Fluent软件总体介绍

1.基础仿真流程介绍

1.1前处理与网格划分

前处理与网格划分

先处理三维CAD几何模型，再进行网格划分，是CFD前处理的最优路径。

1.1.1前处理工具（Ansys系列）

工具 主要技术与优势 主要缺点
SCDI（推荐） 又称Spaceclaim,近几年ANSYS主推的几何直接建模工具。优势巨大，非常适合CFD仿真几何处理。 无历史特征记录，容易引发误操作。
DM 全名Design Modeler,是传统的ANSYS几何处理模块具备几何模型结构树，能够较好的支持参数化建模技术。 几何模型的约束较大、对于CAE仿真前处理自由度较低，创建草图、特征等技术工作效率较低。
Discovery modeling（推荐） 与SCDM功能基本一致，但是界面与后台运行引擎略有差别，是ANSYS计划在未来主要推广的几何工具。 运行流场程度与硬件关联较大，部分功能位置不如SCDM便捷，暂无ICEPAK简化功能模块。
ICEM CFD 同时具备几何与网格功能，具备结构树 无草图功能，无实体建模功能，不支持布尔运算等：

1.1.2Ansys前处理中的网格划分工具

  • Workbench Meshing：

缺点：

  1. 高度自动化：简单的网格输入控制就能快速实现分析
  2. 参数化：参数驱动/模型更新贯穿整个系统
  3. 灵活性：添加网格控制措施，不会使工作流变复杂
  4. 物理场相关：根据不同的物理场进行自动建模和仿真
  5. 针对简单几何：易于上手、可以生成混合网格、工作效率高
  6. 官方推荐：17.0版本之后多项改进

缺点：

  1. 几何依赖：不能独自处理几何问题
  2. 高级功能缺失：网格质量微调、节点控制、网格操作…

适用：

新手、简单的几何模型处理

  • ICEM CFD：

优点：

  1. 丰富的网格模型：（多块）结构化网格、非结构化网格、二维(平面&壳)、四面体、
    六面体、棱柱层；混合网格；棱柱边界层网；格笛卡尔网格
  2. 几何、网格模型的诊断与修复技术
  3. 支持操作过程的记录与回放(replay),脚本二次开发技术
  4. 网格编辑功能、自动网格光顺技术
  5. 具备结构树与几何建模功能、完善的CAD数据接口
  6. 部分内置的结构求解器功能

缺点：

  1. 网格划分效率较低
  2. 六面体网格使用人员较少
  • Fluent Meshing：

优点：

  1. 内嵌在Fluent求解器的GUI中
  2. 基于TGid算法，超高的网格划分效率，极其稳定的网格工作进程，能够处理多达数十亿的超大规模网格
  3. 丰富完善高级网格功能，支持几乎所有的网格处理方法
  4. 新版本包含官方的二次开发模板：工作流技术
  5. 全新的Ribbon风格界面，支持中文界面
  6. 能够通过脚本&Workbench实现参数化网格处理
  7. 基于mosaic技术的多面体-六面体核心网格

缺点：

  1. 软件难度较大，上手较为困难
  2. 不支持二维网格，不支持纯六面体网格的划分与修改

1.1.3网格类型与网格选择

网格类型 特点 示例
四面体 体积小，数量多
适合复杂表面，可自动生成		 四面体
六面体 同等尺寸下，数量少
无法自动处理，复杂几何工作量大		 六面体
五面体 六面体与四面体的过渡
混合网格、自动生成
不能作为主要填充网格		 五面体
三棱柱 四面体表面的边界层
用于边界层等速度梯度较大的位置，保证数据捕获质量
自动生成、描述表面
不能作为主要填充网格		 三棱柱

纯六面体网格：

纯六面体网格的优势在于对空间网格分布的精准控制，尤其是壁面附近的网格控制，对于内存的利用效率是所有网格类型中最高的，求解速度通常也更快。当网格方向能够沿着流动方向布置的时候，计算精度更高，收敛速度也更快。

其劣势在于对复杂的几何模型，生成纯六面体网格非常耗费人工时间，自动化程度较低，甚至对于特别复杂的一些几何模型根本无法生成纯六面体网格。

四面体、金字塔加楔形网格的混合网格：

是一种经典的非结构化网格类型。四面体网格高度的自动填充能力极大地简化了人工操作和参与时间，楔形网格在壁面附近对剪切层的分辨力也较高，仅次于纯六面体网格。因此，这也是工程仿真中最常用的一种网格类型。

其缺点在于对内存资源的占用较同等数量的纯六面体网格要高，而且计算速度也相对较慢。由于网格方向和流动方向相比是杂乱无章的，离散误差通常较大，但可以通过减小网格尺寸以及使用更高阶精度的差分格式来弥补。

多面体网格加底面为多边形的楔形网格的混合网格：

是近年来大热的一种较新的网格类型。它和四面体网格一样拥有较强的自动化生成能力，无需过多的人工操作。多面体网格的最大的优点是它有很多相邻单元，所以能更精确地计算控制体的梯度，甚至在边部和角部，多面体网格通常也会有多个邻居单元，这样可以正常计算梯度和局部流动的分布。

Fluent中支持的网格形式

Hexcore网格：

是一种六面体网格占优的网格划分技术，在壁面上是和四面体网格相同的三角形表面网格，在远离壁面的空间中是边长呈1：2关系渐变的六面体网格，而且在壁面附近还可以生成楔形网格以提升对剪切层的分辨力。其综合了六面体网格的高效内存利用率，以及四面体、金字塔和楔形网格的自动化生成优势，在外流计算等领域也有着广泛的用途。

CutCell网格：

也是一种六面体网格占优的网格划分技术，在壁面上是空间中六面体网格的部分节点向壁面投影形成的表面网格，在远离壁面的空间中是边长呈1：2关系渐变的六面体网格，而且在壁面附近还可以生成楔形网格以提升对剪切层的分辨力。其综合了六面体网格的高效内存利用率，以及壁面投影法对原始几何模型质量的低依赖性的优势，在外流计算等领域也有着广泛的用途。

Mosaic技术：

是ANSYS Fluent最新推出的网格生成技术，能够将各种类型的网格连接起来，包括六面体、四面体、金字塔、楔形以及多面体网格，形成共节点（Conformal）的体网格。Mosaic技术使得用户能够充分利用各种网格类型的优势，帮助用户实现快速、高保真度、高精度的CFD仿真。

六面体网格VS四面体网格：

  1. 采用六面体网格可以减小网格数量
  2. 对于流动方向沿着网格的问题，六面体网格可以减小数值误差
  3. 几何形状复杂时，六面体网格划分工作量极大
  4. 几何曲率较大时，六面体网格质量难以有效控制

多面体(Polyhedral)网格介绍：

  1. 网格数量减少为四面体的1/3左右
  2. 有效提高网格质量
  3. 更精确的计算控制体的梯度
  4. 更高的收敛效率
  5. 不支持逆转化
  6. 不支持光顺、合并、自适应等网格编辑操作

1.1.4网格划分案例（注射器）

初始启动界面：

确定工作目录，打开Fluent工作页面

启动界面

左侧边栏新建【Watertight Geometry（水密几何工作流）】

导入几何模型——左下角选择对应文件名称

几何模型

添加局部尺寸——可以在下拉选项中选择添加与否——设置好后点击更新

生成表面网格——设置最小尺寸、最大尺寸、增长率、尺寸函数、曲率法向角、每个间隙的单元、对…施加临近探测等信息

生成表面网格

描述几何结构——确定“几何结构类型；希望封堵开口并抽取流动区域；是否将所有流体-流体区域交界面类型从“壁面”改为“内部”‘是否需要应用共享拓扑“这几个选项信息

希望封堵开口并抽取流动区域：若不添加封口无法正常抽取流体区域

封闭流体区域（封盖）：选择需要封闭的管路——确认封闭位置——创建封堵面——完成封堵面的创建
压力出口创建：回到封闭流体区域（封盖）——选择需要设置为压力出口的面——改变区域类型【pressure-outlet】——创建封堵面

创建流体区域：设置流体区域预估数量——创建区域

完成封闭和创建过程

更新区域

添加边界层——可以选择”偏移方法类型、层数、转换比例、增长率、添加、在…上增长“等信息

生成体网格——选择网格类型——设置网格详细情况（缓冲层、剥离层、最小单元长度、最大单元长度）

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1.2求解器基本功能

1.2.1设置

通用：

【比例】——可以用于网格缩放，改变模型几何尺寸

网格缩放

【单位】——进行各项物理量单位的修改

**模型：**用于设置求解问题时用到的数学方程，包括：多相流、能量、粘性、辐射换热器、组份、离散相、凝固和熔化、声学、结构、Eulerian壁面液膜、电场/锂离子、电池电池模型

**单元区域条件（cell-zone）：**包括流体、固体两大类。
但其中流体又包括多孔介质（一种特殊的流体域），可以通过用户输入的各方向的粘性系数和惯性阻力系数来确定流动方向的压降。
常被用于堆积床、过滤纸 、多孔板、流量分配器、管束的研究。

**材料：**软件提供Fluent自带数据库和Granta企业数据库
所选择的物理模型将决定可采用的材料，以及该材料必须设定哪些参数
材料属性可以设置为函数属性（关于温度、压力的函数方程）

材料编辑

边界条件（boundary condition）：

【边界条件类型】可以被分为内部与外部；
【内部边界（两侧都分布有体网格）】：·Fan(风扇)·Interior(内部)·Wall(壁面)
【外部边界（仅一侧分布有体网格）】：通用·Pressure Inlet(压力-入口)·Pressure Outlet(压力-出口)；不可压缩流·Velocity Inlet(速度入口)·Outflow(出流边界)；压缩流·Mass Flow Inlet(质量流入口)·Mass Flow Outlet(质量流出口)·Pressure Far Field(压力远场)；其他·Wall(壁面)·Symmetry(对称)·Axis(轴)

边界类型更改：选择对应边界——【右键】——【type】选择更改壁面进行修改

【速度入口】：

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【压力进口】:
需要的输入：总压（表压），超音速/初始化表压（非超音速忽略），入口流动方向，湍流量（如是湍流的话），总温

