你 用


GeoMesh


和大多数


CAD


软件产生四边形网格和六面体网格,


你必须保证在周


期性区域内的网格是相同的。然后便可以在


FLUENT


中使用


make-periodic


命令建立周期性


边界。详细内容请参阅“创建周期性区域”一节。


(

你能够在解算器中对三角形或四面体网


格创建周期性边界条件而不用上面所述的


TGrid


来创建


)


网格质量




网格质量对计算精度和稳定性有很大的影响。


网格质量包括:


节 点分布,光滑性,


以及


歪斜的角度(


s kewness






节点密度和聚集度




连续性区域被离散化使得流动的特征解


(剪切层,


分离区域,


激波,


边界层 和混合区域)


与网格上节点的密度和分布直接相关。


在很多情况 下,


关键区域的弱解反倒戏剧化的成了流


动的主要特征。比如: 由逆压梯度造成的分离流强烈的依靠边界层上游分离点的解。




边界层解


(即网格近壁面间距)


在计算 壁面剪切应力和热传导系数的精度时有重要意义。



一结论在层 流流动中尤其准确,网格接近壁面需要满足:



y


p


其中


< /p>


u


?


?


1



v


x


< p>
临近单元中心到壁面的距离;


u


?


=


自由流速度




v


=



体的动力学粘性系数




X


=


y

< br>p


=



从边界层起始点开始沿 壁面的距离。


上面的方程基于零攻角层流流动的


Blasius



[139]




网格的分辨率对于湍流也十分重要。


由于平均流动和湍流的 强烈作用,


湍流的数值计算


结果往往比层流更容易受到网格的影 响。


在近壁面区域,


不同的近壁面模型需要不同的网格


分辨率。



一般说来,


无流动通道应该用少于


5


个单元来描述。


大多数情况需要更多的单元来完全


解决。


大梯度区域如剪切层 或者混合区域,


网格必须被精细化以保证相邻单元的变量变化足


够小。


不幸的是要提前确定流动特征的位置是很困难的。


而且在 复杂三维流动中,


网格是要


受到


CPU


时间和计算机资源的限制的。在解运行时和后处理时,网格精度提高,

< br>CPU


和内


存的需求量也会随之增加。自适应网格技术可 用于在流场的发展基础上提高和


/


或减少网格

< br>密度,并因此而提供了网格使用更为经济的方法。




光滑性




临 近单元体积的快速变化会导致大的截断误差。


截断误差是指控制方程偏导数和离散估


计之间的差值。


FLUENT


可以改变单元 体积或者网格体积梯度来精化网格从而提高网格的


光滑性




单元的形状




单元的形状


(包括单元的歪斜和比率 )


明显的影响了数值解的精度。


单元的歪斜可以定


义为该单元和具有同等体积的等边单元外形之间的差别。


单元的歪斜太大会降 低解的精度和


稳定性。比方说:四边形网格最好的单元就是顶角为


90


度,三角形网格最好的单元就是顶


角为

< br>60


度。比率是表征单元拉伸的度量。正如在计算花费一节所讨论的,对于各向异 性流


动,


过渡的比率可以用较少的单元产生较为精确的结果。< /p>


但是一般说来应该尽量避免比率大



5: 1





流动流场相关性



分辨率、光滑性、单 元外形对于解的精度和稳定性的影响强烈的依赖于所模拟的流场。


例如:


在流动开始的区域可以忍受过渡歪斜的网格,


但是在具有大流动梯度的区域这一 特点


可能会使得整个计算无功而返。


因为大梯度区域是无法预先 知道的,


所以我们只能尽量的使


整个流域具有高质量的网格。< /p>




GAMBIT


网格文件



你可以使用


GAMBIT


创建二维和三维结构


/


非结构


/


混合网格 。


详细内容请参阅


GAMBIT


建模向导,并将你的网格输出为


FLUENT


5


格式。所有的这样的网格都可以直接读入到


FLUE NT


,菜单:


File/Read/Case...



使用


fe2ram

< br>转换器转换文件




如果你打算 手动转换


CAD


文件然后再读入到


FL UENT


,你可以输入下面的命令:



tfilter fe2ram [dimension] format [zoning] input-file output-file


其中方括号括起 来的是可选内容(输入时不要加方括号)


。维数表示数据表的维数。

-d2


表示网格是二维的。如果不输入维数则默认为三维网格。格式表示你要转换文 件的格式


-tANSYS


表示


ANSY S


文件,


-tIDEAS


表示


I-DEAS


文件,


-tNASTRAN


表示


NASTRAN



件,


-tPATRAN


表示


PA


TRAN


文件。要检查文件是否是从任何其它的

CAD


软件包转换来的


请输入:


t filter fe2ram -cl



help

< p>


Zoning


表示


CA D


软件包有多少个区域被标识。


-zID


表示区


域被正确标识,


-zNONE


表示忽略所有的区域组。对于被分组的网格区域,


zoning


向不需要


输入任何东西,因为这种情况是默认的。


input- file



output-file


分 别为需要转换的文件和转


换后的文件名。


例如,


你要将二维


I-DEAS


体 网格文件



转换为



你就需要键入下面


的命令:


tfilter fe2ram -d2 -tIDEAS





非一致网格





FLUENT


中可能会遇到具有非一致边界的区域组成的网 格。也就是说,两个字区域


的交界处网格节点位置并不相同。


F LUENT


处理这类网格的技巧和滑移网格模型的技巧相


同,虽 然这类网格并不滑移。




非一致网格计算



< br>要计算非一致边界的流动,


FLUENT


必须首先计算组 成边界的界面区域的交叉点。交


叉点产生了一个内部区域,在这个内部区域内,两个界面 区域重叠


(



Figure


1)


。如果一个


界面区域超出了另一个界面区域


(



Figure

< br>2)



FLUENT


将会在两个 区域不重叠的地方创建


一个或两个附加的壁面区域。




Figure 1:


完全重合网格界面交叉点




Figure 2:


部分重合网格界面交叉点



主要解决的 方法在于,流过网格交接面的计算是使用两个界面区域交叉点的表面结果,


而不是交界面 区域表面。在


Figure 3


的例子中,界面区域由面


A-B



B-C


、< /p>


D-E



E-F


组成。


这些区域的的交界面产生了面


a-d


d-b



b-e


以及


e-c



产生在两个单元 区域的重叠处的面


(d-b,


b-e,

以及


e-c)


被分组形成一个内部区域,

< br>剩下的面


(a-d)


形成壁面区域。

要计算通过界面流入


到单元


IV


的 话,面


D-E


就被忽略了,而面


d-b



b-e


被使用,它们分别将信息从 单元


I



III


带入到单元


IV


中。





Figure 3:


二维非一致网格界面



非一致网格的所需条件与限制:



?



如果两个交界面的边界具有相同的 几何形状,


网格界面可以是任何外形


(包括三维中的

< p>
非平面表面)


。如果网格中有尖锐的特征(比如


9 0


度的角)


,交界面的两边都应该遵从


这一特征。



?


如果创建的是非一致边界分隔的区域组成的多重单元区域构成的网格,


你必须保证每 一


单元区域在非一致边界有清楚的界面。


相邻单元区域的表面区 域将会具有相同的位置和


外形,但是其中一个会符合一个单元区域,另一个会符合另一个 单元区域。


(


注意:此


时也可能为每一 个单元区域创建一个独立的网格文件,然后将它们合并。


)



?



必须定位网格文件以便它在两边都 有流体单元。


在流体和固体区域的交界处不能够有非


一致边界。



?



在创建 非一致界面之前,所有的周期性区域必须正确定向(平移或旋转)



?



对于三维问题,如果界面是 周期性的,在相邻界面只能有一对周期性边界




使用非一致


FLUENT/UNS



RAMPANT


算例请参阅


FLUENT/UNS



RAMPANT


启动

的相关内容。





FLUENT


中使用非一致网格




如果你的多重区域网格包括非一致边界,你必须遵循下面的步 骤(首先要保证网格在


FLUENT


中可用)以保证

< p>
FLUENT


可以在你的网格上获取一个解。



1.



将已经合并后的网格读入


FLUENT



(如果还没合并请参阅有关网 格合并的内容)





2.




网< /p>









< p>
















界< /p>







Define/Boundary Conditions...




3.



