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Chapter 3 求解器设置

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FLUENT 12.0的GUI 的

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FLUENT 图形用户界面将软件功能从上至下放置在项目管理目录下 在目录树下选择某一项后会打开与之相关的输入项面板– General – Models – Materials – Boundary Conditions – Solver Settings – Initialization and Calculation – PostprocessingANSYS, Inc. Proprietary © 2009 ANSYS, Inc. All rights reserved.

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网格缩放与单位选择 当FLUENT读入网格文件 (.msh), 读入网格文件 其默认的单位是以米为单位的– 如果模型的单位不是米，需要对网 如果模型的单位不是米， 格进行缩放 – 对网格进行缩放后需确认计算域范 围是否正确

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在Workbench中导入网格时 网格 中导入网格时, 中导入网格时 不需要缩放; 缺省单位为MKS. 不需要缩放 缺省单位为 若需设立“混合单位” 若需设立“混合单位”– FLUENT缺省使用国际单位制 缺省使用国际单位制 (MKS system) – 任何单位可在单位设置面板内进行 设置ANSYS, Inc. Proprietary © 2009 ANSYS, Inc. All rights reserved.

Define

Units…

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文本用户界面TUI 文本用户界面 大部分 大部分GUI命令都有对应的 命令都有对应的TUI 命令都有对应的– 部分高级命令只能通过文本界面 命令来实现 – 按回车键显示当前可用的命令组 – q 返回上一级目录

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FLUENT 可采用批处理或 journal 文件来运行(见附录 文件来运行 见附录) 见附录 可在 可在FLUENT用户中心找到 用户中心找到TUI的 用户中心找到 的 相关帮助文档

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鼠标功能 鼠标功能取决于选择的求解器(2D/3D),同时可在求解器里进行设置 鼠标功能取决于选择的求解器( ) 同时可在求解器里进行设置 缺省设置– 2D 求解器 左键移动 中键放大 右键选择 探测 右键选择/探测 – 3D 求解器 左键绕轴旋转 中键放大– 用中键在屏幕上点击，可将点击点置于窗口中间 用中键在屏幕上点击，

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Display

Mouse Buttons…

右键选择 探测 右键选择/探测

通过 通过PROBE获取点位置处详细的流场信息在图形上右键点击目标位置 获取点位置处详细的流场信息在图形上右键点击目标位置. 获取点位置处详细的流场信息在图形上右键点击目标位置 鼠标控制可以设置成和 鼠标控制可以设置成和Workbench里一样 里一样ANSYS, Inc. Proprietary © 2009 ANSYS, Inc. All rig

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材料属性 FLUENT 提供标准的材料数据库， 提供标准的材料数据库， 具备用户自定义数据库的功能. 具备用户自定义数据库的功能 物理模型的选择要求同时定义多种材料 物理模型的选择要求同时定义多种材料. 定义材料的相关属性 定义材料的相关属性.– 多相流 (多种材料 多种材料) 多种材料 – 燃烧 (多组分 多组分) 多组分 – 传热 (导热系数 导热系数) 导热系数 – 辐射 (发射率和吸收率 发射率和吸收率) 发射率和吸收率

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材料属性可定义成温度和压力的函数– 用到其他求解变量时需要使用 用到其他求解变量时需要使用UDF.

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材料数据库 FLUENT 材料数据库 材料数据库:– 提供常用的流体、固体及混合物材 提供常用的流体、 料属性. 料属性 – 材料可复制到 材料可复制到CASE文件中，且可 文件中， 文件中 以进行编辑. 以进行编辑

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定制材料数据库: 定制材料数据库– 在现有的 在现有的case中创建的新材料和反 中创建的新材料和反 应机理, 可以应用于其他CASE. 应机理 可以应用于其他 – 在 FLUENT中的材料面板里可以创 中的材料面板里可以创 建或定制, 修改材料属性. 建或定制 修改材料属性

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操作条件(Operating Conditions) 操作条件 Operating Pressure 为计算表压时的参考值 为计算表压时的参考值. Operating Temperature为参考温度值 计算 为参考温度值(计算 为参考温度值 浮力时用到). 浮力时用到 Operating Density为变密度流体的参考值 为变密度流体的参考值. 为变密度流体的参考值

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并行计算 并行模块允许 并行模块允许FLUENT在多个处理器上同时运行 以减 在多个处理器上同时运行, 在多个处理器上同时运行 少计算时间并提高仿真效率. 少计算时间并提高仿真效率– 尤其针对对于网格数量多和物理模型复杂的 尤其针对对于网格数量多和物理模型复杂的CASE. – FLUENT 具有广泛的硬件平台适应性，可以在大多数软 具有广泛的硬件平台适应性， 硬件配置的服务器上运行，如计算机集群或多核处理器 硬件配置的服务器上运行，如计算机集群或多核处理器.