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各种压力：
【动压】“动压”就是由于气流相对运动导致构件受到相对于静压的增加量。
【静压】“静压”就是没有气流的相对运动时作用于构件表面的压力，“静压”是不受来流速度影响测得的构件表面压力值 。
【总压】又称驻点压力，指气流速度等熵滞止到零时的压力，是气流中静压与动压之和，当流体静止时总压等于静压。
【表压】流体的绝对压力与测量地点大气压力值的差。

【质量流入口】：流量入口是为可压缩流设计的，但也可以用于不可压流动

需要的输入：质量流量或流率（除以时间）；超音速初始化表压；总温（在Thermal面板），对不可压缩流取静温；指定方向；湍流量（如是湍流的话）

质量流入口

【压力出口】：表压指静压

  • 适用于压缩和不可压流动

如果流动在出口是超音速的，指定的压力被忽略
在外流或非封闭区域流动，作为自由边界条件

  • 要求输入

表压（流体流入环境的静压）
回流量（当有回流发生时，起到进口的作用
湍流量(如是湍流的话)

  • 对于大多数问题是首选的出口条件
压力出口

【质量流出口】：如果流动在出口的质量流率是已知的，且没有任何回流的情况下可以使用。通常用于旋转机械的下游出口。

【壁面边界条件】：

  • 粘性流动中，壁面采用无滑移边界条件

也可以指定剪切应力

  • 热边界条件

有几种类型的热边界条件(区分内部和外部边界类型)
对一维或薄壳导热计算，可以指定壁面材料和厚度

  • 壁面可以设置平移或旋转速度

  • 对湍流可以指定壁面粗糙度

基于局部流场的壁面剪切应力和传热

1.2.2求解

求解器选择：

  • FLUENT中有两种求解器-压力基和密度基

  • 压力基求解器以动量和压力为基本变量
    通过连续性方程导出压力和速度的耦合算法（半迭代、半试探，求解收敛速度较低）

  • 压力基求解器有两种算法
    分离求解器一压力修正和动量方程顺序求解（占用内存较小，收敛的效率和稳定性较差）
    耦合求解器(PBCS)-压力和动量方程同时求解（占用内存更大，收敛的效率和稳定性更好）

对于初学者可以直接用求解方法中的【默认】选项，软件将根据物理模型、边界条件给出推荐的求解器设定

FLUENT中的求解设定：

非常的复杂，包括压力速度耦合方法、输运方程的空间离散方法、扩散方程的梯度项设定以及压力离散格式等
另外，不同的求解方法还涉及到其他的扩展设定：如松弛因子、库郎数、伪扩散时间推进方法、自动时间步长等。

收敛性：

  • 计算收敛时应该满足（稳态）

所有离散的守恒方程（动量、能量等）在所有的单元中满足指定的误差或者结果随计算不再改变
全局的质量、动量、能量和标量达到平衡
感兴趣（监测）量的值保持不变，通过定义报告创建相关报告进行检测

  • 使用残差曲线来监测收敛

一般地，残差下降三个量级表示至少达到定性的收敛，流场的主要特征已经形成
压力基求解器的能量残差应下降到10−610^{-6}
组分残差应下降到10−510^{-5}

  • 检查全局通量守恒

除了监测残差和变量外，也可以检查全局热和质量平衡
净通量差值(Net Results)及流入口质量与流出口质量的差值应该小于通过边界最小通量的1%

1.2.3求解结束与文件保存

Fluent文件类型介绍：

名称 扩展名 简要介绍
网格(msh) *.msh 网格文件，可通过任意前处理工具生成
案例(cas) *.cas 网格+设置文件，文件大小略大于网格文件
数据(dat) *.dat 变量数据文件，储存每个网格、面和节点的变量数值
脚本(journal)) *.txt *jou *.log 操作记录文件，通常用于批做处理和二次开发
分布文件(profile) *.prof *.csv 用于分布式边界条件给定、时间相关变量赋值等

文件压缩格式：（在对应格式后面加上压缩的附加扩展名即可压缩）

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==求解结束后，若结果完成收敛，需要把结果的Data文件保存，以防之后的操作使结果文件丢失==

1.3后处理

1.3.1后处理概述

后处理两种方法：

  1. Fluent后处理工具-整合在Fluent求解器中的工具
  2. 应用ANSYS CFD-Post

常见的CFD结果分析方法：

  1. Iso-surfaces(等值面)
  2. Vector plots(矢量图)〉
  3. Contour plots(等值图-云图)
  4. Streamlines and pathlines(流线和迹线)
  5. XY plotting(XY曲线图)
  6. Animation creation（创建动画)

Fluent后处理的基本工作流程：

  1. 确定位置
    常见的位置有点、线、面，部分后处理内容涉及到体。
    已有的边界条件（网格划分过程中命名的体和面)
    根据后处理需求，临时自定义的几何位置，包括（点、线、面、等值面、ISO-Clip)
  2. 如需要，创建变量/表达式来提取数据
    【设置】——【已命名的表达式】——【新建】（创建软件中无法直接给出的数据结果）
  3. 在给定位置处生成数据（定量数据、定性数据）
  4. 生成报告（新版本功能）

1.3.2数据分析

  • 定量数据：

【结果】——【报告】——

  1. 【表面积分】——设置“报告类型”、“场变量”、“检测表面位置”
  2. 【通量报告】——可以检测包括质量流率在内的总传热速率、辐射传热速率、Viscous Work Rate等数值，通常用于判断守恒
  3. 【XY图绘制】在感兴趣的特征区域绘制直线——在直线上得到沿直线变化的物理量数据——绘制成XY图
  • 定性数据：

【结果】——【绘图】——

  1. 【云图】：只能创建在线、面上
  2. 【矢量图】：（可以创建在壁面）
  3. 【迹线图】：（需要选择起始点）
  4. 【场景】：视图叠加显示。同时，可以通过点击绘图窗口，嵌入（Embed In），令图形信息和图像信息同时显示）

1.3.3报告功能

【结果】——【仿真报告】——【报告大纲】——其中可以选择报告模板（这决定了报告中包含的内容及其排版形式）；报告将自动进行内容填充和图片截取，最后生成一份全英文报告文档，可以按照需要输出PDF文档。

2.Fluent仿真知识

2.1Fluent基础湍流模型介绍

2.1.1基础知识

圆管流动实验：

流体在一圆管中流动，于管一端增加一带颜色的小细流，观察不同雷诺数（Reynolds Number)）下管中流体的流动状态。

低雷诺数，管中的细流保持稳定沿出口方向直线向前流动，称为“层流”。

雷诺数增加，速度增加，层与层之间的流体开始发生交换，细流在沿出口方向直线的周边开始摆动，称为“转捩流”。

高雷诺数细流进去圆管之后较快地在层级之间交换，并最终充满整个圆管空间 ，称为“湍流”。

雷诺数与湍流：

雷诺数（Reynolds number）一种可用来表征流体流动情况的无量纲数。

Re=ρULμRe=\frac{\rho U L }{\mu }

其中：ρ\rho——流体密度；UU——流体流速；LL——特征尺寸（例如机翼弦长或圆球直径）；μ\mu——粘性系数

雷诺数物理上表示惯性力（ρUL\rho U L）和粘性力量级（μ\mu）的比。

雷诺数较小时，粘滞力对流场的影响大于惯性，流场中流速的扰动会因粘滞力而衰减，流体流动稳定，为层流；反之，若雷诺数较大时，惯性对流场的影响大于粘滞力，流体流动较不稳定，流速的微小变化容易发展、增强，形成紊乱、不规则的紊流流场。

湍流的界定：

流场 流动情况 界定数值
外流场 沿着一个表面 500000
外流场 绕过一个障碍物 20000
内流场 2300
自然对流 需要利用流体的瑞利数(Ra)和普朗特数（Pr）的比值判断流动情况 10910^9

2.1.1模拟湍流的方法

方法 求解思路 评价
直接数值模拟(DNS) 理论上，所有湍流（和层流/转捩）都可以通过求解完全的Navier-Stokes方程进行数值求解 求解整个尺度谱.无模型要求，计算代价过大！
大涡模拟(LES)类模型 求解空间平均的N-S方程
直接模拟大的涡，而比网格小的涡通过模型模化		 较DNS计算代价小，但是对大多数运用来说，计算资源及计算代价依然较高
雷诺平均Navier-Stokes(RANS)模型 求解时均的Navier-Stokes方程
在RANS中模拟湍流的所有长度尺度		 通过平均的方法能够多可靠的预测出对工业应用具有充分精度的所有流动。

时均的Navier-Stokes方程：

时均速度和瞬时速度

时均速度和瞬时速度

瞬时速度表示为真实的流动速度；时均速度是速度的统计学处理；波动速度是二者的差值。

时间平均可以定义为：fˉ=lim⁡T→∞∫T0f(xi,t)dt\bar{f}=\lim_{T\rightarrow \infty }\int_{T}^{0}f\left ( x_{i},t \right )dt

由此，瞬时场拆分为平均量和脉动量之和：p=pˉ+p′,ui=uiˉ+ui′p=\bar{p}+{p}',u_{i}=\bar{u_{i}}+{u_{i}}'

对NS方程进行平均，得到雷诺平均的NS方程(RANS)。

求解RANS 时均模型分类：雷诺应力模型和涡粘模型：

  • 雷诺应力模型：求解六个雷诺应力项(加上耗散率方程)的偏微分输运方程组。RSM在具有大流线曲率和漩涡的复杂3D湍流中是有利的，但是该模型比涡黏模型更复杂，计算更密集，更难收敛
  • 涡粘模型：基于Boussinesq假设，即雷诺应力正比于时均速度的应变，比例常数为涡粘系数（湍流黏性)，μT\mu_T。对于边界层、圆形射流、混合层、通道流等简单的湍流剪切流是合理的。