在网格界面面板中定义非一致网格界面


(Figure 1)


,菜单为


Define/Grid Interfaces...





Figure 1:


网格界面面板



1.



在网格界面区域输入界面的名字。



2.



在界面区域的两个列表中制定组 成网格界面的两个界面区域。


注意:


如果你的一个界面


区域比另一个小,你应该把较小的界面指定为界面区域一以提高交界面计算的精度。



3.



对于周期性问题,点击界面类型选框以使其他类型无效。



4.



点击创建按钮来创建新的网格界面



如 果两个界面区域没有完全重合,


检查边界的非重叠部分的边界区域类型。


如果边界类型不


对,你可以用边界条件改变它。如果你创建的网格界面不正确, 可以选中然后删除它


(


此时


界面创建所 产生的任何边界区域都会被删除


)


。然后你可以像通常一样处理 问题的设定。




检查网格




FLUENT


中的网格检查提供了区域扩展、体积统计、网格拓扑结构和周期性边界的信


息,单一计算的确认以及关于


X


轴的节 点位置的确认(对于轴对称算例)


。蔡单为:


Grid/Che ck


。注意:我们推荐读入解算器之后检查网格的正确性,以在设定问题之前检查任


何网格错误。




网格检查信息



网格检查信息会出现在控制台窗口。下面是一个例子。



Grid Check



Domain Extents:





x-coordinate: min (m) = 0.000000e+00, max (m) = 6.400001e+01





y-coordinate: min (m) = -4.538534e+00, max (m) = 6.400000e+01



V


olume statistics:





minimum volume (m3): 2.782193e-01





maximum volume (m3): 3.926232e+00







total volume (m3): 1.682930e+03



Face area statistics:





minimum face area (m2): 8.015718e-01





maximum face area (m2): 4.118252e+00



Checking number of nodes per cell.



Checking number of faces per cell.



Checking thread pointers.



Checking number of cells per face.



Checking face cells.



Checking face handedness.



Checking element type consistency.



Checking boundary types:



Checking face pairs.



Checking periodic boundaries.



Checking node count.



Checking nosolve cell count.



Checking nosolve face count.


Done.


< /p>


区域范围列出了


X


Y



Z


坐标的最大值最小值,单位 是米。体积统计包括单元体积


的最大值、


最小值以及总体积,< /p>


单位是立方米。


体积为负值表示一个或多个单元有不正确的


连接。通常说来我们可以用


Iso-Value Adaption< /p>


确定负体积单元,并在图形窗口中察看它们。


进行下一步之前这些 负体积必须消除。



拓扑信息首先是每一单元的面和节点数。< /p>


三角形单元应该有三个面和三个节点,


四面体

单元应该有四个面和四个节点,


四边形单元应该有


四个面< /p>


和四个节点,


六面体单元应该有六


个面和 八个节点。



下一步,


每一区域的旋转 方向将会被检测,


区域应该包含所有的右手旋向的面。


通常有< /p>


负体积的网格都是左手旋项。在这些连通性问题没有解决之前是无法获得流动的解的。



最后的拓扑验证是单元类型的相容性。


如 果不存在混合单元


(三角形和四边形或者四面体和


六面体混合)



FLUENT


会确定它不需要明了单 元类型,


这样做可以消除一些不必要的工作。



对于轴对称算例,



x


轴下方 的节点数将被列出。


对于轴对称算例来说


x

轴下方是不需


有节点的,


这是因为轴对称单元的体积是通过 旋转二维单元体积得到的,


如果


x


轴下 方有节


点,就会出现负体积。



对于具 有旋转周期性边界的解域,


FLUENT


会计算周期角的最大值 、最小值、平均值


以及规定值。通常容易犯的错误是没有正确的指定角度。对于平移性周 期边界,


FLUENT


会检测边界信息以保证边界确实是周期性 的。



最后,证实单一计算。


FLUE NT


会降解算器所建构的节点、面和单元的数量与网格文件的


相 应声明相比较。任何不符都会被报告出来。




网格统计报告



网格读入到


FLUENT


中之后有几种方法报告它的信息, 你可以报告当前问题的内存使


用信息,


网格的尺寸,

< p>
网格分割的统计也可以报告一个区域接一个区域的单元和表面的统计


数据。





网格尺寸




点击菜单


Grid/Info/Size

你可以输出节点数、表面数、单元数以及网格的分区数。网格


的分区是并行处理所需 要的功能。



下面是一个输出的结果



Grid Information


Level





Cells





Faces





Nodes




Partitions






0








48








82








35













1


如果你对于不同区域内有多少节 点和表面被分开有兴趣,请点击菜单


Grid/Info/Zones


如果你用的是耦合显式解,将会在每个网格层面的信息。网格层面的信息源于


F AS


多重网


格加速方法所产生的粗糙网格层面。下面是一个输出 结果:



Grid Information


Level





Cells





Faces





Nodes




Partitions






0








48








82








35













1






1








18








52









0













1






2









7








37









0













1






3









3








27









0













1






4









1








20









0













1



网格区域信息



点击菜单


Grid/Info/Zones


你可以在控制台 窗口输出每一区域的节点、表面和单元的信


息。


网格区域信息包 括节点总数,


以及对于每一个表面和单元区域来说的表面和单元数、


元的类型,边界条件类型,区域标志等。下面是一个网格区域信息的例子:



Zone sizes:





21280 hexahedral cells, zone



4.







532 quadrilateral velocity- inlet faces, zone



1.







532 quadrilateral pressure- outlet faces, zone



2.






1040 quadrilateral symmetry faces, zone



3.






1040 quadrilateral symmetry faces, zone



7.





61708 quadrilateral interior faces, zone



5.






1120 quadrilateral wall faces, zone



6.





23493 nodes.



划分(


Partition


)统计




获取划分统计的信息请点击菜单

< p>
Grid/Info/Partitions menu item.




统计包括单元数,


表面数,


界面数和与每一划分相邻的划分数。


注意我们也可以在划分


网格面板点击输出划分按钮生成这个报告。



修改网格




网格被读入之后有几种方法可以修改它。

你可以标度和平移网格,


可以合并和分离区域,


创建或切开 周期性边界。


除此之外,


你可以在区域内记录单元以减少带宽。


还可以对网格进


行光滑和交换处理。并行处理时还可以分割网格 。



注意:不论你何时修改网格,你都应该保存一个新的


case


文件和数据文件(如果有的


话)


。如果你还想读入旧的


data


文件,也要 把旧的


case


保留,因为旧的数据无法在新的


case


中使用。




标度网格




FLUENT


内部存储网格的单位是米——长度的国际单位。网格读入时她回假定网格的


长度单位是米,


如果你创建网格是使用的是其它长度单位,


你必须将网格的标度改为米。



体内容可以 参阅单位系统一章。



标度也可以用于改变网格的物理尺寸,< /p>


虽然这不是单位系统设计的初衷,


但是,


我们的


确可以适当的使用单位系统来改变网格的尺寸,


具体的方 法,


相信每一个聪明人都猜得到了


吧。


注意:


无论你打算以何种方式标度网格,


你必须在初始化流场或 开始计算之前完成网格


的标度。在你标度网格时,任何数据都会无效。点击菜单


Grid /Scale...


,出现下面的面板:




Figure 1:


标度网格面板



使用标度网格面板步骤如下:



1.



在下拉列表中,


选择适当的在被创建网格中的厘米、


毫米、


英寸和英尺 的缩写来标明单


位。标度因子会自动被设为正确值(比如


0.0 254



/


英寸或者

< br>0.3048



/


英尺)如果你


所用的单位不再列表中,你可以手动自己输入标度因子(比如米


/


码的因子)




2.



点击


S cale


按钮。区域范围会被自动更新并以单位米输出正确的范围。如果还是宁愿在


FLUENT


进程中使用最初的单位,你可以标度网格面板改变单位




3.


< /p>


正如第二步中使用网格标度面板所提到的,


当你不改变单位标度网 格,


你只是转换网格


点的最初尺寸,


转 换方法就是网格坐标乘以转换因子。


如果你想要在最初的单位下工作

而不将单位改为米,


你可以在设定单位面板中点击改变长度单位按钮。


点击按钮之后区


域范围就会被更新以表明最初单位的范围。这一单位在将来输 入的时候将一直使用!



