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对于VOF学习的体会


对于 VOF 学习的几点体会

1、对于网格的选择 尽量选择四边形或六面体网格,而不用三角形或四 面体网格,以简化多相流问题。 2、对于 VOF 公式的选择 Geo-Reconstruct:是目前最精确的界面跟踪方法, 是 对 大 多 数 瞬 态 VOF 计 算 所 推 荐 使 用 的 方 法 。 Donor-Acceptor:在网格中包含很多扭曲的六面体单

元, 可用该公式代替 Geo-Reconstruct。 Euler-Explicit: 可解决 Donor-Acceptor 公式仅对四边形、 六面体网格 有效的问题,可用于三角形或四面体网格计算;也可 以用于 Geo-Reconstruct 不能给出满意结果的情形。 注意:Geo-Reconstruct 和 Donor-Acceptor,必须保证 在区域内没有双边壁面。 3、对于 VOF 模型相的定义 原则上可以根据个人的喜好定义。如果其中有一相 是可压缩的,为了提高解的稳定性,应指定该相为主 相。 注意:在 VOF 模型中,只能有一相是可压缩的。 4、关于表面张力和壁面粘附 对于网格的选择: 在表面张力有重大影响的计算区 域 内 应 使 用 四 边 形 或 六 边 形 网 格 。 在 打 开 Wall

Adhesion 后, wall 边界条件下指定接触角为每一对 在 相。 (接触角定义:当系统达到平衡时,在气、液、 固三相交界处,气-液界面和固-液界面之间的夹角。 实际反映的是液体表面张力与液-固界面张力间的夹 角。 )提高解的收敛性: 对于涉及到表面张力的计 算, 建议在 Multiphase Model panel 中为 Body Force Formulation 打开 Implicit Body Force。这样做由于压 力梯度和动量方程中表面张力的部分平衡, 从而提高 解的收敛性。 5、关于运算环境的设置 对于 VOF 计 算 , 应 当 选 择 Specified Operating Density,并且在 Operating Density 下为最轻相设置密 度。这样做排除了水力静压的积累,提高了 round-off 精度为动量平衡。同样需要打开 Implicit Body Force, 部分平衡压力梯度和动量方程中体积力,提高解的收 敛性。 Reference Pressure Location(参考压强位置) 应是位于流体永远是 100%的某一相(空气)的区域, 光滑和快速收敛是其基本条件。 6、关于求解器的设置 压力插值方案:对于所有的 VOF 计算,应当使用 body-force-weighter 或者 PRESTO!压力插值方案。 对 于 Implicit 和 Euler Explicit 方程, 为了提高相间界面

的清晰度,应当为体积分率方程选择采用 second-order 或者 QUICK 离散方案 速度压力耦合 方案:通常瞬变流计算建议采用 PISO 方案。使用 PISO 时允许增加所有欠松弛因子的值,而不会减弱 解的稳定。对于四边形和三角形网格上的计算,用 PISO 方案时,为了提高稳定性,建议为压力选欠松弛 因子为 0.7-0.8。 注意:当 FLUENT 进行任何模拟时,如果前松弛因 子设置为 1 时,解出现不稳定、发散行为,欠松弛因 子必须减小;提高稳定性的另一个方法是减小时间步 长。(使用稳态隐式的 VOF 方案, 为了提高稳定性, 所有变量的欠松弛因子应设置在 0.2-0.5 之间。 )

Fluent 计算错误汇总 1. .fluent 不能显示图像

在运行 fluent 时,导入 case 后,检查完 grid,在显示 grid 时,总是出现这样 的错误 Error message Unable to Set Error: FLUENT Error Object: 解决办法: from graphics function Update_Display: OpenGL Rendering Context received a fatal signal (SEGMENTATION VIOLATION). ()

右键单击快捷方式,把目标由 x:fluent.incntbinntx86fluent.exe 改成: x:fluent.incntbinntx86fluent.exe 2d -driver msw 如果还有三维的,可以再建立一个快捷方式改成: x:fluent.incntbinntx86fluent.exe 3d -driver msw 这就可以直接调用了。 如果不是以上原因引起的话, 也有可能是和别的软件冲突, 如 MATLAB 等,这也会使 fluent 无法显示图像。 Q1:GAMBIT 安装后无法运行,出错信息是“unable find Exceed X Server” A. GAMBIT 需要装 EXCEED 才能用。 gambit 的运行:先运行命令提示符,输入 gambit,回车 fluent 的运行:直接在开始-程序-Fluent Inc 里面 Q2:Fluent 安装后无法运行,出错信息是“unable find/open license.dat" A. FLUENT 和 GAMBIT 需要把相应 license.dat 文件拷贝到 FLUENT.INC/license 目录下 Q3:出错信息:运行 gambit 时提示找不到 gambit 文件? A. FLUENT 和 GAMBIT 推荐使用默认安装设置, 安装完 GAMBIT 请设置环境变量, 设置办法“开始-程序-FLUENT INC-Set Environment" 另外设置完环境变量需要重启一下,否则仍会提示找不到环 境变量。 Q4:使用 Fluent 和 Gambit 需要注意什么问题? A. 安装好 FLUENT 和 GAMBIT 最好设置一下用户默认路径 推荐设置办法,在非系统分区建一个目录,如 d:\users a) win2k 用户在控制面板-用户和密码-高级-高级,在使用 fluent 用 户的配置文件 修改本地路径为 d:\users,重起到该用户运行命令提示符,检查 用户路径是否修改 b) xp 用户,把命令提示符发送到桌面快捷方式,右键单击命令提示符快 捷方式 在快捷方式-起始位置加入 D:\users,重起检查 Q5:Gambit 运行失败,出错信息“IDENTIFIER "default_ Server ” A. gambit 的缺省文件已经打开,到用户默认目录删除 default_id.*等文件 Q6:Gambit 运行失败,Gambit 运行界面一闪而过,没有出错信息, 只启动了 exceed,并在 gambit 所在目录随机生成了一个 gambit.xxxx 的目录 A. 因为执行了错误的 gambit 程序,在 fluent 的文件夹里有两个目录 下有 gambit,

需要正确运行的是 fluent inc/ntbin/ntx86 里的那个 gambit.exe, 而不是 gambit 文件夹下的那个 gambit.exe Q7:安装完 fluent6.1,运行时出现这样的问题: Error: sopenoutputfile: unable to open file for output Error Object: "c:\temp\kill-fluent1684" A. 在 C 盘下建个 temp 目录,两个错误都可以解决。

Q8:Fluent 计算时迭代发散怎么办? A. FLUENT 计算开始迭代最好使用较小的库朗数,否则容易导致迭 代发散。 修改办法 slove-controls-solution, 修改 courant Number 默认值为 1,开始没有经验的改小点,比如 0.01,然后逐渐 加大, 经验丰富的同仁自己决定 或者, FLUENT 修改迭代值的极限, slove-controls-Limits 根据你计算的情况决定 Q9:fortran 程序中报错 stack overflow 怎么办? 一般 fortran 编译器默认情况是 allocatable array 放在堆里, automatic array 放在栈里。 栈的缺省设置一般为 1048576。 数组越界,在 Visual Fortran 里提示 stack overflow。在 f77 这样的 unix 平 台下的编译器 里通常是 core dump。 这时把栈的缺省设置改大即可。 VF 中,命令行方式运行 link 或 editbin 命令即可。 问题 1:Gambit 为什么无法启动? 原因可能有 3 1.exceed 问题。运行 Gambit 出现 Using X_DEVICE。。。。表示 exceed 安装没 有问题,如果不出现,请重新安装 exceed,安装 exceed 最好自定义安装,只选 择 x-server,其他的全部不要,这样最好; 2.License 问题。进入命令行方式,设置好环境变量后,运行 Gambit,如果显 示 License Error,那就是 License 问题了,重新 Copy License 文件到安装目 录下的 license 目录里; 3..lok 文件问题。Gambit 启动的时候默认的建立 Defaul.dbs,如果存在 default.lok 文件,则 gambit 无法启动,删除该文件即可,.lok 文件意思就是 锁定本项目,详细的说明请看 Gambit 帮助; 4.也是 License 问题,但即使重新 copy License 文件也无法解决,这时可以尝 试修改系统时间。

问题 2: 如何提高收敛性? 1.保证网格足够精细 2.可能你的边界条件过于恶劣, 可以尝试先把边界条件改得比较常规,待计算收 敛后逐步加大边界变量值,直到符合要求 3.适当调小松弛因子,并选择最符合你所使用的模型的求解策略 问题 3: Fluent 中压力进口和压力出口边界中的压力如何设置? 首先应该明确两个概念: 总压=静压+动压(对不可压缩流动) 绝对压力=表压(gauge pressure)+参考压力(operating pressure) Fluent 的压力边界中设定的都是表压,在 pressure-inlet 中设定的是总压;在 pressure-outlet 中设定的是静压 (注意: 这里面没有包含水头压力 Hydrostatic Head)。 问题 4:什么是静压、总压、动压? 静压、动压、总压是流体力学(总压严格说是空气动力学)中的概念。 1.静压是跟随流体以同样的速度运动的压力计所测量到的压力, 是因为分子的 运动而产生的。 2.动压等于 0.5*密度*(速度*速度),是按照能量观点给出的一个定义。 3.总压其实是一个能量平衡的关系,它是静压和马赫数的函数,它是静止在流体 中的压力计所测量到的压力。 4.在 fluent 中还出现了一个参考压力(operating pressure) ,这是因为压力项在 NS 方程中是以一阶导数的形式出现的,所以在求解压力的 时候,一定要给定一个参考值才能确定,就比如求解一个一阶常微分方程, dy/dx=1,求出来是 y=x+constant。只有给定那个 constant 才能构成定解条 件。fluent 中的操作压力就相当于那个 constant,所以理论 喜豢裳顾跷侍猓 慰佳沽 κ 强梢运姹愀 ǖ 摹 fluent 求解出来的压力是表压,再加上这个参考压力就是绝对压力。 问题 5:后处理显示为什么老是闪烁,不正常? 后处理的显示问题一般都属于显卡的问题: 1.显卡太老了; 2.驱动不对,没有装好 directx 和 opengl 等一系列引擎; 3. 显卡驱动可能被病毒一类的原因破坏了 问题 6: 混合物的粘性应当如何计算? ∑(混合气体中 i 组分气体的体积百分数×i 组分的分子量×i 组分气体动力粘 度)/ ∑(混合气体 i 组分气体的体积百分数×i 组分的分子量) 问题 7:什么是 PDF 模型? PDF 模型不求解单个组分的输运方程,而求解混合组分分布的输运方程。各组分 浓度由混合组分分布求得。PDF 模型尤其适合于湍流扩散火焰的模拟和类似的反 应过程。在该模型中,用概率密度函数 PDF(probability density

function)来考虑湍流效应。该模型不要求用户显式地定义反应机理,而是通过 火焰面方法(即混即燃模型)或化学平衡计算来处理, 因此比有限速率模型有更多 的优势。 问题 8:SCCM 是什么单位? 真空单位换算流速与漏率:1 Pa·L/s = 59.2 sccm 问题 9:Schmidt Number 是什么? 表示动量和质量输运之间的关系:粘性系数与扩散系数的比值 问题 10:Prandtl Number 是什么? 运动粘性系数与热扩散系数之比,表示动量、热量的输运难易程度 问题 11:Lewis Number 是什么? 是热扩散系数和扩散系数之间的比值 问题 12:如何将 fluent 的网格文件导入 CFX? 先将 gambit 的网格导入到 icem-cfd,再倒进 cfx。Icem-cfd 中有 import mesh 功能,并且和 fluent 有接口 问题 13:Fluent 与 matlab 冲突怎么办? 在"控制面板->管理->服务"中将 matlab 的 server 关掉即可 问题 14:Fluent 软件过期怎么办? 在所有目录中查找是否有比当前系统时间更新的文件, 找到后把文件时间改回去 即可。 fluent 在计算机所有文件中找一个最新时间,如果此时间新于系统时间, fluent 即认为修改过系统时间,即使把系统时间改回去是没有用的。 问题 15:Phoenics 安装常见问题 1."Tcl error"--没装 active.exe 了(phoenics 安装程序中有我却视而不见); 2."visual fortran run-time error"--没装 fortran 了; 3."code expired"--系统时间没改正确。 问题 16:Fluent 常见报错解答 1 Q: fluent 里, 在 打开 display 里的 grid 只能弹出一个发白的屏幕, 死了。 fluent 显示: Error: Floating point error: divide by zero Error Object: () Error: FLUENT received a fatal signal (SEGMENTATION VIOLATION). Error Object: () A: 可能是图形还没有显示完, 1. 你突然关掉它, 以后再显示就是出现这种情况。 建议你保存 case and date 后,退出 fluent,重新读一次 case and date 就可 以正常显示; 2. 显卡对 opengl 的支持不好,更新显卡驱动

问题 17:Fluent 常见报错解答 2 Q:启动后显示如下: Error: sopenoutputfile: unable to open file for output Error Object: "c:\temp\kill-fluent692" A:破解不干净,不影响使用 问题 18:Fluent 常见报错解答 3 Q:网格导入 fluent 时 : Building...

: grid,

: Error: Null Domain Pointer A:计算域指针无效,一般需要重新生成网格。 问题 19:Fluent 常见报错解答 4 Q:运行时出现如下信息: Error: FLUENT received fatal signal (ACCESS_VIOLATION) 1. Note exact events leading to error. 2. Save case/data under new name. 3. Exit program and restart to continue. 4. Report error to your distributor. Error Object: () A: 只要是严重的错误和发散, fluent 都显示这个, 这些信息说明不了任何问题。 模型要做一定的调整。 问题 20:Fluent 常见报错解答 5 Q:出现如下信息 : Welcome to Fluent 6.1.22 : Copyright 2003 Fluent Inc. : All Rights Reserved : Cannot open dump file "fl_s117.dmp". : Error: Unable to open dump file : () : Error encountered in critical code section : Hit return to exit.

