FLUENT感悟 - 图文 下载本文

1、 四面体网格的自动聚合:自动的将四面体网格转化为多面体网格,使网格总数降低,加

快收敛。方法如下:

第一个是可以将所有网格都转换;第二个是将指定的转换。

2、 Gradient Option 提供了基

于控制体中心和控制体节点外,新增“Least Square Cell Based”这是支持新增的支持多面体网格而设计的,它实际上假设变量在网格单元之间线性变化。 3、 欧拉多项流模型只能应用于不可压缩流体。

4、 由于Fluent软件包最初是在Unix系统下运行的,面向高端用户,随着Windows的产生,

逐渐开发应用于Windows操作系统,但是安装前期处理软件Gambit必须在Unix操作系统下才能运行,所以安装之前必须首先在Windows系统下安装一个模拟Unix系统的软件,这就是Exceed。

5、 当利用Fluent解决某一问题时,需要详细考虑一下几个问题: A确定计算目标。预期从CFD模拟计算中获得什么样的结果?获得这些结果需要时间是多久?从模型中得到什么样的精度?

B选择计算模型。所遇到的问题是否可以简化,计算区域如何界定,需要确定什么样的边界条件,各个边界的信息是否充分,什么样的网格拓扑更加有利于解决问题。

C确定物理模型。确定无粘度还是粘度,层流还是湍流,定常还是非定常,可压缩还是不可压缩,是否需要应用其他模型。

D确定解的程序。确定是否使用默认解还是参数值,那一次求解格式能够加快收敛,估计得到收敛解需要多长时间,是否需要高阶格式

E分析改进计算。根据收敛结果分析流型是否正确,关键的物理现象是否合理,力、力

矩、流量、温度等与实验值比较是否满足实验精度,是否需要做模型方面的改进,计算域是否需要扩大,边界层网格是否需要加密。

6、 Re=ρνr/u根据所给参数,计算出雷诺数来确定层流还是湍流。

7、 在命令中输入Reset表示可清空此次任务以前的所有操作,从新开始建立模型。

8、 Label选项域表示我们为创建的点或者直线起的名字,有利于命名点不至于乱,在视图

控制面板中,选择Label小方框选中,就可以将点的名称显示出来。

9、 Map用映射划分成结构化网格,submap分块/区映射成块结构化网格,pave平铺成非结

构化网格,tri primitive将一个三角形区域划分成三个四边形区域再划分结构化网格。Shortest edge%为网格的间距为整个区域中最短边长的百分之几。 10、 可以根据确定边界层中的show label选项来显示已经设定好的边界层,可以利用视

图控制面板来调整网格的显隐。 11、 2d二维单精度求解,2dp二维双精度求解,3d三维单精度,3dp三维双精度 12、 在大多数情况下,单精度已经足够高效准确,而且所需内存也比双精度准确,但某

些问题是用双精度更合适,如果几何结构或计算域包含长度范围尺度非常大,例如细长的管道,在描述在描述节点坐标时单精度计算就不合适啦;如果几何结构是由许多直径非常小的支管道包围一个空腔而成,平均压力不大,但是局部压力非常大,此时应使用双精度;另外对于包含很大的热传导率和高纵横比的网格如果采用单精度可能会使边界信息无法有效的传递,从而导致收敛性和精度下降,甚至发散。 13、 (A导入mesh文件)在检查网格的过程中,从Domain Extents中可以看出网格计

算域的大小,看是否符合我们计算区域;在minimum volumn可以看出网格最小值,如果是正值则可以计算,若为负值则存在问题。 14、 设置计算域的尺寸,通过Grid----Scale对设置的尺寸进行缩放,已达到合理的尺寸

要求。 15、 Display—Grid显示网格时,左键可移动图像,中键左上像右下进行拖动放大;右

下至左上拖动缩小。 16、 (求解器定义)6.3一个重大的改进就是对求解器的改进,将以前版本的离散和耦

合求解器改成了压力基和密度基求解器,共提供了三种求解方法:压力基隐式求解,密度基隐式求解,密度基显式求解。 17、 其中压力基求解主要是应用于低速不可压缩流动,密度基应用于高速可压缩流动,

但是现在两种方法都已经拓展成为可以求解很大速度流动范围的求解方法,都是使用有限容积的离散方法,但线性化和求解离散方程的方法不同。 18、 压力基求解器是从原来的分离式求解器发展而来,增加了耦合算法,可以在分离算

法和耦合算法之间相互转化;密度基求解器是从原来的耦合求解器发展而来,由于收敛速度快所以需要的内存很大,没有压力修正因为压力是由状态方程确定的。 19、 Space中Anisymmetrc表示求解器是对于二维轴对称空间范围求解,Multiphase多

项流;Radiation表示辐射;Species表示组分运输与化学反应;Discrete Phase表示离散相;Solidfication&Melting表示凝固与融化Acoustics表示声学。 20、 Inviseid表示无粘模型;Laminar层流模型;spalart-allmaras表示单方程湍流模型(S-A

模型)适用于翼型,壁面边界层等流动,不适用于射流类等自由剪切湍流问题;k-epsilon表示双方程模型(k-ε模型)应用广泛但不适合旋流等各向异性较强的流动;k-omega表示双方程模型以及雷诺应力模型;如果是三维还有DES离散漩涡流模型和LES大涡模拟。 21、 k-ε模型有较高的稳定性,经济性和计算精度。应用广泛,适合高雷诺数湍流,不

适合旋流等各相异性的流动:重整化群RNG k-ε模型可以计算低雷诺数湍流,其考虑

到旋流效应,对强旋流动计算精度有所提高;可实现性Realizable k-ε模型较之前两种k-ε模型的优点是可以保持雷诺应力与真实湍流一致,可以更精确的模拟平面和圆形射流的扩散速度,同时在旋流计算和带方向压强梯度的边界层计算和分离流计算等计算中,更符合实际,同时在分离流计算和带二次流的复杂流动计算也表现出色,但是对于同时存在旋流和静止区的计算,比如,多重参考系,旋转滑移网格等慎重使用;标准的k-ε模型包含了低雷诺数,可压缩性和剪切流扩散的影响,适用于尾迹流动,混合层,射流以及受壁面限制的流动附着边界层湍流和自由剪切流计算:剪切应力输运(SST- k-ε)综合了k-ε模型在近壁区计算的优点以及k-ε模型在远场计算的优点,增加了横向耗散导数项,在湍流粘度定义中考虑了湍流剪切应力的输运过程,使用范围更广,可以用于带逆压梯度的流动,翼型计算,跨声速带激波的流动计算。 22、 计算速度的快慢与计算量成正比,即计算量大计算时间长,计算速度慢;湍流模型

计算的工作量主要取决于需要求解的方程数量和方程中函数项的多少。除了离散涡模拟DES和大涡模拟LES计算量最大之外,其他由快到慢依次为S-A单方程模拟,k-ε模型和k-w双方程模拟,雷诺应力模拟。 23、 湍流模型的近壁处理(Near-Wall Treatment),在受壁面限制的流动中,因为壁面附

近对湍流计算的影响非常大因此需要做特殊处理。一种办法使用半经验公式将自由流中的湍流与壁面附近的流动连接起来,这种方法被称为壁面函数法;另一种方法是在壁面附近加密网格,同时调整湍流模型以包含壁面附近低雷诺数流动的影响,这种方法叫近壁模型法。壁面函数法又有标准壁面函数法和非平衡壁面函数法。一般来说,标准壁面函数法可以适用于大多数流动问题,因此成为Fluent的默认方法;非平衡壁面函数法则适用于流场变量在壁面附近存在很大梯度的流动问题。通常壁面函数法应用于高雷诺数流动,近壁模型法适用于低雷诺数流动。 24、 操作环境的设置,Operating Pressure (pascal)就是周围环境的压强,也就是工作