如果你使用了错误的标度因子,


偶然点击了标度按钮两次或者就是想重新标度,


你可以


点击


UnScale


按钮。


< /p>


用标度因子去除所有的节点坐标。


(


在创 建的网格中选择


m


并且点击


Scale


按钮将不会重新标度网格。


)



你也可以使用网格标度面板改变网格的物理尺寸。例如,你的网格是


5


英寸×


8


英寸,你可


以设定标度因子为


2


得到


10


英寸×


16


英寸的网格。




平移网格




你可以指定节点的笛卡尔坐标的偏移量来平移网格。


如果网格是通过旋转得到的而不是


经过原来的网格得到的,


这将对旋转问题很必要。


对于轴对称问题,


如果网格 的设定是由旋


转设定而与


x


轴不一致那 么这对旋转问题也很必要。


如果你想将网格移到特定的点处


(如 平


板的边缘)来画一个距


x


轴有一定距 离的


XY


图。



点击菜单


Grid/Translate


弹出平移网格面板( 下图)可以平移网格:




Figure 1:


平移网格面板



使用平移网格面板平移网格步骤如下:



1.



输入偏移量(可以是正负实数)



2.



点击平移按钮,下面的区域范围不可以在这个面板中改变。




合并区域



为了简化解的过程你可能会将区域合并为一个区域。


合并区域包括将具有相似类型的多重 区


域合并为一个。将相似的区域合并之后,会使设定边界条件以及后处理会变得简单。< /p>



点击菜单


Grid/Merge...


弹出合并网格面板如下:




Figure 1:


合并区域面板



什么时候合并区域




FLUENT


允许你将相似类型的区域合并为一个。除非区域的数量已经限制了 设置的速


度以及数值分析的后处理,


否则区域合并是不必要的。


例如:


对于大量的区域设定相同的边


界 条件会消耗很多时间而且会消除不相容性。


除此之外,


数据的后 处理通常包括使用区域生


成表面的过程,大量的区域被转换成大量的表面,每一个表面都 需要设定各种类型的选项,


如颜色等值线,


这会消耗大量的时间 。


幸好现在我们可以将表面合并从而尽量减小太多区域


造成的负 面影响的而高后处理过程的效率。



虽然合并区域很有用但是有 些情况下你就是需要保持大量的区域。


这是因为合并区域的


过程 是不可逆的,大量的区域使得强制(


imposing


)边界条 件的设定更灵活。虽让大量的区


域会使得表面的选择单调乏味,


但是在表现网格和流场解的时候有更多的选择。


例如,


产生


内部流场解可能很难,


如果外部流域是由几个区域组成,

< p>
这些区域的网格的相关子集可以随


着解一起画出来以提供几何外形和解域的 相关性。



使用合并区域面板将相同类型的区域合并为一个的步骤如下:



1.



在多重区域列表选择区域类型。


这一列表中包多重区域的所有类型。


当你选择区域类型


之后,相应的区域就会在区域列表中出现。



2.



在区域列表中选择选择两个以上的区域



3.



点击合并按钮,合并所选区域



注意: 一定要记住保存新的


case


文件和数据文件(如果数据文件存 在)





分割区域




FLUENT


中有几种方法来将单一表面或者单元区域分为多个同一类型的单元。如果你


想将一个区域分为几个更小的区域你就可以使用这个功能。


例如 :


对管道创建网格时,


你创


建了一个壁 面区域,


而这些壁面区域在不同的位置有不同的温度,


你就需要 将这个壁面区域


分为两个以上的小区域。


如果你想用滑动网格模 型或多重参考坐标来解决问题,


但是你忘记


了为具有不同滑动速 度的流体区域创建不同的区域,你就需要将这个区域分割。



注 意:在任何分割处理之后你都应该保存一个新的


case


文件。 如果数据文件存在当分


割开始时它们会自动分配到适当的区域,所以你要保存新的数据文 件





表面 区域有四种分割方法,


单元区域有两种分割方法。


下面先介绍表 面区域的分割方法,


然后是单元分割工具的介绍。


周期区域的裁 剪将在后面介绍。


注意:


所有的分割方法在你决


定分割之前都可以报告分割的结果。





分割表面区域




对于有尖角的几何区域,


在具有明显 角度的基础上我们很容易分割表面区域。


由角度大


于或等于特定 角度的具有法向矢量的表面会和小于特定角度的表面分为不同的区域。例如,


你有一个由 立方体组成的网格,


立方体的所有六个边都在同一壁面区域,


你 可以指定特征角



89


度。

< p>
因为每一立方体的边的法向矢量由相边的法向


90


度分开,


六个边会被分别放在六


个壁面区域。

< br>如果你有一个小的表面区域,


并且想将区域内的每一个表面放到它自己的区域,< /p>


你就可以在表面的基础上通过分割表面实现。


< br>你也可以在保存在适应寄存器中的标号分割表面区域。


比如:

你可以在单元所在区域位


置(区域适应)的基础上为了适应而标记单元,或者在它们 狭窄的边界(边界适应)或者在


一些变量等值线或者在其它的适应方法的基础上标记单元 (有关适应的内容请参阅相关章


节)



当你指定了表面区域分割的寄存器,


所有的被标记的单元表面将会放到同一个新区域。< /p>


(关于你所要使用的寄存器的


ID


,你可 以使用管理寄存器面板来确定)



最后,


你可以在连续性区域的基础上分割表面区域。例如:当你使用耦合边界条件,你


需要区 域内的表面有一致的方向。


一致的方向只能在连续性区域保证,


所以你需要将表面区


域分开以保证指定适当的边界条件。使用角度、表面、适应标志或者 区域来分割表面区域,


请使用分割表面面板


(Figure 1 )


。点击菜单


Grid/Separate/Faces...


有如下面板:




Figure 1:


分离表面区域面板



注意:你应该在使用悬挂节点适应方法(默认)进行任何适应之前,先分割表面区域。< /p>


包含悬挂节点的区域不能分割。



分离表面区域的步骤:



1.



选择分离方法


(Angle, Face,



Mark,


或者


Region)


2.



在区域列表中选择要分离的区域



3.



如果你用表面或者区域分割请跳 到下一步,否则请遵照下面的步骤



?



如果要用角度分割表面,请在角度集合中指定特征角。



?



如果你用标记分割表面,选择在寄 存器列表中选择所要使用的适应寄存器。



4.



(此步可选)在分割之前要检查 分割结果请点击


Report


按钮,出现与下面类似的内容:< /p>




Zone not separated.



45 faces in contiguous region 0



30 faces in contiguous region 1



11 faces in contiguous region 2



14 faces in contiguous region 3



Separates zone 4 into 4 zone(s).


5.


分离表面区域,请点 击


Separate


按钮,


FLUEN T


会输出下列信息:




45 faces in contiguous region 0



30 faces in contiguous region 1



11 faces in contiguous region 2



14 faces in contiguous region 3



Separates zone 4 into 4 zone(s).



Updating zone information ...





created zone wall-4:001





created zone wall-4:002





created zone wall-4:010



done.


当你使用适应标志分割网格时,你有时可能会发现 表面的网格单元会放在错误的表面区域,


你可以用附加的分割方法在角度的基础上解决该 问题而将错误的单元放进新的区域。


然后你


可以将新区域和所要 放的区域结合起来。




分割单元区域



如果你有两个及其以上共用内部边界的被包围的单元区域(如下图)


,但是所有的单 元


被包含在一个单元区域,


你可以用区域分割方法将单元分割为 不同的区域。


注意,


如果共用


边界的类 型是内部类型,你必须在分割之前把它们改为双边表面区域类型。




Figure 1:


在区域的基础上分割单元区域



你也可 以用适应寄存器中的标志分割单元区域。


你可以使用网格适应一章的任何一种适


应方法标记单元。


当你指定了分割单元区域的寄存器之后,


被标记的单元会放在新的单元区



(使用管理寄存器 面板确定你所要使用的寄存器的


ID




要在区域或适应标志的基础上分


割单元区域,请点击菜单:< /p>


Grid/Separate/Cells..


弹出如下面板:< /p>




Figure 2:


分割单元区域面板



注意:你应该在使 用悬挂节点适应方法(默认)进行任何适应之前,先分割表面区域。


包含悬挂节点的区域 不能分割。



分离表面区域的步骤:



1.