A:这可能是整理注册表或清理垃圾文件时把一些 fluent 要用到的文件清除了。 直接重新覆盖安装即可恢复。 问题 21:Fluent 常见报错解答 6 Q:计算完 display 时出现如下信息 : Error message from graphics function Compute_Text_Extent: : The device for '/driver/opengl/win+w0/inner/scale' doesn't seem to be alive : Error message from graphics function Set_Camera_By_Volume: : Xmin is equal to or greater than Xmax A:删掉显卡重装驱动,并检察 directx 等是否安装 问题 22:Fluent 常见报错解答 7 Q:迭代计算中窗口显示: turbulent viscosity limited to viscosity ratio of…… A:这是提示你 turbulent viscosity ratio 已超过给定上限,你可以在 solve-controls-limits 的选项中加大 Max turbulent viscosity ratio 值,可 以加大 2 个数量级。 问题 23:Fluent 常见报错解答 8 Q:运行 fluent 出现如下信息 System clock has been set back Feature: fluent License path: C:\Fluent.Inc\license\license.dat FLEXlm error: -88,309 For further information, refer to the FLEXlm End User Manual, available at "www.globetrotter.com". A:license 过期,把系统时间一点点往后调就 OK 问题 24:Fluent 常见报错解答 9 Q:在 linux ES3 下安装了 fluent6.1.22,启动后出现一下提示 Copyright 2003 Fluent Inc. : All Rights Reserved :Loading "/App/fluent/Fluent.Inc/fluent6.1.22/lib/flprim.dmp.117-32" : Done. : kill script file is /root/kill-fluent3267 A:正常,其中"kill script file is /root/kill-fluent3267"是 fluent 产生 的临时文件,用来杀死 fluent 及其相关进程,免得死进程时无法 kill。只要 fluent 是正常退出,则自动删除。 问题 25:用 VC、VF 编程的时候所开的最大内存不能超过 256MB,否则会出警 告,有的版本编译器只有警告,照样可以连接运行,但是有的版本的编译器则不 行,如何解决? project->setting->Link->Output

将 stack allocations 下的 Reserve 和 commit 都改成你想要的最大内存数 注意:它是以字节数来算的,所以如果你想开 500MB 则需要写进去 524288000 ( 500*1024*1024 ) 问题 26:安装了 gambit,但运行时说缺少 base80.dll 你运行了错误的 Gambit.exe。 打开目录 fluent.inc/ntbin/ntx86,运行这里面的 gambit 问题 27:国际上 cfd 的权威期刊有哪些? Journal of fluid mechanics AIAA(美国航空航天协会) 问题 28:何谓"对流"、"扩散"? 一滴墨水滴在一个水槽中,如果水静止,颜色的范围均匀地向四周扩大了,这就 是扩散作用。扩散是由于分子运动造成的。 如果水体流动,则不仅颜色的范围扩大了,而且向下游漂移了一段距离,后者就 是对流。对流是由于流场分布不均匀造成的流体微团运动。 对流与扩散相比具有强烈的方向性。 问题 29:Gambit 常见报错 1 Q:安装好后运行 gambit.exe 显 示

:WARNING<17>-H:\hb\fluent\gambit\ntbin\ntx86\GambIT.1264 at 480,in @<#>July21 : 2003 16:11:54 FDIWHAT sysfile.c:FILE EXISTS

: Warning:locale not supported by Xlib,locale set to C :Using X_DEVICE_DRIVER with standard visual. A:这是正常的,使用 gambit 不要关闭该窗口 问题 30:什么是 PIV ? 颗粒图像测速仪 问题 31:Fluent 中如何设定零厚度的障碍物 对 3D,画一个面,spilt 体,用 connected 的方式; 对 2D,画一条线,spilt 面,用 connected 的方式 问题 32:什么是 Favre-averaged N-S equations? 采用 Faver 平均(而非普通时间平均)得到的时均方程的,一般讲述湍流的书里

面都会提到。 问题 33:uniform grid 是什么? 均匀网格 问题 34:保守型方程和非保守型方程有何区别? 保守与非保守型方程, 也叫守恒型和非守恒型方程。两者的不同体现在方程的对 流项上。 对于守恒型方程,对流项表示为 div(ρUΦ) 其中 U 是速度矢量,Φ 是通用变量,在动量方程中就是 u、v、w 而对于非守恒方程,对流项不采用散度的形式,而写为 ρUdivΦ 这个可以通过连续方程推导得出。 如果对于微元体,这二者是等价的。但是,我们实际计算的单元都是有限大小, 于是,这两种形式就有了不同的特性。突出表现在对激波的计算上。使用非守恒 型的方程是无法正确计算出激波的位置的,而且还会引起解的振荡。 一般来说,我们推荐使用守恒型的控制方程。因为他对任意大小的计算单元,都 永远守恒。 问题 35:Tecplot 中如何无量纲化数据 data-alter 里面写个公式就可以了 问题 36:如何将 pre 的文件导入 gambit 在 pre 里面将文件保存为.stp 格式即可导入 gambit 问题 37:gambit 里的实体和虚体有什么区别 gambit 的实体和虚体在生成网格和计算的时候对于结果没有任何影响,实体和 虚体的主要区别有以下几点: 1。实体可以进行布尔运算但是虚体不能,虽然不能进行布尔运算,但是虚体存 在 merge,split 等功能。 2,实体运算在很多 cad 软件里面都有,但是虚体是 gambit 的一大特色,有了虚 体以后,gambit 的建模和网格生成的灵活性增加了很多。 3。 在网格生成的过程中, 如果有几个相对比较平坦的面, 可以把它们通过 merge 合成一个,这样,作网格的时候,可以节省步骤,对于曲率比较大的面,可能生 成的网格质量不好, 这时候, 你可以采取用 split 的方式把它划分成几个小面以 提高网格质量

operating density 含意?

其实就是我们平常说的“参考密度”。FLUENT 里面设定“操作压强”、“操作密度”等“操作”变量的目的就是 在计算过程中提供一个“参考”量,流场变量在计算前与此“操作”量相减,然后进行计算,从而提高计算精 度,避免由于计算机内数值位数造成的误差。

交界面 fluent 与 cfx 区别之一
2010-08-10 13:51:05| 分类: CFD 专业知识 | 标签: |字号大中小 订阅 fluent 与 gambit 配搭,cfx 与 icemcfd 搭配。即在 icemcfd 中处理的图形和交界面

可见不见了 interface_part1 但见 cfx

故可见 icemcfd 中作出的交界面,在 cfx 中识别为两个,但是 fluent 中没有。

Fluent 批处理之--windows 下多个任务的计算
2010-04-06 15:36:24| 分类: CFD 专业知识 | 标签: |字号大中小 订阅 1.同维多任务的连续计算 对于工程应用来说,计算精度要求不高,但是计算的 case 比较多,尤其模型优化工作,你可 能有几十个 case 要算。一个 case 只需要计算个把钟头,对于周末的大好时光来说,两天时间 只能算一个,实在是浪费时间。经过一番研究,找到了解决方法。 操作步骤: 1.保存完直接执行迭代命令后的 case&dat 2.写脚本语言,直接复制,用户只需更改红体字部分的名字,如下: (cx-gui-do cx-activate-item "MenuBar*ReadSubMenu*Case & Data...") (cx-gui-do cx-set-text-entry "Select File*Text" "boat.cas") (cx-gui-do cx-activate-item "Select File*OK") (cx-gui-do cx-activate-item "MenuBar*SolveMenu*Iterate...") (cx-gui-do cx-set-integer-entry "Iterate*Table1*Frame2(Iteration)*Table2(Iteration)*IntegerEntry1(Number of Iterations)" 2000) (cx-gui-do cx-activate-item "MenuBar*SolveMenu*Iterate...") (cx-gui-do cx-activate-item "Iterate*PanelButtons*PushButton1(OK)") (cx-gui-do cx-activate-item "MenuBar*WriteSubMenu*Case & Data...") (cx-gui-do cx-set-text-entry "Select File*Text" "boat.cas ") (cx-gui-do cx-activate-item "Select File*OK") (cx-gui-do cx-activate-item "Warning*OK") 注:如果多个 case 连续计算,如下: (cx-gui-do cx-activate-item "MenuBar*ReadSubMenu*Case & Data...") (cx-gui-do cx-set-text-entry "Select File*Text" "s.cas") (cx-gui-do cx-activate-item "Select File*OK") (cx-gui-do cx-activate-item "MenuBar*SolveMenu*Iterate...") (cx-gui-do cx-set-integer-entry "Iterate*Table1*Frame2(Iteration)*Table2(Iteration)*IntegerEntry1(Number of Iterations)" 2000) (cx-gui-do cx-activate-item "MenuBar*SolveMenu*Iterate...") (cx-gui-do cx-activate-item "Iterate*PanelButtons*PushButton1(OK)") (cx-gui-do cx-activate-item "MenuBar*WriteSubMenu*Case & Data...") (cx-gui-do cx-set-text-entry "Select File*Text" "s.cas ") (cx-gui-do cx-activate-item "Select File*OK") (cx-gui-do cx-activate-item "Warning*OK") (cx-gui-do cx-activate-item "MenuBar*ReadSubMenu*Case & Data...") (cx-gui-do cx-set-text-entry "Select File*Text" "s2.cas")

(cx-gui-do cx-activate-item "Select File*OK") (cx-gui-do cx-activate-item "MenuBar*SolveMenu*Iterate...") (cx-gui-do cx-set-integer-entry "Iterate*Table1*Frame2(Iteration)*Table2(Iteration)*IntegerEntry1(Number of Iterations)" 2000) (cx-gui-do cx-activate-item "MenuBar*SolveMenu*Iterate...") (cx-gui-do cx-activate-item "Iterate*PanelButtons*PushButton1(OK)") (cx-gui-do cx-activate-item "MenuBar*WriteSubMenu*Case & Data...") (cx-gui-do cx-set-text-entry "Select File*Text" "s2.cas ") (cx-gui-do cx-activate-item "Select File*OK") (cx-gui-do cx-activate-item "Warning*OK") 2.不同维数的多任务计算 需要再写入一个批处理,内容为 fluent 2d -g -i g -i 1.jou fluent 3d -g -i g -i 2.jou 命名为:1.bat 操作时:首先运行 1.bat 的批处理 注:要将 1.jou 和 2.jou 及 case 放在同个目录下

3.任务的延续怎么计算? fluent 2d -wait -i g -i 2.jou fluent 3d -wait -i g -i 1.jou 则先执行脚本 2 下的 case,然后执行 1 下的 case

Fluent 经典问题 1
2009-10-10 11:50:39| 分类: CFD 专业知识 | 标签: |字号大中小 订阅

1 对于刚接触到 FLUENT 新手来说,面对铺天盖地的学习资料和令人难读的 FLUENT help,如 何学习才能在最短的时间内入门并掌握基本学习方法呢? 学习任何一个软件,对于每一个人来说,都存在入门的时期。认真勤学是必须的,什么是最好的 学习方法,我也不能妄加定论,在此,我愿意将我三年前入门 FLUENT 心得介绍一下,希望能 给学习 FLUENT 的新手一点帮助。 由 于当时我需要学习 FLUENT 来做毕业设计,老师给了我一本书,韩占忠的《FLUENT 流体工 程仿真计算实例与应用》,当然,学这本书之前必须要有两个条 件,第一,具有流体力学的基 础,第二,有 FLUENT 安装软件可以应用。然后就照着书上二维的计算例子,一个例子,一个 步骤地去学习,然后学习三维,再针 对具体你所遇到的项目进行针对性的计算。不能急于求成,

从前处理器 GAMBIT,到通过 FLUENT 进行仿真,再到后处理,如 TECPLOT,进行循序渐 进 的学习,坚持,效果是非常显著的。如果身边有懂得 FLUENT 的老师,那么遇到问题向老师请 教是最有效的方法,碰到不懂的问题也可以上网或者查找相关书 籍来得到答案。另外我还有本 《计算流体动力学分析》王福军的,两者结合起来学习效果更好。

2 CFD 计算中涉及到的流体及流动的基本概念和术语:理想流体和粘性流体;牛顿流体和非牛 顿流体;可压缩流体和不可压缩流体;层流和湍流;定常流动和非定常流动;亚音速与超音速流 动;热传导和扩散等。 A.理想流体(Ideal Fluid)和粘性流体(Viscous Fluid): 流 体在静止时虽不能承受切应力,但在运动时,对相邻的两层流体间的相对运动,即相对滑动 速度却是有抵抗的,这种抵抗力称为粘性应力。流体所具备的这种抵抗两 层流体相对滑动速度, 或普遍说来抵抗变形的性质称为粘性。粘性的大小依赖于流体的性质,并显著地随温度变化。实 验表明,粘性应力的大小与粘性及相对速度成 正比。当流体的粘性较小(实际上最重要的流体 如空气、水等的粘性都是很小的),运动的相对速度也不大时,所产生的粘性应力比起其他类型 的力如惯性力可忽略 不计。此时我们可以近似地把流体看成无粘性的,这样的流体称为理想流 体。十分明显,理想流体对于切向变形没有任何抗拒能力。这样对于粘性而言,我们可以将流体 分为理想流体和粘性流体两大类。应该强调指出,真正的理想流体在客观实际中是不存在的,它 只是实际流体在某些条件下的一种近似模型。 B.牛顿流体(Newtonian Fluid)和非牛顿流体(non-Newtonian Fluid): 日常生活和工程实践中最常遇到的流体其切应力与剪切变形速率符合下式的线性关系 称为牛顿 , 流体。而切应力与变形速率不成线性关系者称为非牛顿流体。图 2-1(a)中绘出了切应力与变 形速率的关系曲线。其中符合上式的线性关系者为牛顿流体。其他为非牛顿流体,非牛顿流体中 又因其切应力与变形速率关系特点分为膨胀性流体(Dilalant) ,拟塑性流体(Pseudoplastic), 具有屈服应力的理想宾厄流体(Ideal Bingham Fluid)和塑性流体(Plastic Fluid)等。通常油 脂、油漆、牛奶、牙膏、血液、泥浆等均为非牛顿流体。非牛顿流体的研究在化纤、塑料、石油、 化工、食品及很多轻工业中有着广泛的应用。图 2-1(b)还显示出对于有些非牛顿流体,其粘 滞特性具有时间效应,即剪切应力不仅与变形速率有关而且与作用时间有关。当变形速率保持常 量,切应力随时间增大,这种非牛顿流体称为震凝性流体(Rheopectic Fluid)。当变形速率保 持常量而切应力随时间减小的非牛顿流体则称为触变性流体(Thixotropic Fluid)。

C.可压缩流体(Compressible Fluid)和不可压缩流体(Incompressible Fluid): 在 流体的运动过程中,由于压力、温度等因素的改变,流体质点的体积(或密度,因质点的质 量一定),或多或少有所改变。流体质点的体积或密度在受到一定压力差 或温度差的条件下可 以改变的这个性质称为压缩性。真实流体都是可以压缩的。它的压缩程度依赖于流体的性质及外 界的条件。例如水在 100 个大气压下,容积缩小 0.5%,温度从 20° 变化到 100° ,容积降低 4%。 因此在一般情况下液体可以近似地看成不可压的。但是在某些特殊问题中,例如水中爆炸或水击 等问题,则必须把液体看作是可压缩的。气体的压缩性比液体大得 多,所以在一般情形下应该 当作可压缩流体处理。但是如果压力差较小,运动速度较小,并且没有很大的温度差,则实际上 气体所产生的体积变化也不大。此时,也 可以近似地将气体视为不可压缩的。

在可压缩流体的连续方程中含密度,因而可把密度视为连续方程中的独立变量进行求解,再根据 气体的状态方程求出压力。不可压流体的压力场是通过连续方程间接规定的。由于没有直接求解 压力的方程,不可压流体的流动方程的求解具有其特殊的困难。 D. 层流(Laminar Flow)和湍流(Turbulent Flow): 实 验表明,粘性流体运动有两种形态,即层流和湍流。这两种形态的性质截然不同。层流是流 体运动规则,各部分分层流动互不掺混,质点的轨线是光滑的,而且流动 稳定。湍流的特征则 完全相反,流体运动极不规则,各部分激烈掺混,质点的轨线杂乱无章,而且流场极不稳定。这 两种截然不同的运动形态在一定条件下可以相互 转化。

E. 定常流动(Steady Flow)和非定常流动(Unsteady Flow): 以 时间为标准,根据流体流动的物理量(如速度、压力、温度等)是否随时间变化,将流动分 为定常与非定常两大类。当流动的物理量不随时间变化,为定常流动;反 之称为非定常流动。 定常流动也称为恒定流动,或者稳态流动;非定常流动也称为非恒定流动、非稳态流动。许多流 体机械在起动或关机时的流体流动一般是非定常 流动,而正常运转时可看作是定常流动。 F. 亚音速流动(Subsonic)与超音速流动(Supersonic): 当气流速度很大,或者流场压力变化很大时,流体就受到了压速性的影响。马赫数定义为当地速 度与当地音速之比。当马赫数小于 1 时,流动为亚音速流动;当马赫数远远小于 1(如 M<0.1) 时,流体的可压速性及压力脉动对密度变化影响都可以忽略。当马赫数接近 1 时候(跨音速), 可压速性影响就显得十分重要了。如果马赫数大于 1,流体就变为超音速流动。FLUENT 对于亚 音速,跨音速以及超音速等可压流动都有模拟能力。 G. 热传导(Heat Transfer)及扩散(Diffusion): 除了粘性外,流体还有热传导及扩散等性质。当流体中存在温度差时,温度高的地方将向温度低 的地方传送热量,这种现象称为热传导。同样地,当流体混合物中存在组元的浓度差时,浓度高 的地方将向浓度低的地方输送该组元的物质,这种现象称为扩散。 流 体的宏观性质,如扩散、粘性和热传导等,是分子输运性质的统计平均。由于分子的不规则 运动,在各层流体间交换着质量、动量和能量,使不同流体层内的平均物 理量均匀化,这种性 质称为分子运动的输运性质。质量输运宏观上表现为扩散现象,动量输运表现为粘性现象,能量 输运表象为热传导现象。 理想流体忽略了粘性,即忽略了分子运动的动量输运性质,因此在理想流体中也不应考虑质量和 能量输运性质——扩散和热传导,因为它们具有相同的微观机制 3 在数值模拟过程中,离散化的目的是什么?如何对计算区域进行离散化?离散化时通常使用 哪些网格?如何对控制方程进行离散?离散化常用的方法有哪些?它们有什么不同? 首先说一下 CFD 的基本思想:把原来在时间域及空间域上连续的物理量的场,如速度场,压力 场等,用一系列有限个离散点上的变量值的集合来代替,通过一定的原则和方式建立起关于这些 离散点上场变量之间关系的代数方程组,然后求解代数方程组获得场变量的近似值。 然后,我们再讨论下这些题目。