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FLUENT 并行可以通过命令行启动或者在 并行可以通过命令行启动或者在FLUENT Launcher上启动 上启动. 上启动–

例如，启动n个CPU的并行计算，采用如下命令 例如，启动 个 的并行计算， 的并行计算 fluent 3d –tn

并行计算的网格分区 可以采用手动或自动分区的方法 并行计算的网格分区, 可以采用手动或自动分区的方法.– Non-conformal 网格 滑移网格交界面和壳传导需要在 网格, 串行里进行分区. 串行里进行分区

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总结 介绍了 介绍了CFD仿真设置时的一些基本操作 仿真设置时的一些基本操作. 仿真设置时的一些基本操作

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并行模块可用来减少计算时间. 在网格数量较多或模型复杂时很采用. 并行模块可用来减少计算时间 在网格数量较多或模型复杂时很采用 对非稳态问题的的设置和求解 将在后续内容中讨论 对非稳态问题的的设置和求解, 将在后续内容中讨论. 其它内容 (见附录 见附录). 见附录– 网格等级和关系(heirarchy and relationships). 网格等级和关系 – 在求解器内重新排序和修改网格(Reordering and modifying ). 在求解器内重新排序和修改网格 – 多面体网格转换 多面体网格转换(Polyhedral mesh conversion). – 基于求解参数的网格 基于求解参数的网格(adaption).

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Appendix

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FLUENT Journals FLUENT 可以用 可以用journal 文件进行批处理计算 文件进行批处理计算. Journal 文件里包含 文件里包含FLUENT可连续执行的文本 可连续执行的文本 命令TUI( text file ). 命令 FLUENT TUI 接受命令的简写形式 如, 接受命令的简写形式.– ls – rcd – wcd 列出当前目录下的文件 读入case 和data 文件 读入 写 case和data 文件 和

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Sample Journal File; Read case file rc example.cas.gz ; Initialize the solution /solve/initialize/initialize-flow ; Calculate 50 iterations it 50 ; Write data file wd example50.dat.gz ; Calculate another 50 iterations it 50 ; Write another data file wd example100.dat.gz ; Exit FLUENT exit yes

– rc/wc 读/写 case 文件 写 – rd/wd 读/写 data 文件 写 – it 迭代

可通过 可通过TUI命令自动执行批处理操作 命令自动执行批处理操作. 命令自动执行批处理操作– TUI 命令 file/read-bc 和 file/write-bc 可 读写FLUENT相关设置 相关设置. 以从一个文件里 读写 相关设置

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读入网格 – Zonesplate plate-shadow wall

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outletDefault-interior zone(s) can always be ignored.

inlet

fluid (cell zon

e)

例中，存在两个单元区域 (上游流体区和下游流体区 例中， 上游流体区和下游流体区). 上游流体区和下游流体区 在FLUENT中一个外部边界不能跨越多个单元区域 中一个外部边界不能跨越多个单元区域. 中一个外部边界不能跨越多个单元区域– 如上例 需将外侧壁面 如上例, 需将外侧壁面(wall)分割成两个区域 (wall 和 wall:001). 分割成两个区域

孔板 孔板(plate)是一个内部面 (internal wall),FLUENT 将plate分割成两个 是一个内部面 ， 分割成两个 wall (plate和plate-shadow). 和ANSYS, Inc. Proprietary © 2009 ANSYS, Inc. All rights reserved.

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网格信息与层级 网格文件中存储所有的网格信息 网格文件中存储所有的网格信息.– 节点坐标 – 连接关系 – 域的定义 Cell Center

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Node

Cell Face Boundary Face CellSimple 2D Mesh

与几何定义类似 网格定义如下： 与几何定义类似, 网格定义如下：– Node 边的交叉点 / 网格顶点 – Edge 面的边(由两个节点定义) 面的边(由两个节点定义) – Face 单元的边界 由一组边定义 单元的边界, – Cell 域离散的控制体 – Zone 一系列节点、边、面或单元的集合 一系列节点、

Node Boundary Face Edge CellSimple 3D meshApril 28, 2009 Inventory #002600

计算域由以上所有的信息组成– 对纯流动问题，域只包括流体域 对纯流动问题， – 对共轭换热问题，或流固耦合问题, 还包含固体域 对共轭换热问题，或流固耦合问题

边界条件设置在面上 边界条件设置在面上(face zones) 材料属性和源项设置在单元上(cell zones) 材料属性和源项设置在单元上ANSYS, Inc. Proprietary © 2009 ANSYS, Inc. All rights reserved.

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重排(Reorder)和修改 和修改(Modify)网格 重排 和修改 网格 网格的重新排序 网格的重新排序(Reorder)能使得邻近的单元更加紧靠 能使得邻近的单元更加紧靠– 提高内存中数据的存储效率，较少计算带宽 提高内存中数据的存储效率， – 网格重排可对整个计算域或特定区域进行操作Grid Reorder Domain Grid Reorder Zones

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– 网格中每个分区的带宽可以打印出来作为参考Grid Reorder Print Bandwidth

在网格菜单下 面/单元区域也可以通过以下操作进行修改 在网格菜单下, 单元区域也可以通过以下操作进行修改: 单元区域也可以通过以下操作进行修改– zone的分离 合并 的分离/合并 的分离 – 通过合并重复的面、点融合单元区域 通过合并重复的面、 – 平移，旋转，反射面或单元区域 平移，旋转， – 拉伸面区域延伸计算域 – 用另一个单元域来替代已有的单元域或者删除已有的单元域 – 激活或冻

结单元域ANSYS, Inc. Proprietary © 2009 ANSYS, Inc. All rights reserved.