环境的压强,通常称为参考压强;参考压力加上表压力(Gauge Pressure)就等于绝对压强。Reference Pressure Location表示所设定的参考压力所在的位置,一般默认就可以。 25、 Gravity下面的选项一旦被选中,说明要考虑重力加速度的影响,需要填写重力加

速度的大小与方向,对于二维问题默认水平向右为正向,垂直向上为正向,三维问题在显示网格的时候图中会显示坐标方向,需要注意的是Fluent规定了二维轴的对称问题:轴只能设定为与X轴平行。同时展开的还有一个参数密度的设定,这是在考虑浮力问题时使用Boussinesq假设时使用。 26、 介绍连续性方程和动量方程具体求解方式的过程。Equations下面是当前问题需要

求解的控制方程;Pressure-Velocity Coupling对应的是压力-速度耦合求解方式;Discretizating对应的是所求解的控制方程,如压力修正方程、动量方程、湍流能方程以及耗散率方程的空间差分离散格式;Under-Relaxing Factor表示所求解的离散方程和一些控制变量的松弛因子。 27、 如果要提高计算精度,可以将差分格式提高到二阶迎风或者QUICK格式,默认的

都是一阶迎风。这里需要注意,QUICK格式只有结构化网格才会有二阶精度,如果是非结构性网格建议使用二阶迎风。 28、 对于压力-速度耦合算法,如果用户使用的是SIMPLEC方法,由于修正压力可以

不必松弛,所以同事把压力方程的松弛因子设为1,可以提高收敛速度。 29、 残差监控图。在Options中选择Print和Plot,这样在计算中各个方程的残差不仅会

被打印在FLUENT的控制台窗口,还会在一个图形窗口中以曲线的形式随着迭代过程动态的显示,Converce Criterion对应的数值是各个方程的计算结果残差要满足的收敛标准。 30、 迭代计算。Number of Iterations为总的迭代次数,Reporting Interval为输出监视信

息的间隔次数;UDF Prifile Update Interval每隔多少步调用一次用户自定义函数UDF。 31、 在显示等值线图的窗口中,Level设置的是等值线的数量,一般默认为20不超过

100。 32、 轴对称问题可以通过镜像显示整个圆管的物理量分布,点击Display—Views在

Mirror Planes中选择Axis为镜像平面即可。 33、 速度矢量图。Style文本是供选择的矢量箭头的类型;Scale矢量被放大的倍数;即,

有向线段的长短;Skip可以改变矢量的密集程度,数字越大密集度越低。 34、 XY点线图。Plot Direction表示曲线沿什么方向绘制,即X轴方向;若要查看沿Y

轴正向,所以XY文本中分别填入0,1,在Y Axis Function下拉列表中分别选择参数。 35、 流体与固体的最大区别在于:流体没有运动是不能反抗剪力或剪应力作用的。液体

分子间有一定的凝聚力,具有一定的体积但是没有确定的形状,可压缩性小,密度随温度、压强变化很小;气体没有确定的体积和形状,压强、温度、体积之间存在一定关系。 36、 我们所研究的问题都是基于连续性假设成立的,流体力学中存在5个基本变量:3

个速度分量和2个热力学参数。 37、 压强:流体静力学中,流体处于平衡状态,作用在浸没于流体中物体表面积上单位

面积上的法向压缩力。参考压强即为大气压强。在Fluent中,求解器的运算压强都是表压强,绝对压强是参考压强(Operating Pressure)和表压强(Gauge Pressure)之和。其中操作压强和表压强是用户在设置操作条件和边界条件时指定的,然后Fluent自动通过计算将绝对压强值传递给求解器。所以对可压缩流体计算过程中,通常把参考压强设为0,这样所给定的表压实际上就是绝对压强,以便边界条件值的设定。 38、 粘性引起摩擦,流体在静止时不能承受剪切应力,但在运动时,对相邻两层流体间

的相对运动是有抵抗的,这种抵抗力成为粘滞应力,这种抵抗变形的性质叫做粘性。液体的粘性随着温度的增加而减小;气体相反。 39、 理性流体与粘性流体。理想流体没有粘性,没有耗散效应。在Fluent中Model中

选择Inviscid进行无粘流体的数值模拟;如果粘性不能忽略,则是粘性流体,此时所求解的控制方程是Navie-Stokes方程组。 40、 牛顿流体与非牛顿流体。如果流体的剪应力与剪变应率遵循牛顿内摩擦定律,则这

种流体属于牛顿流体。 41、 可压缩与不可压缩流体。根据流体密度是否可视为常数,流体分为可压缩流体与不

可压缩流体。当密度为常数时,流体为不可压缩流体,否则为可压缩流体。一般认为气体是可压缩流体,液体是不可压缩流体;我们只有在研究声波在液体中传播这类问题时,才考虑液体的可压缩性。 42、 层流与湍流。定常与非定常流动。定常流动是指在空间上任何一点,流体中的速度

分量和热力学参数都不随时间而改变。反之为非定常。 43、 外部流动与内部流动。围绕物体流动的区域可以分为三个区域。远离物体的流动本

质上是理想的,其中的摩擦力并不重要;邻接物体的流动发展出一个剪切层(因为在物体的表面上,流体的相对速度必须为0),剪切层中粘性和湍流是必须考虑的,这一内摩擦层成为边界层,边界层可以是层流也可以是湍流;物体后面的尾迹(第三个不同的区域)发展出一个通常是在高湍流度的低压区(因此由尾迹产生阻力)。尾迹实际是由边界层。事实上,物体后面的理想区域和尾迹区域的分界处,很清楚是一层剪切层。 44、 流体粘性所带来的边界层是尾迹形成的原因。 45、 气体的数学模型。通常分为完全气体、量热完全气体以及化学反应完全气体;如果

在前面冠以理想,则表示不考虑气体的粘性。完全气体是对低密度或中等密度真实气体的一个有效近似,它忽略了气体分子的体积以及气体分子之间的内聚力,只考虑分子热

运动的内能。符合理想气体状态方程,内能、焓只是温度的函数。 46、 量热完全气体是在热完全气体基础上的进一步近似。即,假设气体的定压比热容和

定容比热用不随温度变化。 47、 化学反应完全气体是考虑化学反应的多组分气体混合物,它是对需要考虑真实气体

效应时(温度较高时气体的振动能会被激发,发生解离或者电离,形成带化学反应的多组分混合物)的一种近似。混合物的每一组分都适应于理想状态方程。 48、 声速在气体中的传播过程是一个等熵过程,公式为:c=γRT1\\2。γ代表完全气体

的比热容比;马赫数定义为M=V/c,即流体速度与当地声速之比。 49、 马赫数是单位质量流体质点的惯性力与压强合力的量级之比,也可以看做是气体质

点单位能量的动能与内能的量级之比。根据马赫数大于1或小于1,将流动分为超声速流动或亚声速流动,马赫数在1附近的流动成为跨声速流动,马赫数远远大于5的流动成为高超声速流动,其往往伴随着不可忽略的气动热现象,需要考虑真实气体效应。 50、 声波是一种微弱的扰动,然而在很多实际问题中,还常常出现强扰动。在气体流动