2.1.3壁面附近的湍流

对于粘性流体，无滑移壁面(No slip)，第一层流体网格的相对速度永远是零。

在壁面附近的流体分布情况较为复杂，简单理解可认为是零—层流—转捩—湍流的分布。

壁面附近的湍流

两个无量纲数的概念被引入：U+,Y+U+,Y+
其中，Y+Y+：近壁面第一层网格的（等效）高度，单位是1，表示m。U+U+：等效速度，单位是1，表示m/s

对于这两个无量纲数，在近壁面较近处满足线性规律，在较远处满足对数定律

无量纲数在近壁面的关系

由于数学关系的存在，这使得近壁面处的流动求解变得有法可依。
提出了两种壁面模型的求解方法：

  • 壁面函数法，要求第一层网格应当距离壁面30-30的位置上，给出Y+Y+的同时根据数学关系可以完成U+U+的求解。
  • 求解粘性底层，要求Y+Y+近似于1，层之间的增长比率小于1.2，适用于混合流动和近壁面现象复杂的流动。

在Fluent求解中，常将Y+Y+表示为壁面的流动模拟结果，因而可以形成壁面的云图效果

近壁面网格尺寸预估：

当湍流通过入口或出口（回流）进入流体域时，必须设置湍流参数。

设置方式：

  1. 直接输入$k,\varepsilon ,\omega $或雷诺应力分量（仅此方法支持分布输入）。
  2. 湍流强度和长度尺度。
  3. 湍流强度和粘性比（默认方法，适合外流和内流）
  4. 湍流强度和水力直径（主要适合内流）

其中：湍流强度的范围通常为1%~5%，其中5%可以适用大多数的问题。粘性比的值推荐使用1-100，默认为10。对于内流场，粘性比通常为10-100。对于内流场，粘性比通常为1-10。

2.1.4湍流模拟初学者指南

Fluent开始仿真之前，先评估整个流动系统的雷诺数，用以判断是否是湍流。

在前处理（网格划分）之前，明确想要选择的壁面处理方式：解析粘性底层(y+≈1)or使用壁面函数(y+≈30~300)

当Y+>5Y+>5，选择k-epsilon (2 eqn)——Realizable——可扩展避面函数(SWF)。若Y+Y+在1附近，则选用SST&(k-E增强壁面函数)。
（scalable wall function)该模型可以无视Y+的数值使用壁面函数，用以处理近壁面速度梯度与分布，可以有效减轻前处理的工作负担。

针对wall y+的范围进行试算（y+计算器&Fluent试算)，从而确定近壁面（第一层边界层）网格尺寸。
y+计算器，在CFD Online（www.cfd-online.com）网站有。

2.2传热模型介绍

2.2.1总体介绍

热传递形式：

  • 热传导
    在介质（流体或固体）中发生
    与原子和分子振动或电子运动有关
    在介质中由于温度梯度的热扩散
  • 热对流
    流体流动导致热量交换
  • 热辐射
    通过电磁波辐射产生热量交换
  • 相变
    因相变而发生的热量交换，本质是物质吸收或放出热量
热传递形式

CFD模拟可以考虑所有的传热模式：

  1. 热传导(Conduction)
  2. 对流：强制和自然(Convection forced and natural)
  3. 辐射(Radiation)
  4. 相间能量源（相变）
  5. 流固耦合传热
  6. 黏性耗散
  7. 组分扩散

为了模拟传热，需激活能量方程：在【Setting Up Physics】物理模型选项卡选中【Energy】能量

2.2.2热传递不同形式的仿真

【热传导】

热传导由傅里叶定律决定：

当能量方程被激活时，在所有流体和固体区域中，Fluent计算热传导。

傅里叶定律指出，传热率与温度梯度成正比：qconduction=−kΔTq_{conduction}=-k\Delta T

式中：k[w/(m⋅k)]k[w/(m\cdot k)]——热导率，材料属性，kk可能是温度、空间等的函数；
对于各向同性材料，kk是一个常数；
对于各向异性材料，kk是一个矩阵。

热传导模型的设定

热导率的输入形式可以是常数；分段线性；分段多项式；多项式；表达式；动力学理论；自定义；新输入参数

【热对流】

随着流体的移动，它会带走热量，这就是对流现象；
热传递与流体流动相耦合
能量+流动方程激活时→求解对流传热
能量方程激活时，流体中热传导也将求解

q=hˉ(Tbody−T∞)=hˉ⋅ΔTq=\bar{h}(T_{body}-T_\infty )=\bar{h}\cdot \Delta T

式中：qq——物体颗粒热量；
hˉ\bar{h}——对流传热系数[W/(m2⋅K)][W/(m^2\cdot K)]

软件计算中需要同时划分来流流体网格和固体边界网格

对流传热

对流传热速率很大程度上取决于流体速度

流体性质可能随温度（例如空气）而显著变化

壁面处传热系数通过湍流热壁函数计算

【自然对流】

对流按照外界作用可以分为：强制对流（例如风扇吹动，可以给定仿真速度入口，处理较简单）和自然对流（不依靠泵或风机等外力推动，由流体自身温度场的不均匀所引起的流动 ）

当流体密度与温度有关时，被加热后密度变化，就会发生自然对流：

流动是由密度差引起的重力驱动的；

常用的描述自然对流的方法有：

  • Boussinesq密度模型
    假定密度不变，重力直接与温度挂钩。增加了处理方程的线性，方便获得结果收敛。适用于温度变化较小（10°左右），不可压缩理想气体（密度变化与温度无关只与压力有关）
  • Incompressible Idea Gas密度模型

**不可压缩流体：**密度不随压力变化而变化。对于不可压缩流体可以选择以下几种设置

  • Constant(固定值)：如果不考虑密度随压力和温度变化，可以设置为固定值。对于一般工况下的液态介质的模拟，可选择恒定密度。
  • Impressible Ideal-gas-model(不可压缩理想气体)：对于密度随压力变化很小的工况，我们可以近似将气体视为不可压缩，密度仅随温度变化而变化，二者之间的关系遵循理想气体方程。
  • Piecewise-linear,piecewise-polynomial 这两个选项可以自定义密度与温度的关系式（线性、多项式形式）
  • Boussinesq : 对于温度变化很小的自然对流工况中，可以使用Boussinesq 模型。
  • Compressible liquid: 对于高压下的液体介质，可以选用compressible liguid 定义密度。

【热辐射(Radiation)】

辐射传热是一种通过电磁波传输能量的能量传递方式：热辐射覆盖电磁频谱的一部分，从0.1到100μm

辐射波长范围

对于半透明物体（例如玻璃，燃烧产物气体），辐射是体积现象：因为辐射可以从体内逸出

对于不透明的物体来说，辐射本质上是一种表面现象：因为几乎所有的内部辐射都在体内被吸收

何时考虑辐射？

当辐射热通量：qrad=σ(Tmax4−Tmin4)q_{rad}=\sigma (T_{max}^4 -T_{min}^4)与对流及导热的传热速率相比时，二者数量级相当时，应该考虑辐射效应；
式中：σσ——Stefan-Boltzmann常数，5.6704×10−8W/(m2.K4)5.6704×10-8W/(m^2. K^4)

估计系统中传导或对流传热的大小：qconv=(Twall−Tbulk)q_{conv}=(T_{wall}-T_{bulk})

Fluent中的热辐射模型：

  1. 关闭
  2. Rosseland
  3. P1
  4. Discrete Transfer (DTRM)
  5. 表面到表面(S2S)，适用于电子产品散热
  6. 离散坐标(D0)
  7. Monte Carlo (MC)

【相变】

当物质改变状态时，会释放或吸收热量；

相变的多种形式：

  1. 冷凝-Condensation
  2. 蒸发-Evaporation
  3. 沸腾-Boiling
  4. 融化/疑固-Melting/Solidification

仿真中需要综合掌握“多相流”技术以及“传热”方法，需要多相模型和/或UDF来正确地模拟这些现象

2.2.3共轭换热(CHT)

在流体与固体区域之间的壁面或两侧有流体的壁面，在读取网格文件时，Fluent会自动创建wall与wall_shadow

默认情况下，耦合(Coupled)（【壁面】——【热量】——【耦合】）边界条件自动平衡墙两侧的能量

冷却液流过加热棒

2.2.4壁面热边界条件

当壁面条件为外部边界时，其热边界条件为：

  • 热通量（默认选项，热通量为0，表示该表面绝热处理）
  • 温度（恒定的温度）
  • 对流（模拟外部环境的对流，用户定义换热系数。来流温度高，吸热；来流温度低，散热）
    qconv=hext(Text−Tw)q_{conv}=h_{ext}(T_{ext}-T_{w})
  • 辐射（模拟外部环境的辐射，用户定义内部发射率和辐射温度）
    qrad=εextσ(T∞4−Tw4)q_{rad}=\varepsilon_{ext}\sigma(T_{\infty }^4-T_{w}^4)
  • 混合（对流和辐射边界的结合）
    qmixed=hext(Text−Tw)+εextσ(T∞4−Tw4)q_{mixed}=h_{ext}(T_{ext}-T_{w})+\varepsilon_{ext}\sigma(T_{\infty }^4-T_{w}^4)
  • 通过系统耦合（当Fluent与Workbench中其他系统耦合时，可以使用“System Couplings"）
  • 通过映射交界面

当壁面条件为内部边界时，其热边界条件为：

  • 恒定热通量或温度
  • 耦合(couple)

不管壁面条件为外部还是内部边界时，其热边界条件都包含：

  • 壁面厚度
  • 热源功率
  • 材料
  • 薄壳传热(壳导热)

2.2.5壁面传热和网格

通常，模拟壁面热效应是很重要的，但可能不需要对其进行网格化

  • 选项1：对固体划分网格
    在固体域求解能量方程，需要网格离散，网格数量大
    最精确方法，使用耦合热边界条件计算
  • 选项2：薄壁模型
    只划分流体域，需指定壁面厚度；
    考虑了壁面热传导，常会导致计算的不准确。
  • 选项3：壳导热模型
    如选项2，但是打开"Shell Conduction
    将创建1层或更多层“虚拟单元”
壁面传热和网格