离散化的目的: 我们知道描述流体流动及传热等物理问题的基本方程为偏微分方程,想要得它 们的解析解或者近似解析解,在绝大多数情况下都是非常困难的,甚至是不可能的,就 拿我们 熟知的 Navier-Stokes 方程来说,现在能得到的解析的特解也就 70 个左右;但为了对这些问题 进行研究,我们可以借助于我们已经相当成熟的 代数方程组求解方法,因此,离散化的目的简 而言之 就是将连续的偏微分方程组及其定解条件按照某种方法遵循特定的规则在计算区域的离 , 散网格上转化为代数方 程组,以得到连续系统的离散数值逼近解。 计算区域的离散及通常使用的网格: 在对控制方程进行离散之前,我们需要选择与控制方程离 散方法相适应的计算区域离散方法。网格是离散的基础,网格节点是离散化的物理量的存储位 置,网格在离 散过程中起着关键的作用。网格的形式和密度等,对数值计算结果有着重要的影 响。一般情况下,二维问题,有三角形单元和四边形,三位问题中,有四面体,六面 体,棱锥 体,楔形体及多面体单元。网格按照常用的分类方法可以分为:结构网格,非结构网格,混合网 格;也可以分为:单块网格,分块网格,重叠网格;等等。 上面提到的计算区域的离散方法要 考虑到控制方程的离散方法,比如说:有限差分法只能使用结构网格,有限元和有限体积法可以 使用结构网格也可以使用非结构网 格。 控制方程的离散及其方法:上面已经提 到了离散化的目的,控制方程的离散就是将主控的偏微 分方程组在计算网格上按照特定的方法离散成代数方程组,用以进行数值计算。按照应变量在计 算网格节点之 间的分布假设及推到离散方程的方法不同,控制方程的离散方法主要有:有限差 分法,有限元法,有限体积法,边界元法,谱方法等等。这里主要介绍最常用的有限 差分法, 有限元法及有限体积法。(1)有限差分法(Finite Difference Method,简称 FDM)是数值方法 中最经典的方法。它是将求解域划分为差分网格,用有限个网格节点代替连续的求解域,然后将 偏微分方程 (控制方程) 导数用差商代替,推导出含有离散点上有限个未知数的差分方程组。 的 求差分方程组(代数方程组)的解,就是微分方程定解问题的数值近似解,这是一种直接将微分 问题变为代数问题的近似数值解法。这种方法发展较早,比较成熟,较多用于求解双曲型和抛物 型问题(发展型问题)。用它求解边界条件复杂,尤其是椭圆型问题 不如有限元法或有限体积 法方便。(2)有限元法(Finite Element Method,简称 FEM)与有限差分法都是广泛应用的流 体力学数值计算方法。有限元法是将一个连续的求解域任意分成适当形状的许多微小单元,并于 各小单 元分片构造插值函数,然后根据极值原理(变分或加权余量法),将问题的控制方程转 化为所有单元上的有限元方程,把总体的极值作为个单元极值之和,即将局部 单元总体合成, 形成嵌入了指定边界条件的代数方程组,求解该方程组就得到各节点上待求的函数值。有限元法 的基础是极值原理和划分插值,它吸收了有限差分法 中离散处理的内核,又采用了变分计算中 选择逼近函数并对区域积分的合理方法,是这两类方法相互结合,取长补短发展的结果。它具有 广泛的适应性,特别适用于 几何及物理条件比较复杂的问题,而且便于程序的标准化。对椭圆 型问题(平衡态问题)有更好的适应性。有限元法因求解速度较有限差分法和有限体积法满,因 此,在商用 CFD 软件中应用并不普遍,目前的商用 CFD 软件中,FIDAP 采用的是有限元法。 而有限元法目前在固体力学分析中占绝对比例,几乎所有的固体 力学分析软件都是采用有限元 法。(3)有限体积法(Finite Volume Method,简称 FVM)是近年发展非常迅速的一种离散化 方法,其特点是计算效率高。目前在 CFD 领域得到了广泛的应用。其基本思路是:将计算区域 划分 为网格,并使每个网格点周围有一个互不重复的控制体积;将待解的微分方程(控制方程) 对每一个控制体积分,从而得到一组离散方程。其中的未知数是网格点上 的因变量,为了求出 控制体的积分,必须假定因变量值在网格点之间的变化规律。从积分区域的选取方法看来,有限 体积法属于加权余量法中的子域法,从未知解的 近似方法看来,有限体积法属于采用局部近似 的离散方法。简言之,子域法加离散,就是有限体积法的基本方法。

各种离散化方法的区别:简短而言,有限元法,将物理量存储在真实的网格节点上,将单元看成 由周边节点及型函数构成的统一体;有限体积法往往是将物理量存储在网格单元的中心点上,而 将单元看成围绕中心点的控制体积,或者在真实网格节点上定义和存储物理量,而在节点周围构 造控制题。 4 常见离散格式的性能的对比(稳定性、精度和经济性) 请参考王福军的书《计算流体动力学分析—CFD 理论与应用》 离散格式 稳定性及稳定条件 精度与经济性 在不发生振荡的参数范围内, 可 中心差分 条件稳定 Peclet 小于等于 2 以获得校准确的结果。

虽然可以获得物理上可接受的 解,但当 Peclet 数较大时,假 扩散较严重。为避免此问题,常 一阶迎风 绝对稳定 需要加密计算网格。

二阶迎风

绝对稳定

精度较一阶迎风高, 但仍有假扩 散问题。 当 Peclet 小于等于 2 时,性能 与中心差分格式相同。 Peclet 当 大于 2 时, 性能与一阶迎风格式

混合格式

绝对稳定

相同。 主要适用于无源项的对流扩散 问题,对有非常数源项的场合, 当 Peclet 数较高时有较大误差。

指数格式、乘方格式

绝对稳定 可以减少假扩散误差,精度较

QUICK 格式 改进的 QUICK 格式

条件稳定 Peclet 小于等于 8/3 绝对稳定

高,应用较广泛,但主要用于六 面体和四边形网格。 性能同标准 QUICK 格式,只是 不存在稳定性问题。

5 在利用有限体积法建立离散方程时,必须遵守哪几个基本原则? 1.控制体积界面上的连续性原则; 2.正系数原则; 3.源项的负斜率线性化原则; 4.主系数等于相邻节点系数之和原则。

6 流场数值计算的目的是什么?主要方法有哪些?其基本思路是什么?各自的适用范围是什 么? 这个问题的范畴好大啊。简要的说一下个人的理解吧:流场数值求解的目的就是为了得到某个流 动状态下的相关参数,这样可以节省实验经费,节约实验时间,并且 可以模拟一些不可能做实 验的流动状态。主要方法有有限差分,有限元和有限体积法,好像最近还有无网格法和波尔兹曼 法 (格子法) 。基本思路都是将复杂的非线 性差分/积分方程简化成简单的代数方程。相对来说, 有限差分法对网格的要求较高,而其他的方法就要灵活的多 7 可压缩流动和不可压缩流动,在 数值解法上各有何特点?为何不可压缩流动在求解时反而比可压缩流动有更多的困难? 可压缩 Euler 及 Navier-Stokes 方程数值解 描述无粘流动的基本方程组是 Euler 方程组,描述粘性流动的基本方程组是 Navier-Stokes 方程 组。用数值方法通过求解 Euler 方程和 Navier-Stokes 方程模拟流场是计算流体动力学的重要内 容之一。由于飞行器设计实际问题中的绝大多数流态都具有较高的雷诺数,这些流动粘性区域很 小,由对流作用主控,因此针对 Euler 方程发展的计算方法,在大多数情况下对 Navier-Stokes 方程也是有效的,只需针对粘性项用中心差分离散。 用数值方法求解无粘 Euler 方程组的历史可追溯到 20 世纪 50 年代,具有代表性的方法是 1952 年 Courant 等人以及 1954 年 Lax 和 Friedrichs 提出的一阶方法。从那时开始,人们发展了大量 的差分格式。Lax 和 Wendroff 的开创性工作是非定常 Euler(可压缩 Navier-Stokes)方程组数值 求解方法发展的里程碑。二阶精度 Lax-Wendroff 格式应用于非线性方程组派生出了一类格式, 其共同特点是格式空间对称,即在空间上对一维问题是三点中心格式,在时间上是显式格式,并 且该类格式是从时间空间混合离散中导出的。该类格式中最流行的是 MacCormack 格式。 采 用时空混合离散方法,其数值解趋近于定常时依赖于计算中采用的时间步长。尽管由时间步 长项引起的误差与截断误差在数量级上相同,但这却体现了一个概念上的 缺陷,因为在计算得 到的定常解中引进了一个数值参数。将时间积分从空间离散中分离出来就避免了上述缺陷。常用 的时空分别离散格式有中心型格式和迎风型格式。空间二阶精度的中心型格式(一维问题是三点 格式)就属于上述范畴。该类格式最具代表性的是 Beam-Warming 隐式格式和 Jameson 等人采 用的 Runge-Kutta 时间积分方法发展的显式格式。迎风型差分格式共同特点是所建立起的特征 传播特性与差分空间离散方向选择的关系是与无粘流动的物理特性一致的 第一个显式迎风差分 。 格式是由 Courant 等人构造的,并推广为二阶精度和隐式时间积分方法。基于通量方向性离散 的 Steger-Warming 和 Van Leer 矢通量分裂方法可以认为是这类格式的一种。该类格式的第二 个分支是 Godunov 方法,该方法在每个网格步求解描述相邻间断(Riemann 问题)的当地一维 Euler 方程。根据这一方法 Engquist、Osher 和 Roe 等人构造了一系列引入近似 Riemann 算子 的格式,这就是著名的通量差分方法。 对于没有大梯度的定常光滑流动,所有求解 Euler 方程格式的计算结果都是令人满意的,但当出 现诸如激波这样的间断时,其表现确有很大差异。绝大多数最初发展起来的格式,如 Lax-Wendroff 格式中心型格式,在激波附近会产生波动。人们通过引入人工粘性构造了各种方 法来控制和限制这些波动。在一个时期里,这类格式在复杂流场计算中得到了应用。然而,由于 格式中含有自由参数,对不同问题要进行调整,不仅给使用上带来了诸多不便,而且格式对激波 分辨率受到影响,因而其在复杂流动计算中的应用受到了一定限制。

另外一种方法是力图阻止数值波动的产生,而不是在其产生后再进行抑制。这种方法是建立在非 线性限制器的概念上,这一概念最初由 Boris 和 Book 及 Van Leer 提出,并且通过 Harten 发展 的总变差减小(TVD, Total Variation Diminishing)的重要概念得以实现。通过这一途径,数值解 的变化以非线性的方式得以控制。这一类格式的研究和应用,在 20 世纪 80 年代形成了一股发 展浪潮。1988 年,张涵信和庄逢甘利用热力学熵增原理,通过对差分格式修正方程式的分析, 构造了满足熵增条件能够捕捉激波的无波动、无自由参数的耗散格式(NND 格式)。该类格式在 航空航天飞行器气动数值模拟方面得到了广泛应用。 1987 年,Harten 和 Osher 指出,TVD 格式最多能达到二阶精度。为了突破这一精度上的限制 引入了实质上无波动(ENO)格式的概念。该类格式“几乎是 TVD”的,Harten 因此推断这些格式产 生的数值解是一致有界的。继 Harten 和 Osher 之后,Shu 和 Osher 将 ENO 格式从一维推广到 多维。J.Y.Yang 在三阶精度 ENO 差分格式上也做了不少工作。1992 年,张涵信另辟蹊径,在 NND 格式的基础上,发展了一种能捕捉激波的实质上无波动、无自由参数的三阶精度差分格式 (简称 ENN 格式)。1994 年,Liu、Osher 和 Chan 发展了 WENO(Weighted Essentially Non-Oscillatory)格式。WENO 格式是基于 ENO 格式构造的高阶混合格式,它在保持了 ENO 格 式优点的同时,计算流场中虚假波动明显减少。此后,Jiang 提出了一种新的网格模板光滑程度 的度量方法。目前高阶精度格式的研究与应用是计算流体力学的热点问题之一。 不可压缩 Navier-Stokes 方程求解 不可压缩流体力学数值解法有非常广泛的需求。从求解低速空气动力学问题,推进器内部流动, 到水动力相关的液体流动以及生物流体力学等。满足这么广泛问题的研究,要求有与之相应的较 好的物理问题的数学模型以及鲁棒的数值算法。 相 对于可压缩流动,不可压缩流动的数值求解困难在于,不可压缩流体介质的密度保持常数, 而状态方程不再成立,连续方程退化为速度的散度为零的方程。由此,在 可压缩流动的计算中 可用于求解密度和压力的连续方程在不可压缩流动求解中仅是动量方程的一个约束条件 由此求 , 解不可压缩流动的压力称为一个困难。求解不可 压缩流动的各种方法主要在于求解不同的压力 过程。 目前,主要有两类求解不可压缩流体力学的方法,原始变量方法和非原始变量方法。求解不可压 缩流动的原始变量方法是将 Navier-Stokes 方程写成压力和速度的形式,进行直接求解,这种形 式已被广为应用。非原始变量方法主要有 Fasel 提出的流函数-涡函数法、Aziz 和 Hellums 提出 的势函数-涡函数方法。在求解三维流动问题时,上述每一个方法都需要反复求解三个 Possion 方程,非常耗时。原始变量方法可以分为三类:第一种方法是 Harlow 和 Welch 首先提出的压力 Possion 方程方法。该方法首先将动量方程推进求得速度场,然后利用 Possion 方程求解压力, 这一种方法由于每一时间步上需要求解 Possion 方程,求解非常耗时。第二种方法是 Patanker 和 Spalding 的 SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equation)法,它是通过动量 方程求得压力修正项对速度的影响,使其满足速度散度等于零的条件作为压力控制方程。第三种 方法是虚拟压缩方法,这一方法是 Chorin 于 1967 年提出的。该方法的核心就是通过在连续方 程中引入一个虚拟压缩因子,再附加一项压力的虚拟时间导数,使压力显式地与速度联系起来, 同时方程也变成了双曲型方程。这样,方程的形式就与求解可压缩流动的方程相似,因此,许多 求解可压缩流动的成熟方法都可用于不可压缩流动的求解。 目前,由于基于求解压力 Possion 方程的方法非常复杂及耗时,难于求解具体的工程实际问题, 因此用此方法解决工程问题的工作越来越少。工程上常用的主要是 SIMPLE 方法和虚拟压缩方

法。 8 什么叫边界条件?有何物理意义?它与初始条件有什么关系? 边界条件与初始条件是控制方程有确定解的前提。 边界条件是在求解区域的边界上所求解的变量或其导数随时间和地点的变化规律。对于任何 问题,都需要给定边界条件。 初始条件是所研究对象在过程开始时刻各个求解变量的空间分布情况,对于瞬态问题,必须 给定初始条件,稳态问题,则不用给定。对于边界条件与初始条件的处理,直接影响计算结果的 精度。 在瞬态问题中,给定初始条件时要注意的是:要针对所有计算变量,给定整个计算域内各单 元的初始条件;初始条件一定是物理上合理的,要靠经验或实测结

10 在数值计算中,偏微分方程的双曲型方程、椭圆型方程、抛物型方程有什么区别? 我们知道很多描述物理问题的控制方程最终就可以归结为偏微分方程 描述流动的控制方程也不 , 例外。 从 数学角度,一般将偏微分方程分为椭圆型(影响域是椭圆的,与时间无关,且是空间内的闭 区域,故又称为边值问题),双曲型(步进问题,但依赖域仅在两条特征 区域之间),抛物型 (影响域以特征线为分界线,与主流方向垂直;具体来说,解的分布与瞬时以前的情况和边界条 件相关,下游的变化仅与上游的变化相关;也称 为初边值问题); 从物理角度,一般将方程分为平衡问题(或稳态问题),时间步进问题。 两种角度,有这样的关系:椭圆型方程描述的一般是平衡问题(或稳态问题),双曲型和抛物型 方程描述的一般是步进问题。