中,流动参数发生显著、突跃变化的现象就是激波,它是很薄的一层,厚度是分子自由程的量级,速度梯度、压力梯度、温度梯度都很大。因此我们忽略激波厚度而将激波转化为数学上的间断面。气流经过激波时受到强烈的压缩,压缩过程非常迅速,可以看成绝热压缩过程。 51、 物理量间断面与气流速度垂直,气流经过激波后方向不变,这称为正激波;气流经

过激波后方向改变,气流方向与物理量间断面不垂直,称为斜激波;一般超声速气体绕内折角的流动,即气体压缩性偏转就会在内折角处产生斜激波,如果内折角超过一定角度,激波会脱体,离开物体一定距离。激波在气流中可以运动也可以驻定,是一个熵增的压缩过程,只有在超声速气流中才会产生激波,是一个减速过程,气流穿过激波压力上升,密度增加,温度升高,速度降低。 52、 如果超声速气流绕小的外折角或绕连续凸体流动,气流将连续的发生转折和膨胀,

会产生膨胀波。气流通过膨胀波是一个连续的等熵膨胀过程,压力降低、密度减小、温度降低、速度增加。 53、 流体流动要受物理守恒定律的支配,基本的守恒定律包括:质量守恒定律、动量守

恒定律和能量守恒定律。如果流动包含有不同组分的混合或相互作用,系统还要遵循组分守恒定律,如果流动处于湍流状态,系统还要遵守附加的湍流输运方程。 54、 质量守恒定律(连续性方程):单位时间内流通微元体中质量的增加,等于同一时

间间隔内流入该微元体的净质量。 55、 动量守恒定律(本质是牛顿第二定律):微元体中流体的动量对时间的变化率等于

外界作用在该微元体上的各种力之和。 56、 能量守恒定律(本质是热力学第一定律):微元体中能量的增加率等于进入微元体

的净热流通量加上体积力与表面力对微元体所做的功。 57、 组分质量守恒定律:系统内某种化学组分质量对时间的变化率,等于通过系统界面

的净扩散通量与通过化学反应生成或消失的该组分的净生产率之和。 58、 目前还没有一种湍流模型能模拟所有的湍流流动,通常是某个湍流模型更适合模拟

某种湍流现象。 59、 从数学角度,控制方程的守恒型与非守恒型是等价的,从物理角度,守恒型方程的

出发点是控制体,边界形状不变,流体有进有出,控制体内的质量、动量、能量守恒;非守恒型方程的出发点包含固定不变流体质点的微元体,跟踪该微元体而得到的。便于对所生成的离散方程进行理论分析,常用有限差分法;守恒型控制方程更能保持物理量守恒的性质,便于克服对流项的非线性引起的问题,且便于采用非结构性网格进行离散,

常用于有限容积法。 60、 数值模拟大致可以分为下列若干步骤:建立基本的守恒方程组;建立或选择模型或

封闭方法;确定初始与边界条件;划分计算网格;建立离散化方程;制定求解方法。 61、 数值模拟的几种离散方法:有限差分法、有限元法、有限体积法。 62、 有限差分法是求解偏微分方程离散解的最古老的方法。它是将球接区域用网格线的

交点(节点)所组成的点的集合来代替。在每个节点上,描写所研究的流动与传热问题的偏微分方程组中的每一个导数项用相应的差分表达式来表达,从而在没一个节点上形成一个代数方程。其中包含了本节点及附近一些节点上所求解的未知量。求解这些代数方程组就获得了所需要的数值解。(抛物线型、双曲线型、椭圆型)不足之处:离散方程的守恒特性难以保证,对不规则区域的适应性不强。 63、 有限容积法:从描写流动与传热问题的守恒型控制方程出发,对它在控制容积上作

积分,在积分过程中需要对控制容积界面上被求函数的本身(对流通量)及其一阶导数的(扩散通量)构成方式作出假设,这就形成了不同的格式。由于扩散项多是采用二阶精度的线性插值,因而格式的差别主要体现在对流项中, 64、 有限元法:把计算域分成一组离散的容积或者叫元体(二维情况下元体的形状常是

三角形或者四边形),然后通过对控制方程作积分来求得离散方程。它与有限容积法的主要区别在于:对每个元体要选定一个形状函数(最简单的为线性函数),通过元体中节点上的被求变量之值来表示该形状函数,并在积分之前把所假设的形状函数代入到控制方程;控制方程在积分之前应乘上一个选定的权函数,并要求在整个区域上控制方程的余量的加权平均值为0,从而导出一组关于节点上被求变量的代数方程。对不规则几何区域的适应性好。 65、 迎风是相对于局部速度定义的,即用上游节点的变量值计算本地的变量值。一阶迎

风和二阶迎风可以理解为保留Taylor级数的项数不同,从而精度不同。二阶精度更高,对一般工程问题二阶精度已经足够高,但比一阶精度更难收敛一些。 66、 QUICK格式是使用加权和插值到混合形式给出控制体边界点上的值。是针对结构

化网格才有意义,一般在内场可以有三阶精度,在边界上只有二阶精度。虽然非结构化网格也可以采用该格式,但是实际上还是使用的是二阶迎风格式。所以在流动方向可以预期的情况下,能够划分出与流动方向一致的结构化网格,使用QUICK格式可以提高计算精度;但很多工程问题上,流动方向是未知的,例如四角旋风炉中,流动比较混乱,所以这时花费很大力气划分结构化网格意义不大,划分出非结构化网格,然后使用二阶迎风格式就够了。

67、

设置翼型阻力系数监视器,注意XY的设置是为了保证阻力和来流方向平行,plot前面打钩表示将会在图形窗口动态的阻力系数随迭代过程的变化,选中write表示阻力系数随迭代过程的变化情况被写入一个文件。在coefficient中可以分别设置升力lift,以及力矩监视器。 68、 合并曲线,顺次点击operation---geometry---edge该图标在第二行第三列,合并后的

两条边为虚线,不在是实边的黄线。实与虚的概念,如同飞机的生产一样,飞机的蒙皮是由很多块表皮某接在一起的,在没有刷漆之前可以看到很多小块,我们可以把这些小块理解成为实体;飞机组装完成后会进行刷漆,刷漆之后就看不到这些小块了,我们可以把刷的漆理解为虚体。 69、 面或体的布尔操作这能应用于实体,把虚线变成实线。顺次点击

operation—geometry—edge(第二行第三列),转换后实边变成了黄色。 70、 挖除一个面中的另外一个面。顺次连接operation---geometry—edge(第一行第三

列),弹出subtract real face对话框,在face中选中大的面,在sunbract face中选择要减去的面积。 71、 Retain的意思是是否在完成布尔操作之后保留这个面。 72、 如何将一个面用线来分割成几个区域,便于划分网格。顺次点击

operation---geometry---face(第二行第三列)打开split face表单,这个操作表示分割某个面。 73、 四边形/六面体等结构化网格一般多用于几何结构比较简单的算例,可以比较容易

的控制,在不同方向上网格疏密不同。本例中,翼型表面的法向上物理量梯度变化要比切向上剧烈,所以靠近壁面出网格比较密。对于几何结构复杂的问题,划分结构化网格需要将计算域分成很多小块儿,所以为了节省工作量,往往采用非结构化网格。 74、 Recorder网格。顺次点击grid—recorder—domain,我们可以把这一步理解为对计