选择分离方法

< br>(Mark


或者


Region)


2.



在区域列表中选择要分离的区域



3.



如果你用标志分割区域,在寄存器列表中选择适应寄存器。



4.



此步可选)在分割之前要检查分 割结果请点击


Report


按钮,出现与下面类似的内容:




Zone not separated.



Separates zone 14 into two zones, with 1275 and 32 cells.


5.


分离表面区域,请点击


Sepa rate


按钮,


FLUENT


会输出下 列信息:




Separates zone 14 into two zones, with 1275 and 32 cells.



No faces marked on thread, 2



No faces marked on thread, 3



No faces marked on thread, 1



No faces marked on thread, 5



No faces marked on thread, 7



No faces marked on thread, 8



No faces marked on thread, 9



No faces marked on thread, 61



Separates zone 62 into two zones, with 1763 and 58 faces.



All faces marked on thread, 4



No faces marked on thread, 66



Moved 20 faces from face zone 4 to zone 6



Updating zone information ...



Moved 32 cells from cell zone 14 to zone 10





created zone interior-4





created zone interior-6





created zone fluid-14:010



done.



如上例所示,


单元区域的分离通常也 会表面区域的分割。


如果你用标志分割,


被移到新


区域的表面单元将会放在新的表面区域。


当你用区域分割时,


被移到新区域的表面单元将不


必被放在新的表面区域。如果任何表面被放错,请 参阅分割表面区域一节。




创建周期区域



如果两个区域有相同的 节点和表面分布,


你可以将这对表面区域耦合来为网格分配周期


性。


在前处理过程中,


你必须保证所要分配周期性边界的两个区 域具有相同的几何图形和节


点分布,


也即它们是相互的复制。< /p>


这是在解算器中创建网格周期性区域的唯一需要,


两个区


域的最初边界类型是不相关的。



注意:在创建 和裁剪周期性边界条件之后,保存新的


case


文件(如果有数 据文件也要




)。

< br>要












使














< br>Grid/modify-zones/make-periodic


。你需要指 定组成匹配的成对边界条件的两个表面区域(你


可以输入它们的全名或仅仅是他们的


ID


,并指出它们是旋转性还是平移性边界条件。你指


定周期性区域和该周期的匹配域(


shadow


)的 顺序并不重要。



/grid/modify-zones> mp


Periodic zone [()] 1


Shadow zone [()] 4


Rotational periodic? (if no, translational) [yes] n


Create periodic zones? [yes] yes




computed translation deltas: -2.000000 -2.000000





all 10 faces matched for zones 1 and 4.




zone 4 deleted


Created periodic zones.






当你创 建周期性边界时,


解算器会检查所选区域内的表面是否匹配


(也 就是说相应表面


的节点是否一致)


。表面匹配的公差是表面边缘 最小长度的分数倍。如果周期性边界条件创


建失败,你可以用


m atching-tolerance


命令改变匹配公差,但是匹配公差不可以超过


0.5


,否


则周期性区域匹配将不正确,< /p>


并且会破坏网格。


菜单:


Grid/mo dify-zones/matching- tolerance




< p>
剪裁(


slit


)周期性区域









期< /p>









< p>



使










Grid/modify-zones/slit-periodic



然后你指定周期性区域的名字或者


ID



解算器就会将两个区


域解耦,然后将它们改为两个对称性区域。



/grid/modify-zones> sp


periodic zone [()] periodic-1


Separated periodic zone.



熔合(


Fusing


)表面区域

< p>


在组合多重网格区域之后,


表面熔合是一个很方 便的功能,


它可以将边界熔合将节点和


表面合并。


当区域被分为子区域,


并且每一个子区域分别产生网格时,

< br>你需要在将网格读入


解算器之前,把子区域结合为一个文件。

(


详细内容请参阅多重网格文件一节。比如说:在


你产生多 块网格的每一块并且将它们分别保存在不同的网格文件中,或者在网格生成过程


中,为复 杂几何图形的每一部分保存一个网格文件


(注意:在子区域接触的位置,


网格节点


的位置在边界处不必相同,具体内容请参阅非一致网格一节)


,就需要熔合表面区域。点击


菜单


Grid/F use...


弹出下面面板,允许你将双重节点合并,并将人工内部边界删除。




Figure 1:


熔合表面区域面板



如读入多重网格文 件一节所叙述的,


当网格文件被合并起来时,


双重节点所在的边 界被


分配给区域


ID


号(就像任何其它 边界一样)


。你需要在


tmerge


或 者


TGrid


报告过程中明了


区域的< /p>


ID


号,或者当全部的网格被读入之后,显示所有边界网格区域并 用鼠标指针按钮确


定边界的名字(详细内容请参阅关于鼠标按钮函数信息控制的鼠标按钮 函数)





熔合表面区域所需要输入的东西



熔合表面区域的步骤如下:



1.



在区域列表中选择要熔合的区域。



2.



点击


F use


按钮熔合所选区域。



如果使用 默认公差没有熔合所有适当的表面,你应该增加公差尝试重新熔合。


(

< br>这一公


差和创建周期性区域所讨论的匹配公差一致


)



公差不应该超过


0.5

< br>,


或者你可能熔合了错误


的节点。千万要记住熔合表面之 后保存新文件!





结构网格生成器或解算器读入的网格通常只能是具有凹角分支切口的


O


型或者


C


型网


格,在这 个切口上一致的双重节点在一个周期性边界。因为


FLUENT


使用非结构网格,所


以不必保留人工内部边界。


(


当然你可以保持周期性边界,解算器就会使用周期性边界条件


来解决问题


)




要让周期性 区域自己熔合,


你必须首先裁剪边界区域。


这将会创建可以融合 的对称性区


域。注意:如果你需要熔合非周期性区域的部分和它自己,你必须使用文本命 令:


fuse-face- zones


,菜单:


Grid/modify- zones/fuse-face-zones


。这一命令会提示你确定所要熔合





< p>




ID





< br>输


















使








matching- tolerance


)命令。




剪开表面区域




剪开表面区域功能有两种用途:



?



你可以将任何双边类型的单一边界区域剪开为两个不同的区域。



?



你可以将耦合壁面区域剪开为两个不同的非耦合壁面区域



当你剪开表面区域,


解算器会将除了在区域的二维端点或三维边缘节 点以外的所有的表


面和节点复制。一组节点和表面将会属于剪开之后的一个边界区域,其 它的在另一个区域。


每一个端点的共享节点的唯一坏的影响就是,


当你用裁剪边界图形化显示数据解时,


你会在


那些点处看到一 些错误。


(注意:如果你裁剪完边界之后,你将不能再将边界熔合。



一般说来,


你不必手动剪彩表 面区域。


说边避免会被自动裁剪党仍然保持耦合


(这一耦


合只涉及网格,不涉及热耦合)


。适应过程将这些周期性边界看成耦合 壁面;在一个壁面的


适应导致了在


shadow


处的相同适应。如果你想要独立于壁面的


shadow


适应一个壁面,你


应该裁剪耦合壁面来获得两个不同的壁面。



你不可以混淆剪开表面



和分割表面



命令。剪开表面是指,剪开表面


后附加的表 面和节点被创建并放到新的区域。


分离表面是指新的区域将会被创建,

< br>新的节点


和表面不会被创建,原表面和节点简单的重新分配到区域中。

< p>



剪开表面区域所需要输入的内容




要剪开表面使用下面命令:


Grid/modify- zones/slit-face-zone



指定表面区域的 名字或


ID



解算器会用两个区域替换 原区域。



/grid/modify-zones> slfz


face zone id/name [] wall-4




zone 4 deleted




face zone 4 created




face zone 10 created


千万要记住:剪开表面后记住保存新文件,


case



data


文 件不管有哪个都要保存。




记录流域 (


Domain


)和区域(


Zones




记录区域可以通过重新排列内存的 节点、表面以及单元提高解算器的计算性能。


Grid/Reorder


包含重新记录


domain



zones


的命令,并且能够输出目前网格划分的带宽。


Dom ain


的记录可以提高内存的读写效率,并且可以为用户界面很方便的记录区域。带宽提


供了察看内存中的单元分布。




记录区域菜单:


Grid/Reorder/Domain



最后,


你选择输出带宽菜单,


输出目前网格的划分。


这一命令输出每一网格划分的半带


宽和最大的存储距离。菜单:


Grid/Reorder/Print


Bandwidth


。每次做这些操作时,一定要记


住保存新的文件!