至于具体的分类方法,大家可以参考一般的偏微分方程专著,里面都有介绍。关于各种不同近似 水平的流体控制方程的分类,大家可以参考张涵信院士编写 《计算流体力学—差分方法的原理与 应用》里面讲的相当详细。

三种类型偏微分方程的基本差别如下: 1)三种类型偏微分方程解的适定性(即解存在且唯一,并且解稳定)要求对定解条件有不同的 提法; 2)三种类型偏微分方程解的光滑性不同,对定解条件的光滑性要求也不同; 椭圆型和抛物型方程的解是充分光滑的,因此对定解条件的光滑性要求不高。而双曲型方程允许 有所谓的弱解存在(如流场中的激波),即解的一阶导数可以不连续,所以对定解条件的光滑性 要求很高,这也正是采用有限元法求解双曲型方程困难较多的原因之一。 3)三种类型偏微分方程的影响区域和依赖区域不一样。 在双曲型和抛物型方程所控制的流场中,某一点的影响区域是有界的,可采用步进求解。如对双 曲型方程求解时,为了与影响区域的特征一致,采用上风格式比较适宜。而椭圆型方程的影响范

围遍及全场,必须全场求解,所采用的差分格式也要采用相应的中心格式。 以上只是一些较为肤浅的概念,如想深入,可参考相关的偏微分方程及数值计算等书籍 13 在 GAMBIT 中显示的“check”主要通过哪几种来判断其网格的质量?及其在做网格时大致注 意到哪些细节? 判断网格质量的方面有: Area 单元面积,适用于 2D 单元,较为基本的单元质量特征。 Aspect Ratio 长宽比,不同的网格单元有不同的计算方法,等于 1 是最好的单元,如正三角形, 正四边形,正四面体,正六面体等;一般情况下不要超过 5:1. Diagonal Ratio 对角线之比,仅适用于四边形和六面体单元,默认是大于或等于 1 的,该值越高, 说明单元越不规则,最好等于 1,也就是正四边形或正六面体。 Edge Ratio 长边与最短边长度之比,大于或等于 1,最好等于 1,解释同上。 EquiAngle Skew 通过单元夹角计算的歪斜度,在 0 到 1 之间,0 为质量最好,1 为质量最差。 最好是要控制在 0 到 0.4 之间。 EquiSize Skew 通过单元大小计算的歪斜度,在 0 到 1 之间,0 为质量最好,1 为质量最差。2D 质量好的单元该值最好在 0.1 以内,3D 单元在 0.4 以内。 MidAngle Skew 通过单元边中点连线夹角计算的歪斜度,仅适用于四边形和六面体单元,在 0 到 1 之间,0 为质量最好,1 为质量最差。 Size Change 相邻单元大小之比,仅适用于 3D 单元,最好控制在 2 以内。 Stretch 伸展度。通过单元的对角线长度与边长计算出来的,仅适用于四边形和六面体单元,在 0 到 1 之间,0 为质量最好,1 为质量最差。 Taper 锥度。仅适用于四边形和六面体单元,在 0 到 1 之间,0 为质量最好,1 为质量最差。 Volume 单元体积,仅适用于 3D 单元,划分网格时应避免出现负体积。 Warpage 翘曲。仅适用于四边形和六面体单元,在 0 到 1 之间,0 为质量最好,1 为质量最差。 以上只是针对 Gambit 帮助文件的简单归纳,不同的软件有不同的评价单元质量的指标,使用时 最好仔细阅读帮助文件。 另外,在 Fluent 中的窗口键入:grid quality 然后回车,Fluent 能检查网格的质量,主要有以下 三个指标: 1.Maxium cell squish: 如果该值等于 1,表示得到了很坏的单元; 2.Maxium cell skewness: 该值在 0 到 1 之间,0 表示最好,1 表示最坏; 3.Maxium 'aspect-ratio': 1 表示最好。 以上的一些只是简略提要,具体的请参考相关资料。

18 在设置 GAMBIT 边界层类型时需要注意的几个问题:a、没有定义的边界线如何处理?b、 计算域内的内部边界如何处理(2D)? gambit 默认为 wall,一般情况下可以到 fluent 再修改边界类型。 内部边界如果是 split 产生的,

那么就不需再设定了,如果不是,那么就需要设定为 interface 或者是 internal 19 为何在划分网格后,还要指定边界类型和区域类型?常用的边界类型和区域类型有哪些? 要得到一个问题的定解就需要有定解条件,而边界条件就属于定解条件。也就是说边界条件确定 了结果。不同的流体介质有不同的物理属性,也就会得到不同的结果,所以必须指定区域类型。 对于 gambit 来说,默认的区域类型是 fluid,所以一般情况下不需要再指定了。 20 何为流体区域(fluid zone)和固体区域(solid zone)?为什么要使用区域的概念?FLUENT 是怎样使用区域的? Fluid Zone 是一个单元组,是求解域内所有流体单元的综合。所激活的方程都要在这些单元上进 行求解。向流体区域输入的信息只是流体介质 (材料) 的类型。对于当前材料列表中没有的材料, 需要用户自行定义。注意,多孔介质也当作流体区域对待。 Solid Zone 也是一个单元组,只不过这组单元仅用来进行传热计算,不进行任何的流动计算。 作为固体处理的材料可能事实上是流体,但是假定其中没有对流发生,固体区域仅需要输入材料 类型。 Fluent 中使用 Zone 的概念,主要是为了区分分块网格生成,边界条件的定义等等; 21 如何监视 FLUENT 的计算结果?如何判断计算是否收敛?在 FLUENT 中收敛准则是如何定 义的?分析计算收敛性的各控制参数 并说明如何选择和设置这些参数?解决不收敛问题通常的 , 几个解决方法是什么? 可以采用残差控制面板来显示;或者采用通过某面的流量控制;如监控出口上流量的变化;采用 某点或者面上受力的监视;涡街中计算达到收敛时,绕流体的面上受的升力为周期交变,而阻力 为平缓的直线。 怎样判断计算结果是否收敛? 1、观察点处的值不再随计算步骤的增加而变化; 2、各个参数的残差随计算步数的增加而降低,最后趋于平缓; 3、要满足质量守恒(计算中不牵涉到能量)或者是质量与能量守恒(计算中牵涉到能量)。 特别要指出的是,即使前两个判据都已经满足了,也并不表示已经得到合理的收敛解了,因为, 如果松弛因子设置得太紧,各参数在每步计算的变化都不是太大,也会使前两个判据得到满足。 此时就要再看第三个判据了。 还需要说明的就是,一般我们都希望在收敛的情况下,残差越小越好,但是残差曲线是全场求平 均的结果,有时其大小并不一定代表计算结果的好坏,有时即使计算的残差很大,但结果也许是 好的,关键是要看计算结果是否符合物理事实,即残差的大小与模拟的物理现象本身的复杂性有 关,必须从实际物理现象上看计算结果。比如说一个全机模型,在大攻角情况下,解震荡得非常 厉害,而且残差的量级也总下不去,但这仍然是正确的,为什么呢,因为大攻角下实际流动情形 就是这样的,不断有涡的周期性脱落,流场本身就是非定常的,所以解也是波动的,处理的时候 取平均就可以呢:) 22 什么叫松弛因子?松弛因子对计算结果有什么样的影响?它对计算的收敛情况又有什么样 的影响?

1、亚松驰(Under Relaxation):所谓亚松驰就是将本层次计算结果与上一层次结果的差值作适 当缩减,以避免由于差值过大而引起非线性迭代过程的发散。用通用变量来写出时,为松驰因子 (Relaxation Factors)。《数值传热学-214》 2、FLUENT 中的亚松驰:由于 FLUENT 所解方程组的非线性,我们有必要控制的变化。一般用 亚松驰方法来实现控制,该方法在每一部迭代中减少了的变化量。亚松驰最简单的形式为:单元 内变量等于原来的值 加上亚松驰因子 a 与 变化的积, 分离解算器使用亚松驰来控制每一步迭代 中的计算变量的更新。这就意味着使用分离解算器解的方程,包括耦合解算器所解的非耦合方程 (湍流和其他标量)都会有一个相关的亚松驰因子。在 FLUENT 中,所有变量的默认亚松驰因 子都是对大多数问题的最优值。这个值适合于很多问题,但是对于一些特殊的非线性问题(如: 某些湍流或者高 Rayleigh 数自然对流问题),在计算开始时要慎重减小亚松驰因子。使用默认 的亚松驰因子开始计算是很好的习惯。如果经过 4 到 5 步 的迭代残差仍然增长,你就需要减小 亚松驰因子。有时候,如果发现残差开始增加,你可以改变亚松驰因子重新计算。在亚松驰因子 过大时通常会出现这种情况。最 为安全的方法就是在对亚松驰因子做任何修改之前先保存数据 文件,并对解的算法做几步迭代以调节到新的参数。最典型的情况是,亚松驰因子的增加会使残 差有少 量的增加,但是随着解的进行残差的增加又消失了。如果残差变化有几个量级你就需要 考虑停止计算并回到最后保存的较好的数据文件。注意:粘性和密度的亚松驰 是在每一次迭代 之间的。而且,如果直接解焓方程而不是温度方程(即:对 PDF 计算),基于焓的温度的更新 是要进行亚松驰的。要查看默认的亚松弛因子的值,你可以在解控制面板点击默认按钮。对于大 多数流动,不需要修改默认亚松弛因子。但是,如果出现不稳定或者发散你就需要减小默认的亚 松弛因子了 其中压力 动量 k 和 e 的亚松弛因子默认值分别为 0.2 0.5 0.5 和 0.5 对于 SIMPLEC , 、 、 , , 。 格式一般不需要减小压力的亚松弛因子。在密度和温度强烈耦合的问题中,如相当高的 Rayleigh 数的自然或混合对流流动,应该对温度和/或密度(所用的亚松弛因子小于 1.0)进行亚松弛。相 反,当温度和动量方程没有耦合或者耦合较弱时,流动密度是常数,温度的亚松弛因子可以设为 1.0。对于其它的标量方程,如漩涡,组分,PDF 变量,对于某些问题默认的亚松弛可能过大, 尤其是对于初始计算。你可以将松弛因子设为 0.8 以使得收敛更容易。

SIMPLE 与 SIMPLEC 比较 在 FLUENT 中,可以使用标准 SIMPLE 算法和 SIMPLEC(SIMPLE-Consistent)算法,默认是 SIMPLE 算法,但是对于许多问题如果使用 SIMPLEC 可能会得到更好的结果,尤其是可以应用 增加的亚松驰迭代时,具体介绍如下: 对于相对简单的问题(如:没有附加模型激活的层流流动),其收敛性已经被压力速度耦合所限 制,你通常可以用 SIMPLEC 算法很快得到收敛解。在 SIMPLEC 中,压力校正亚松驰因子通常 设为 1.0,它有助于收敛。但是,在有些问题中,将压力校正松弛因子增加到 1.0 可能会导致不 稳定。对于所有的过渡流动计算,强烈推荐使用 PISO 算法邻近校正。它允许你使用大的时间步, 而且对于动量和压力都可以使用亚松驰因子 1.0。对于定常状态问题,具有邻近校正的 PISO 并 不会比具有较好的亚松驰因子的 SIMPLE 或 SIMPLEC 好。对于具有较大扭曲网格上的定常状态 和过渡计算推荐使用 PISO 倾斜校正。当你使用 PISO 邻近校正时,对所有方程都推荐使用亚松 驰因子为 1.0 或者接近 1.0。如果你只对高度扭曲的网格使用 PISO 倾斜校正,请设定动量和压力 的亚松驰因子之和为 1.0 比如:压力亚松驰因子 0.3,动量亚松驰因子 0.7)。如果你同时使用 PISO 的两种校正方法,推荐参阅 PISO 邻近校正中所用的方法。

23 在 FLUENT 运行过程中,经常会出现“turbulence viscous rate”超过了极限值,此时如何解 决?而这里的极限值指的是什么值?修正后它对计算结果有何影响? Let's take care of the warning "turbulent viscosity limited to viscosity ratio****" which is not physical. This problem is mainly due to one of the following: 1)Poor mesh quality(i.e.,skewness > 0.85 for Quad/Hex, or skewness > 0.9 for Tri/Tetra elements). {what values do you have?} 2)Use of improper turbulent boudary conditions. 3)Not supplying good initial values for turbulent quantities. 出 现这个警告,一般来讲,最可能的就是网格质量的问题,尤其是 Y 值的问题;在划分网格的 时候要注意,第一层网格高度非常重要,可以使用 NASA 的 Viscous Grid Space Calculator 来 计算第一层网格高度;如果这方面已经注意了,那就可能是边界条件中有关湍流量的设置问题, 关于这个,本版中已经有专门的帖子进行了 讨论,Fluent 培训的教程中也有讲到,请大家参考。

24 在 FLUENT 运行计算时,为什么有时候总是出现“reversed flow”?其具体意义是什么?有没 有办法避免?如果一直这样显示,它对最终的计算结果有什么样的影响? 这个问题的意思是出现了回流,这个问题相对于湍流粘性比的警告要宽松一些,有些 case 可能 只在计算的开始阶段出现这个警告,随着迭代的计算,可能会消失,如果计算一段时间之后,警 告消失了,那么对计算结果是没有什么影响的,如果这个警告一直存在,可能需要作以下处理: 1.如果是模拟外部绕流,出现这个警告的原因可能是边界条件取得距离物体不够远,如果边界条 件取的足够远,该处可能在计算的过程中的确存在回流现象;对于可压缩流动,边界最好取在 10 倍的物体特征长度之处;对于不可压缩流动,边界最好取在 4 倍的物体特征长度之处。 2.如果出现了这个警告,不论对于外部绕流还是内部流动,可以使用 pressure-outlet 边界条件代 替 outflow 边界条件改善这个问题。

25 燃烧过程中经常遇到一个“头疼”问题是计算后温度场没什么变化?即点火问题,解决计算过 程中点火的方法有哪些?什么原因引起点火困难的问题? 26 什么叫问题的初始化?在 FLUENT 中初始化的方法对计算结果有什么样的影响?初始化中 的“patch”怎么理解? 问题的初始化就是在做计算时,给流场一个初始值,包括压力、速度、温度和湍流系数等。理论 上,给的初始场对最终结果不会产生影响,因为随着跌倒步数 的增加,计算得到的流场会向真 实的流场无限逼近,但是,由于 Fluent 等计算软件存在像离散格式精度(会产生离散误差)和 截断误差等问题的限制,如果初 始场给的过于偏离实际物理场,就会出现计算很难收敛,甚至 是刚开始计算就发散的问题。因此,在初始化时,初值还是应该给的尽量符合实际物理现象。这 就要求 我们对要计算的物理场,有一个比较清楚的理解。

初始化中的 patch 就是对初始化的一种补充,比如当遇到多相流问题时,需要对各相的参数进行 更细的限制,以最大限度接近现实物理场。这些就可以通过 patch 来实现,patch 可以对流场分 区进行初始化,还可以通过编写简单的函数来对特定区域初始化。

27 什么叫 PDF 方法?FLUENT 中模拟煤粉燃烧的方法有哪些? 概率密度函数输运输运方程方法 (PDF 方法)是近年来逐步建立起来的描述湍流两相流动的新模 型方法。所谓的概率密度函数(Probability Density Function,简称 PDF)方法是基于湍流场随机性 和概率统计描述,将流场的速度、温度和组分浓度等特征量作为随机变量,研究其概率密度函数 在相空间 的传递行为的研究方法。PDF 模型介于统观模拟和细观模拟之间,是从随机运动的分 子动力论和两相湍流的基本守恒定律出发,探讨两相湍流的规律,因此可作为 发展双流体模型 框架内两相湍流模型的理论基础。它实质上是沟通 E-L 模型和 E-E 模型的桥梁,可以用颗粒运 动的拉氏分析通过统计理论,即 PDF 方程的积分 建立封闭的 E-E 两相湍流模型。