算域内的网格重新编号和排序,这样做的目的是加快计算速度,特别适用于网格数量很多的算例。 75、 虽然密度基求解器非常适合求解可压缩流体的流动,但是,压力基耦合求解器也很

适合求解带有激波的高速空气动力问题,选择green—gauss node based,基于节点的高斯克林函数求梯度的方法比基于控制体中心的精度要高,特别适合非结构化网格。 76、 S-a模型是一个相对简单的一方程模型,求解了一个有关涡粘性的输运方程,该湍

流模型比较适合具有壁面限制的流动问题,对有逆压梯度的边界层问题能够给出很好的计算结果,常常用于空气动力学问题当中,例如飞行器、翼型等扰流流场分析。 77、 考虑可压缩性和热物理特性(粘度)随温度的变化,默认的设置需要修改,在density

右侧对话框选择ideal—gas,表示密度由理想气体状态方程求出;在viscosiy右侧对话框中选择sutherland,保持默认设置的三系数方法求粘性,非常适合可压缩流动。

78、

设置pressure—far—field远场边界条件,各空数值填写依据。 79、 设置动画。顺次点击solve—animate---define,打开solution animation面板,可以通

过该对话框创建动画。需要注意:每一帧的录像时间间隔为一个时间步长(time step);storage type是对录像内容定义,用于指定fluent以何种方式保存录像(in memory—计算过程储存于内存中,退出后储存的内容自动消失;metafile或ppm image—是指以某种文件的形式储存于硬盘中,不会消失,随时读取)将存储路径写在storage directory中,完成相应设置,并且在solution animation面板中active激活选择会自动被勾上。 80、 非定常流动迭代面板中,fixed—固定时间步长,不进行数据的时间平均统计。在

非定常求解中,时间步长的选择往往很重要,一般只有在一个时间步长内的迭代次数内迭代能够收敛到所指定的残差,那么这个时间步长就是比较合适的,,否则就需要减小时间步长;如果只需要一两次本时间步内的迭代就收敛了则需要增加时间步长,时间步长的设定要根据需要。 81、 飞行器绕流流场计算要求在飞行器附近布置足够密的网格,以准确的获得阻力等气

动力和力矩,而且计算域也必须取得足够大,以适应远场边界条件,避免流场中压力波等值边界的反射引起数值计算的不稳定。但是,计算域太大、飞行器周围要求足够密的网格又会造成所划分的网格太多,计算资源不足,计算太慢等问题。所以我们需要将计算域分成多层,越靠近飞行器的部分网格布置越密,远离飞行器的部分可以划分的很稀疏。 82、 显示格式比隐式格式更加节省内存。 83、 在使用密度基求解的时候,由于求解的往往是可压缩的流动,涉及到总压、静压等

多种压力,这时将参考压力设置为0,方便我们设置边界条件和进行结果的后处理,压力的值与我们的表述习惯相一致,如显示101325Pa,就是一个大气压的值。

84、

保持默认的courant number数位1,在flux type通量类型中保持默认的Roe-FDS通量差分方法,而AUSM方法常在马赫数较高的场合使用。Multigrid levels设置为5,即设置5个层次的网格,多重网格法常用在显示时间推进算法中,用于加速收敛。Residual smoothing中的选项保持默认为0,即不进行残差光顺;如果想设置残差光顺一般设置一次就可以了,残差光顺理论上可以加速收敛,但会增加计算量,光顺次数越多增加计算量就越大,而且残差光顺往往和显示时间推进、多重网格、松弛因子配合使用在,在最佳搭配下才能起到加速收敛的作用。 85、 默认的松弛因子一般足够大,而且可以保证求解的稳定。 86、 在残差监视曲线中的convergence criterion中选定none表示不在检查各方程的的收

敛情况,也就是没有必要设置各方程的残差收敛标准。 87、 Cooper的网格生成方式可以是“制桶”方式,例如一个圆柱体,可以设置上下端

面为sources面,其过程是先将sources面划分相类似的网格,然后从一侧source开始,沿圆柱轴线像箍桶一样一层层向下划分,直到另外一侧source面。 88、 进行检查网格时,display type是选择显示类型,常用的有plane,即显示一个平面

上的网格;range即显示网格质量标准中某一范围内的网格;3d element表示所显示的网格类型,若为非结构性网格,则需要全部选中;quality type是显示网格的什么方面,通常有equisize skew(偏斜程度),还有volume(网格体积),aspect ratio(纵横比)等许多表示网格质量的选项。 89、 正则网格与非正则网格的区别 90、 当网格划分较多的时候,鼠标做一些移动操作时计算机可能会反应比较慢,这是因

为每次都要在屏幕上重新显示网格,可以先将网格隐藏,以便进行下一步操作。 91、 旋风分离器内是旋流占优的流动,所以选择了RNG双方程湍流模型,并且选择了

swirl dominates flow选项。其实更加适合旋流计算的是能模拟各项异性湍流的reynolds stress(雷诺应力)模型,但是该模型在三维情况下需要求解7个方程,比双方程模型多了三倍还多,计算量比较大,固本例选择双模型方程。 92、 水力直径等于四倍的流通面积比上湿周周长。 93、 黑体、镜体以及透明体的定义 94、 气体中分子结构对称的双原子气体实际上并没有发射和吸收辐射的能力,可认为是

热辐射的透明体,但是三原子、多原子以及结构不对称的双原子气体却有相当大的辐射

本领,气体辐射不同于液体和固体的辐射,具有两个突出的特点:气体辐射对波长有选择性;气体的辐射和吸收是在整个容器中进行的。 95、 辐射换热是高温条件下换热的主要机制,Fluent提供了5种模型来计算辐射换热的

问题:离散换热辐射模型(DTRM)、P-1辐射模型、Rosseland辐射模型、表面辐射模型(S2S)以及离散坐标(DO)辐射模型。 96、 可以根据下列标准选择辐射模型:A、光学厚度:可以用光学厚度al作为选择辐射

模型的一个指标。a为介质的吸收系数,l为计算域的特征长度尺寸,例如计算一个燃烧器中的流动与传热,l就是燃烧室的直径。在光学厚度大于1时,最好选用P-1模型和rosseland模型,对于更高的光学厚度,推荐使用DO模型和二阶离散格式,DTRM和DO模型对于任何光学厚度都适用,但是他们计算量比较大,因此计算中在允许的情况下应尽可能选择P-1或Rosseland辐射模型,对于光学厚度比较小的问题(a《1),则尽可能选择DTRM和Do模型进行计算。 97、 B、散射率和发射率。P-1和Rosseland、Do模型均可以计算散射问题,而DTRM

模型则忽略散射问题的影响,Rosseland模型在壁面上使用了温度滑移边界条件,因此,它对壁面发射率(黑度)不敏感。 98、 C、颗粒效应。只能计算P-1和Do模型计算气体与颗粒之间的辐射换热。 99、 D、半透明介质与镜面边界。只有Do模型可以计算镜面反射(全反射,如镜子)

和半透明介质(玻璃)内的辐射。

100、 E、非灰气体辐射。只有Do模型能够允许用户使用灰带模型计算非灰体辐射。 101、 F、局部热源。在带有局部热源的问题中,Do模型是最合适的辐射计算方法;如果