关于记录





Cuthill-McKee


算法被 用于记录过程,来创建区域内种子单元(


seed cell


) 的层次树。


首先使用


Gibbs,



Poole,



Stockmeyer [57]


算法选择一个单元(被称为种子单元)


。然后每一


单元根据它距种子单元的距离被分配给一定的层次。


这些层次被分配 组成层次树。


一般说来,


表面和单元被记录以便于邻近单元在区 域和内存之中是相互靠近的。


因为大多数计算循环是


在表面上的 ,


所以你希望高速缓存中的两个单元在同一时刻,


以减少缓存或 者磁盘扫描的时


间,


也就是说,


你希望 在内存中的单元相互靠近以减少内存存取的时间。


目前的格式记录了

区域内的表面和单元以及内存中的节点、表面和单元。



你 也可以选择记录这些区域,记录的区域首先是区域类型然后是区域的


ID


。使用用户


界面可以很方便地实现区域记录。



使用区域记录的典型输出如下:



>> Reordering domain: zones, cells, faces, done.





Bandwidth reduction = 809/21 = 38.52





Done.


如果你想察看带宽,可以看到如下报告:



Maximum cell distance = 21


带 宽是相邻单元的最大差值,


也就是说,


在区域列表中的每一单元 顺次标号,


并比较这


些索引的差别。




并行处理的网格分割




如果你打算使用


FLUENT


的并行解算器,


你应该将网格划分或者再细分为成组的单元,


以便于它们可以在并行处理器上得到解决(见


Figure 1



。划分可以采用


FLUENT


的一系列


版本,也可以采用划分转换器。划分网格之后,请保存


case


文件并将它们读入到并行解算


器中。


一个被划分的网格可以被用于系列解算器中而不会丧失任何性能。


如果你 的主机工作


站有足够的内存,你可以用划分转换器将网格直接读入到

FLUENT


中。然而如果你的网格


太大而不能读入到系列 解算器中也不能读入到划分转换器中,


或者你不想自己划分网格,



可以将未划分的网格直接读入的并行解算器中,


解算器会自 动使用



方法对它


进行划分(这种方法没 有前述两种方法好)





Figure 1:


划分网格



网格划分方法



并行处理的网格划分有三个目的



?



用等量单元创建划分



?



最小化划分界面的数量,也就是减少划分边界表面的面积



?



最小化相邻划分的数量。



平衡划分< /p>


(使单元数量相等)


保证每个处理器的负载相等,


并保证各个划分在同一时间


进行信息传递。


因为划分之 间的信息传递是相对耗时的过程,


最小化界面的数量可以减少数


据交换的时间。


最小化划分邻域的数量可以减少网络和路由的竞争机会。


除此之外,


在初始


信息传递的花费比更长信息的传递的 花费更多的机器上,


最小化划分邻域是十分重要的,



其是对于网络连接的工作站来说。



FLUEN T


中的划分格式是使用对分算法来创建划分的,但是不像其它的划分格式需要

< p>
划分因子为二,


这一格式对划分的数量没有限制。


对于每一个处理器来说,


你要创建相同数


量的划分(也就是说划 分的数量应该是处理器数量的整数倍)



对分(


Bisection


)方法




网格划分采用对分算法。所选算法首先用于父区域的划分,然 后再用于子区域的划分。


比如说:


要将网格划分为四个部分,< /p>


首先对分为相等的两个部分,


然后再将这两个相等的部

< p>
分分别对分为两个更小的子部分。


如果要划分三部分的话,


首先将网格划分为三分之一为一


部分,三分之二为另一部分,然后再将三分之二 的部分对分为两个部分。



网格划分可以用下面的列出的任何一 种方法。


至于最为有效的方法视具体问题而定,



以你可以试用不同的方法,


直到找出最好的方法为止。


详细内容请看:


推荐划分策略的网格


划分指导方针。



笛卡尔轴:在单元的笛卡尔坐标的基础上对分区域

(




Figure 1)


。它用垂直于坐标轴的最长


的区域范围来对分区域和子区域。通常被称 为坐标对分



笛卡尔带:


使用笛卡尔坐 标对分,


但是所有的对分线都限制在父区域的最长对分线方向。



种方法通常可以最小化对分邻域的的数量



笛卡尔


X-,


Y-,


Z


坐标:在单元的笛卡尔坐标的基础上对分区域,但是它的父区域和子区域< /p>


的对分线都垂直于特定的坐标方向


(


见< /p>


Figure 2.)




笛卡尔


R


轴:


对分的基础为 单元中心到产生最小界面尺寸的距离的坐标轴的最短射线距离。


这种方法只在三维网格中 使用。



笛卡尔


RX-, RY-, RZ


坐标:对分的基础为单元中心到选定坐标轴的最短射线距离。



圆柱坐标:对分的基础为单元的柱坐标系


,


这种方法只在三维网格中使用。



圆柱


R-, Theta-, Z-


坐 标:对分的基础为选定的柱坐标系


,


这种方法只在三维网格中使 用。



主轴:对分的基础为平行于主轴的坐标框架


(



Figure 3)


。如果主轴平行于笛卡尔坐标轴




该方法就被简化为笛卡尔轴划分,这一算法也通常被称为动量、惯量或者惯量的动量划 分。


该方法是


FLUENT


默认的划分 方法。



主带:使用动量划分,但限制在父区域最长的延长线的 主轴方向


(



Figure


4)


。通常用这种


方法最小化划分邻域的数量。




X-, Y-, Z-

< p>
坐标:划分的基础在于选定的主轴


(


< p>
Figure 4)




极轴:划分的基础在于单元的极轴,这种方法只用于二维网格的划分。




R-


轴、极


Theta-< /p>


轴:划分的基础在于所选的极轴,只用于二维情况


(



Figure 5)




球轴:划分是基于单元的球坐标系,只用于三维情况




Rho-, Theta-, Phi-


坐标:划分基于所选的球坐标。只用于三维情况。




Figure 1:


笛卡尔轴方法




Figure 2:


笛卡尔带或者笛卡尔


X-


坐标方法




Figure 3:


主轴方法




Figure 4:


主带或者主


X-


坐标方法




Figure 5:


急轴或者极


The ta-


坐标方法




最优化




附 加的最优化可以提高网格划分的质量。


垂直于区域最长宽度的的划分未必是产生最小


界面边界的方法。


“预先测试


< p>
pre-testing



操作


(


见预先测试一节


)


可以用于划分之前自动选


择最优方向。除此之外还有下面的反复迭代最优 化方法:



光滑:


通过交换划分之间单 元来最小化划分界面的数量。


这一格式详细研究了划分边界,


而 且如果界面边界表面减少,它会将单元给相邻的划分。


(



Figure 1)


合并:


尝试消除每一 划分的孤立丛。


孤立丛是指这样一组单元,


它们组内的每一个单 元


至少有一个表面与界面边界一致


(



Figure 2.)


。孤立丛会降低多重网格的性能,并导致 大量


的信息交流而花费时间。




Figure 1:


光滑最优化方法




Figure 2:


合并最优化方法



一般说来,光滑和合并是相对耗费时间的最优化工具。




预先测试(


Pretesting< /p>




如果你选择主轴方法或者笛卡尔坐标 方法,你可以提前检测不同对分方法来提高对分的性


能,默认是不选择预先测试,此时< /p>


FLUENT


在垂直区域最长范围方向进行对分。



如果使用提前预测,


当你在划分网格面板点击划分按 钮时自动执行提前预测。


对分算法,



检测所有的坐标方向并选择产生最少对分界面的算法为最后的对分算法。


注意:


使用提前预


测会增加对分所需的时间,


对于二维 问题会花费二倍的时间,


对于三维问题会花费四倍的时


间。




在区域和寄存器中划分



将对分限制在 单元区域或者寄存器可以使你灵活的在流域的子区域中应用不同的划分


方法。

< p>
例如:


对于连接矩形管道的圆柱形通风系统,


你可 以用柱坐标轴方法划分圆柱形通风


系统,


用笛卡尔坐标轴方法划 分矩形管道。


如果圆柱形和矩形在两个不同的单元区域,


你可< /p>


以选择一个区域执行所需要的划分。


如果它们在同一个单元区域,


你可以用适应方法中标记


单元的函数为每一个区域创建一个单元 寄存器(基本上是一个单元列表)


。这些寄存器允许


你在物理位 置,


单元体积,


特定变量的梯度或等值线等参数的基础上标记单 元。


关于为适应


标记单元的信息请参阅网格适应一章。


管理适应寄存器提供了操作不同寄存器创建新寄存器


的的信息。一旦你创 建了新的寄存器你就可以用它来进行网格划分了。



划分网格的指导方针



下面是划分网格的推荐步骤:



1.