非预混湍流燃烧过程的正确模拟要求同时模拟混合和化学反应过程 FLUENT 提供了四种反 。 应模拟方法:即有限率反应法、混合分数 PDF 法、不平衡(火焰微元)法和预混燃烧法。火焰 微元法是混合分数 PDF 方法的一种特例。该方法是基于不平衡反应的,混合分数 PDF 法不能 模拟的不平衡现象如火焰的悬举和熄灭,NOx 的形成等都可用该方法模拟。但由于该方法还未 完善,在 FLUENT 只能适用于绝热模型。 对许多燃烧系统,辐射式主要的能量传输方式,因此在模拟燃烧系统时,对辐射能量的传输 的模拟也是非常重要的。在 FLUENT 中,对于模拟该过程的模型也是非常全面的。包括 DTRM、 P-1、Rosseland、DO 辐射模型,还有用 WSGG 模型来模拟吸收系数。

30 FLUENT 运行过程中,出现残差曲线震荡是怎么回事?如何解决残差震荡的问题?残差震荡 对计算收敛性和计算结果有什么影响? 一. 残差波动的主要原因:1、高精度格式; 2、网格太粗;3、网格质量差;4、流场本身边界 复杂,流动复杂;5、模型的不恰当使用。 二. 问:在进行稳态计算时候,开始残差线是一直下降的,可是到后来各种残差线都显示为波形 波动,是不是不收敛阿? 答:有些复杂或流动环境恶劣情形下确实很难收敛。计算的精度(2 阶),网格太疏,网格 质量太差,等都会使残差波动。经常遇到,一开始下降,然后出现波动,可以降低松弛系数,我 的问题就能收敛,但如果网格质量不好,是很 难的。通常,计算非结构网格,如果问题比较复 杂,会出现这种情况,建议作网格时多下些功夫。理论上说,残差的震荡是数值迭代在计算域内 传递遭遇障碍物反射 形成周期震荡导致的结果,与网格亚尺度雷诺数有关。例如,通常压力边 界是主要的反射源,换成 OUTFLOW 边界会好些。这主要根据经验判断。所以我说网格和边界 条件是主要因素。 三. 1、网格问题:比如流场内部存在尖点等突变,导致网格在局部质量存在问题,影响收敛。 2、可以调整一下 courant number,courant number 实际上是指时间步长和空间步长的相对 关系,系统自动减小 courant 数,这种情况一般出现在存在尖锐外形的计算域,当局部的流速过 大或者压差过大时出错,把局部的网格加密再试一下。 在 fluent 中,用 courant number 来调节计算的稳定性与收敛性。一般来说,随着 courant

number 的从小到大的变化,收敛速度逐渐加快,但是稳定性逐渐降低。所以具体的问题,在计 算的过程中,最好是把 courant number 从小开始设置,看看迭代残差的收敛情况,如果收敛速 度较慢而且比较稳定的话,可以适当的增加 courant number 的大小,根据自己具体的问题,找 出一个比较合适的 courant number,让收敛速度能够足够的快,而且能够保持它的稳定性。

31 数值模拟过程中,什么情况下出现伪扩散的情况?以及对于伪扩散在数值模拟过程中如何避 免?

假扩散(false diffusion)的含义:

基本含义 由于对流—扩散方程中一阶导数项的离散格式的截断误差小于二阶而引起较大数值计 : 算误差的现象。有的文献中将人工粘性(artificial viscosity)或数值粘性(numerical viscosity) 视为它的同义词。

拓宽含义:现在通常把以下三种原因引起的数值计算误差都归在假扩散的名称下

1.非稳态项或对流项采用一阶截差的格式;

2.流动方向与网格线呈倾斜交叉(多维问题);

3.建立差分格式时没有考虑到非常数的源项的影响。

克服或减轻假扩散的格式或方法, 为克服或减轻数值计算中的假扩散(包括流向扩散及交叉扩散)误差,应当:

1. 采用截差阶数较高的格式;

2. 减轻流线与网格线之间的倾斜交叉现象或在构造格式时考虑到来流方向的影响。

3. 至于非常数源项的问题,目前文献中,还没有为克服这种影响而专门构造的格式,但是高阶 格式显然对减轻其影响是有利的。

32 FLUENT 轮廓(contour)显示过程中,有时候标准轮廓线显示通常不能精确地显示其细节, 特别是对于封闭的 3D 物体(如柱体),其原因是什么?如何解决? FLUENT 等高线(contour)显示过程中,可以通过调节显示的水平等级来调节其显示细节, Levels...最大值允许设置为 100.对于 封闭的 3D 物体,可以通过建立 Surface,监视 Surface 上 的量来显示计算结果。或者计算之后将结果导入到 Tecplot 中,作切片图显示。 33 如果采用非稳态计算完毕后,如何才能更形象地显示出动态的效果图? 对于非定常计算,可以通过创建动画来形象地显示出动态的效果图。 Solve->Animate->Define...,具体操作请参考 Fluent 用户手册。 34 在 FLUENT 的学习过程中,通常会涉及几个压力的概念,比如压力是相对值还是绝对值? 参考压力有何作用?如何设置和利用它? GAUGE PRESSURE 就是静压。 GAUGE total PRESSURE 是总压。 这里需要强调一下 Gauge 为名义值, 什么意思呢?如果, INITIAL Gauge PRESSURE =0 那么 GAUGE PRESSURE 就是实际的静压 Pinf。 GAUGE total PRESSURE 是实际的总压 Pt。 如果 INITIAL Gauge PRESSURE 不等于零 GAUGE PRESSURE = Pinf - INITIAL Gauge PRESSURE GAUGE total PRESSURE = Pt - INITIAL Gauge PRESSURE 35 在 FLUENT 结果的后处理过程中 如何将美观漂亮的定性分析的效果图和定量分析示意图插 , 入到论文中来说明问题? 1.在 Fluent 中显示你想得到的效果图的窗口,可以直接在任务栏中右键该窗口将其复制到剪贴 板,保存;或者打印到文件,保存。

2.在 Fluent 中,在你想要保存相关窗口的效果图时,首先激活效果图监视窗口,就是用鼠标左 键监视窗口,然后在 Fluent 中操作,Fluent->File->Hardcopy...,选择好你想要的图片格式,然 后就可以保存了。 3.将计算结果或者相关数据导入到 Tecplot 中,然后作出你想要的效果图,这种方法得出的图片, 个人感觉比 Fluent 得到的图片美观简洁大方。

Fluent 经典问题 2
2009-10-10 11:47:31| 分类: CFD 专业知识 | 标签: |字号大中小 订阅

37 在 FLUENT 定义速度入口时 速度入口的适用范围是什么?湍流参数的定义方法有哪些?各 , 自有什么不同? 速度入口的边界条件适用于不可压流动,需要给定进口速度以及需要计算的所有标量值。速度入 口边界条件不适合可压缩流动,否则入口边界条件会使入口处的总温或总压有一定的波动。 关于湍流参数的定义方法,根据所选择的湍流模型的不同有不同的湍流参数组合,具体可以参考 Fluent 用户手册的相关章节,也可以参考王福军的书《计算流体动力学分析—CFD 软件原理与 应用》的第 214-216 页,也可以参考本版的帖子: 38 在计算完成后,如何显示某一断面上的温度值?如何得到速度矢量图?如何得到流线?

这些都可以用 tecplot 来处理 将 fluent 计算的 date 和 case 文件倒入到 tecplot 中 断面可以做切 片 速度矢量图流线图 直接就可以选择相应选项来查看

39 分离式求解器和耦合式求解器的适用场合是什么?分析两种求解器在计算效率与精度方面 的区别。 分离式求解器以前主要用于不可压缩流动和微可压流动,而耦合式求解器用于高速可压流动。现 在,两种求解器都适用于从不可压到高速可压的很大范围的流动,但总的来讲,当计算高速可压 流动时,耦合式求解器比分离式求解器更有优势。 Fluent 默认使用分离式求解器,但是,对于高速可压流动,由强体积力(如浮力或者旋转力)导致 的强耦合流动,或者在非常精细的网格上求解的流动,需要考虑耦合式求解器。耦合式求解器耦 合了流动和能量方程,常常很快便可以收敛。耦合式求解器所需要的内存约是分离式求解器的 1.5 到 2 倍,选择时可以根据这一情况来权衡利弊。在需要耦合隐式的时候,如果计算机内存不 够,就可以采用分离式或耦合显式。耦合显式虽然也耦合了流动和能量方程,但是它还是比耦合 隐式需要的内存少,当然它的收敛性也相应差一些。 需要注意的是,在分离式求解器中提供的几个物理模型,在耦合式求解器中是没有的。这些物理 模型包括:流体体积模型(VOF),多项混合模型,欧拉混合模型,PDF 燃烧模型,预混合燃烧模

型,部分预混合燃烧模型,烟灰和 NOx 模型,Rosseland 辐射模型,熔化和凝固等相变模型, 指定质量流量的周期流动模型,周期性热传导模型和壳传导模型等。 而下列物理模型只在耦合式求解器中有效,在分离式求解器中无效:理想气体模型,用户定义的 理想气体模型,NIST 理想气体模型,非反射边界条件和用于层流火焰的化学模型 40 在处理高速空气动力学问题时,采用哪种耦合求解器效果更好?为什么? (#68)

43 FLUENT 中常用的文件格式类型:dbs,msh,cas,dat,trn,jou,profile 等有什么用处? 在 Gambit 目录中,有三个文件,分别是 default_id.dbs,jou,trn 文件,对 Gambit 运行 save, 将会在工作目录下保存这三个文件:default_id.dbs,default_id.jou,default_id.trn。 jou 文件是 gambit 命令记录文件,可以通过运行 jou 文件来批处理 gambit 命令; dbs 文件是 gambit 默认的储存几何体和网格数据的文件; trn 文件是记录 gambit 命令显示窗(transcript)信息的文件; msh 文件可以在 gambit 划分网格和设置好边界条件之后 export 中选择 msh 文件输出格式,该 文件可以被 fluent 求解器读取。 Case 文件包括网格,边界条件,解的参数,用户界面和图形环境。 Data 文件包含每个网格单元的流动值以及收敛的历史纪录(残差值)。Fluent 自动保存文件类 型,默认为 date 和 case 文件 Profile 文件边界轮廓用于指定求解域的边界区域的流动条件。例如,它们可以用于指定入口平 面的速度场。 读入轮廓文件,点击菜单 File/Read/Profile...弹出选择文件对话框,你就可以读入边界轮廓文件 了。 写入轮廓文件,你也可以在指定边界或者表面的条件上创建轮廓文件。例如:你可以在一个算例 的出口条件中创建一个轮廓文件,然后在其它算例中读入该轮廓文件,并使用出口轮廓作为新算 例的入口轮廓。要写一个轮廓文件,你需要使用 Write Profile 面板(Figure 1),菜单: File/Write/Profile...

44 在计算区域内的某一个面(2D)或一个体(3D)内定义体积热源或组分质量源。如何把这 个 zone 定义出来?而且这个 zone 仍然是流体流动的。 在 gambit 中先将需要的 zone 定义出来 对于要随流体流动我觉得这个可以用动网格来处理 在 , 动网格设置界面 将这个随流体流动的 zone 设置成刚体 通 也可以随流体流动 这样既可以作为 zone 不影响流体流 只是其运动的 udf 不好定义 最好根据其流动规律编动网格 udf 46 如何选择单、双精度解算器的选择? Fluent 的单双精度求解器适合于所有的计算平台,在大多数情况下,单精度求解器就能很好地满 足计算精度要求,且计算量小。

但在有些情况下推荐使用双精度求解器: 1, 如果几何体包含完全不同的尺度特征(如一个长而壁薄的管),用双精度的; 2, 如果模型中存在通过小直径管道相连的多个封闭区域,不同区域之间存在很大的压差,用双 精度。 3, 对于有较高的热传导率的问题或对于有较大的长宽比的网格,用双精度。

47 求 解器为 flunet5/6 在设置边界条件时,specify boundary types 下的 types 中有三项关于 interior,interface,internal 设置,在什么情况下设置相应的条件?它们之间的区别是什 么? interior 好像是把边界设置为内容默认的一部分;interface 是两个不同区域的边界区,比如说离 心泵的叶轮旋转区和叶轮出口的交界面; internal;请问以上三种每个的功能?最好能举一两个 例子说明一下,因为这三个都是内部条件吧,好像用的很多。 在 Fluent 中,Interface 意思为“交接面”,主要用途有三个:多重坐标系模型中静态区域与运动 区域之间的交接面的定义;滑移网格交接处 的交接面定义,例如:两车交会,转子与定子叶栅 模型,等等,在 Fluent 中,interface 的交接重合处默认为 interior,非重合处默认为 wall;非一 致网格交接处,例如:上下网格网格间距不同等。 Interior 意思为“内部的”,在 Fluent 中指计算区域。 Internal 意思为“内部的”,比如说内能,内部放射率等,具体应用不太清楚。

48 FLUENT 并行计算中 Flexlm 如何对多个 License 的管理? 在 FLEXlm LMTOOLS Utility-〉config services->service name 里选好你要启动的软件的配备的 service name 然后配置好下边的 path to the lmgrd.exe file 和 path to the license file 然后 save , , service,转到 FLEXlm LMTOOLS Utility->config services-〉start/stop/reread 下,选中要启动的 license,start server 即可。

49 在“solver”中 2D 、axisymmetric 和 axisymmetric swirl 如何区别?对于 2D 和 3D 各有什么 适用范围? 从字面的意思很好理解 axisymmetric 和 axisymmetric swirl 的差别: axisymmetric:是轴对称的意思,也就是关于一个坐标轴对称,2D 的 axisymmetric 问题仍为 2D 问题。 而 axisymmetric swirl:是轴对称旋转的意思,就是一个区域关于一条坐标轴回转所产生的区域, 这产生的将是一个回转体,是 3D 的问题。在 Fluent 中使用这个,是将 一个 3D 的问题简化为 2D 问题,减少计算量,需要注意的是,在 Fluent 中,回转轴必须是 x 轴。

50 在设置速度边界条件时,提到了“Velocity formulation(Absolute 和 Relative)”都是指的动量方 程的相对速度表示和绝对速度表示,这两个速度如何理解? 在定义速度入口边界条件时 Reference Frame 中有 Absolute 和 Relative to Adjacent Cell Zone , 的选项,关于这个,Fluent 用户手册上是这样写的:“ If the cell zone adjacent to the velocity inlet is moving, you can choose to specify relative or absolute velocities by selecting Relative to Adjacent Cell Zone or Absolute in the Reference Frame drop-down list. If the adjacent cell zone is not moving, Absolute and Relative to Adjacent Cell Zone will be equivalent, so you need not visit the list. ” 如 果速度入口处的单元在计算的过程中有运动发生的情况(如果你使用了运动参考系或者滑移 网格),你可以选择使用指定相对于邻近单元区域的速度或在参考坐标系 中的绝对速度来定于 入口处的速度;如果速度入口处的相邻单元在计算过程中没有发生运动,那么这两种方法所定义 的速度是等价的。 Note that if the adjacent cell zone is not moving, the absolute and relative options are equivalent. 这个问题好像问的不是特别清楚 在 Fluent6.3 中 问题出现的这个 Velocity formulation(Absolute , , 和 Relative)设置,应该是设置求解器时出现的选项,在使用 Pressure-based 的求解器时,Fluent 允许用户定义的速度形式有绝对的和相对的,使用相对的速度形式是为了在 Fluent 中使用运动 参考系以及滑移网格方便定义速度,关于这两个速度的理解很简单,可以参考上面的说明;如果 使用 Density-based 的求解器,这个求解器的算法只允许统一使用绝对的速度形式。

51 对于出口有回流的问题,在出口应该选用什么样的边界条件(压力出口边界条件、质量出口 边界条件等)计算效果会更好? 给定流动出口的静压。对于有回流的出口,压力出口边界条件比质量出口边界条件边界条件更容 易收敛。 压力出口边界条件压力根据内部流动计算结果给定。其它量都是根据内部流动外推出边界条 件。该边界条件可以处理出口有回流问题,合理的给定出口回流条件,有 利于解决有回流出口 问题的收敛困难问题。 出口回流条件需要给定:回流总温(如果有能量方程),湍流参数(湍 流计算) ,回流组分质量分数(有限速率模型模拟组分输运) ,混合物质量分数及其方差 (PDF 计算燃烧)。如果有回流出现,给的表压将视为总压,所以不必给出回流压力。回流流动方向与 出口边界垂直。