采用足够多的射线数目,也可以采用DTRM模型计算。而用P-1模型则可能会高估计辐射热流。

102、 J、封闭腔体内没有参与性辐射介质条件下的辐射传热。对于这种情况,表面辐射

换热模型S2S最实用,不过从原理上讲,使用考虑参与性辐射介质的各种辐射模型也可以计算辐射表面间的换热,但计算效率不是最好。

103、 G、外部的辐射。如果用户需要考虑计算区域之外的辐射的影响,那么可在模型中

定义边界条件的时候使用外部辐射边界条件,如果用户并不关心计算域内的辐射,只想考虑外部辐射,那么计算中不需要使用任何辐射模型,仅在设置边界条件的时候使用这种外界边界条件就可以。

104、 DTRM模型:1、可以通过增加射线的数量来提高计算精度;同时该模型可以使用

任何光学厚度,但是,该模型假设的所有表面都是漫射表面,即所有入射的射线没有固定的反射角,而是均匀的反射到各个方向;计算没有考虑辐射的散射效应;假定辐射是灰体辐射;如果给大量辐射增加射线的话会增加CPU的负担;不能应用于动网格和存在拼接界面的网格情况,也不能用于并行计算。

105、 P-1模型:辐射换热方程是一个计算相对较小的扩散方程,同时模型包含了散射效

应。在燃烧等光学厚度很大的场合,计算效果会更好;还可以在采用曲线坐标系情况下,计算复杂几何模型问题。但是,该模型也是假设所有表面都是漫射表面,即所有入射的射线没有固定的反射角,而是均匀的反射到各个方向;采用灰体假设;如果光学厚度比较小,则计算精度会受到几何形状复杂程度的影响;在局部热源/汇问题,该模型计算的辐射射流通常出现偏高现象。

106、 Rosseland模型:同比 P-1模型,该模型优点是不用像P-1模型那样计算额外的输

运方程,因此计算速度快,需要内存更少;仅能用于计算光学厚度大于3的问题,同时计算中只能采用压力基求解器进行计算。

107、 D0模型:计算范围最大的模型------可以计算所有的光学厚度问题,并且计算范围

涵盖了从表面辐射、半透明介质辐射到燃烧问题中出现的参与性介质辐射在内的各种辐射问题;采用灰带模型进行计算,故可以进行灰体辐射,也可计算非灰体辐射;如果网格划分不太细的话,计算所占用的系统资源也不大,因此成为辐射计算中被经常使用的一个模型;立体角的离散度(类似于DTRM中的射线条数)增加,会使计算量增大。(在模拟燃烧问题热辐射过程中,在使用非灰体辐射的DO模型时,WSGGM灰气体加权平均模型,不能用于对每个波带的吸收系数进行设定,若在非灰体辐射的DO模型中受用WSGGM模型,则每个波带的吸收系数相同) 108、 表面辐射模型(S2S):适用于计算在没有参与性介质的封闭空间内的辐射换热计

算,比如飞船散热系统、太阳能集热器、辐射式加热车和汽车机箱内的冷却过程等;同DTRM和DO模型相比,虽然视角因子的计算需要占用较多的CPU时间,但在每个迭代步中计算速度都很快。但是,假定所有表面是漫射表面;采用灰体辐射模型计算;内存等系统资源的需求随着辐射表面的增加而激增,计算可以将辐射表面组成集群的方式来减少内存资源的占用;不能计算有参与性辐射介质的问题;不能用于带周期性边界条件或对称边界条件的计算,也不能用于二维轴对称问题计算;不能用于多重封闭区域的计算,只能用于单一封闭区域的计算;不能用于拼接网格界面、悬挂节点存在的情况下以及网格的自适应计算。 109、 自然对流中,浮力的影响可通过格拉晓夫数与雷诺数之比判断。此数值接近或超过

1时,浮力对流动有较大影响;相反,则浮力影响可以不予考虑。

110、 在纯自然对流中,浮力引起的流动强度可由瑞利数判断。若瑞利数小于108则浮力

驱动的对流为层流;由层流向湍流转变的瑞利数范围是108《Ra《1010;瑞利数超过1010则为湍流。

111、 模拟封闭区域内的自然对流时,密度场的计算是个关键,有两种方法计算密度:非

定常计算,这种处理方法中,流场的初始密度由初始状态压力、温度通过状态方程求得,而随后计算中,求解沿时间推进,则利用(流体)质量保持守恒关系计算密度场的变化,适合计算温度差较大的场合;使用Boussinesq模型假设按定常问题进行计算,就是在计算中假设所有方程中密度为常数,只有动量方程中的密度项为变量,仅适用于温差较小的场合。

112、 当选择某一辐射模型时,系统会默认调用Energy模型,不需要特意设置。

113、 P-1模型增加了一个额外的辐射输运方程,在低光学厚度的条件下,模型中的辐射

方程和能量方程没有太多耦合,更容易收敛,故提高松弛因子。 114、 对于小的光学厚度,速度场独立于辐射场

115、 除了求解流体流动问题之外,FLUENT还可以在求解流体流动(连续相)的输运

方程的同时,求解还存在着颗粒、液泡、气泡、粒子等(离散相)的多相流问题。有两种方法:欧拉—欧拉方法(对连续相流体在欧拉框架求解N-S方程,对粒子相也在欧拉框架下求解粒子相守恒方程,以空间点为对象);欧拉—拉格朗日法(对连续相流体在欧拉框架下求解N-S方程,对粒子相在拉格朗日框架下求解颗粒轨道方程,以单个粒子为对象)我们简单地称这两种方法为求解多项流问题的双/多流体模型和颗粒轨道模型(离散相模型Discrte Model)。 116、 求解带有粒子流动问题,最直观和容易理解的就是离散相模型,粒子被当做离散存

在的一个个颗粒,首先计算连续相流场,再结合流场变量求解每一个颗粒的受力情况获得颗粒的速度,从而追踪每一个颗粒的轨道。这就是拉式坐标下模拟流场中离散的第二相。

117、 离散相模型假定第二相(离散相)非常稀疏,因此可以忽略颗粒—颗粒之间的相互

作用、粒子体积分数对连续相的影响。

118、 稳态的拉式离散相模型适用于具有确切定义的入口与出口边界条件,不适用于模拟

在连续相中无限期悬浮的颗粒流问题,这类问题经常出现在处理封闭体系中的悬浮颗粒过程中,包括搅拌釜、混合器等。但是,非定常的颗粒拉式离散相模型可以处理此类问题。

119、 最初的确定颗粒轨道模型假定颗粒沿着各自的轨道互不干扰的运动,颗粒数总通量

沿轨道守恒,实际上颗粒与连续相湍流相互作用不仅存在,往往起着非常重要的作用。可以使用随机颗粒轨道模型或颗粒云模型进行计算,考虑颗粒湍流扩散的影响。随机颗粒轨道模型通过应用随机方法来考虑瞬时湍流速度对颗粒轨道的影响;颗粒云模型则是跟踪由统计平均决定的一个“平均”轨道,颗粒群中的颗粒浓度分布假设服从高斯概率分布函数,粒子的发展变化过程也是概率表达。 120、 两种模型中,所谓相间耦合是颗粒只对连续相的动量方程起作用,颗粒对连续相湍

流的生成与耗散均没有直接影响,即没有考虑颗粒的湍流变动。

121、 基于欧拉—欧拉方法的多相流模型,分为VOF模型、Mixture模型以及Euler模型 122、 在多项流中,所谓“相”可以定义为具有相同类别的物质,该类物质在所处的流动