用默认的划分方法(主轴划分) 并最优化(光滑)




2.



在解释划分统计中检查划分统计 。


你的目标是在保持平衡负载


(单元变化)

时实现界面


比率变化和全局界面比率的最小值。如果统计不可接受可以选择其它的划 分方法。



3.


如果对于你的问题已经选择了最好的对分方法,


你就可以选择是否打开提前预测功能 来


进一步提高。



4.



如果需要的话,你也可以选择合并最优化方法提高划分的性能。




使用网格划分面板




对于网格划分,你可以选择创建网格划分的对分方法,设定划 分数,选择区域和


/


或寄存器


以及选择 所要使用的最优化方法。


有些方法,


你可以执行提前预测功能保 证尽可能好的划分。


当你在网格划分面板中设定了所有参数,


点 击划分按钮将网格按照所选的方法和设定进行再


细分。点击菜单


Grid/Partition...


,弹出下面对话框:




Figure 1:


网格划分面板



1.

< p>
在方法下拉列表中选择对份方法。选择是对分方法中所描述的技巧。



2.



Number


框中输入要划分的的数量(必须是处理器数量的整数倍)



3.


你可以选择在每一个单元区域独立应用划分,


你也可以使用穿越区域检查按钮来允许划


分穿越区域边界。除非在不 同区域的单元需要大量的计算时间(比如包括固体和流体的区


域)


,否则不推荐使用独立的单元划分(关掉区域检查按钮就可以实现独立的单元划分)




4.


你可以在最优化条目中激活并 控制所需的最优化方法。


你也可以通过打开


Do


检查按钮


来,激活合并和光滑格式。对于每一个格式你也可以选择重复的次数,


这样,每一个最优化


格式会被应用直到实现适当的判据或达到最 大的重复步。


如果重复步被设为零,


最优化格式


会被一直应用到最后,而没有最大重复步限制。



5.


如果你选择主轴方法、


笛卡尔坐标或者笛卡尔带方法,


你可以在划分执行之前应用不同


对分方向的自动检测来提高划分的质量。



Pre- Test




6.

< br>在


Zones



/



Registers


列表中,选择你要划分的区域 和


/


或寄存器。大多数情况下你会


选择 所有区域(默认情况)划分整个流域,详细内容请参阅在区域和寄存器内划分一节。



7.


点击划分按钮划分网格




在划分过程中报告划分信息



网格划分时,关于划分过程的信息会在文本(控制台)窗口中输出,解算器会输出所创


建划分的数量,对分的数量,划分所需的时间,单元、表面、界面以及表面比率变化的最大


值和最小值。


Verbosity


的默认设定 值是


1


,如果你将它改为


2

< p>
,那么控制台窗口还会输出所


用的划分方法,划分的


ID


,单元、表面和界面的数量以及每一划分的界面与表面的比值。

< br>如果


Verbosity



0< /p>


,控制台窗口将只输出划分数量和所需时间。


< br>划分完成后你可能需要这一报告的某一部分重新输出,


你可以点击


Print Partitions


按钮,


程序会自动 在控制台窗口输出划分


ID


,单元、表面和界面数以及每一划分 的界面和表面的


比率。


除此之外还会输出单元、


表面、界面以及表面比率变化的最大值和最小值。


详情请见

划分统计解释。




重置划分参数



如果你想改变划分参数 的设定,


你可以点击


Default


按 钮回到


FLUENT


的默认设定。


点< /p>


击默认设定之后,


Default


按钮就 变成了


Reset


按钮。


Reset< /p>


按钮允许你回到最近保存的设定


(也就是你点击

< br>Default


按钮之前的设定值)


。执行之后,


Reset


按钮又会变成


Default


按钮。




划分统计解释



划分过程产生的输出包括循环的细分过程以及重复的最优化过程的信息。


随后是最后 划


分网格的信息,包括:划分


ID


,单 元的数量,表面的数量,界面表面的数量,每一划分的


界面和表面的比率,划分邻域的数 量以及单元、表面、界面、邻域、平均单元、表面比率和


全局表面比率的变化。


全局表面比率的变化是指目前划分各自数量的最大值和最小值。


例如,< /p>


下面的输出,划分


0


< br>3


具有最小的界面数


(10)


, 划分


1



2


具 有最大的界面数


(19)


,因此,


变化 为


10



19




你的目标是实现界面比率变化 和全局界面比率的最小值来平衡负载值(单元变化)




>> Partitions:


P






Cells





I-Cells




Cell Ratio Faces




I-Faces




Face Ratio



Neighbors


0






134







10







0.075





217







10







0.046










1


1






137







19







0.139





222







19







0.086










2


2






134







19







0.142





218







19







0.087










2


3






137







10







0.073





223







10







0.045










1





------





Partition count














= 4





Cell variation















= (134 - 137)





Mean cell variation










= (



-1.1% -





1.1%)





Intercell variation










= (10 - 19)





Intercell ratio variation




= (




7.3% -




14.2%)





Global intercell ratio







=




10.7%





Face variation















= (217 - 223)





Interface variation










= (10 - 19)





Interface ratio variation




= (




4.5% -





8.7%)





Global interface ratio







=





3.4%





Neighbor variation











= (1 - 2)



Computing connected regions; type ^C to interrupt.


Connected region count







= 4



要获取更多的划分信息,你可以画出网格划分的等值线,如对分方法


5

< br>的


Figures


1



示。


在等值线面板的下拉菜单的


Cell I nfo...


中关闭节点值的显示,


选择单元划分。

< p>
(


关于等值


线的显示请参阅画等值线与轮廓一节。


)



使用划分转换器



运行并行

< p>
FLUENT


时,你可以通过划分转换器直接读入未划分的网格。菜单为:



File/Import/Partition/Metis ...



FLUENT


会使用过滤器划 分网格,然后将划分后的网格读入到


解算器中,


划分的数量等于 处理器的数量。


然后你就可以处理模型定义和解法的定义。


注意 :


这种直接读入的方法要求主机有足够的内存来运行特定网格的转换器。如果没有足够的 内


存,


你需要在有足够内存的机器上运行划分网格转换器。


当然也可以在具有足够内存的机器


上用转换器划分网格然后,


然后将网格读入到主机中。


在转换器中,


手动 划分网格请输入如


下命令:


tfilter


partition


input-filename


partition-count


output- filename


。其中,


partition-count< /p>


为所需划分的数量。然后将划分后的网格读入到解算器中进行模型的定义和解法的设置。< /p>



METIS


为默认的划分器,它会产生 高质量的划分网格。


METIS


是由


M innesota


大学和


Army HPC

研究中心的


Karypis



Ku mar


开发的划分不规则图形的软件包。


它使用多级方法,


该方法将高质量图形的顶点和边缘接合形成粗糙图形,


然后将粗糙图 形划分,


再然后去粗糙


化为精细图形。在粗糙化和去粗糙化过程 中,算法允许产生高质量的划分。有关


METIS


< p>
详细信息可以参阅相关手册


[79]


< p>





06




fluent


边界条件




改变边界区域类型



设定任何边界条件之前,


必须检查所有边界区域的区域类型,

< br>如有必要就作适当的修改。


比方说:


如果你的网格是压力 入口,


但是你想要使用速度入口,


你就要把压力入口改为速度< /p>


入口之后再设定。



改变类型的步骤如下:


:



1.


在区域下拉列表中选定所要修改的区域



2.


在类型列表中选择正确的区域类型



3.