薄壁方法：

  • 壁面需要必要的数据输入（材料导热系数，厚度）
  • 只有对内部边界用耦合边界条件
    利用输入壁厚和材料类型，通过假定厚度-温度分布为线性计算墙体热阻
    热传导仅在壁面==法向==方向计算，除非使用壳传导方法
薄壁方法

壳导热方法：

  • 壳导热模型处理板内部的导热，求解器创建额外的导热单元，但不能显示，也不能通过UDF获得；
  • 固体属性必须是常数，不能和温度相关：
    启用“薄壳传热”；
    选择“薄壳传热”，单击“编辑”，并输入层的数量，以及每层的材料和厚度。
壳导热方法设定

壳导热可以设置多层壳，不同层壳之间允许使用不同的厚度和材料

2.2.6传热计算后处理

热通量报告：

  • 总热传递速率：计算对流和辐射通量
    计算收敛时，静热平衡应为0或与所有外部能源相反(UDF或恒源项，DPM)）
    新增了用户源项(User Source)
  • 辐射热传递速率：仅计算辐射净通量
    该通量的总和一般不为0，它可以代表被介质吸收的能量的量

壁面对流换热系数：
Fluent变量包含这一概念；
仅作定性判断
数值和参考温度相关

2.3瞬态模型

2.3.1概述

自然界几乎所有流动都是瞬态的

CFD中使用稳态方法的好处：更少的计算资源，更容易后处理和分析

使用瞬态求解的工况：

  1. 气动（飞机、机车等）涡脱落
  2. 旋转机械：动静干涉、失速、颤振
  3. 多相流：自由液面、气泡动力学
  4. 变形域：内燃机燃烧、机弹分离
  5. 瞬态换热：瞬态加热或冷却

2.3.2瞬态CFD分析

模拟指定时间内的瞬态流场：

可以通过以下方法求解

  • 稳态解一流场不再随时间变化
  • 时间周期解一流场形态随时间脉动重复出现

可以简化为分析预定时间间隔的流动

  • 自由表面流

抽取特征的变量：

  • 特征频率（如：斯德鲁哈尔数）
  • 时间平均或/RMS值（有效值）
  • 时间相关的参数（如，热固体的冷却时间，污染物的停留时间)
  • 特殊数据（快速傅立叶变换）

瞬态计算离散思想：

类似离散时间，将总时间离散成多个时间步长（Time steps）。使用某个特定的时间点代表该时间步内周围时间间隔的状态。

Time steps=2s；Initial Time=0 s；Total Time=20 s

瞬态计算离散思想

瞬态时间步长选择：

  • 时间步长是瞬态模拟中的一个重要参数；Δt\Delta t必须足够小以解决与时间相关的特征
瞬态时间步长选择
  • 时间步长必须足够小以保持求解器的稳定性

若时间步长过大，可能导致结算结果发散

感兴趣的量可能非常缓慢地变化（如固体中温度）；但如果其他量（如速度）具有较小的时间尺度，则无法使用大的时间步长

  • Courant数通常用于估计时间步长：

Courantnumber=Characteristicflowvelocity×ΔtTypicalCellSizeCourant number=\frac{Characteri stic flow velocity×\Delta t}{Typical Cell Size}

给出了流体在一个时间步长中通过网格单元的数量。典型值为：1一10，但是某些情况下更高的值是可以接受的

  • 估计时间步的提示和技巧：

通常案例：L=网格特征尺寸，限制但收敛性好。Δt=13LV\Delta t=\frac{1}{3}\frac{L}{V}。式中：L——特征长度，V——特征速度

旋转机械：Δt=13NumberofBladesRotationalVelocity\Delta t=\frac{1}{3}\frac{Number of Blades}{Rotational Velocity}

自然对流：Δt=L(g⋅β⋅ΔT⋅L)12\Delta t=\frac{L}{(g\cdot \beta \cdot \Delta T\cdot L)^\frac{1}{2}}

固体导热：Δt=L2λρ⋅Cp\Delta t=\frac{L^{2}}{\frac{\lambda }{\rho \cdot C_{p}}}

2.3.3瞬态问题模拟流程

总体流程：

1.激活瞬态求解器

2.设置物理模型和边界条件
·允许设置瞬态边界条件：UDF或者分布文件；

3.指定初始流场
·最好用物理意义的初场，如稳态流场；

4.求解器设置，监测求解设置

5.设置动画（重要的后处理手段）和数据输出选择

6.选择时间步和每个时间步最大迭代次数

7.设定时间步数

8.计算迭代

激活瞬态求解器：

在物理模型标签栏中，选择通用按钮（或者双击下方菜单中的通用)，随后在时间选项中选择瞬态，即可激活瞬态仿真求解器；

激活瞬态求解器

瞬态仿真中的边界条件：

  • 瞬态模拟中的边界条件与稳态类似
  • 新增了与时间相关的边界条件

通过UDF程序来描述

新版本支持表达式功能，可以直接定义与时间相关的边界条件

求解器设置：

在“时间项离散格式”中定义瞬态项的数值格式

First Order Implicit为默认选项，因为它更稳定
对于精度要求较高的问题，推荐使用Bounded Second Order Implicit

求解器设置

设置时间步长：

在求解面板中直接输入时间步长与时间步数

也可双击运行计算，并设置时间步长与时间步数

时间步长X时间步数=总仿真时间

最大迭代数/时间步是一个重要的概念
通常保持20不要更改；对于某些问题可以降低到15用以控制更稳定的时间步长；同时，建议最多不超过30

初始化：

瞬态计算中，初始值会直接影响求解结果

使用符合物理条件的初始条件
稳态收敛解常被用作初始值

如果从近似初始猜想开始瞬态模拟，初始瞬态结果将不准确。需要将前几个时间步，步长需要很小（10−510^-5）,虽不收敛，但依旧可以保持稳定。待前几步结果稳定，再逐步增加仿真步长（10−410^-4）。最后增加到由Courant数得到的时间步长。前几个时间步可能不收敛
较小的时间步长有利于维持求解器的稳定性
对于周期性重复问题，忽略前几个周期，直至获得可重复的结果

2.3.4瞬态仿真的收敛判定与设置策略

创建动画：

必须在计算前设置动画，动画帧在计算中写出并储存

创建动画

收敛行为：

瞬态模拟的残差图并不总是表明收敛的解

应该选择时间步长，使得残差在一个时间步长内减少大约三个数量级；
保证瞬态行为被精确解析。对于较小的时间步长，残差可能仅下降1~2个数量级，在整个时间步中需要单调减少

瞬态摸拟的技巧：

  • 压力-速度耦合采用PISO格式，比标准SIMPLE格式更易收敛

  • 每个时间步的迭代次数大约20次
    减少时间步长比增加每步的迭代次数效果要好；

  • 记住对瞬态问题，精确的初场和边界条件一样重要

    初场一定要符合真实物理条件！

  • 可以指定零时间步长，表示只收敛当前时间步
    在计算前定义希望得到的动画

3.外部知识援助

3.1网格划分阶段

3.1.1模型边界条件

ANSYS Fluent里的各种边界条件（汇总）：https://zhuanlan.zhihu.com/p/528203426

3.1.2模型缺陷的检查和排除

**DM检查、简化与修复模型：**https://zhuanlan.zhihu.com/p/591655923

**SC检查、简化与修复模型：**https://zhuanlan.zhihu.com/p/592792748

3.2求解阶段

3.2.1模型初始化方式选择

Fluent中的各种初始化：https://blog.csdn.net/wsxww11/article/details/124378279

混合初始化的介绍和不收敛状况时的相关设置方法：https://www.bilibili.com/read/cv20360706

3.2.2流体材料给定CFD中的密度模型

CFD中的密度模型：https://zhuanlan.zhihu.com/p/539920569

4.Fluent计算设置

==来源于：《FLUENT19.0流体仿真从入门到精通》_ 刘斌 _清华大学出版社==

本章将重，点介绍如何利用Fluent软件建立数学模型、设定边界条件和定义求解条件等。

4.1网格导入与工程项目保存

Fluent启动——网格导入——网格质量检查——显示网格——修改网格——光顺网格与交换单元面——项目保存

4.1.1网格质量检查

在Fluent中，网格的检查能力包括域的范围、体积的数据统计、网格拓扑和周期边界信息。

单击Setting Up Domain功能区中的Check按钮

网格质量检查

在信息中，域的范围列出了x、y和z以米为单位的最大值和最小值。
体积的数据统计包括以m3m^3为单位的单元体积的最大值、最小值和总的单元体积。
面的数据统计包括以为m2m^2单位的单元表面的最大值和最小值。

注：当最小体积值为负值时，意味着存在一个或多个单元有不合适的连通性，一个负体积的单元经常可以使用Iso-Value Adaption功能标记。

4.1.2修改网格

  • 缩放网格：单击Setting Up Domain功能区Mesh区Transform按钮下的Scale选项，弹出ScaleMesh(网格缩放)对话框。在Scaling中，通过选择Convert Units或Special Scaling Factors进行长度单位的变换或特殊缩放比例的设置。
  • 移动网格：单击Setting Up Domain功能区Mesh区Transform按钮下的Translate选项，在对应的文本框中填入X、Y、Z方向上的偏移距离。
  • 旋转网格：单击Setting Up Domain功能区Mesh区Transform按钮下的Rotate选项，在Rotate Axis中填入旋转轴矢量方向。
  • 合并域：单击Setting Up Domain功能区Zones区Combine按钮下的Merge选项，可合并多个相同边界类型的区域，简化边界条件的设置与处理。
  • 分离域：把一个面或单元域分成相同类型的多个域，以便设置不同的边界参数。单击Setting Up Domain功能区Zones区Separate按钮下的Faces选项，打开分离面域的选项。单击Setting Up Domain功能区Zones区Separate按钮下的Cells选项，打开分离单元域的选项。

注：分离面域的方法中，常使用Angle通过不同面的法线矢量大于或等于所指定的重要角的角进行分离。如果共享内边界是interior类型，那么在执行分离之前必须把它变化成另一种双边的面域类型(fan、radiator等)