中具有特定的惯性响应与流场相互作用。

123、 多项流可以分为:汽液或者液液流动(气泡流动:连续流体中存在着离散的气泡或

者液泡;液滴流动:连续相为气体,其他项为液滴;栓塞(泡状)流动:在连续流体中存在尺寸较大的气泡;分层自由面流动:有明显的分界面隔开的非混合流体流动)、气固流动(粒子负载流动:连续气体流动中有离散的固体粒子;气力输运:流动模式依赖,如固体载荷,雷诺数和粒子属性等因素。最典型的模式有沙子的流动,泥浆流等;流化床:有一个盛有粒子的竖直圆筒组成,气体从一个分散器导入圆筒内,从床体不断冲入的气体使得颗粒得以悬浮,改变气体的流量,就会有气泡不断地出现并穿过容器,从而使颗粒在床内得到充分的混合。)、液固流动(泥浆流:流体中的大量颗粒输运,液—固两相流的基本特征不同于液体中固体颗粒的运动,在泥浆流中,颗粒的stokes数通常小于1,当大于1时,流动成为流化了的液—固流动;水力运输:在连续流体中密布着固体颗粒;沉降运动:在一定高度盛有液体的容器中,初始时刻均匀散布着颗粒物质,随后,流体将会分层,在容器底部由于颗粒的不断沉降并堆积形成了淤积层,在顶部出现了澄清层,里面没有颗粒物质,在中间则是沉降层,那里的颗粒仍然在沉降,在澄清层和沉降层之间可以看到清晰可辨的交界面。)以及三相流动(以上各种情况的组合)。 124、 目前数值计算方法处理多项流有两种方法:欧拉—拉格朗日方法和欧拉—欧拉方

法。欧拉---拉格朗日方法就是轨道模型和离散相模型;欧拉—欧拉方法就是就是多相流模型。

125、 在欧拉—欧拉方法中不同的相被处理成互相贯穿的连续介质,由于一种相所占有的

体积无法被其他相占有,故此引入相体积率或相对体积分数的概念。体积分数是时间和空间的连续函数,各相的体积分数之和等于1,从各相的守恒方程可以推导出一组方程,这些方程对于所有的相都有类似的形式,从实验得到的数据可以建立一些特定的关系,使方程封闭。共有三种欧拉—欧拉多相流模型,分别为:VOF模型、混合(Mixture)、欧拉(Eulerian)模型。

126、 VOF模型:是一种在固定的欧拉网格下的表面跟踪方法。当需要达到一种或多种

互不相容流体间的界面问题时,可以采用此模型。不同流体组分共用着一套动量方程,计算时,在全流场的每个计算单元内,都记录下各相组分所占有的体积率或体积分数。应用例子包括:分层流、自由面流动、灌注、晃动,液体中大气泡的流动、水坝决堤时的水流,对喷射衰竭(表面张力)的预测以及求得任意液—气分界面的稳态或瞬时分界面。

127、 混合模型(Mixture):可以用于两相流或者多相流(流体或颗粒)。因为在欧拉模

型中,各相被处理成互相贯通的连续体,混合模型求解的是混合物的动量方程,并通过相对速度(相间的相对滑移)来描述离散相。混合模型的应用包括低质量载荷的粒子负载流,气泡流,沉降以及旋风分离器,也可以用于没有离散相相对速度的均匀多相流。 128、 欧拉模型:是fluent中最复杂的多相流模型,它包括每一相的动量方程和连续性方

程,压力相和各界面交换系数是耦合在一起的。耦合方式则依赖于所含相的情况,颗粒流(流-固)的处理与非颗粒流(流-流)是不同的。对于颗粒流,可应用于分子运动理论来求得粒子的流动特性。不同相之间的动量交换也依赖于混合物的类别,通过用户自定义的UDF,用户还可以自己定义动量交换的计算方式。欧拉模型应用于气泡流、上浮、颗粒悬浮以及流化床。

129、 对于体积分数小于10%的气泡、液滴以及粒子负载流动,采用离散相模型

130、 对于离散相混合物或单独的离散相体积率超过10%的气泡、液滴和粒子负载流动,

采用混合模型或者欧拉模型。

131、 对于栓塞流、泡状流,采用VOF模型 132、 对于分层以及自由面流动,采用VOF模型

133、 对于气力输运,如果是均匀流动,则采用混合模型;如果是粒子流动,则采用欧拉

模型

134、 对于流化床,采用欧拉模型模拟粒子流

135、 对于泥浆和水力输运,采用混合模型或者欧拉模型 136、 对于沉降,采用欧拉模型

137、 VOF模型适合于分层的或自由表面流;而混合模型和欧拉模型适合于流动中有相

的混合或分离,或者分离相的体积分数超过10%的情形。(流动中分离相的体积分数小于或者等于10%时可以使用离散相模型) 138、 为了区分混合模型和欧拉模型,考虑一下几个方面:如果分离相有着宽广的分布(如

颗粒的尺寸分布很宽),最好选择混合模型;反之,可使用欧拉模型。如果相间曳力规律是已知的,欧拉模型通常比混合模型更加精确;反之,混合模型更好。如果希望计算量小,最后选择混合模型,因为它比欧拉模型要少解一部分方程;如果计算精度要求很高而不是很在意计算量的大小,欧拉方程更好一些。但是需要注意,复杂的欧拉模型比混合模型计算稳定性要差,收敛可能遇到困难。

139、 颗粒载荷定义为离散相的表观密度和连续相的表观密度之比。相间的物质材料密度

比定义为离散相的密度和连续相的密度之比。在气—固两相流中,相之间的材料密度比常大于1000;在液—固两相流中,该值在1左右;气---液两相流中常小于0.001

140、 对于低载荷率,相之间的耦合作用是单向的;就是说,作为连续相载体的流体介质

可以通过流动和漩涡影响粒子的运动,但是粒子对流体的影响却不是很大,离散相模型,混合模型以及欧拉模型都可以很好地处理这一问题,由于欧拉模型消耗计算量,故混合模型和离散相模型

141、 对于中等的载荷率,耦合作用是双向的;就是说,作为连续相载体的流体介质可以

通过流动和漩涡影响粒子的运动的同时,粒子反过来也通过消耗流体的动量和能量来影响连续相流动,离散相模型、混合模型以及欧拉模型都适合,但是此时需要考虑其他一些影响因素来决定采用何种模型最为合适,可将下文将要介绍的斯托克斯数作为判断标准。

142、 对于高载荷率,在双向影响的基础上还存在有由于颗粒—颗粒碰撞所引起的粒子压

力和粒子的粘性应力的耦合,此时只有欧拉模型才是正确处理此类问题的模型,离散相轨道模型由于忽略了颗粒之间的碰撞,所以不适合。

143、 VOF模型只能使用压力基求解器

144、 所有控制容积必须充满单一流体相或相的联合,不允许存在某些区域中没有任何类

型的流体存在;不允许在流向周期性流动中使用;二阶隐式时间格式不能使用;不能用于并行计算中追踪粒子

145、 Fluent中规定轴的方向必须与X轴的方向一致,即水平方向。 146、 混合模型是一种简化的多相流模型,它用于模拟各相具有不同速度的多相流动,其

基本假设是在短距离空间尺度上的局部平衡,相间是强耦合。混合模型也用于模拟有强相间耦合的各向同相多相流和各相以相同速度运动的多相流,另外,混合模型还可以用于计算非牛顿流体的粘性。