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多面体网格( 多面体网格( Polyhedral )转换 四面体网格和混合网格可以通过 四面体网格和混合网格可以通过FLUENT的GUI转 的 转 不是在网格生成工具里完成). 换成多面体网格 (不是在网格生成工具里完成 不是在网格生成工具里完成– 先生成四面体网格然后在 先生成四面体网格然后在FLUENT里转换 里转换. 里转换 – 优点 :提高网格质量 大大降低网格数量 可控制转换过程 提高网格质量; 大大降低网格数量; 可控制转换过程. – 缺点 :无法自适应或再次转换 无法使用 smooth, swap, 无法自适应或再次转换;merge 和extrude 方法修改网格 方法修改网格.

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Tet/Hybrid Mesh

在网格菜单中有两种转换过程可以采用: 在网格菜单中有两种转换过程可以采用– 将计算域中的所有单元 除六面体单元)转换成多面 将计算域中的所有单元(除六面体单元 转换成多面 除六面体单元 体网格 无法转换带 无法转换带hanging nodes的网格 的网格 六面体核心网格可只通过 六面体核心网格可只通过tpoly来实现 来实现. 来实现

Polyhedral Mesh

– 可以只转换 可以只转换highly skewed 单元为多面体Grid Polyhedra Convert Domain

Grid

Polyhedra

Convert Skewed Cells3-16April 28, 2009 Inventory #002600

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剖面数据(Profile Data )及数据插值 及数据插值(Data Interpolation) Training Manual 剖面数据 及数据插值 可采用 可采用Profile文件和 文件和Interpolation文件对 文件对face 文件和 文件对 zones和cell zones上选择变量数据进行插值 和 上选择变量数据进行插值. 上选择变量数据进行插值– 如，将实验数据，或FLUENT粗算的入口速度、以粗 粗算的入口速度、 将实验数据， 粗算的入口速度 网格计算的结果进行插值

File File

Write Read

Profile… Profile…

Profile文件是包含在特定 文件是包含在特定face zones上所选变量 文件是包含在特定 上 的离散数据文件， 中可以进行读写操作. 的离散数据文件，在FLUENT中可以进行读写操作 中可以进行读写操作 File Interpolate…

类似的，Interpolation数据文件是包含在特定 类似的， 数据文件是包含在特定cell 数据文件是包含在特定 zones上所选场变量离散数据文件，可在FLUENT 上所选场变量离散数据文件，可在 里进行读写. 里进行读写ANSYS, Inc. Proprietary © 2009 ANSYS, Inc. All rights reserved.

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网格适应(Adaption) 网格适应 网格适应 网格适应(Adaption)指在不回到前处理的前 指在不回到前处理的前 提

下, 对计算域进行网格加密或粗化. 提下 对计算域进行网格加密或粗化– 将满足标准的单元标记并存储在 寄存器中 寄存器中. – 如果需要可显示和修改 寄存器 寄存器. – 点击 Adapt 对标记单元进行适应 对标记单元进行适应.

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Registers可基于以下进行定义 : 可基于以下进行定义– 所有变量的梯度或等值 – 某一边界上的所有单元 – 给定形状区域内的所有单元 – 单元容积或容积变化 – 壁面附近单元的 壁面附近单元的y+Refine Threshold should be set to 10% of the value reported in the Max field.

在网格适应过程中 在网格适应过程中:– 合并适应寄存器 – 画出适应函数的云图 – 显示标记为适应的单元 – 基于单元尺寸和单元数限制适应ANSYS, Inc. Proprietary © 2009 ANSYS, Inc. All rights reserved.

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网格适应案例– 网格适应案例 超声速弹体

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在压力梯度大的区域采用适应网格能更好的求解激波后瞬间上升的压力

Large pressure gradient indicating a shock (poor resolution on coarse mesh)

初始网格(由前处理生成 初始网格 由前处理生成) 由前处理生成ANSYS, Inc. Proprietary © 2009 ANSYS, Inc. All rights reserved.

由初始网格计算得到的压力云图3-19April 28, 2009 Inventory #002600

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网格适应案例– 网格适应案例 超声速弹体 基于解的网格适应能更好的求解弓形激波和膨胀波 基于解的网格适应能更好的求解弓形激波和膨胀波.Mesh adaption yields much better resolution of the bow shock. Adapted cells in locations of large pressure gradients

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适应网格(基于压力梯度的多重适应 适应网格 基于压力梯度的多重适应) 基于压力梯度的多重适应ANSYS, Inc. Proprietary © 2009 ANSYS, Inc. All rights reserved.

网格适应后的压力梯度3-20April 28, 2009 Inventory #002600

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/epk4.html