  • 合并面域：单击Setting Up Domain功能区Zones区Combine按钮下的Fuse选项，在Fuse FaceZones(合并面域)对话框。在Zones中选择所要合并的面，在Tolerance中填入适当的公差值，单击Fuse按钮进行合并。

注：在两个子域交会的边界处不需要网格节，点位置相同。如果使用Tolerance的默认值没有使所有适当的面合并，那么可以适当增加Tolerance的值，然后试着合并域，但Tolerance不应超过0.5否则可能会合并错误的节点。

  • 删除、抑制和激活域：在Fluent中可以从case文件中永久地删除一个单元域和所有相关的面域，或者永久地使域不活动。打开界面单击单击Setting Up Domain功能区Zones区的Delete/Deactiva/Activate按钮。

4.1.3光顺网格与交换单元面

通常情况下，网格设置后还需要进行光滑和单元面交换以提高最后数值网格的质量。光滑重新配置节点和面的交换修改单元的连通性，从而使网格在质量上取得改善。

单击Setting Up Domain功能区Mesh区的Improve按钮，弹出Improve Mesh(优化网格)对话框，单击Improve按钮完成。

注：单元面交换仅适用于三角形和四面体单元的网格适应。对话框中给定优化网格的比例及迭代次数，优化网格的比例建议首先给定较小的值，然后逐次提高。

4.2设置求解器及操作条件

本节将介绍Fluent的求解器和运行环境的设定，包括数值格式、离散化方法、分离求解器、耦合求解器等内容，以及如何在计算中使用这些方法。这部分是Fluent软件设置的核心内容。

4.2.1求解器设置

在General(总体模型设定)面板中，在Solver选项组中，对求解器的类型进行设置。

Pressure—Based是基于压力法的求解器，使用的是压力修正算法，求解的控制方程是标量形式的，擅长求解不可压缩流动，对于可压流动也可以求解。一般选用该种。

Density-Based是基于密度法的求解器，求解的控制方程是矢量形式的，主要离散格式有Roe、AUSM+。该方法的初衷是让Fluent具有比较好的求解可压缩流动能力，但目前格式没有添加任何限制器，因此还不太完善。Density-Based只有Coupled的算法，对于低速问题，可使用Preconditioning方法处理。

4.2.2操作条件设置

单击Setting Up Physics功能区Solver区的Operating Conditions按钮，弹出Operating Conditions(操作条件)对话框。其中包含

  • 操作压力值（Operating Pressure)：操作压强对于不可压理想气体流动和低马赫数可压流动来说是十分重要的，对于高马赫数可压缩流动操作压强的意义不大。因为不可压理想气体的密度是用操作压强通过状态方程直接计算出来的，而在低马赫数可压流动中操作压强起到了避免截断误差负面影响的重要作用。

注;如果密度假定为常数，或者密度是从温度的型函数中推导出来的，那么根本不使用操作压强。操作压强的默认值为101325Pa。

  • 参考压力位置：对于不包括压力边界的不可压缩流动，Fluent会在每次迭代之后调整表压场避免数值漂移。每次调整都要用到（或接近）参考压力点网格单元中的压强。如果计算中包含压力边界，则上述调整没有必要。调整的方法，即在Reference Pressure Location(参考压力位置)中输入参考压强位置的新坐标值(X,Y,Z)。

  • 重力设置：如果计算的问题需要考虑重力影响，那么需要在Operating Conditions对话框中勾选Gravity复选框，同时在X、Y、Z方向上填入重力加速度的分量值。

4.3物理模型设定

在求解器设定完成后，需要根据计算的问题选择适当的物理模型，包括多相流模型、能量方程、湍流模型、辐射模型、组分输运和反应模型、离散相模型、凝固和熔化模型、气动噪声模型等。

4.3.1多相流与能量模型

Fluent提供了4种多相流模型：VOF(Volume of Fluid)模型、Mixture(混合)模型、Eulerian(欧拉)模型和Wet Steam(湿蒸汽)模型。一般常用的是前3种模型，Wet Steam模型只有在求解类型是Density-Based时才能被激活。

模型 介绍 适用案例
VOF(Volume of Fluid)模型 当需要得到一种或多种互不相融流体间的交界面时，可以采用这种模型。适合于求解分层流和需要追踪自由表面的问题 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(jet breakup)表面张力的预测。
Mixture(混合)模型 混合模型求解的是混合物的动量方程，并通过相对速度描述离散相。可用于两相流或多相流（流体或颗粒）问题，适合计算体积浓度大于10%的流动问题 低负载的粒子负载流、气泡流、沉降以及旋风分离器。
Eulerian(欧拉)模型 欧拉模型是Fluent中最复杂的多相流模型。它包含有n个动量方程和连续方程)用于求解每一相。耦合的方式依赖于所含相的情况，其动量交换方式也可通过用户自定义的方式设置。 气泡柱、上浮、颗粒悬浮以及流化床。
Wet Steam模型 只有在求解类型是Density—Based时才能被激活。
多相流模型

能量方程：

Fluent允许用户决定是否进行能量方程计算，通过在模型设定面板双击Energy按钮，弹出Energy(能量方程)对话框，选中EnergyEquation复选框激活能量方程。

4.3.2湍流模型

湍流出现在速度变动的地方。这种波动使得流体介质之间相互交换动量、能量和浓度变化。Fluent提供的湍流模型包括Spalart–Allmaras模型、标准k−εk-\varepsilon模型、RNGk−εRNGk-\varepsilon、带旋流修正k−εk-\varepsilon模型、k−ωk-\omega模型、压力修正k−ωk-\omega模型、雷诺应力模型、大漩涡模拟模型等。

模型 介绍 应用情况
InviscidInviscid 进行无粘计算
LaminarLaminar 用层流模型进行流动模拟。层流同无粘流动一样，不需要输入任何与计算相关的参数。
Spalart—AllmarasSpalart—Allmaras 该模型最早被用于有壁面限制情况的流动计算中，特比是存在逆压梯度的流动区域内，对边界层的计算效果较好。 常被用于流动分离区域附近以及涡轮机械的计算中。在湍流影响不明显，网格精度不高时也可以，但模型的稳定性较差。
标准k−εk-\varepsilon 具有的稳定性、经济性和比较高的计算精度，广泛应用于湍流模拟中。标准k一ε模型通过求解湍流动能(k)方程和湍流耗散率（ε）方程，得到的解，代入计算湍流粘度，最终通过Boussinesq假设得到雷诺应力的解。
因标准k-ε模型假定湍流为各向同性的均匀湍流所以在旋流(swlow)等非均匀湍流问题的计算中存在较大误差。		 模型中包含低雷诺数影响，可压缩性影响和剪切流扩散。因此适用于尾迹流动计算、混合层计算、射流计算，以及受到壁面限制的流动计算和自由剪切流计算。
RNGk−εRNG\quad k-\varepsilon RNGk−εRNGk-\varepsilon是标准方程的改进，主要改进包含：
在湍流耗散率（ε）方程中增加了一个附加项，提高了大速度梯度流场的计算精度
额外考虑了旋转效应，对强旋转流动计算精度得到提高
对湍流Prandtl数不再仅采用用户自定义常数的方式，增加了解析公式
弥补了以往模型针对高雷诺数计算的缺点，也适用于低雷诺数的计算。
Realizablek−εRealizable\quad k-\varepsilon Realizablek−εRealizable\quad k-\varepsilon模型中采用了新的湍流粘度公式。
ε\varepsilon方程是从涡量扰动量均方根的精确输运方程推导出来的。
可以在雷诺应力上保持与真实湍流的一致。		 可以更精确地模拟平面和圆形射流的扩散速度，同时在旋转流计算、带方向压强梯度的边界层计算和分离流计算等问题中更加精确。
在同时存在旋转和静止区（旋转滑移网格）的流场计算中会产生非物理湍流黏性，慎选。
SSTk−εSST\quad k-\varepsilon SST是剪切应力输运的简称。是k−εk-\varepsilon模型和标准k−εk-\varepsilon模型的结合。
与标准k一ε模型相比，SST k一ε模型中增加了横向耗散导数项，同时在湍流粘度定义中考虑了湍流剪切应力的输运过程，模型中使用的湍流常数也有所不同。		 SST k一ε模型的适用范围更广，比如可以用于带逆压梯度的流动计算、翼型计算、跨音速激波计算等。
雷诺应力模型(RSM) 雷诺应力模型电没有采用涡粘度的各向同性假设，因此理论上比湍流模式理论要精确得多。
但实际上雷诺应力模型的精度受限于模型的封闭形式，因此优势往往得不到充分体现，只有在雷诺应力明显具有各向异性的特点时才必须使用雷诺应力模型。		 比如龙卷风、燃烧室内流动等带强烈旋转的流动问题。
黏性模型

4.3.3辐射模型

Fluent提供5种辐射模型，用户可以在传热计算中使用这些模型，这5种辐射模型分别是离散传播辐射(DTRM)模型、P-1辐射模型、Rosseland辐射模型、表面辐射(S2S)模型和离散坐标辐射(DO)模型。