147、 混合模型只适用于压力基求解器;只有一相被允许定义为可压缩的理想气体,但是

没有限制使用UDF定义可压缩流体相;混合模型不允许在流向周期性流动中使用;不能用于融化和凝固过程;当模拟多相流动的气穴现象时,如果湍流模型是LES大涡模拟则不可使用混合模型;不能和固体壁面的热传导模拟同时使用;不能用于无粘流体;不能用于并行计算中和颗粒轨道模型即离散相模型同时使用来追踪粒子。

148、 混合模型和VOF模型的相同之处在于他们都处于一种“单流体”模型,即只求解

一套动量、能量方程,混合模型相比于VOF模型不同之处在于两个方面:一是混合模型允许相间有穿插,即在同一个控制体内各相对体积分数可以是0到1的任意数,总和为1;二是相间允许有速度滑移。 149、 按照参与反应的流体来区分,燃烧过程可以分为单相燃烧和多相燃烧;按照反应前

各组分的分布来区分可以分为预混燃烧、扩散燃烧、部分预混燃烧;按照燃烧状态来区分,分为稳定燃烧和非稳定燃烧;按照化学反应时间和扩散时间的关系来划分可以分为,快速反应和有限反应。

150、 Fluent提供了多种模拟化学反应的方法:通用有限化学反应速率模型,非预混燃烧

模型,预混燃烧模型,部分预混燃烧模型,PDF输运方程模型。 151、 通用有限化学反应速率模型需要求解组分质量分数的输运方程,采用所选择的化学

反应机制对化学反应进行模拟,反应速率在这种方法中以源项的形式出现在组分输运方程中,计算反应有几种选择:层流Arrehenius化学反应速率(这一模型对于化学动力学控制的燃烧,比如层流燃烧;或者化学反应相对缓慢的湍流燃烧是准确的。)、漩涡破碎模型(Eddy Dissipation)(大部分燃料快速燃烧,整体反应速率由湍流混合控制,在非预混火焰中,湍流缓慢的通过对流/混合燃料和氧化剂进入反应区,在反应区他们快速的燃烧,在预混火焰中,湍流对流/混合冷的反应物和热的生成物进入反应区,在反应区迅速发生反应。这些情况下,燃烧称为混合限制的,即扩散控制的燃烧,复杂而且常常是未知的化学反应动力学速率可以完全的被忽略掉。)、EBU—Arrehenius模型(取层流化学反应速率和漩涡破碎模型两者反应率的小值)以及可以考虑详细化学反应和湍流影响的EDC模型。这种方法应用范围最广泛,可以模拟化学组分混合、输运和反应的问题;壁面或粒子表面反映的问题。

152、 非预混燃烧模型不求解每个组分的质量输运方程,而是代而求解一个或两个守恒标

量(混和分数)的方程,然后从预混的混合分数分布推导出每一个组分的浓度,这种方法主要用于模拟湍流扩散火焰的反应系统,这个系统要求接近化学平衡。其中氧化物和燃料以两个或三个进口进入计算域。在守恒标量方法中,可以通过概率密度函数或PDF来考虑湍流的影响,反应机理不是我们来确定的,而是使用flame sheet方法或化学平衡计算来处理反应系统。层流火焰面flamelet模型是非预混燃烧模型的扩展,它考虑了从化学平衡状态形成的空气动力学的应力诱导分离。

153、 预混燃烧模型主要用于单一、预先完全混合好的燃烧系数。在这些问题中,完全的

混合反应物和燃烧产物被火焰前缘分开,我们求解出反应发展变量来预测前缘的位置,湍流的影响是通过考虑湍流火焰的速度来计算的。

154、 部分预混燃烧模型就是描述非预混燃烧完全预混燃烧相结合的系统。这种方法中,

我们结合混合分数方程和反应物发展变量来分别确定组分的浓度和火焰前缘的位置,这种模型适用于计算域内具有变化定值比率的预混火焰的情况。

155、 联合PDF输运方程湍流燃烧模型结合CHMKIN可以考虑详细的化学反应机理,而

且高度的非线性化学反应项是精确模拟,无须封闭模型,可以合理的模拟湍流和详细化学反应动力学之间的相互作用,所以被认为是模拟湍流燃烧的精确模拟方法,但是,该方法需要计算机强大的存储量和计算时间。

156、 单一旋转坐标系SRF中的流动计算,采用旋转坐标系进行流动计算时,需要将坐

标系与外形复杂的部件连接在一起,而被设置为做旋转运动的部件。在几何上必须是以旋转中心为圆心形成一个圆或圆柱,这样就可以将问题转化为定常流动问题,大大简化计算。当使用SRF使用旋转坐标系进行计算时,在网格的使用上有以下约束条件:二维问题中,旋转轴必须平行于Z轴,即垂直于屏幕所在的平面;在二维轴对称问题中,计算域取为过旋转轴的一个二维平面区域(单位弧度),旋转轴必须是X轴;在三维问题中,旋转轴可以取为任意直线,但是应该在头脑中先制定一个旋转轴来建立网格,为了方便通常选用X\\Y\\Z作为旋转轴。

157、

158、 使用PRESTO!压力耦合方案,非常适合于旋转流动中存在较大的压力梯度;降低

动量方程的低松弛因子,将其设置为0.3-0.5或更低;用一个较低的旋转速度开始启动计算,然后逐渐增加旋转速度,最终获得合理的结果(因为参考坐标系的旋转和边界条件的定义旋转会带来流动复杂的力,随着流速的增加,求解将会变得不稳定,因此,采用先用较小速度在增加速度的方法)。在划分网格的时候,或使用fluent中自适应网格操作,在压强、速度梯度较大的区域加密网格。

159、 多重参考系MRF模型,在计算域中同时存在运动区域和静止区域或者存在多个静

止、可动区域时,可以采用的模型包括多参考系模型(MRF)、混合平面模型和滑动网格模型,MRF模型是最常用的模型。

160、 MRF模型是不同旋转或移动速度的每个区域的稳态近似。当边界上流动区域几乎

均匀混合时,这种方法比较适宜。显然MRF模型是近似的,在很多定常流动的场合适

用;其潜在用法是可以将其求解的结果作为适用瞬态滑移网格模型的初始流场。在需要精确模拟强烈作用的叶轮片的瞬态模型时,不能使用MRF模型,应该使用滑动网格模型。

161、 如果交界面上的网格是正则的,即交界面两侧区域中交界面上共用相同的网格节

点,则网格划分的方法与常规方法一样。如果交界面上的网格是非正则的,例如一侧是三角形网格,一侧是四边形网格,而且交界面是重合的两个面,分别属于不同的区域,这时交界面上的信息是通过插值来传递的。

162、

163、 移动区域与邻近区域的交界面必须是定向的,即使交界面边界的法向速度分量为

0,例如搅拌模型,要求虚线边界是圆(而不是矩形或其他图形),对于平移坐标系,移动区域的边界必须平行于平移速度,都是为了保证法向速度为0。

164、 严格来讲,MRF只对定常流动起作用,对于非定常流动,滑动网格模型更适合,

但是,fluent允许MRF使用非定常流动,应该明白计算结果并没有意义,只是可以将其作为滑动网格模型的初场。

165、 Fluent中画质点轨迹使用的是相对单元运动的速度,在采用相对速度定义式,无质

量的质点轨迹是有意义的,但是,有质量的粒子,包括离散相模型中的颗粒轨迹的显示。所以,离散相颗粒轨道模型和MRF模型同时使用时没有意义的。

166、 MRF模型的粒子跟踪和离散相轨道模型的一种替代方法是基于绝对速度而不是相

对速度的质点跟踪。在fluent控制台用define/model/dpm/options/track-in-absolute-frame命令,注意到基于绝对速度的质点跟踪会得到错误的粒子与壁面的相互作用。对质点的入射速度(在set injection properties面板设置)的定义要相对于质点跟踪所使用的参考系,默认设置的入射速度是相对于局部当地参考坐标系的,如果设置了track-in-absolute-frame选项,则这时入射速度就是相对于绝对参考系的。 167、 在使用相对速度定义时,MRF模型对轴对称旋流流动是不精确的。