52 对于不同求解器,离散格式的选择应注意哪些细节?实际计算中一阶迎风差分与二阶迎风差 分有什么异同? 离散格式对求解器性能的影响 控制方程的扩散项一般采用中心差分格式离散,而对流项则可采用多种不同的格式进行离散。 Fluent 允许用户为对流项选择不同的离散格式(注意:粘性项总是自动地使用二阶精度的离散格 式)。默认情况下,当使用分离式求解器时,所有方程中的对流项均用一阶迎风格式离散;当使

用耦合式求解器时,流动方程使用二阶精度格式,其他方程使用一阶精度格式进行离散。此外, 当选择分离式求解器时,用户还可为压力选择插值方式。 当流动与网格对齐时,如使用四边形或六面体网格模拟层流流动,使用一阶精度离散格式是可以 接受的。但当流动斜穿网格线时,一阶精度格式将产生明显的离散误差(数值扩散)。因此,对于 2D 三角形及 3D 四面体网格,注意使用二阶精度格式,特别是对复杂流动更是如此。一般来讲, 在一阶精度格式下容易收敛,但精度较差。有时,为了加快计算速度,可先在一阶精度格式下计 算,然后再转到二阶精度格式下计算。如果使用二阶精度格式遇到难于收敛的情况,则可考虑改 换一阶精度格式。 对于转动及有旋流的计算,在使用四边形及六面体网格式,具有三阶精度的 QUICK 格式可能产 生比二阶精度更好的结果。但是,一般情况下,用二阶精度就已足够,即使使用 QUICK 格式, 结果也不一定好。乘方格式(Power-law Scheme)一般产生与一阶精度格式相同精度的结果。中 心差分格式一般只用于大涡模拟,而且要求网格很细的情况。 53 对于 FLUENT 的耦合解算器 对时间步进格式的主要控制是 Courant 数 , (CFL)那么 Courant , 数对计算结果有何影响? courant number 实际上是指时间步长和空间步长的相对关系,系统自动减小 courant 数,这种 情况一般出现在存在尖锐外形的计算域,当局部的流速过大或者压差过大时出错,把局部的网格 加密再试一下。

在 Fluent 中 用 courant number 来调节计算的稳定性与收敛性 一般来说 随着 courant number , 。 , 的从小到大的变化,收敛速度逐渐加快,但是稳定性逐渐降低。所以具体的问题,在计算的过程 中,最好是把 courant number 从小开始设置,看看迭代残差的收敛情况,如果收敛速度较慢而 且比较稳定的话,可以适当的增加 courant number 的大小,根据自己具体的问题,找出一个比 较合适的 courant number,让收敛速度能够足够的快,而且能够保持它的稳定性。

54 在分离求解器中,FLUENT 提供了压力速度耦和的三种方法:SIMPLE,SIMPLEC 及 PISO, 它们的应用有什么不同? 在 FLUENT 中,可以使用标准 SIMPLE 算法和 SIMPLEC(SIMPLE-Consistent)算法,默认是 SIMPLE 算法,但是对于许多问题如果使用 SIMPLEC 可能会得到更好的结果,尤其是可以应用 增加的亚松驰迭代时,具体介绍如下: 对于相对简单的问题(如:没有附加模型激活的层流流动),其收敛性已经被压力速度耦合所限 制,你通常可以用 SIMPLEC 算法很快得到收敛解。在 SIMPLEC 中,压力校正亚松驰因子通常 设为 1.0,它有助于收敛。但是,在有些问题中,将压力校正松弛因子增加到 1.0 可能会导致不 稳定。 对于所有的过渡流动计算,强烈推荐使用 PISO 算法邻近校正。它允许你使用大的时间步,而且 对于动量和压力都可以使用亚松驰因子 1.0。对于定常状态问题,具有邻近校正的 PISO 并不会 比具有较好的亚松驰因子的 SIMPLE 或 SIMPLEC 好。对于具有较大扭曲网格上的定常状态和 过渡计算推荐使用 PISO 倾斜校正。 当你使用 PISO 邻近校正时,对所有方程都推荐使用亚松驰因子为 1.0 或者接近 1.0。如果你只 对高度扭曲的网格使用 PISO 倾斜校正,请设定动量和压力的亚松驰因子之和为 1.0 比如:压力

亚松驰因子 0.3,动量亚松驰因子 0.7) 。如果你同时使用 PISO 的两种校正方法,推荐参阅 PISO 邻近校正中所用的方法

55 对于大多数情况,在选择选择压力插值格式时,标准格式已经足够了,但是对于特定的某些 模型使用其它格式有什么特别的要求?

压力插值方式的列表只在使用 Pressure-based 求解器中出现。一般情况下可选择 Standard;对 于含有高回旋数的流动,高 Rayleigh 数的自然对流,高速旋转流动,多孔介质流动,高曲率计 算区域等流动情况,选择 PRESTO 格式;对于可压缩流动,选择 Second Order;当然也可以 选择 Second Order 以提高精度;对于含有大体力的流动,选择 Body Force Weighted。 注意:Second Order 格式不可以用于多孔介质;在使用 VOF 和 Mixture 多相流模型时,只能使 用 PRESTO 或 Body Force Weighted 格式。 关于压力插值格式的详细内容,请参考 Fluent 用户手册。

56 计算流体力学中在设定初始条件和边界条件的时候总是要先选择一组湍流参数,并给出其初 值。如何选择并给出这些初值呢?有什么经验公式或者别的好的办法吗? 由于回答之中包含一些参数的计算公式,为了更好地解释这个问题,请参考附件中的文档,文档 取自流体中文网翻译整理的《FLUENT 全攻略》,在此表示感谢。 边界条件中湍流参数的定义: http://www.efluid.com.cn/dvbbs/viewFile.asp?BoardID=61&ID=1391

57 讨论在数值模拟过程中采用四面体网格计算效果好,还是采用六面体网格更妙呢? 在 2D 中 FLUENT 可以使用三角形和四边形单元以及它们的混合单元所构成的网格 在 3D 中 , 。 , 它可以使用四面体,六面体,棱锥,和楔形单元所构成的网格。选择那种类型的单元取决于你的 应用。当选择网格类型的时候,应当考虑以下问题: 设置时间(setup time) 计算成本(computational expense) 数值耗散(numerical diffusion ) 1.设置时间 在工程实践中,许多流动问题都涉及到比较复杂的几何形状。一般来说,对于这样的问题, 建立结构或多块(是由四边形或六面体元素组成的)网格是极其耗费时间 的。所以对于复杂几 何形状的问题,设置网格的时间是使用三角形或四面体单元的非结构网格的主要动机。然而,如 果所使用的几何相对比较简单,那么使用哪种网 格在设置时间方面可能不会有明显的节省。 如果你已经有了一个建立好的结构代码的网格,例如 FLUENT 4,很明显,在 FLUENT 中使 用这个网格比重新再生成一个网格要节省时间。这也许是你在 FLUENT 模拟中使用四边形或六

面体单元的一个非常强的动机。注意,对于从其它代码导入结构网格,包括 FLUENT 4,FLUENT 有一个筛选的范围。 2.计算成本 当几何比较复杂或流程的长度尺度的范围比较大的时候,可以创建是一个三角形/四面体网 格,因为它与由四边形/六面体元素所组成的且与之等价的网格比较起 来,单元要少的多。这是 因为一个三角形/ 四面体网格允许单元群集在被选择的流动区域中,而结构四边形/六面体网格 一般会把单元强加到所不需要的区域中。对于中等复杂几何,非结构四边形/六面体网 格能构提 供许多三角形/ 四面体网格所能提供的优越条件。 在一些情形下使用四边形/六面体元素是比较经济的,四边形/六面体元素的一个特点是它们允 许一个比三角形/四面体单元大的多的纵横比。一个三角形/ 四面体单元中的一个大的纵横比总 是会影响单元的偏斜(skewness),而这不是所希望的,因为它可能妨碍计算的精确与收敛。 所以,如果你有一个相对简 单的几何,在这个几何中流动与几何形状吻合的很好,例如一个瘦 长管道,你可以运用一个高纵横比的四边形/六面体单元的网格。这个网格拥有的单元可能比三 角 形/ 四面体少的多。 3.数值耗散 在多维情形中,一个错误的主要来源是数值耗散,术语也为伪耗散(false diffusion)。之所以 称为“伪耗散”是因为耗散不是一个真实现象,而是它对一个流动计算的影响近似于增加真实耗散 系数的影响。 关于数值耗散的观点有: 当真实耗散小,即情形出现对流受控时(即本身物理耗散比较小时),数值的耗散是最值得 注意的。 关于流体流动的所有实际的数值设计包括有限数量的数值耗散。这是因为数值耗散起于切断 错误,而切断错误是一个表达离散形式的流体流动方程的结果。 用于 FLUENT 中的二阶离散方案有助于减小数值耗散对解的影响。 数值耗散的总数反过来与网格的分解有关。因此,处理数值耗散的一个方法是改进网格。 当流动与网格相吻一致时,数值耗散减到最小。 最后这一点与网格的选择非常有关。很明显,如果你选择一个三角形/ 四面体网格,那么流 动与网格总不能一致。另一方面,如果你使用一个四边形/六面体网格,这种情况也可能会发生, 但对于复杂的流动则不会。在一个简单流动 中,例如过一长管道的流动,你可以依靠一个四边 形/六面体网格以尽可能的降低数值的耗散。在这种情形,使用一个四边形/六面体网格可能有些 有利条件,因为 与使用一个三角形/ 四面体单元比起来,你将能够使用比较少的单元而得到一 个更好的解。

59 在 UDF 中 compiled 型的执行方式和 interpreted 型的执行方式有什么不同? 编译型 UDF: 采用与 FLUENT 本身执行命令相同的方式构建的。采用一个称为 Makefile 的脚本来引导 c 编 译器构造一个当地目标编码库(目标编码库包含有将高级 c 语言源代码转换为机器语言。)这 个共享库在运行时通过“动态加载”过程载入到 FLUENT 中。目标库特指那些使用的计算机体系

结构,和运行的特殊 FLUENT 版本。因此,FLUENT 版本升级,计算机操作系统改变以及在另 一台不同类型的计算机上运行时,这个库必须进行重构。 编译型 UDF 通过用户界面将原代码进行编译,分为两个过程。这两个过程是:访问编译 UDF 面 板,从源文件第一次构建共享库的目标文件中;然后加载共享库到 FLUENT 中。 采用与 FLUENT 本身执行命令相同的方式构建的。采用一个称为 Makefile 的脚本来引导 c 编 译器构造一个当地目标编码库(目标编码库包含有将高级 c 语言源代码转换为机器语言。)这 个共享库在运行时通过“动态加载”过程载入到 FLUENT 中。目标库特指那些使用的计算机体系 结构,和运行的特殊 FLUENT 版本。因此,FLUENT 版本升级,计算机操作系统改变以及在另 一台不同类型的计算机上运行时,这个库必须进行重构。 编译型 UDF 通过用户界面将原代码进行编译,分为两个过程。这两个过程是:访问编译 UDF 面 板,从源文件第一次构建共享库的目标文件中;然后加载共享库到 FLUENT 中。 解释型 UDF: 解释型 UDF 同样也是通过图形用户界面解释原代码,却只有单一过程。这一过程伴随着运行, 包含对解释型 UDF 面板的访问,这一面板位于源文件中的解释函数。 在 FLUENT 内部,源代码通过 c 编译器被编译为即时的、体系结构独立的机器语言。UDF 调 用时,机器编码通过内部模拟器或者解释器执行。额外层次的代码导致操作不利,但是允许解释 型 UDF 在不同计算结构,操作系统和 FLUENT 版本上很容易实现共享。如果迭代速度成为焦 点时,解释型 UDF 可以不用修改就用编译编码直接运行。 解释型 UDF 使用的解释器不需要有标准的 c 编译器的所有功能。特别是解释型 UDF 不含有下 列 C 程序语言部分: goto 语句声明;无 ANSI-C 语法原形;没有直接数据结构引用;局部结构的声明;联合函数指 针;函数阵列; 解释型 UDF 与编译型 UDF 的区别: 在解释型与编译型 UDF 之间的主要的不同之处是很重要的,例如当你想在 UDF 中引进新的数 据结构时 解释型不能通过直接数据引用获得 FLUENT 解算器的数据;只能间接的通过 FLUENT 。 预先提供的宏来获取数据。具体请参考第 7 章。 在解释型与编译型 UDF 之间的主要的不同之处是很重要的,例如当你想在 UDF 中引进新的数 据结构时 解释型不能通过直接数据引用获得 FLUENT 解算器的数据;只能间接的通过 FLUENT 。 预先提供的宏来获取数据。具体请参考第 7 章。 总结一下,当选择写解释型或者编译型 UDF 时,记住以下几条: 解释型 UDF:对别的运行系统是可移植的,可以作为编译型运行,不需要 c 编译器,比编译型 的要慢,在使用 C 程序语言时有限制,不能链接到编译系统或者用户库,只能通过预先提供的 宏访问 FLUENT 中存储的数据。 编译型 UDF:运行要快于解释型 UDF,对 C 程序语言没有限制,可以使用任何 ANSI-compliant c 编译器进行编译,可以调用其他语言写的函数(特别是独立于系统和编译器的),如果包含某 些解释器不能处理的 c 语言部分时用解释型 UDF 是不行的。 总之,当决定哪一类型的 udf 应用到你的模型时:

对小的,直接的函数用解释型;对复杂函数使用编译型。

61 FLUENT help 和 GAMBIT help 能教会我们(特别是刚入门的新手)学习什么基本知识? 可 以了解其基本原理和基本的操作。不过我觉得对于新手熟悉软件最好的还是 tutorial guide

63 FLUENT 模拟飞行器外部流场,最高 MA 多少时就不准确了?MA 达到一定的程度做模拟需 注意哪些问题? 不准确的标准是什么?没有判断标准就没办法判断。一般来说 fluent 计算马赫数大于 3~5 之后 就不是很理想了(不过相信版本越新结果越好)。计算的时候 应该从低马赫数慢慢往上算。比 如说如果计算马赫数是 5 的话,就在马赫数 4 的计算结果上算。另外,求解器需选择耦合和显 式的。(对于 6.3 来说,选择基于密 度的求解器)

68 做飞机设计时,经常计算一些翼型,可是经常出现计算出来的阻力是负值,出现负值究竟是 什么原因,是网格的问题还是计算参数设置的问题? 如果这个问题对于某个人经常出现的话,那就比较奇怪了,阻力是负值,难道就是传说中的前缘 吸力现身?呵呵,只是开个玩笑:),估计肯定是计算错了或者是设置错了。在飞机翼型气动里 面,阻力主要有两种成份:压差阻力和摩擦阻力。应该是正值的。 排除是计算过程的其他问题,我觉得在使用 Fluent 进行这方面的计算时,需要注意两个方面: 1.参考值的设置,也就是 Report->Reference Values... 这些参考值,是用来计算 Re,以及升力,阻力,力矩系数所要用到的。如果设置不当,即使计 算过程是对的,所得到的升阻力等系数也是不对的。对于 2D 翼型仿真计算,比较容易出错的就 是里面的 Area 该写什么,单位是平方米,这里应该填写翼型的弦长 (Chord Length) ,The area here is actually area per unit depth;就是每单位展长的面积。 2.在监视力的时候,关于力的矢量方向设置,Solve->Monitor->Force... 这 个矢量方向千万不要小看,不能填错,填错了就可能出现阻力是负值的错误,Fluent 之前的 版本所附带的例子,关于 NACA0012 翼型的计算中,这里的 矢量就设置错了,受错误例子的影 响,韩占忠那本书中三角形翼型的那个例子也设置错误,在书的第 112 页的第 6 步的第(7)小 步就设置错误,升力系数的力方 向矢量,应该是 X=-0.087155,Y=0.996195;前面他也写到要 注意:要确保阻力和升力分别与来流平行和垂直,那么这两个力矢量肯定是垂直的了,那么这两 个矢量的点乘就肯定等于零了;所幸的是,在 Fluent6.3 版本的例子中,这个错误已经改正过来 了。 74 大概需要划分 100 万个左右的单元 且只计算稳态流动 请问这样的问题 PC 机上算的了吗? , , 如果能算至少需要怎样的计算机配置呢? 一般来说,按照 1000 个节点对 1MB 内存这样预估就差不多了,只计算稳态流动,pc 机应该差 不多了,不过因为一般的 pc 机可能在连续计算 5、6 天之后就出现浮点运算错误,所以如果计 算不是很复杂,采用的求解器和湍流模型不是太好计算资源,应该还是可以的。