当问题提示菜单出现时,点击确认




确认改变之后,


区域类型将会改变,


名字也将自动改变



(


如果初始名字时缺省的请参阅


边界条件区域名字一节


) ,


设定区域边界条件的面板也将自动打开。


< br>!注意:这个方法不能用于改变周期性类型,


因为该边界类型已经存在了附加限制 。创


建边界条件一节解释了如何创建和分开周期性区域。


需要注 意的是,


只能在图一中每一个类


别中改变边界类型


(


注意:双边区域表面是分离的不同单元区域


.)



Figure 1:


区域类型的分类列表




流动入口和出口



< br>FLUENT


有很多的边界条件允许流动进入或者流出解域。下面一节描述了每一 种边界


条件的类型的使用以及所需要的信息,


这样就帮助你适当 的选择边界条件。


下面还提供了湍


流参数的入口值的确定方法。




使用流动边界条件



下面对流动边界条件的使用作一概述




对于流动的出入口,


FLUENT


提供 了十种边界单元类型:速度入口、压力入口、质量


入口、压力出口、压力远场、质量出口 ,进风口,进气扇,出风口以及排气扇。



< br>下面是


FLUENT


中的进出口边界条件选项:



?



速度入口边界条件用于定义流动入口边界的速度和标量



?



压力入口边界条件用来定义流动入口边界的总压和其它标量。



?



质量流动入口边界条件用于可压流 规定入口的质量流速。


在不可压流中不必指定入口的


质量流,因 为当密度是常数时,速度入口边界条件就确定了质量流条件。



?



压力出口边界条件用于定义流动出 口的静压(在回流中还包括其它的标量)


。当出现回


流时,使用 压力出口边界条件来代替质量出口条件常常有更好的收敛速度。



?



压力远场条件用于模拟无穷远处的 自由可压流动,


该流动的自由流马赫数以及静态条件


已经指定了 。这一边界类型只用于可压流。



?



质量出口边界条件用于在解决流动问题之前,


所模拟的流动出口 的流速和压力的详细情


况还未知的情况。


在流动出口是完全发展 的时候这一条件是适合的,


这是因为质量出口


边界条件假定出了 压力之外的所有流动变量正法向梯度为零。


对于可压流计算,


这 一条


件是不适合的。



?



进风口边界条件用于模拟具有指定 的损失系数,


流动方向以及周围


(入口)


环境总压和


总温的进风口。



?



进气扇边界条件用于模拟外部进气 扇,


它具有指定的压力跳跃,


流动方向以及周围


(进


口)总压和总温。



?



通风口边界条件用于模拟通风口,


它具有指定的损失系数以及周围环境


(排放处)


的静


压和静温。



?



排气扇边界条件用于模拟外部排气 扇,它具有指定的压力跳跃以及周围环境(排放处)


的静压。




决定湍流参数




在入口、出口或远场边界流入流域的流动,

< br>FLUENT


需要指定输运标量的值。本节描


述了对于特 定模型需要哪些量,


并且该如何指定它们。


也为确定流入边界值 最为合适的方法


提供了指导方针。




湍流量的统一说明




在某些情况下流动流入开始时,


将边界处的所有湍流量指定为统一值是适当的。


比如说,


在进入管道的流体,远场边界,甚至完全发展的管流中 ,湍流量的精确轮廓是未知的。



在大多数湍流流动中,湍流的 更高层次产生于边界层而不是流动边界进入流域的地方,


因此这就导致了计算结果对流入 边界值相对来说不敏感。


然而必须注意的是要保证边界值不


是非 物理边界。


非物理边界会导致你的解不准确或者不收敛。


对于外 部流来说这一特点尤其


突出,如果自由流的有效粘性系数具有非物理性的大值,边界层就 会找不到了。



你可以在使用轮廓指定湍流量一节中描述的湍流 指定方法,来输入同一数值取代轮廓。


你也可以选择用更为方便的量来指定湍流量,


如湍流强度,


湍流粘性比,


水力直径以及湍 流


特征尺度,下面将会对这些内容作一详细叙述。




湍流强度


I


定义为相对于平均速度


u_avg


的脉动速度

< br>u^'


的均方根。




小于或等于


1%


的湍流强度通常被认为低强度湍 流,大于


10%


被认为是高强度湍流。从


外界,测量数据的入口边界,你可以很好的估计湍流强度。例如:如果你模拟风洞试验,自

由流的湍流强度通常可以从风洞指标中得到。


在现代低湍流风洞中自由流湍流强度通 常低到


0.05%



.



对于内部流动,


入口的湍流强度完全 依赖于上游流动的历史,


如果上游流动没有完全发


展或者没有被 扰动,


你就可以使用低湍流强度。


如果流动完全发展,


湍流强度可能就达到了


百分之几。完全发展的管流的核心的湍流强度可以 用下面的经验公式计算:



I


?


u


?


?


0

< p>
.


16


Re


D

< p>
H


u


avg


?

< p>
?


?


1


8



例如,在雷诺数为


50000


是湍流强度为


4%


湍流尺度


l


是和携带湍流能量的大涡的尺度有关的物理量。在完全发展的管流中,


l



管道的尺寸所限制,


因为大涡不 能大于管道的尺寸。


L


和管的物理尺寸之间的计算关系如下:< /p>




l


?


0


.


07


L



其中


L


为管道的相关 尺寸。因子


0.07


是基于完全发展湍流流动混合长度的最大值 的,对于


非圆形截面的管道,你可以用水力学直径取代


L




如果湍流的产生是由于管道中的障碍物等 特征,你最好用该特征长度作为湍流长度


L


而不是用管道尺寸。




注意:


公 式


l


?


0


.< /p>


07


L


并不是适用于所有的情况。


它只是在大多数情况下得很好的近似。


对于特定流动,选择

< p>
L



l


的原则如下:



?



对于完全发 展的内部流动,


选择强度和水力学直径指定方法,


并在水力学直 径流场中指



L=D_H


< p>


?



对于旋转叶片的下 游流动,


穿孔圆盘等,


选择强度和水力学直径指定方法,


并在水力学


直径流场中指定流动的特征长度为


L



?



对 于壁面限制的流动,


入口流动包含了湍流边界层。


选择湍流强度 和长度尺度方法并使


用边界层厚度


d_99

来计算湍流长度尺度


l



在湍流长 度尺度流场中输入


l=0.4 d_99


这个



湍流粘性比


m_t/m


直接与湍流雷诺数成比例

< p>
(Re_t


?k^2/(e


n))

< p>


Re_t


在高湍流数的边界

层,剪切层和完全发展的管流中是较大的


(100



1000)


。然而,在大多数外流的自由流边界


层中


m_t/m


相当的小。湍流参数的典型设定为

< p>
1 < m_t/m <10




要根据湍流粘性比来指定量,你可以选择湍流粘性比(对于


Spalart-A llmaras


模型)或


者强度和粘性比(对于


k-e


模型或者


RSM






推导湍流量的关系式




要获得更方便的湍流量的输运值,如:


I, L,


或者


m_t/m


,你必须求助于经验公式,下面



FLUENT


中常用的几个有用的关系式 。要获得修改的湍流粘性,它和湍流强度


I


长度尺



l


有如下关系:



~


?


3


u

< p>
Il



v


avg


2



Spalart-Allmaras


模型中,如果你要选择湍流强度和水力学直径来计算


l


可以从前面


的公式中获得。



湍动能


k


和湍流强度


I


之间的关系为:




k


?


3


?


u

< p>
avg


I


?


2

< p>


2


其中


u_avg


为平均流动速度



除了为

< br>k



e


指定具体的值之外,


无论你是使用湍流强度和水力学直径,


强度和长度尺


度或者强度粘性比方法,你都要使用上述公式。



如果 你知道湍流长度尺度


l


你可以使用下面的关系式:



?


?


C

< br>?


3


4


k



l


3


2


其 中


C


?


是湍流模型中指定的经验常数( 近似为


0.09



< br>l


的公式在前面已经讨论了。



除了为


k



e


制定具体的值之外,


无论你是使用湍流强度和水力学直径还是强度和长度


尺度,你都要使用上述公式。



E

的值也可以用下式计算,它与湍流粘性比


m_t/m


以及< /p>


k


有关:



k< /p>


2


?


?


t


?


?


?


?

< p>
C


?


?


?


?


?


?


?

?



?


?


1


其中


C


?


