FLUENT软件实际操作

求解技术（Solve）

Solve>Controls>Solution…

计算格式的选择

一阶迎风格式：适用于流动方向与网格方向基本一致，结构化网格。具有稳定性高，计算速度快的优点。在网格方向与流动方向不一致时，产生的数值误差比较大。

二阶格式：计算时间比较长，收敛性差。

合适的计算方式：在计算开始时先用一阶格式进行计算以获得一个相对粗糙的解，在计算收敛后再用二阶格式完成计算以提高解的精度。避免二阶格式收敛性差、计算时间长的问题，也避免了一阶格式在复杂流场计算中数值误差大的问题。 QUICK格式：对于结构网格计算旋转流动问题时，计算精度高，但在其它情况下，QUCIK格式的精度与二阶格式相当。 指数律格式：与一阶格式精度基本相同。

中心差分：在LES湍流模型中使用，且应该在网格足够密集、局部Peclet数小于1的情况下使用。 压强插值格式的选择

1在彻体力对流场有很大影响的情况下，应该选择彻体力加权 （body-force-weighted）格式。

2 在流场中有涡量很大的集中涡、高雷诺数自然对流、高速旋转流、多孔介质，以及流线曲率很大时，应该选择PRESTO!格式。

3 对于可压流，应该使用二阶格式。

4 二阶格式不能用于多孔介质计算和多相流计算中的混合物模型及VOF 模型。在其他情况下，为了提高精度可以选用二阶格式。 密度插值格式的选择

在用分离算法计算单相可压流时，有三种密度插值格式可供选择，即一阶迎风格式、二阶格式和 QUICK 格式。一阶迎风格式具有良好的稳定性，但是在计算带激波的可压流时，会对激波解产生“抹平”作用，因此应该选用二阶格式或 QUICK 格式。在用四边形网格、六面体网格或混合网格计算带激波的流动时，最好使用 QUICK 格式计算所有变量。需要注意的是，在计算可压多项流时，只能用一阶迎风格式计算可压缩相的流动。

Solve>Controls>Solution…

Discretization(离散)

定义动量、能量、湍流动能等项目，有一阶迎风格式、二阶迎风格式、指数律格式、QUICK格式和中心差分格式（在LES湍流模式计算中），也可以在使用耦合求解器时，定义湍流动能、湍流耗散率等项目，并为这些项目选择一阶迎风格式、二阶迎风格式。

Pressure-Velocity Coupling（压强——速度关联） SIMPLE：FLUENT缺省设定格式。

SIMPLEC：（1）稳定性较好，可以将亚松弛因子适当放大。

（2）在层流计算中，在没有使用辐射模型等辅助方程时可以大大加速

计算收敛速度。在复杂流动计算中，二者收敛速度相差不多。

PISO：（1）非定常计算

（2）允许使用较大的时间步长进行计算，可以缩短计算时间（大涡模拟

LES这类网格划分较密集，时间步长小的除外）

（3）处理网格畸变较大的问题，如果在 PISO 格式中使用邻近修正（对动

量进行修正）（neighbor correction），可以将亚松弛因子设为1.0或接近于1.0的值。而在使用畸变修正（skewness correction）时，则应该将动量和压强的亚松弛因子之和设为1.0，比如将压强的亚松弛因子设为 0.3，将动量的亚松弛因子设为0.7。如果同时采用两种修正形

式，则应将所有松弛因子设为1.0或接近于1.0的值。

Under-Relaxation Factors（亚松弛因子）

条件：复杂流动情况下，缺省设置不能满足稳定性要求，计算过程中可能出现振

荡、发散等情况，减小亚松弛因子，以保证计算收敛。 如果实际的残差曲线向上发展，则中断计算，适当调整亚松弛因子。

计算发散时，可以考虑将压强、动量、湍流动能和湍流耗散率的亚松弛因子的缺省值分别降低为 0.2、0.5、0.5、0.5。 库朗数

库朗数越大，时间步长就越长，计算收敛速度就越快。库朗数都应该在允许的范围内尽量取最大值。

Solve>Controls>Limits…设置求解极限

意义：避免出现非物理解，比如密度或温度变成负值，或者大得远选超过真实值。

Solve>Initialize>Initialize…全局初始化

开始进行计算之前，必须为流场设定一个初始值。设定初始值的过程被称为“初始化”。

初始化的步骤： （1） 设定初始值

? 用某个区域上设定的初始值进行全局初始化

Compute From----选择需要定义初始值的区域名----Initial Values ? 用平均值的办法对流场进行初始化

Compute From----all-zones----Initial Values

（2）对于动网格，通过“Absolute”or“Relative to Cell Zone”来决定。 （3）点击Init。

Solve>Initialize>Initialize…初始值进行局部修补

步骤：

（1） 在Variable(变量)列表中选择需要修补的变量名。

（2） 在Zones To Patch（需要修补的区域）或Registers To Patch（需要修补的

标记区）中选择需要修补变量所在的区域。

（3） 如果需要将变量的值修补为常数，则直接在输入栏中输入变量的值。如果

需要用一个预先设定的函数定义变量，可以在Use Field Function（使用场变量函数）中的Field Function（场函数）列表中选择合适的场函数。 （4） 如果需要修补的变量为速度，则除了定义速度的大小，还要定义速度为绝

对速度，还是相对速度。

（5）点击Patch（修补）按钮更新流场数据。

流场求解

Solve>Iterate…定常问题计算

时间相关问题的计算

FLUENT模拟的时间相关问题：旋涡卷动、可压缩振荡、瞬态热传导、瞬态化学反应与混合流动等问题，比如圆柱后面卡门涡街中旋涡的生成和脱落过程等等。

求解器设置步骤：

（1） 求解器面板的启动步骤为：Define->Models->Solver...