使用上述辐射模型，用户可以在计算中考虑壁面由于辐射而引起的加热或冷却，以及流体相由辐射引起的热量源/汇。

模型 优点 局限性
DTRM模型 比较简单，通过增加射线数量就可以提高计算精度，同时还可以用于很宽的光学厚度范围。 DTRM模型假设所有表面都是漫射表面
计算中没有考虑辐射的散射效应。
计算中假定辐射是灰体辐射。
如果采用大量射线进行计算，就会给CPU增加很大负担。
P-1辐射模型 在该模型下辐射换热方程(RTE)是一个容易求解的扩散方程，同时模型中包含散射效应。
在燃烧等光学厚度很大的计算问题中，P-1的计算效果都比较好。
P-1模型还可以在采用曲线坐标系的情况下计算复杂几何形状的问题。		 P-1模型也假设所有表面都是漫射表面。
P-1模型计算中采用灰体假设。
如果光学厚度比较小，同时几何形状又比较复杂，那么计算精度会受到影响。
在计算局部热源问题时，P-1模型计算的辐射热流通量容易出现偏高的现象。
Rosseland模型 同P-1模型相比，Rosseland模型的优点是无需计算额外的输运方程，因此Rosseland模型计算速度更快，需要的内存更少。 Rosseland模型的缺点是仅能用于光学厚度大于3的问题，同时计算中只能采用分离求解器进行计算。
D0模型 DO模型是适用范围最大的模型，可以计算所有光学厚度的辐射问题，并且计算范围涵盖从表面辐射、半透明介质辐射到燃烧问题中出现的介入辐射在内的各种辐射问题。
DO模型采用灰带模型进行计算，因此既可以计算灰体辐射，又可以计算非灰体辐射。
网格划分不过分精细时计算中所占用的系统资源不大，因此成为辐射计算中被经常使用的一种模型。
S2S模型 S2S模型适用于计算没有介入辐射介质的封闭空间内的辐射换热计算，比如太阳能集热器、辐射式加热器和汽车机箱内的冷却过程等。 模型假定所有表面都是漫射表面。
模型采用灰体辐射模型进行计算。
内存等系统资源的需求随辐射表面的增加而激增。
不能计算介入辐射问题。
不能用于带有周期性边界条件或对称性边界条件的计算。
不能用于二维轴对称问题的计算。
不能用于多重封闭区域的辐射计算，只能用于单一封闭几何形状的计算。

注：光学厚度，科技名词，指在计算辐射传输时，单位截面积上吸收和散射物质产生的总衰弱，是无量纲量。<u>两个给定高度层之间的单位截面铅直气柱内特定的吸收或发射物质的质量</u>是光学质量的定义。

辐射模型

4.3.4组分输运和反应模型

Fluent可以模拟具有或不具有组分输运的化学反应。Fluent提供4种模拟反应的方法：通用有限速度模型、非预混燃烧模型、预混燃烧模型、部分预混燃烧模型。

模型 介绍 运用场景
通用有限速度模型 该方法基于组分质量分数的输运方程解，采用定义的化学反应机制，对化学反应进行模拟。反应速度在这种方法中以源项的形式出现在组分输运方程中。计算反应速度的方法有从Arrhenius速度表达式计算、从Magnussen和Ijertager的漩涡耗散模型计算和从EDC模型计算。 通用有限速度模型主要用于化学组分混合、输运和反应的问题，以及壁面或粒子表面反应的问题（如化学蒸气沉积）。
非预混燃烧模型 解一个或两个守恒标量（混合分数）的输运方程，然后从预测的混合分数分布推导出每一个组分的浓度。该方法主要用于模拟湍流扩散火焰。
对于有限速度公式来说，这种方法有很多优点。在守恒标量方法中，通过概率密度函数或PDP考虑湍流的影响。反映机理并不是由我们确定的，而是使用flame sheet(mixed-is-burned)方法或化学平衡计算处理反应系统。
层流flamelet模型是非预混燃烧模型的扩展，考虑到了从化学平衡状态形成的空气动力学的应力诱导分离。		 非预混燃烧模型主要用于包括湍流扩散火焰的反应系统，这个系统接近化学平衡，其中的氧化物和燃料以两个或三个流道分别流入所要计算的区域。
预混燃烧模型 主要用于完全预混合的燃烧系统。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。我们解出反应发展变量预测前缘的位置。湍流的影响是通过考虑湍流火焰速度计算得出的。 预混燃烧模型主要用于单一、完全预混和反应物流动。
部分预混燃烧模型 用于描述非预混燃烧与完全预混燃烧结合的系统。在这种方法中，我们解出混合分数方程和反应发展变量分别确定组分浓度和火焰前缘位置。 部分预混燃烧模型主要用于区域内具有变化等值比率的预混合火焰的情况。
离散相模型

4.3.5离散相模型

Fluent可以用离散相模型计算散布在流场中的粒子运动和轨迹。

例如：在油气混合气中，空气是连续相，而散布在空气中的细小油滴则是离散相。连续相的计算可以用求解流场控制方程的方式完成，而离散相的运动和轨迹需要用离散相模型进行计算。

离散相模型实际上是连续相和离散相物质相互作用的模型。在带有离散相模型的计算过程中，通常是先计算连续相流场，再用流场变量通过离散相模型计算离散相粒子受到的作用力，并确定其运动轨迹。

离散相计算是在拉格朗日观点下进行的，即在计算过程中是以单个粒子为对象进行计算的，而不像连续相计算那样是在欧拉观点下以空间点为对象。

Fluent在计算离散相模型时可以计算的内容包括：

  • 离散相轨迹计算，可以考虑的因素包括离散相惯性、气动阻力、重力。
  • 可以考虑湍流对离散相运动的干扰作用。
  • 考虑离散相的加热和冷却。
  • 考虑液态离散相粒子的蒸发和沸腾过程。
  • 可以计算燃烧的离散相粒子运动，包括气化过程和煤粉燃烧过程。
  • 计算中既可以将连续相与离散相计算相互耦合，又可以分别计算。
  • 可以考虑液滴的破裂和聚合过程。
离散项模型

4.3.6凝固和熔化以及气动噪声模型

凝固和熔化模型：

Fluent采用“焓一多孔度(enthalpy-porosity)”技术模拟流体的固化和熔化过程。

“焓一多孔度”技术采用的计算策略是将流体在网格单元内占有的体积百分比定义为多孔度(porosity)，并将流体和固体并存的糊状区域看作多孔介质区进行处理。流体固化的过程就多孔度从1降低到0的过程。

气动噪声模型：

气动噪声的生成和传播可以通过求解可压N-S方程的方式进行数值模拟。但由于声波的量级极小，所以要求高精度的计算格式和精细的网格质量。

Fluent中用FW-H方程模拟声音的产生与传播，这个方程中采用Lighthill的声学近似模型。

4.4材料性质设定

本节重点介绍应用Fluent软件进行流体计算过程中流体材料的设定，包括物性参数的计算方程和详细的参数设定过程。

物性参数:

包括：密度和（或）分子量；粘度；比热；热传导系数；质量扩散系数；标准状态下的焓；分子动力论参数。

Materials(材料)面板会显示己被激活的物质所有需要设定的物性参数。当使用如理想气体定律求密度、用温度函数求粘度时，Fluent软件会自动激活能量方程。

对于固体材料来说，需要定义材料的密度、热传导系数和比热。如果模拟半透明物质，那么还需要设定物质的辐射属性。

参数设定:

材料列表中被罗列的常规材料是：空气（流体）和铝（固体）。其他材料的选择可以通过数据库进行调配。但混合物物质只有在激活组元运输方程后才会出现。与此类似，惰性颗粒、液滴和燃烧颗粒在引入弥散相模型之前是不会出现的。

材料设定支持修改现有材料、重命名已有材料，从数据库中复

制材料（通过材料名称和分子式区分），创建新材料。

材料设定

4.5边界条件设定

边界条件就是流场变量在计算边界上应该满足的数学物理条件。边界条件与初始条件一起并称为定解条件，这是有解且解唯一的要求。本节将详细讲述Fluent中的边界条件设定问题。

4.5.1边界条件的分类

大致分为进出口边界，壁面条件（包括固壁条件、对称轴（面）条件和周期性边界条件。），内部单元分区（包括流体分区和固体分区。），内部边界条件（包括风扇、散热器、多孔介质阶跃和其他内部壁面边界条件。）

进出口面的边界条件 边界条件的特点
速度入口条件 在入口边界给定速度和其他标量属性的值。
压强入口条件 在入口边界给定总压和其他标量变量的值。
质量流入口条件 在计算可压缩流时，给定入门处的质量流量。
因为不可压流的密度是常数，所以在计算不可压流时不必给定质量流条件，只要给定速度条件就可以确定质量流量。
压强出口条件 用于在流场出口处给定静压和其他标量变量的值。
在出口处定义出口(outlet)条件，而不是定义出流(outflow)条件，是因为前者在迭代过程中更容易收敛，特别是在出现回流的时候。
压强远场条件 这种类型的边界条件用于给定可压缩流的自由流边界条件，即在给定自由流马赫数和静参数条件确定后，给定无限远处的压强条件。这种边界条件只能用于可压缩流计算。
出流边界条件 如果在计算完成前无法确定压强和速度，那么可以使用出流条件。这种边界条件适用于充分发展的流场，做法是将除压强以外的所有流动参数的法向梯度都设为零。这种边界条件不适用于可压缩流。
入口通风条件 这种边界条件的设置需要给定损失系数、流动方向、环境总压和总温。
进气风扇条件 在假设入口处存在吸入式风扇的情况下，可以用这种边界条件设置

【关于可压缩流和不可压流的解释：】真实的流体介质都是有压缩性的。但是压缩性对流动的影响，即认定的可压流或者不可压流则要看具体流动参数。
马赫数反映了动能和内能的量级之比。马赫数低，意味着内能远大于动能，这个时候由流体速度引起的压力不足以对流体本身产生“压缩”的作用，因此被认为是不可压缩流动。马赫数高，流体速度引起的压力梯度会使流体产生明显的压缩的作用，此时应认为是可压缩的流动。
具体问题具体分析，但是根据笔者的经验，如果流场中没有类似压缩拐角、曲面等强压缩效应的流动中，在自由流马赫数小于6、湍流马赫数小于0.3的时候，压缩性基本没太大影响。

