CFD相关软件介绍

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2.1CFD及Fluent软件简介2.1.1CFD数值模拟方法及Fluent软件CFD方法是对流场的控制方程组用数值方法将其离散到一系列网格点上并求其离散数值解的一种方法。控制所有流体流动的基本规律是:质量守恒定律动量守恒定律和能量守恒定律。由它们可以分别导出连续性方程、动量方程和能量方程得到纳维尔一斯托克斯偏微分方程组建成N一S方程组。N一S方程组是流体流动所必须遵守的普遍规律。在守恒方程组基础上加上反映流体流动特殊性质的数学模型如湍流模型、燃烧模型、多相流模型等和边界条件、初始条件构成封闭的方程组来数学描述特定流场、流体的流动规律。FLUENT公司开发的FLUENT6.1.12及以后版本可以计算从不可压缩低亚音速到轻度可压缩跨音速直到高度可压缩超音速流体的复杂流动问题。FLUENT6.1.12本身所带的物理模型可以准确的预测层流、过渡流和湍流多种方式的传热和传质、化学反应、多相流和其它复杂现象。它可以灵活的产生非结构网格以适应复杂结构并且能根据初步计算结果调整结构以进行进一步精确计算。

对于所有的流动Flueni都是解质量和动量守恒方程。对于包括热传导或可压性的流动需要解能量守恒的附加方程。对于包括组分混合和反应的流动需要解组.分守恒方程或者使用PDF模型来解混合分数的守恒方程以及其方差。当流动是紊流时还要解附加的输运方程。

2.1.2前处理软件GAMBIT简介GAMBIT软件是面向CFD几何建模的网格生成软件已包含全面的几何建模能力既可以在GAMBTI内直接建立点、线、面、体的模型也可以从PRO甩UGCATAIANSYSPATRAN等主流的CADC/AE系统导入几何和网格。GAMBIT具有强大的网格划分能力可以使网格有多种形状。对于二维流动可以生成三角形和矩形网格对于三维流动可以生成四而面体、六面体、三角柱和金字塔网格结合具体的计算还可以生成混合网格其自适应功能能对网格进行细分或粗化或生不连续网格可变网格和滑动网格。GAMBIT网格划分方法的选择是高度智能化的。当用户选择了一个几何区域后GAMBIT会根据该几何区域的特征自动选择最合适的网格划分方法使网格划分过程变得相当容易。

2.1.3Fluent应用简介Fluent应用的例子包括层流非牛顿流的模拟涡轮机和汽车引擎的紊流热传导锅炉内煤炭粉碎机的燃烧可压射流空气动力外流以及固体火箭发动机的可压化学反应流。FILelnt提供了时间精度滑动网格方法以及计算时间平均流动流场的混合平面模型其中滑动网格方法在模拟涡轮机多重过程中很有用。FLUENT采用非结构网格以缩短产生网格所需要的时间简化了几何外形的模拟以及网格产生过程。和传统的多块结构网格相比它可以模拟具有更为复杂几何结构的流场并且具有使网格适应流场的特点。FLUENT也能够使用适体网格块结构网格。FLUENT可以在ZD流动中处理三角形网格和四边形网格在3D流动中可以处理四面体网格六面体网格金字塔网格以及楔形网格或者上述网格的混合。这种灵活处理网格的特点使我们在选择网格类型时可以确定最适合特定应用的网格拓扑结构。

在流场的大梯度区域我们可以适应各种类型的网格。但是必须在解算器之外首先产生初始网格初始网格可以使用GAMBIT、丁gr记或者某一具有网格读入转换器的CAD系统。

FLUENT解算器有如下模拟能力：

1.用非结构自适应网格模拟ZD或者3D流场它所使用的非结构网格主要有三角形/五边形、四边形/五边形或者混合网格其中混合网格有棱柱形和金字塔形。

一致网格和悬挂节点网格都可以2.不可压或可压流动3.定常状态或者过渡分析4.无粘层流和湍流5.牛顿流或者非牛顿流6.对流热传导包括自然对流和强迫对流7.藕合热传导和对流8.辐射热传导模型9.惯性静止坐标系非惯性旋转坐标系模型10.多重运动参考框架包括滑动网格界面和rotor/statorinteraetionmodeling的混合界面11.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12.热质量动量湍流和化学组分的控制体源13.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藕合14.多孔流动15.一维风扇/热交换模型16.两相流包括气穴现象17.复杂外形的自由表面流动2.1.4应用Fluent解决问题的步骤确定所解决问题的特征之后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:ZD、3D、ZDDP、3DDP。 3.输入网格。 4.检查网格。 5.选择解的格式。

6.选择需要解的基本方程:层流还是湍流无粘、化学组分还是化学反应、热传导模型等。

7.确定所需要的附加模型:风扇热交换多孔介质等。 8.指定材料物理性质和.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。

本文通过建构基于时均N一S方程雷诺方程及标准K一湍流模型的进水管道流场的定常不可压湍流模型运用CFD技术对该模型进行数值模拟通过对模拟结果的分析比较预测进水管道内的水流规律为优化进水流道设计提供依据。

2.2喷水推进系统进水管道模拟2.2.1参数设定1.网格处理a、读入网格文件找到从GAMBIT中导出的网格文件将之读入FLUENT中在对读入过程中控制窗中显示读入过程包含模型、网格、边界类型等相关信息。

b、检查网格质量FLUENT自动检查网格质量。检查一下是否有体积量是负的若有在gambit中重新检查网格质量看是否符合要求。

c、光滑/交换网格打开Smooth/Swap网格对话框点击Smooth按钮然后连续点击Swap按钮直到控制窗中显示被Swap的网格数为零。然后关闭对话框。

d、放大或缩小网格打开SacleGrid对话框选择希望的单位和需要的放大缩小因子。

e、显示网格在对话框中选择希望显示的区域点击Display即可。 2.计算模式的选取a、求解器的设置保持缺省值不变DefineModelsSolverb、选择湍流模式DefineModelsViseous选择k一模式因为计算的是管道流必须考虑壁面的影响所以选择RNG模式同时选择近壁面方程点击。k按钮确定所选择。

3、设置流体物理性质Define一Materials本文从FLUENT数据库中直接选择液态水即可接受数据库提供的缺省的水密度、热传导系数、粘性系数不需另外创建新的物质。

定义边界条件4.Fluent中边界条件包括流动变量和热变量在边界处的值。边界条件的分类:进出口边界条件:压力、速度、质量进口、进风口、进气扇、压力出口、压力远场边界条件、质量出口、通风口、排气扇壁面、repeatingandpoleboundaries:壁面对称周期轴内部单元区域:流体、固体多孔是一种流动区域类型内部表面边界:风扇、散热器、多孔跳跃、壁面、内部。内部表面边界条件定义在单元表面这意味着它们没有有限厚度并提供了流场性质的每一步的变化。这些边界条件用来补充描述排气扇、细孔薄膜以及散热器的物理模型。

a.进水口inlet的边界条件在BoundaryConditions对话框中选择inlet点击set打开inlet的对话框进口速度依次设为8101214m/s5.迭代计算得出数值模拟图进行分析。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/6ipp.html