首先选中Unsteady（非定常）选项，然后再在Unsteady Formulation（非定常算法）中选择所需要的算法。在选择耦合显式求解器时，可以使用 Explicit（显式）格式。显式格式主要用于激波等波动解的捕捉问题。 在使用分离求解器时，还可以选择 Use Frozen Flux Formulation（使用冻结通量格式）选项，但是这个选项只能在用分离求解器计算单相流问题时使用，同时计算中还不能使用动网格技术。

（2） 定义相关物理模型和边界条件。

（3） 如果选用了分离求解器，则应该在压强－速度关联方法中选择 PISO格式。

在用LES湍流模型计算湍流问题时，不应该选择 PISO格式，那样会增加系统资源消耗。

（4） 如果使用的是显式非定常计算或适应性时间推进法，应该在每步迭代中打

开当前时间或当前时间步长的print选项。这项操作在 Statistic Monitors（统计数据监视器）面板中完成，通过下列菜单操作可以进入这个面板： Solve->Monitors->Statistic...

在 Statistics（统计数据）列表中选择time（时间）或delta_time（时间增量），并打开Print选项。 当FLUENT在控制台窗口打印残差信息时， 就会出现当前时间或当前时间步长。

（5） 可以用Force Monitors（受力监视器）或 Surface Monitors（表面监视器）

面板监视随时间变化的受力系数的值或平均值、质量平均值、积分或场变量通量，或者任意一个函数在表面上随时间变化的情况。 （6） 用Solution Initialization（求解初始化）面板设定初始条件：

Solve->Initialize->Initialize...

还可以读入一个定常状态的数据文件来设定初始条件： File->Read->Data...

（7） 用自动保存功能定义文件名和在迭代过程中自动保存算例文件和数据文

件的频率： File->Write->Autosave... 还可以用 Execute Commands（执行命令）面板自动执行系统命令。

（8） 如果想创建解的动画过程，可以使用 Solution Animation（求解动画）面

板设置动画显示参数。 （9） 监视时间数据的步骤如下：

1）在 Iterate（迭代）面板中打开 Data Sampling for Time Statistics（时间数据采样）选项：

Solve->Iterate...

打开这个选项可以同时显式平均值和均方根值。 2）初始化流场统计数据： Solve->Initialize->Reset Statistics

用这个菜单还可以在收集了一些数据后重置流场数据。比如在将时间采样选项打开的情况下先计算10步，检查计算结果，然后再计算10步，则时间统计数据中将包括前面10步的数据，除非重新对流场统计数据进行初始化。

（10）指定时间相关解的参数并开始计算，对于定常、非定常计算的步骤如下：

1）如果选择一阶或二阶精度隐式计算，步骤如下：

Solve->Iterate...

通常在计算开始时，时间步长取得较小，而在后续的计算中则可以逐步增加时间步长。在缺省设置中，时间步长是固定的，如果需要让时间步长随计算进程发生变化，可以选择Adaptive Time Stepping（适应性时间推进）法中的 Adaptive（适应性步长）选项。

2）显式非定常计算的步骤如下：

在Solution Controls（求解过程控制）面板中保留Solver Parameter（求解器参数）缺省设置： Solve->Controls->Solution... Solve->Iterate...进行迭代

监视残差Solve->Monitors->Residual... or Plot->Residuals...

分离算法中的残差是守恒方程两端数值的差值在所有网格点上的和，耦合算法中的残差则是各变量的时间变化率在所有网格点上的均方根。 各按键说明：

Print: 是否在控制台窗口中以文本方式输出残差的数值。 Plot: 是否绘制残差曲线。

Iterations: 选择保存几个迭代步上的残差值。

Normalize: 否对残差进行正则化处理(残差的正则化是将残差值除以最大残差值的变换过程)。

Scale:是否进行缩尺处理。

Plotting: 残差的窗口显示风格。 Axes:字体。 Curves:显示线型。 Iterations: 显示迭代点数。

监视统计数据Solve->Monitors->Statistic...

步骤：

在计算过程中，可以监视周期流动的压强梯度和温度比、非定常流动所用时间、适应性时间推进过程中的时间步长等参数。

1）指定输出类型 2）选择需要监视的变量

力和力矩监视器Solve->Monitors->Force...

步骤：

（1） 指定输出类型

（2） 如果需要对作用在某个壁面上的力和力矩进行监视，可以打开Per Zon（分

区）选项。

（3） 在Coefficient（系数）列表中选择Drag（阻力）、Lift（升力）或Moment

（力矩），以显示相应的系数。

（4） 在 Wall Zones（壁面区）列表中选择壁面名称。

（5） 如果选择显示阻力或升力，则在 Force Vector（力矢量）中输入力矢量的 X、

Y、Z 分量。如果选择显示力矩，则在Moment Center（力矩中心）中输入力矩中心的直角坐标值，然后在About（转动轴方向）列表中选择力矩矢量的方向，即 X-Axis、Y-Axis或Z-Axis。

（6） 点击 Apply（应用）按钮完成设置。如果需要设置其他参数，则重复上述

过程。

监视表面积分Solve->Monitors->Surfaces...

在每次迭代结束后，还可以在某个面上对特定的流场变量进行积分，并以文本、图形和文件形式输出积分结果。比如，在以计算压强为目的的计算中，可以在某个面上监视压强的变化过程。 步骤：

（1） 在 Surfaces Monitors旁边的输入栏中填入准备开启的监视器数量，也就

是需要监视变量的数量。

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