168、 MRF模型中的平移速度和旋转速度必须是常数,即交界面上的速度应该是“均匀”

的。

169、 使用相对速度定义的MRF模型不能和混合多相流模型同时使用,但是可以用绝对

速度定义。

170、 混合平面模型,在MRF模型计算中,相邻区域边界上的流动情况是相同的,否则

得出的结果可能是没有意义的,在边界上各点的速度并不相同时,虽然可以考虑采用滑动网格方法进行计算,但是考虑到非定常的滑动网格模型计算资源很大,所以在一些情况下,混合平面模型作为一个很好的补充,用于这类情况。

171、 混合平面模型与MRF模型一样,也是将计算域划分成数个彼此独立的子区域,与

MRF模型不同的是,混合平面模型将每个流域都看成是稳态的,在流域之间的边界面

上构造一个混合面,通过作为边界条件的混合平面用空间平均或者说是混合的数据来将两侧的流场变量联系起来。而每个子域内的流场以定常流场求解,通过混合就消除了流域通道之间由于周向变化而导致的不稳定(如尾迹、激波以及流动分离),从而得到稳态解。如果撇开混合平面模型内在的这种变化,它还是提供了一个时均流场合理的近似。 172、 例如多级压气机的计算中,可以将每级静子或转子与相邻流场区域划分出来作为计

算的子域,而在交界面上用混合面相连接。这样每个划分出来的子域可以采用不同的坐标系和边界条件,并转化为定常问题来进行计算,子域之间的信息交流则通过混合面来完成。

173、 混合面的计算过程为:首先计算各子域内的定常流场;其次计算混合面上的变量分

布;然后将所得到的混合面上的变量分布作为边界条件开始下一个迭代步的计算,直到计算收敛。

174、 混合面模型不能使用LES湍流模型;不能与组分的输运和燃烧模型一起使用;不

能与VOF多相流模型使用;不能和离散相颗粒轨道模型使用。

175、 混合平面模型在迭代计算过程中混合面出现回流时会产生较大的误差,为了避免混

合面上出现回流,可以在计算开始阶段采用固定参数进行技术,等流场稳定下来之后在恢复正常条件,另外,采取较低的亚松弛因子对计算很有帮助。

176、 滑移网格模型可以处理非定常问题,这是它与MRF模型和混合网格模型的主要区

别,滑移网格模型处理的通常是带有周期性的问题。比如,计算叶轮机械中转子与静子的相互干扰问题,但是,滑移网格也可以用于计算非周期性问题,例如两列火车会车时,两车车身周围的流场变化。在不需要考虑转子与静子相互干扰问题的细节时,用MRF和MP模型进行定常流动就可以获得相互干扰的时间平均的平均效果了,但是,在考虑干扰过程细节时,必须使用滑移网格。 177、 滑移网格模型的思想:在滑移网格模型的计算中,计算域至少包括两个以上相对运

动的子域,每个运动的子域至少有一个与相邻子域连接的交界面。原则上交界面的形状是任意的,但是实际计算的过程中,交界面的形状都设计成滑移后相邻子域不能重叠的形状,或者说交界面上的运动速度必须与交界面相垂直。例如,在旋转机械问题中,交界面都设计成轴对称形式,包括圆锥面、圆柱面等形状;在列车交会问题中,交会面常设计成平面等。

178、 滑移网格技术中设定的交界面在计算过程中总是有一部分与相邻的子域相连,而其

余区域则不与相邻子域相连。与相邻子域相连的区域成为内部区域;不相邻的区域在平东问题中被称为壁面区域,在周期性流动中则被称为周期区域。在每次迭代结束后fluent都会重新计算内部区域的范围,将交界面的其余部分划定为壁面区域或周期区域,并在其区域上设定下设定相应的边界条件,在新的迭代步中,只计算内部区域上的通量。滑移网格计算中采用的是非正则网格技术,即交界面两个次子域在交界面上不共用网格节点,因此内部区域不是用交界面两侧网格直接构成,而是通过子域间的相对移动量重新计算得出内部区域的边界位置。

179、 滑移网格模型需要注意的问题,滑移网格技术通常用于非定常问题的计算,所以计

算过程中应该注意保存每个时间段的算例文件和数据文件,如果计算的是周期性流动,比如旋转机械问题,周期性的最终解是不依赖起始阶段解过程的时间步骤的。由于不关心流动开始阶段的精确解,因此在计算开始的阶段可以采用较大的时间步长以缩短开始阶段的不稳定过程,在计算稳定下来形成周期性后在减小时间步长以保证时间精度,同时每隔一个周期观察一下流场变量的变化,如果变化逐渐缩小,说明计算是稳定的,在变化量小于5%时,可以认为计算已经收敛。 180、 动网格模型用于计算运动边界问题,以及边界或计算域内有某个物体的移动(如飞

机投弹的问题)。在计算之前首先要给定体网格的初始定义,在边界发生运动或形变后,其计算域的网格重新划分是在fluent内部自动进行的,而边界的形变和运动过程可以用边界函数来定义。也可以用UDF来定义。由于fluent在动网格技术中是根据边界或物体的移动自动进行计算域网格的重建,因此求解非定常问题,而且对计算资源要求较高。 181、 动网格模型的基本思想:动网格模型是在每一个时间步迭代之前,根据边界或物体

运动、变形更新和重新构建计算域网格,从而达到计算各种非定常的流固耦合、计算域随时间变形变化的问题。动网格的含义就是计算域的网格是运动的、不断更新变化的。 182、 动网格重新构建的方法有三种:弹性光顺法(将网格系统看做是由节点之间用弹簧

相互衔接的网格系统。初始网格就是系统保持平衡的弹簧网格系统,任意一个网格节点的位移都会导致与之相互连接的弹簧产生弹性力,进而导致临网格节点上力的平衡被打破。由此波及出去,经过反复迭代,最终整个弹簧网格系统达到新的平衡,就可以得到一个变形后的、新的网格系统)、动态层技术(是根据边界的移动量动态的增加或减少边界上网格层的技术,因此动态层技术适用于六面体网格、楔形网格等可以在边界上分层的网格系统。动态层技术在边界上假定一个优化的网格层高度,在边界发生移动变形时,如果临近边界的一层网格的高度同优化高度相比大到一定程度时,就在边界面和相邻网格层之间增加一层网格。相反,如果边界向计算域内移动时,临近边界的一层网格被压缩到一定程度时,临近边界的一层网格又会被删除。就是通过这种方法保持边界附近的网格保持一定的密度。)以及局部网格重划法(是对弹性光顺方法的补充。在网格系统是由三角形或四面体网格等非结构化网格组成时,如果边界的移动或变形过大,可能导致局部网格发生严重的畸变,甚至出现网格体积为负的情况。在这种情况下,一个简单地处理办法是去掉原来网格系统中经过弹性光顺后得到的新网格,在被去掉的网格位置上重新划分新的网格,这就是局部网格重划法的思路)。 183、