如果使用 pc 机计算,建议至少采用 2GB 内存,主板最好固态电容,不易爆浆,电源最好功率 大典,应该差不多了,现在流行四核 cpu 的,可以考虑使用四核的,这样的配置下来也不比服 务器差多少。

76 GAMBIT 划分三维网格后,怎样知道结点数?如何知道总生成多少网格(整个模型)? 个人 一般是将网格读入 fluent 后,通过 grid->info->size 来看:) 77 在 FLUENT 的后处理中可以显示一个管道的。某个标量的。圆截面平均值沿管道轴线(中心 线)的变化曲线吗?何显示空间某一点的数值呀(比如某一点温度)? 先创建一条 ling(中心线),然后在 xyplot 中生成曲线

80 如何在 gambit 中输入 cad 和 Pro/e 的图形?如何将 FLUNET 的结果 EXPORT 成 ANSYS 的文件? autocad 需要将图形转化为 sat 格式,pro/e 可以将文件转化为 igse 或者 stp 格式。在 fluent 的 flie/export 中可以选择导出 ansys 格式的文件 87 courant 数:在模拟高压的流场的时候,迭代的时候总是自动减小其数值,这是什么原因造成 的,为什么?怎么修改? 这是流场的压力梯度较大,Fluent 自身逐步降低时间步长,防止计算发散。我一般的处理办法是: 先将边界条件上的压力设置较低点,使得压力梯度较小一点,等到收敛的感觉差不多,在这个基 础上,逐渐把压力增大,这样就不容易发散。

94 把带网格的几个 volume,copy 到另一处,但原来 split 的界面,现在都变成了 wall,怎么才 能把 wall 变成内部流体呢? 直接边界面定义为 interior 即可 95 可以用左键转动云图,但想用中键拖动其位置时,Fluent 显示如下错误信息: Error message from graphics function Show_Selection_Source: Can't 'Show' - the 'locater' has been deleted 这样有什么问题呢? (#122) 98 Gambit 的网格相连问题:如果物体是由两个相连的模型所结合,一个的网格划分比较密、另 一个比较稀疏,用 Gambit 有办法将两个网格密度不同的物体,相连在一起吗? 请参考第 16 题答案。将两种网格交界的地方设置成一对 interface 即可。

100 在 FLUENT 里定义流体的密度时,定义为不可压理想流体是用在什么地方呀,讲义上说是 用于可变密度的不可压流动,不知如何理解? define/matirial 中定义。可变密度的不可压缩流动,就是说在该流动下,流体介质的密度可以认

为不变。比如说空气在流速在 0.3 马赫的情况下都可以认为是密度不变的 101 已经建好的模型,想修改一些尺寸,但不知道顶点的座标,请问如何在 gambit 中显示点的 座标? 在 gambit 中的 geometr-〉vortex->summarize vortices 即可显示点的坐标。 102 在 FLUENT 模拟以后用 display 下的操作都无法显示,不过刚开始用的是好的,然后就不 行了,为什么? DirectX 控制面板中的“加速”功能禁用即可 103 能否同时设置进口和出口都为压力的边界条件?在这样的边界条件设置情况下发现没有收 敛,研究的物理模型只是知道进口和出口的压力,不知道怎么修改才能使其收敛? 当然可以同时设置进口和出口都为压力的边界条件。如果没有收敛,需要首先看看求解器、湍流 模型、气体性质和边界条件时有没有出现 warning;其次,还是我上边的帖子所说的,对于可压 流动,采用压力边界条件,不能一下把压力和温度加到所需值,应该首先设置较低的压力或温度, 然后逐渐增大,最后达到自己所需的值。

104 在 FLUENT 计算时,有时候计算时间会特别长,为了避免断电或其它情况影响计算,应设 置自动保存功能,如何设置自动保存功能?在非定常计算中读入自动保存文件时如下出现问题: Writing "F:\propane\16\160575.cas"... Error: sopenoutputfile&: unable to open file for output Error Object: "F:\propane\16\160575.cas" Error: Error writing "F:\propane\16\160575.cas". Error Object: #f 非定常的,算了一段之后停下来,改天继续算的时候,自动保存的时候出现问题,请问如何解决? File->write->Autosave 就可以实现自动保存,自动保存的是 date 文件阿,你的怎么是 CASE 文 件? 105 gambit 划分时运动部分与静止部分交接面:一个系统的两块,运动部分与静止部分交接部 分近似认为没有空隙(无限小,虽然实际上是不可能的),假设考虑 做成一个实体,那么似乎 要一起运动或静止;假设分开做成两个实体,那么交接处的两个不完全重合的面要设为 WALL 还是什么呢,设成 WALL 不就不能过流了 吗? 将这一对接触面设置成 Interface 就行了,具体请参考第 47 题的解答。

108 想把 gambit 的图形保存成图片,可是底色怎么做成白色 首先点开 GAMBIT 的 EDIT 菜单,其次点 GRAPHICS,在下拉列表中点到 WINDOWS BACKGROUND COLOR BLACK 一项 在下面 VALUE 中填写 WHITE,再点左面的 MODIFY, 就可以了. 110 在分析一个转轮时,想求得转轮的转矩,不知道 fluent 中有什么方法可以提供该数据。本

来想到用叶片上面的压力乘半径,然后做积分运算,但是由于叶片正反壁面统一定义的,即全部 定义为 wall-rn1,所以分不出方向来了。 report/force/moment 定义需要计算的面和旋转中心就 ok 了 111 如何在 gambit 中实现坐标轴的变换:有一个三维的网格,想在柱坐标中实现,可是 gambit 中一直显示直角坐标? 对于这个问题,你可以尝试一下:Operation--->Tools--->Coordinate System--->Activate Coordinate System.

113 利用 vof 非稳态求解,结果明显没有收敛的情况下,为什么就开始提示收敛,虽然可以不管 它,继续算下去达到收敛。但是求解怎么会提前收敛? 好像非稳态不存在收敛这个概念吧。(除非是双时间推进中)

116 在 Gambit 中如何将两个 dbs 文件到入:把炉膛分成了三个 dbs 文件,现在想导入两个 dbs 文件,在 Gambit 中进行操作,但好象使用 open 命令就只能 open 一个 dbs 文件,请问这要怎 么处理? 将其中一个导出成 iges 或者别的格式,然后就能和 dbs 一起导入了 120 scale 是把你所画模型中的单位转化为 Fluent 默认的 m,而 unite 是根据你自己的需要转化 单位 也就是把 Fluent 中默认的 m 转画为其他的单位 两中方法对计算没有什么影响吗? scale , , 是对几何进行比例缩放,而 unit 只是改变单位,不改变几何外形的大小。比如,一个是 1m 的几 何外形,通过 scale 将 m 变为 mm,那么几何外形就变成了 1mm。如果通过 unite 将 m 改为 mm,那么几何外形不变,还是 1000mm,只是表示的单位变成 mm 了 121 GAMBIT 处理技巧:两个圆内切产生的尖角那个面如何生成网格质量才比较好? 可以采用 划分结构网格的方法(对于狭缝的一般处理都是生成长宽比很大的结构网格) ;或者将这个尖角 导个圆弧之后再划分网格(也就是进行几何简化)

128 在 gambit 中对一体积成功的进行了体网格,网格进行了 examine mesh,也没有什么问题, 可当要进行边界类型(boundary type)的设定时,却发现 type 只有 node, element_side 两 项,没有什么 wall,pressure_outlet 等。为何无法定义边界? 因为没有选择求解器为 fluent 5/6

132 网格数量和内存之间的关系是什么? (#33) 134-141 (#27) 134 Tecplot 数据文件的结构是什么样的? 135 Tecplot 怎样创建等高图?

136 怎样用 Tecplot 创建切片图? 137 怎样用 Tecplot 创建有影等高图? 138 怎样用 Tecplot 创建流线图? 139 怎样用 Tecplot 创建向量图? 140 怎样用 Tecplot 创建动画? 141 怎样用 Tecplot 创建 X-Y 图?

154 y+是结果算出来之后查看的,具体在生成网格时,如何来控制网格满足一定的 y+要求呢? (#36) 155 如何区分层流和紊流? 以什么为标准来区分呢?从层流过渡到紊流的标准是什么? 答:自然界中的流体流动状态主要有两种形式,即层流 laminar 和湍流(就是问题中所说的紊流) turbulence.层流是指流体在流动过程中两层之间没有相互混渗 而湍流是指流体不是处于分层流 , 动状态。 对于圆管内流动,雷诺数小于等于 2300,管流一定为层流,雷诺数大于等于 8000 到 12000 之 间,管流一定为湍流,雷诺数大于 2300 而小于 8000 时,流动处于层流与湍流的过渡区。 对于一般流动,在计算雷诺数时,可以用水力半径代替管径。

157 gambit 不响应键盘的原因。 要把输入法调到英文输入状态 158 gambit 不能正常启动的原因有哪些?

1、在 Gambit 建模过程中出现界面突然跳出,并且下次运行 Gambit 时,界面调不出来,这时只 需删去 gambit 工作目录下的(默认的工作目录为\FLUENT.INC\ntbin\ntx86)后缀为*.lok 的文 件,就会恢复正常。 2、出错信息“IDENTIFIER "default_id" CURRENTLY OPEN”,Gambit 的缺省文件已经打开, gambit 运行失败,到用户默认目录删 default_id.*等文件。 3、出错信息“unable find Exceed X Server ” ,GAMBIT 需要装 EXCEED 才能用,推荐 EXCEED 6.2。

159 在 fluent 中如何设置工作目录?在 Gambit 中如何设置工作目录?

找到桌面上的 Fluent 或者 Gambit 图标,右键图标,“属性”->"起始位置”... 将起始位置设置为你想要的文件夹目录就可以了。 这种设置对于 Fluent 有效,但有时对 Gambit 无效,不知道是什么原因。

160 在计算过程中其它指数都收敛了,就 continuity 不收敛是怎么回事?在初始化设置中,那些 项影响 continuity 的收敛? 在计算过程中其他指数都收敛了,就 continuity 不收敛,这种情况一般出现在多相流中,在初始 化设

Fluent 中升力系数阻力系数定义
2009-07-17 12:16:40| 分类: CFD 专业知识 | 标签: |字号大中小 订阅 问题:圆柱绕流在 fluent 中如何得到阻力系数和升力系数?具体的设置是怎样的?是要监测得到阻力和升 力吗?它们分别怎么设置来得到? 答:首先要在 report-reference value 里设置参考速度和长度 然后 solve-monitor-force 中设置监测 drag,lift 就可以了 阻力和升力是可以得到的,得到之后再除以 1/2pV**2S 就可以了 问题:fluent 中升阻力系数如何定义? 答:升力系数定义: FLUENT 的升力系数是将升力除以参考值计算的动压 (0.5*density*(velocity**2)*area=0.5*1.225*(1**2)*1=0.6125),可以说只是对作用力进行了无量纲化,对自 己有用的升力系数还需要动手计算一下,report 一下积分的面积和力,自己计算 。 其实本身系数就是一个无量纲化的过程,不同的系数有不同的参考值,就像计算 Re 数时的参考长度,是 一个特征长度,反应特征即可 作为 Cl、Cd 也是具有特定含义的系数,参考面积的取法是特定的,比如投影面积等等,但是这个在 Fluent 里是没有体现的 Fluent 里面你不做设置,就是照上面的帖子这样计算出来的, 并不是你所期望的参考值,自己需要设定,对需要的参考值要做在里面设定 另外:参考值的改变不影响迭代计算的过程,只是在后处理一些参数的时候应用到 user guide 的相关内容

26.8 Reference Values

You can control the reference values that are used in the computation of derived physical quantities and

nondimensional coefficients. These reference values are used only for postprocessing.

Some examples of the use of reference values include the following:

Force coefficients use the reference area, density, and velocity. In addition, the pressure force calculation uses the reference pressure.

Moment coefficients use the reference length, area, density and velocity. In addition, the pressure force calculation uses the reference pressure.

Reynolds number uses the reference length, density, and viscosity.

Pressure and total pressure coefficients use the reference pressure, density, and velocity.

Entropy uses the reference density, pressure, and temperature.

Skin friction coefficient uses the reference density and velocity.

Heat transfer coefficient uses the reference temperature.

Turbomachinery efficiency calculations use the ratio of specific heats. 26.8.1 Setting Reference Values

To set the reference quantities used for computing normalized flow-field variables, use the Reference Values panel (Figure 26.8.1).

You can input the reference values manually or compute them based on values of physical quantities at a selected boundary zone. The reference values to be set are Area, Density, Enthalpy, Length, Pressure, Temperature, Velocity, dynamic Viscosity, and Ratio Of Specific Heats. For 2D problems, an additional quantity, Depth, can also be defined. This value will be used for reporting fluxes and forces. (Note that the units for Depth are set independently from the units for length in the Set Units panel.)

If you want to compute reference values from the conditions set on a particular boundary zone, select the zone in the Compute From drop-down list. Note, however, that depending on the boundary condition used, only some of the reference values may be set. For example, the reference length and area will not be set by computing the reference values from a boundary condition; you will need to set these manually.

To set the values manually, simply enter the value for each under the Reference Values heading. 不同的 Cd、Cl 在各行业叫法一一致,如在汽车行业叫风阻系数 风阻系数:空气阻力是汽车行驶时所遇到最大的也是最重要的外力。空气阻力系数,又称风阻系数, 是计算汽车空气阻力的一个重要系数。它是通过风洞实验和下滑实验所确定的一个数学参数, 用它可以计 算出汽车在行驶时的空气阻力。

空气阻力是汽车行驶时所遇到最大的也是最重要的外力.风阻系数是通过风洞实验和下滑实验所 确定的一个数学参数,用它可以计算出汽车在行驶时的空气阻力.风阻系数的大少取决于汽车的外形.风阻系 数愈大,则空气阻力愈大.现代汽车的风阻系数一般在 0.3-0.5 之间. 下面是一些物体的风阻: 垂直平面体风阻系数大约 1.0 球体风阻系数大约 0.5 一般轿车风阻系数 0.28-0.4 好些的跑车在 0.25 赛车可以达到 0.15 飞禽在 0.1-0.2 飞机达到 0.08 目前雨滴的风阻系数最小 在 0.05 左右 风阻是车辆行驶时来自空气的阻力,一般空气阻力有三种形式,第一是气流撞击车辆正面所产 生的阻力,就像拿一块木板顶风而行,所受到的阻力几乎都是气流撞击所产生的阻力。 第二是摩擦阻力, 空气与划过车身一样会产生摩擦力,然而以一般车辆能行驶的最快速度来说,摩擦阻力小到几乎可以忽略。 第三则是外型阻力(下图可说明何谓外型阻力),一般来说,车辆高速行驶时,外型阻力是最主要的空气阻 力来源。外型所造成的阻力来自车后方的真空区,真空区越大,阻力就越大。 一般来说,三厢式的房车之 外型阻力会比掀背式休旅车小。 车辆在行驶时,所要克服的阻力有机件损耗阻力、轮胎产生的滚动阻力(一般也称做路阻)及空气 阻力。 车辆在行驶时,所要克服的阻力有机件损耗阻力、轮胎产生的滚动阻力(一般也称做路阻)及空气阻 力。 随著车辆行驶速度的增加,空气阻力也逐渐成为最主要的行车阻力,在时速 200km/h 以上时,空气 阻力几乎占所有行车阻力的 85%。 一般车辆在前进时,所受到风的阻力大致来自前方,除非侧面风速特别大。不然不会对车辆产 生太大影响,就算有,也可通过方向盘来修正。风阻对汽车性能的影响甚大。根据测试,当一辆轿车以 80 公里/时前进时,有 60%的耗油是用来克服风阻的。 风阻系数 Cd 是衡量一辆汽车受空气阻力影响大小的 一个标准。风阻系数越小,说明它受空气阻力影响越小,反之亦然,因此说风阻系数越小越好。一般来讲, 流线性越强的汽车,其风阻系数越小。 风阻系数可以通过风洞测得。当车辆在风洞中测试时,借由风速来模拟汽车行驶时的车速,再 以测试仪器来测知这辆车需花多少力量来抵挡这风速,使这车不至于被风吹得后退。在测得所需之力后, 再扣除车轮与地面的摩擦力,剩下的就是风阻了,然后再以空气动力学的公式就可算出所谓的风阻系数。 风阻系数=正面风阻力× 2÷ (空气密度 x 车头正面投影面积 x 车速平方)。 一辆车的风阻系数是固定的,根据风阻系数即可算出车辆在各种速度下所受的阻力。

FLUENT 中如何计算压心
2009-05-12 17:33:16| 分类: CFD 专业知识 | 标签: |字号大中小 订阅 Fluent 计算完后,通过设定计算参数,可以得到 X Y Z 三个方向的力,同样,通过设置参考长度 可以得到力矩。Fluent 通过 X Y Z 三个方向的力来计算力距,跟力一样读取,按三坐标方向给出的,如 求绕Z轴,你将X和Y轴设为零,Z轴可设为1,就可求得绕Z轴力矩.Fluent 计算力矩、力,取决于你 划分的网格了.一般来讲,如果我们把物面划分成 N 个小段,fluent 分别计算出这 N 个小段的力的大小,方向和 力臂,然后将这些小段上的力,力矩加起来,最终得到总的力和力矩.王福军的那本书,上面 259 页可以看看力 的应用。

如果自己想要直接得出力矩值,先用 custom field function 定义出力矩场,在用 report 求和。定 义场的过程中会用到轴线方程 而计算力矩必须要知道旋转方向和回转中心,这样才能确定力臂,进而求得力 。 矩的大小.力矩中心就是回转中心,也就是你绕着哪一点旋转. 只有确定了力矩中心,才能确定出力臂,进而求得力矩的值。在 fluent 中力和力矩都是靠积分得来 的,在 force 报告中给出的是最终的结果。 如果是 3 维情况,那么 fluent 会给出三个力矩,分别是绕 x,y,z 轴的力矩,这个跟力是一样的,fluent 只是给出了坐标系下的分量,如果要求合力矩,要自己做. 如果是 2 维的,力矩的方向就只有一个.