是 湍流模型中指定的经验常数(近似为


0.09





除了为


k



e


制定具体的值之外,


无论 你是使用湍流强度和水力学直径还是强度和长度


尺度,你都要使用上述公式。

< p>



如果你是在模拟风洞条件,

< br>在风洞中模型被安装在网格和


/


或金属网格屏下游的测试 段,


你可以用下面的公式:



?


?


?


kU


?



L


?


其中,


?


k


是你希望的在穿过流场之后


k


的衰减


(


比方说

< p>
k


入口值的


10%),


U


?


自由流的速度


L

< br>?


是流域内自由流的流向长度


Equation


9


是在高雷诺数各向同性湍流中观察到的幂率衰减

的线性近似。它是基于衰减湍流中


k


的精确方程

< p>
U ?k/?x = - e.



如果你用这种 方法估计


e


,你也要用方程


7


检查结果的湍流粘性比


m_t/m


,以保证它不


是太大。



虽然这不是


FLUENT


内部使用的方法,但是你可以用它来推导


e


的常数自由流值,然


后你可以用湍流指定方法下拉菜单中选择


K



Epsilon

< br>直接指定。在这种情况下,你需要使


用方程


3

< p>


I


来计算


k

< p>



当使用


RSM


时,如果你不在雷诺应力指定方法的下拉列表中使用雷诺应力选项,明显


的制定入口处的雷诺应力值,它们就会近似的由


k


的指定值来 决定。湍流假定为各向同性,


保证



u


i


u


j


?


0



以及



u


?


u


?

< p>
?


2


k



3


(


下标


a

< br>不求和


).



如果你在雷诺应 力指定方法下拉列表中选择


K


或者湍流强度,

< br>FLUENT


就会使用这种方法。




对大涡模拟(


LES


)指定入口湍流




大涡模拟 模型一节中所描述的


LES


速度入口中指定的的湍流强度值,被 用于随机扰动入口


处速度场的瞬时速度。


它并不指定被模拟的湍 流量。


正如大涡模拟模型中介绍的边界条件中


所描述的,通过叠 加每个速度分量的随机扰动来计算流动入口边界处的随机成分


.



壁面边界条件




壁面边界条件用于限制流体和固体区域。

在粘性流动中,


壁面处默认为非滑移边界条件,



是你也可以根据壁面边界区域的平动或者转动来指定切向速度分量,


或者 通过指定剪切来模


拟滑移壁面


(


你也可 以在


FLUENT


中用对称边界类型来模拟滑移壁面,但是使用 对称边界就


需要在所有的方程中应用对称条件。详情请参阅对称边界条件一节

< p>
)




在当地流场的详细 资料基础上可以计算出流体和壁面之间的剪应力和热传导。




壁面边界的输入



概述



壁面边界条件需要输入下列信息:



?



热边界条件(对于热传导计算)




?



速度边界条件(对于移动或旋转壁面)




?



剪切(对于滑移壁面,此项可选可不选)



?



壁面粗糙程度(对于湍流,此项可选可不选)




?



组分边界条件(对于组分计算)




?



化学反应边界条件(对于壁面反应)



?



辐射边界条件

(


对于


P-1


模型、


DTRM


或者


DO


模型的计 算


)




?



离散相边界条件(对于离散相计算)




在壁面处定义热边界条件



如果你在解 能量方程,你就需要在壁面边界处定义热边界条件。在


FLUENT

中有五种类型


的热边界条件:



?



固定热流量



?



固定温度



?



对流热传导



?



外部辐射热传导



?



外部辐射热传导和对流热传导的结合



如果壁面区域是双边壁面(在两个区域之间形成界面的壁面,如共轭热传导问题中的流


/



界面)


就可以得到这些热条件的子集 ,


但是你也可以选择壁面的两边是否耦合。


详情请参阅


在壁面处定义热边界条件。



下面各节介绍了每 一类型的热条件的输入。


如果壁面具有非零厚度,


你还应该设定 壁面处薄


壁面热阻和热生成的相关参数,详情请参阅在壁面处定义热边界条件。




热边界条件由壁面面板输入(


Figure 1



,它是从边界条件打开的(见设定边界条件一节)





Figure 1:


壁面面板



对于固定热流量条件,


在热条件选项中选择热流量。


然后你就可以在热流量框中设定壁


面处热流量的适当数值。设定零热流量条件就定义了绝热壁,这是壁面的默认条件。



选择固定温度条件,


在壁面面板中的热条 件选项中选择温度选项。


你需要指定壁面表面


的温度。壁面的热 传导可以用温度边界条件一节中的方程


1


3


来计算。



对于对流热传导壁面 ,


在热条件中选择对流。


输入热传导系数以及自有流温度,


FLUENT


就会用对流热传导边界条件中的方程

< br>1


来计算壁面的热传导。



如果 你所模拟的是从外界而来的辐射热传导,


你可以在壁面面板中激活辐射选项,

< p>
然后


设定外部发射率以及外部辐射温度。



如果选择混合选项,


你就可以选择对流和辐射结合的热条件。


对于这种条件,


你需要设


定热传导系数、自由流 温度、外部发射率以及外部辐射温度。



默认情况下壁面厚度为 零。


然而你可以结合任何的热条件来模拟两个区域之间材料的薄


层。


例如:


你可以模拟两个流体区域之间的薄金属片的影响,< /p>


固体区域上的薄层或者两个固


体区域之间的接触阻力。

< p>
FLUENT


会解一维热传导方程来计算壁面所提供的热阻以及壁面


内部的热生成。



在热传导计算中要包括这些 影响,


你就需要指定材料的类型,


壁面的厚度以及壁面的热


生成速度。


在材料名字下拉菜单中选择材料类型,

< br>然后在壁面厚度框中指定厚度。


壁面的热


阻为

< p>
D


x/k


,其中


k


是壁面材料的热传导系数,


D


x


是壁面厚度。你所设定的热边界条件将


在薄壁面的外部指定,如图


2


所示,其中


T_b


壁面处所指定的固定温度。




Figure 2:


热条件被指定在薄壁面的外侧



在热生 成速度框中指定壁面内部热生成速度。


这一选项是非常有用的,


比方说,


模拟已


知电能分布的印刷电路板。


如果壁面区域的每一边是流体或者固体区域。当你具有这类壁面区域的网格读入到


FLUENT


,一个阴影区域会自动产生,以便于壁面的每一边 都是清楚的壁面区域。在壁面区


域面板中,


阴影区域的名字将在 阴影表面区域框中显示出来。


你可以选择在每一个区域指定


不同 的热条件或者将两个区域耦合:



?



要耦合壁面的两个边,在热条件选项中选择耦合选项


(


只有壁面是双边时这一选项才会


出现在壁面面板中


)


。不需要输入任何附加的热边界信息,因为解算器会直接从相邻单

< br>元的解中计算出热传导。


然而你可以指定材料类型、


壁面 厚度以及热生成速度来计算壁


面热阻,


详情请参阅壁面处热边界 条件的定义一节。


注意,


你所设定的壁面每一边的阻

< p>
抗参数会自动分配给它的阴影壁面区域。指定壁面内的热生成速度是很有用的,比如,


模拟已知电能分布但是不知道热流量或者壁面温度的印刷电路板。




?



要解耦 壁面的两个边,


并为每一个边指定不同的热条件,


在热条件类型 中选择温度或者


热流作为热条件类型


(


对于双边壁面,不应用对流和热辐射


)


。壁面和它的阴影之间的 关


系会被保留,


以便于你在以后可以再次耦合它们。

< p>
你需要设定所选的热条件的相关参数,


前面对这方面的内容已经叙述过了不 再重复。


两个非耦合壁面具有不同的厚度,


并且相


互之间有效地绝缘。


如果对于非耦合壁面指定非零厚度的壁面,


你所设定的热边界条件


就会在两个薄壁的外边的那个边指定,如图

< p>
3


所示,其中


T_b1



T_b2


分别是两个壁


面的温度或者热 流量。


k_w1



k_w2

< p>
时耦合薄壁面的热传导率。注意图


3


中两个壁面< /p>


之间的缺口并不是模型的一部分,


它只是在图形中用来表明每一个 非耦合壁面的热边界

-


-


-


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-


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本文更新与2021-02-06 05:34,由作者提供,不代表本网站立场,转载请注明出处:https://www.bjmy2z.cn/gaokao/605867.html

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