4.5.2边界条件的设定

改变边界类型，在Type(类型)下选择正确的边界。

边界类型的分类，边界类型包括面边界、双面边界、周期性边界、单元边界。边界的类型只能在大类中进行调整，而不能跨大类进行替换。

边界条件的设置，对各边界中的输入值进行设定。

边界条件的复制，在边界条件面板中单击下面的Copy(复制)按钮，将来源分区的边界条件作为本体复制到目标分区中。

4.5.3常用的边界条件类型及特点

常用边界条件类型 适用情况 设定要求
压力入口 这种边界条件既适用于可压流计算又适用于不可压流计算。通常在入口处压强已知而速度和流量未知时，可以使用压强入口条件。压力入口边界条件还可以用于具有自由边界的流场计算。 总压；总温；流动方向；静压；用于湍流计算的湍流参数
速度入口 速度入口条件仅适用不可压流，如果用于可压流，那么可能导致非物理解。同时还要注意，不要让速度入口条件过于靠近入口内侧的固体障碍物，这样会使驻点参数的不均匀程度大大增加。在特殊情况下，可以在流场出口处也使用速度入口条件。在这种情况下，必须保证流场在总体上满足连续性条件。 速度值及方向；旋转速度；温度值；出流表压；湍流参数
质量流入口 通过定质量流量或质量通量分布的形式定义边界条件。适用于质量流量保持不变的流动，避免在流场主要入口处使用。
在不可压流计算中不需要使用质量流入口条件，这是因为在不可压流中密度为常数，所以采用速度入口条件可以确定质量流量，因此没有必要再使用质量流入口条件。		 质量流量、质量通量；总温；静压；流动方向；湍流参数
压力出口 压力出口边界条件在流场出口边界上定义静压，而静压的值仅在流场为亚音速时使用。如果在出口边界上流场达到超音速，那么边界上的压力将从流场内部通过插值得到。 静压（径向平衡出口边界条件）；回流条件（包括总温、回流方式、湍流参数等）
压力远场 用于设定无限远处的自由边界条件，主要设置项目自由流马赫数和静参数条件。要求假设密度为理想气体 ，计算边界需要距离物体足够远（例，计算翼型绕流时，远场边界需要距离模型20倍弦长）。 静压，马赫数，温度，流动方向，湍流参数
出流边界 适合流场出口处流速与压强未知情况，需要服从充分发展流动假设，无需用户定义任何参数，软件用流场内部变量插值得边界变量值。
注意：若使用压强入口，则需配合压强出口；可压流不适用；非定常计算中，密度变化的情况，不适用。		 流量权重（当非单一出流口，且不同口之间存在较大流量差异时，需要用为不同流出口设置权重。反之保持默认1：1即可。）
壁面边界 在粘性流计算中，使用无滑移条件作为默认设置。在壁面有平移或转动时，也可以定义一个切向速度分量作为边界条件，或者定义剪切应力作为边界条件。 热交换计算的热力学边界（热通量、温度、对流换热、外部辐射等）；运动壁面（平移或转动的速度或速度分量）；滑移壁面（剪切力条件）；湍流计算（壁面粗糙度）
对称边界 当流动和边界形状具有镜像对称性时，可以在设定中采用。无需设定任何边界条件，但是必须保证边界位置定义正确。（在轴对称流场中应采用轴边界，而非对称边界） 对称面上法向速度为零，所有变量的法向梯度为零。黏性计算中，对称面条件也称为“滑移”壁面。
流体条件 所有需要求解的方程都要在流体区域上被求解。流体的材料性质是输入的唯一信息。在计算组元输运或燃烧问题时不需要选择材料。 流体属性、源项、固定参考值、层流区设定、化学反应机制、旋转轴、区域运动、辐射参数
固体条件 在这个区域上只有热传导问题被求解，材料性质是唯一需要输入的信息，也可以补充热生成率、温度值、运动等 固体材料、热源、固定温度、旋转轴、区域运动、辐射参数
多孔介质 在过滤纸、分流器、多孔板和管道集阵的仿真中需要用到。从本质上说，多孔介质模型就是在动量方程中增加了一个代表动量消耗的源项（压力降、多孔跳跃模型）。 定义区域、速度函数、流体属性、化学反应、粘滞阻力系数、多孔率等
多孔跃升边界 多孔跃升模型比多孔介质模型简单，采用这种模型计算过程将更强健，收敛性更好，更不容易在扰动下发散。因此在计算过滤器、薄肋板等内部边界时应该尽量采用这种边界条件。（多孔跃升模型是对多孔介质模型的一维简化，应用在无厚度的内部面上的。） 定义区域、渗透率、厚度、跃升系数、弥散相边界条件。

注：边界条件可根据仿真要求和模型开启情况，增加辐射参数、化学组元质量浓度、燃烧反应混合物浓度、弥散相边界条件、多相流边界条件等。

4.6求解控制参数设定

为了更好地控制计算过程，提高计算精度，需要在求解器中进行相应的设置。设置的内容主要包括选择离散格式、设置松弛因子等。

求解方法设置：

设置求解控制参数需要单击Solving功能区中的Methods按钮，主要设置压强—速度关联算法和离散格式。

  • 压强—速度关联算法：
三种关联形式 概况
SIMPLE 通常用于定常流计算，Fluent的默认格式。
SIMPLEC 通常用于定常流计算，稳定性好，可适当放大亚松弛因子。特别在层流计算（无辐射等辅助方程），可以大大加速计算速度。但在复杂流动计算中，与Simple收敛速度相当。
PISO 用于非定常计算（也可用于定常，但在非定方面具有速度优势）。允许采用较长的时间步进行计算（计算时间缩短），不适合大涡模拟（LES）等网格划分密、时间步长短的计算中（极大延长计算时间）。
在处理网格畸变较大的问题上也有优势，使用邻近修正（亚松驰因子可设置为或接近于1.0）；使用畸变修正 （动量于压强的亚松驰因子之和设为1.0，如0.7+0.3）；同时使用两种（所有亚松驰因子设为或接近1.0）

补充：在大多数情况下都不必修改默认设置，而在有严重网格畸变时，可以解除邻近修正和畸变修正之间的关联关系。

  • 离散格式：

Fluent采用有限体积法将非线性偏微分方程转变为网格单元上的线性代数方程，然后通过求解线性方程组得出流场的解。
在有限体积法中，控制方程首先被写成守恒形式，即网格单元内某个流场变量的增量等于各边界面上变量的通量的总和。

Fluent中用于计算通量的方法包括一阶迎风格式、指数律格式、二阶迎风格式、QUICK格式、中心差分格式等形式。

计算通量的方法 概述
一阶迎风格式 所谓迎风格式，就是用上游变量的值计算本地的变量值。在使用一阶迎风格式时，边界面上的变量值被取为上游单元控制点上的变量值。
指数律格式 在对流作用起主导作用时，指数律格式等同于一阶迎风格式；在纯扩散问题中，对流速度接近于零，指数律格式等于线性插值，即网格内任意一点的值都可以用网格边界上的线性插值得到。
二阶迎风格式 与一阶格式类似，只不过一阶格式仅保留Taylor级数的第一项，二阶格式保留第一项和第二项（精度为二级精度）。
QUICK格式 QUICK格式用加权和插值的混合形式给出边界点上的值。针对结构网格提出，但也可以用于非机构网格计算。当流动方向与网格划分方向一致时，该格式具有更高精度。
中心差分格式 在使用LES湍流模型时，可以用二阶精度的中心差分格式计算动量方程，并得到精度更高的结果。

补充：结构网格，即二维问题中的四边形网格和三维问题中的六面体网格。

松弛因子设置：

设置松弛因子需要单击Solving功能区下的Controls按钮，弹出Solution Controls(求解过程控制)面板，在面板中Under-Relaxation Factors(松弛因子)旁的输入栏中设定。

松弛因子控制流场变量的迭代过程，与稳定性息息相关，通常将由软件通过选中算法的特点给出默认值。在复杂流动中，需要减少设定值以避免振荡或发散等情况（一般观察残差曲线，若产生向上发展可以中断计算，减小该值）。通常，增加松弛因子会增大残差，但若格式是稳定的，最终也可以使残差收敛。

在计算发散时，可以考虑将压强、动量、湍流动能和湍流耗散率松弛因子的默认值分别降低为0.2、0.5、0.5、0.5。在计算格式为SIMPLEC时，通常没有必要降低松弛因子。

求解极限设置：

流场变量在计算过程中的最大、最小值可以在求解极限设置中设定，设置求解极限需要单击Solving功能区Controls区下的Limits按钮，弹出Solution Limits(求解极限)对话框。

设置解变量极限是为了避免在计算中出现非物理解，比如密度或温度变成负值，或者大得远远超过真实值。
对湍流变量的限制是为了防止湍流变量过大，对流场造成过大、非物理的耗散作用。
若计算中解变量超过极限值，系统会发出提示，提示在哪个计算区域、有多少网格单元的解变量超过极限。

4.7初始条件的设定

这一过程也被称之为“初始化”，初始值就是求解迭代矩阵中的第一个数，收敛解就是最后一个数。初始解的给定影响收敛的速度和最终收敛的成功与否。

在Fluent中初始化有两种：全局初始化，局部修补。在进行局部修补之前，应该先进行全局初始化。

全局初始化：

初始化 设置位置 概述
全局初始化—Hybrid Initialization方法 Solving功能区的Initialization区操作，单击Options弹出Solution Initialization(初始化设置面板） 直接单击nitialize按钮完成初始化，这种方法的优点是在Solution Methods中可以直接选择高阶算法进行计算。
全局初始化—Standard Initialization方法 Solving功能区的Initialization区操作，单击Options弹出Solution Initialization(初始化设置面板） 步骤包括：设定初始值（选定初始区域、给定变量值），配合动网格（选择绝对速度、相对速度），点击初始化

Initialization(初始化)按钮，保存初始值设置，并进行初始化计算。Reset(重置)按钮，可以在初始化发生错误时将初始值恢复为默认值。

局部区域初始化：

完成全局初始化后，可以在Solutionnitialization(初始化设置)面板单击Patch按钮，进入Patch(修补)对话框进行局部区域参数的修改。

选择需要修改的变量名——选择需要修改的区域——设定变量值——单击Patch

4.8求解设定

在边界条件和初始条件设定完之后，可通过修改控制求解过程中的控制参数进行求解。

求解设置：

单击信息树中的Run Calculation选项，弹出Run Calculation(运行计算)面板

求解设置 设置信息
稳态问题 Number of Iterations(迭代步数)，在这里填入计算需要迭代的步数
Reporting Interval(报告间隔)，即每隔多少步显示一次求解信息
如果计算中使用了UDF函数那么可以用第三栏中的输入栏决定每隔多少步输出一次UDF函数的更新信息
非稳态问题 选择时间步长的方法：Fixed表示计算过程中时间步长固定不变；Adaptive表示时间步长是可变的。
Time Step Size指时间步长大小，Number of Time Steps是需要求解的时间步数。
Max Iterations/Time Step设置在每个时间步内的最大迭代计算次数，若该步内收敛，提前转向下一步。

单击Calculate(计算)按钮——开始计算；
Cancel(取消)按钮——中断计算；
再次单击lterate按钮——继续计算；
重新初始化一次——重新开始计算。

Adaptive Time Step Settings(可变时间步长设置)对话框设置

可变时间步选项 概述
Truncation Error Tolerance(截断误差容限) 与截断误差进行对比的判据。增加这个参数的值，时间步长将会增加，而计算精度将会下降；减小这个值，时间步长将会减小，而计算精度将会上升。系统设定的默认值为0.01。
Ending Time(结束时间) 在适应性时间推进算法中，时间步长是变化的，所以需要事先设定一个结束时问，在累积时间达到结束时间时计算自动结束。
Minimum/Maximum Time Step Size（最小和最大时间步长) 时间步长的上下限。
Minimum/Maximum Step Change Factor(最小和最大步长改变因子) 时间步长变化的限制因子，采用这个参数主要是为了限制时间步长发生剧烈变化。
Number of Fixed Time Steps(固定时间步的数量) 在时间步长发生变化之前的迭代步数。

求解过程监视：

在计算过程中可以动态监视残差、统计数据、受力值、面积分和体积分等与计算相关的信息，并可以在屏幕上或其他输出设备上输出这些信息。

5.计算结果后处理

求解完成后，数据可以进行图形化显示和统计处理，从而对计算结果进行分析。后处理可以生成点、点样本、直线、平面、体、等值面等位置，显示云图、矢量图，也可以用动画功能制作动画短片等。CFD-Post是一款专业后理器
本章将重点介绍Fluent后处理功能和后理器CFD-Post的使用方法。

5.1Fluent的后处理功能

Fluent可以用多种方式显示和输出计算结果，如显示速度矢量图、压力等值线图、等温线图、压力云图、流线图，绘制XY散点图、残差图，生成流场变化的动画，报告流量、力、界面积分、体积分及离散相的信息等。

创建等值面：

创建特殊位置的表面以辅助其他图像的生成与数据的提取。

创建表面需单击Postprocessing功能区中Create按钮下的Iso-Surface选项，弹出Iso-Surface(等值面)对话框。

  1. 在Surface of Constant中选择变量。
  2. 如果希望在已存在的面上建立面，就要在From Surface中选择该面，否则面会生成在整个流域中。
  3. 单击Compute按钮，在Min和Max中显示在计算域中选择变量的最大和最小值。
  4. 在Iso-Values中设定数值，有下面两种方法：用滑动条选择，直接输入数值。
  5. 在New Surface Name中输入新名字。
  6. 单击Create按钮创建完成。

图形可视化技术：

利用Fluent提供的图形工具可以很方便地观察CFD求解结果，并得到满意的数据和图形，用来定性或定量研究整个计算。

图形显示 操作面板
网格图生成 单击Setting Up Domain功能区Mesh区中的Display按钮，弹出MeshDisplay(网格显示)对话框。
绘制等值线和轮廓图 单击信息树中的Graphics选项，弹出Graphics and Animations(图形和动画)面板。双击Contours选项，弹出Contours（等值线)对话框。
绘制速度矢量图 单击信息树中的Graphics选项，弹出Graphics and Animations(图形和动画)面板。双击Vectors选项，弹出Vectors(矢量)对话框。
显示轨迹 打开Graphics and Animations(图形和动画)面板，在Graphics下双击Pathlines，弹出Pathlines(轨迹)对话框。

动画技术：

在Fluent软件中可以生成关键帧动画，通过把静态的图像转化为动态的图像可以大大加强结果的演示效果。

单击信息树中的Graphics and Animations选项，弹出Graphics andAnimations(图形和动画)面板，在Animations下双击Scene Animation,弹出Playback(回放)对话框。

创建动画：输入帧数——选择需要的关键帧（期间可以切换视角）——选择关键帧时间——构成动画——回放观察效果

动画保存格式支持：动画文件(Fluent专用、文件小、不失帧)、图形文件（每帧生成一个图像，支持jpg、bmp、tiff格式）和Video文件（可将动画自动转为视频）。

5.2CFD—Post后处理器

工作界面：

CFD-Post

  • 莱单栏：后处理的所有操作，包括新建、打开求解过程文件，编辑、插入等基本操作，以及打开帮助文件等功能。
  • 任务栏：主要功能为快捷键，通过使用任务栏可以快速实现部分功能与操作。
  • 操作控制树：在此区域可以显示、关闭、编辑创建的位置、数据等。
  • 图形显示区：显示几何图形、制表、制图等。
  • 参数设置区：对某次操作进行具体的参数设置。

创建位置：

用户可以根据计算分析的需要，创建特定位置显示计算结果。可以创建的位置包括点、点云、线、面、体、等值面、区域值面、型芯区域、旋转面、曲线、自定义面、多组面、旋转机械面、旋转机械线等。

创建位置 创建方法
Point（生成点） 支持点生成、颜色、样式、显示等编辑。
Point Cloud（点云） 点云的生成支持多种方式，与点一致可继续额外编辑。
Line（线） 采用取样法或者相交法得到线，与点一致可继续额外编辑。
Plane（面） 三点法、切面发或者给定点与垂线生成，与点一致可继续额外编辑。
Volume（体） 球形生成、自由面生成、等值面胡总和围绕固定编号节点生成。
Isosurface（等值面）
Iso Clip（区域值面） 有两种方法Constant和Variable。
Vortex Core Region（型芯区域）
Surface of Revolution（旋转面） 可生成圆柱体、圆锥面、圆盘面、球面、线段绕轴转动
Ployline（曲线） 生成方法包括从文件导入特征点、边界交点、云图生成。
User Surface（自定义面） 文件导入点阵信息、边界与几何体上的面、云图边线、面偏移、面转换。

创建对象：

CD-Post可以创建的对象包括矢量、云图、流线、粒子轨迹、体绘制、文本、坐标系、图例、场景转换、修剪面、彩图等

对象 概述
Vector(矢量) 在“几何”选项卡中，可以设定矢量的所在域、位置、取样、缩减、比例因子、变量选择投影等
Contour（云图) 在“几何”选项卡中，可以设定云图的所在域、位置、变量选择等
Streamline(流线) 在“几何”选项卡中，可以设定流线的所在域、位置、流线类型等
Particle Track(粒子轨迹) 在几何选项卡中，可以设定粒子轨迹的创建方法、所在域、粒子材料、缩减因子等
Volume Rendering(体绘制) 在几何选项卡中，可以设定体绘制的所在域、变量选择等
Text（文本) Definition(定义)：设定文本的内容
Coordinate Frame（坐标系) Definition(定义)：设定坐标系的位置

创建数据：

CFD-Post提供了单独的变量处理界面以及专门的表达式处理界面。

表达式创建方法 概述
Functions（函数) 选用提供的函数或自定义函数编写表达式的主题结构。
Expressions(表达式) 通过修改已有的表达式创建新表达式。
Variable(变量) 设定要显示值的变量。
Locations(位置) 设定变量所在位置。
Constant(常数) 设定值为定值的表达式。

6.补充知识

6.1Fluent湍流模型选择

Fluent中的模型

湍流模型

6.2fluent湍流模型壁面函数

K-epsilon湍流模型：

  • Standard wall functions(标准壁面函数)
  • Scalable wal1 functions(可扩展壁面函数)
  • Non-Equilibrium wall functions(非平衡壁面函数)
  • Enhanced wall Treatment(增强壁面函数)
  • Menter-Lechner
  • K-omega-sst湍流模型
性能验证

壁面函数稳定性：
Standard和Non-Equilibrium wall functions在壁面网格较细时性能恶化严重。

Scalable较为稳健，但是实际应用中也可能存在较大偏差。

Enhanced.和Menter-Lechner最稳健，在尺寸跨度很大的壁面网格下依然可以得出稳定的结果。

在Y+小于30时建议使用Enhanced和Menter-Lechner壁面函数或直接使用K-w-sst模型。

在管路压降仿真中，K-e模型近壁面网格不能太密，使用壁面函数很密的壁面网格与较粗的壁面网格结果几乎相
同，因此K-e模型近壁面不必使用太密的网格（本案例十几万和两千个的网格计算精度相同)

如果实在拿不准使用哪个壁面函数，建议首先选择Enhanced和Menter-Lechner,或者直接选择k-w-sst模型

6.3Fluent中的多相流模型

Fluent提供了四种多相流模型：VOF（Volume of Fluid）模型、Mixture（混合）模型、Eulerian（欧拉）模型和Wet Steam（湿蒸汽）模型。一般常用的是前三种模型，湿蒸汽模型只有在求解类型是Density-Based时，才能被激活。

多相流模型 模型介绍 适用仿真场景
VOF（Volume of Fluid）模型 一种在固定的欧拉网格下的表面跟踪方法。当需要得到一种或多种互不相融流体间的交界面时，可以采用这种模型。 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（jetbreakup）表面张力的预测，以及求得任意稳态或瞬时的液-气分界面
Mixture（混合）模型 混合模型可用于两相流或多相流（流体或颗粒）问题。在欧拉模型中，各相被处理为互相贯通的连续体，混合模型求解的是混合物的动量方程，并通过相对速度来描述离散相。 应用包括低负载的粒子负载流、气泡流、沉降，以及旋风分离器的计算。混合模型也可用于没有离散相相对速度的均匀多相流。
Eulerian（欧拉）模型 最复杂的多相流模型。它建立了一套包含n个动量方程和连续方程的方程组来求解每一相。压力项和各界面的交换系数是耦合在一起的，耦合的方式则依赖于所含相的情况。 欧拉模型的应用场景包括气泡柱、上浮、颗粒悬浮，以及流化床。
Wet Steam（湿蒸汽）