对于报告中的力矩,fluent 只给出力矩结果,力矩中心可以确定力臂,力臂是力矩中心与力的作 用点的垂直距离。 所以根据以上叙述,如果要计算压点即反算作用点。snap1 中的截图中给定力矩中心(质心), 求解后的值然后反算作用点。

常见 fluent 与 gambit 的问题
2009-05-06 15:42:40| 分类: CFD 专业知识 | 标签: |字号大中小 订阅

下面几个问题是使用 FLUENT 的同仁经常遇到的,有的问题问了不下 10 次了,归纳一下 1.GAMBIT 需要装 EXCEED 才能用,推荐 EXCEED 6.2 出错信息“unable find Exceed X Server ” fluent 的运行:直接在开始-程序-Fluent Inc 里面 gambit 的运行:先运行命令提示符,输入 gambit,回车

2.FLUENT 和 GAMBIT 需要把相应 license.dat 文件拷贝到 FLUENT.INC/license 目录下 出错信息“unable find/open license.dat" 3.FLUENT 和 GAMBIT 推荐使用默认安装设置, 安装完 GAMBIT 请设置环境变量, 设置办法“开始-程序-FLUENT INC-Set Environment" 出错信息:运行 gambit 时提示找不到 gambit 文件? 4.安装好 FLUENT 和 GAMBIT 最好设置一下用户默认路径 推荐设置办法,在非系统分区建一个目录,如 d:\users a) win2k 用户在控制面板-用户和密码-高级-高级,在使用 fluent 用户的配置文件 修改本地路径为 d:\users,重起到该用户运行命令提示符,检查用户路径是否修改 b) xp 用户,把命令提示符发送到桌面快捷方式,右键单击命令提示符快捷方式 在快捷方式-起始位置加入 D:\users,重起检查 5.gambit 的缺省文件已经打开,gambit 运行失败, 到用户默认目录删除 default_id.*等文件 出错信息“IDENTIFIER "default_id" CURRENTLY OPEN” 6.FLUENT 计算开始迭代最好使用较小的库朗数,否则容易导致迭代发散? 修改办法 slove-controls-solution,修改 courant Number 默认值为 1,开始没有经验的改小点,比如 0.01,然后逐渐加大, 经验丰富的同仁自己决定 7.FLUENT 修改迭代值的极限,slove-controls-Limits 8 对于一个刚开始接触软件的新手,应该从以下方面入手学习:

1.GAMBIT 软件的学习,首先熟悉这个前处理软件,在里面构造几何体、划网格及设置边界条件 (关于软件界面的介绍和一些算例在本研究所的 ftp 上有,在《学术报告第 23 期》)。 2.FLUENT 软件的应用过程(可以结合一些算例学习): 1).构造计算域,创建网格 2).运行合适的解算器:2D、3D、2DDP、3DDP 3).输入网格 4).检查网格 5).选择解算器的格式 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 9). 指定边界条件 10).调节解的控制参数 11).初始化流场 12).开始计算 13).检查结果 14).保存结果 15).必要的话,细化网格,改变数值和物理模型 9 [这个贴子最后由 caoqx 在 2004/09/15 10:03am 第 2 次编辑] 1.FLUENT 软件的下载 现在网上有很多 fluent 的安装及帮助文件,大家可以到北大天网、工大校内 ftp (http://dw.hit.edu.cn/) 等搜一下,这里给出一个下载安装软件的路径:ftp://202.118.237.120/匿名登陆即可。

2.FLUENT 软件的安装 需要安装的软件: Exceed Gambit Fluent 安装顺序:首先安装 Exceed,再装 Gambit 和 Fluent。最后不要忘了把 flexlm 文件复制到系统盘根目录下。 安装完成后,你可以分别双击 FLUENT.INC\ntbin\ntx86 文件夹下的 gambit 和 fluent 的图标,来运行它们。 gambit 运行过程中常遇到的一个问题是:在 Gambit 建模过程中出现界面 突然跳出,并且下次运行 Gambit 时,界面调不出来,这时只需删去 gambit 工作目录下的(默认的工作目录为\FLUENT.INC\ntbin\ntx86) 后缀为*.lok 的文件,就会恢复正常。

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fluent 生成 mpg 文件经验

步骤:就是先在 Solve\Animate 下 Define 一个动画序列,然后算的时候 fluent 会记下相应的帧。算 完后,用 Playback 回访或者生成 mpg 文件。经验是:此时用那个 Playback 生成 mpg 文件时,十次大概 能有一次成功! 解决方法是:关了 fluent 重启,然后再用那个 Playback 读那个序列,然后生成 mpg 文件,这么做的 成功率比较高

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首先要进入 denf-modi 打开能量方程才能选择,然后在 solver-moniter-residu 里面就会出现 enery 的选项

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[这个贴子最后由 caoqx 在 2004/09/15 08:39am 第 2 次编辑]

1.划分体网格时,为了得到高质量的网格,把体分成了几部分,分别划分网格,是不是导入 fluent 时要用 tmerge 合并成一个体网格呀? you can see this example in fluent 6.1.22 Using Sliding Meshes 答:不用。 在同一 GAMBIT 文件中对不同的体划分网格时,最后输出的网格文件包含了所有的网格。 注意:若用 split 剖分体时,要选择“connected”选项,否则 FLUENT 会将交界面默认为壁面(wall)。 面网格划分也是类似的。 2.分块划分网格,定义边界时,交接面还用定义嘛,如果不定义是不是默认为墙呀, 要想使其为内部界面,定义为 interface 吗? 答:split 出来的区域,如果你不定义边界,gambit 会默认为 interior.

松弛因子
2009-05-06 15:16:52| 分类: CFD 专业知识 | 标签: |字号大中小 订阅 由于流体力学中要求解非线性的方程,在求解过程中,控制变量的变化是很必要的,这就通过松弛因子 来实现的.它控制变量在每次迭代中的变化.也就是说,变量的新值为原值加上变化量乘以松弛因子. 如:A1=A0+B*DETA A1 新值 A0 原值 B 松弛因子 DETA 变化量 松弛因子可控制收敛的速度和改善收敛的状况! 为 1,相当于不用松弛因子

大于 1,为超松弛因子,加快收敛速度 小于 1,欠松弛因子,改善收敛的条件 一般来讲,大家都是在收敛不好的时候,采用一个较小的欠松弛因子。 Fluent 里面用的是欠松弛,主 要防止两次迭代值相差太大引起发散。 松弛因子的值在 0~1 之间,越小表示两次迭代值之间变化越小,也就越稳定,但收敛也就越慢。 a 亚孙持因子 1、亚松驰(Under Relaxation):所谓亚松驰就是将本层次计算结果与上一层次结果的差值作适当 缩减,以避免由于差值过大而引起非线性迭代过程的发散。用通用变量来写出时,为松驰因子(Relaxation Factors)。《数值传热学-214》 2、FLUENT 中的亚松驰:由于 FLUENT 所解方程组的非线性,我们有必要控制的变化。一般用亚 松驰方法来实现控制,该方法在每一部迭代中减少了的变化量。亚松驰最简单的形式为:单元内变量 等于 原来的值 加上亚松驰因子 a 与 变化的积分离解算器使用亚松驰来控制每一步迭代中的计算变量的更新。 这就意味着使用分离解算器解的方程,包括耦合解算器所解的非耦合方程(湍流和其他标量)都会有一个 相关的亚松驰因子。 注:在 FLUENT 中,所有变量的默认亚松驰因子都是对大多数问题的最优值。这个值适合于很多问 题,但是对于一些特殊的非线性问题(如:某些湍流或者高 Rayleigh 数自然对流问题),在计算开始时要 慎重减小亚松驰因子。 使用默认的亚松驰因子开始计算是很好的习惯。如果经过 4 到 5 步的迭代残差仍然增长,你就需要 减小亚松驰因子。 有时候,如果发现残差开始增加,你可以改变亚松驰因子重新计算。在亚松驰因子过大时通常会出 现这种情况。最为安全的方法就是在对亚松驰因子做任何修改之前先保存数据文件,并对解的算法做几步 迭代以调节到新的参数。最典型的情况是,亚松驰因子的增加会使残差有少量的增加,但是随着解的进行 残差的增加又消失了 如果残差变化有几个量级你就需要考虑停止计算并回到最后保存的较好的数据文件。 。 注意:粘性和密度的亚松驰是在每一次迭代之间的。而且,如果直接解焓方程而不是温度方程(即: 对 PDF 计算),基于焓的温度的更新是要进行亚松驰的。要查看默认的亚松弛因子的值,你可以在解控制 面板点击默认按钮。 对于大多数流动,不需要修改默认亚松弛因子。但是,如果出现不稳定或者发散你就需要减小默认 的亚松弛因子了,其中压力、动量、k 和 e 的亚松弛因子默认值分别为 0.2,0.5,0.5 和 0.5。 对于 SIMPLEC 格式一般不需要减小压力的亚松弛因子。在密度和温度强烈耦合的问题中,如相当高 的 Rayleigh 数的自然或混合对流流动,应该对温度和/或密度(所用的亚松弛因子小于 1.0)进行亚松弛。 相反,当温度和动量方程没有耦合或者耦合较弱时,流动密度是常数, 温度的亚松弛因子可以设为 1.0。 对于其它的标量方程,如漩涡,组分,PDF 变量,对于某些问题 默认的亚松弛可能过大,尤其是对于初始计算。你可以将松弛因子设为 0.8 以使得收敛更容易。

库朗数
2009-05-06 15:13:53| 分类: CFD 专业知识 | 标签: |字号大中小 订阅

courant number 实际上是指时间步长和空间步长的相对关系,系统自动减小 courant 数,这种情况 一般出现在存在尖锐外形的计算域,当局部的流速过大或者压差过大时出错,把局部的网格加密再试一下。

在 fluent 中,用 courant number 来调节计算的稳定性与收敛性。一般来说,随着 courant number 的从小到大的变化,收敛速度逐渐加快,但是稳定性逐渐降低。所以具体的问题,在计算的过程中,最好 是把 courant number 从小开始设置,看看迭代残差的收敛情况,如果收敛速度较慢而且比较稳定的话,可 以适当的增加 courant number 的大小,根据自己具体的问题,找出一个比较合适的 courant number,让 收敛速度能够足够的快,而且能够保持它的稳定性。

结构化网格与非结构化网格比较
2009-05-06 15:10:02| 分类: CFD 专业知识 | 标签: |字号大中小 订阅 1. 什么是结构化网格和非结构化网格? 1.1 结构化网格 从严格意义上讲,结构化网格是指网格区域内所有的内部点都具有相同的毗邻单元。它可以很容易 地实现区域的边界拟合,适于流体和表面应力集中等方面的计算。 它的主要优点是: 网格生成的速度快。 网格生成的质量好。 数据结构简单。 对曲面或空间的拟合大多数采用参数化或样条插值的方法得到,区域光滑, 与实际的模型更容易接近。 它的最典型的缺点是适用的范围比较窄,只适用于形状规则的图形。 尤其随着近几年的计算机和数值方法的快速发展,人们对求解区域的几何形状的复杂性的要求越来 越高,在这种情况下,结构化网格生成技术就显得力不从心了。

1.2 非结构化网格 同结构化网格的定义相对应,非结构化网格是指网格区域内的内部点不具有相同的毗邻单元。即与 网格剖分区域内的不同内点相连的网格数目不同。从定义上可以看出,结构化网格和非结构化网格有相互 重叠的部分,即非结构化网格中可能会包含结构化网格的部分。 2.如果一个几何造型中既有结构化网格,也有非结构化网格,分块完成的,分别生成网格后,也可以 直接就调入 fluent 中计算。 3.在 fluent 中,对同一个几何造型,如果既可以生成结构化网格,也可生成非结构化网格,当然前者 要比后者的生成复杂的多,那么应该选择哪种网格,两者计算结果是否相同,哪个的计算结果更好些呢? a 一般来说,结构网格的计算结果比非结构网格更容易收敛,也更准确。但后者容易做。 b 影响精度主要是网格质量,和你是用那种网格形式关系并不是很大,如果结构话网格的质量很差, 结果同样不可靠,相对而言,结构化网格更有利于计算机存储数据和加快计算速度。 c 结构化网格据说计算速度快一些,但是网格划分需要技巧和耐心。非结构化网格容易生成,但相 对来说速度要差一些。 4.在 gambit 中,只有 map 和 submap 生成的是结构化网格,其余均为非结构化网格。

fluent 中判断收敛的方法
2009-04-29 17:38:56| 分类: CFD 专业知识 | 标签: |字号大中小 订阅

1、监测残差值。 在迭代计算过程中,当各个物理变量的残差值都达到收敛标准时,计算就会发生收敛。Fluent 默 认的收敛标准是:除了能量的残差值外,当所有变量的残差值都降到低于 10-3 时,就认为计算 收敛,而能量的残差值的收敛标准为低于 10-6。 2、计算结果不再随着迭代的进行发生变化。 有时候,因为收敛标准设置得不合适,物理量的残差值在迭代计算的过程中始终无法满 足收敛标准。然而,通过在迭代过程中监测某些代表性的流动变量,可能其值已经不再随着迭代 的进行发生变化。此时也可以认为计算收敛。 3、整个系统的质量,动量,能量都守恒。 在 Flux Reports 对话框中检查流入和流出整个系统的质量,动量,能量是否守恒。守恒, 则计算收敛。不平衡误差少于 0.1%,也可以认为计算是收敛的。

Phoenics、STAR-CD、CFX 三种软件的比较
2009-02-11 16:07:23| 分类: CFD 专业知识 | 标签: |字号大中小 订阅 1. Phoenics: Phoenics 是英国 CHAM 公司开发的模拟传热、流动、反应、燃烧过程的通用 CFD 软件,有 30 多年 的历史。网格系统包括:直角、圆柱、曲面(包括非正交和运动网格,但在其 VR 环境不可以)、多重网 格、精密网格。可以对三维稳态或非稳态的可压缩流或不可压缩流进行模拟,包括非牛顿流、多孔介质中 的流动,并且可以考虑粘度、密度、温度变化的影响。在流体模型上面,Phoenics 内置了 22 种适合于各 种 Re 数场合的湍流模型,包括雷诺应力模型、多流体湍流模型和通量模型及 k-e 模型的各种变异,共计 21 个湍流模型,8 个多相流模型,10 多个差分格式。 Phoenics 的 VR(虚拟现实)彩色图形界面菜单系统是这几个 CFD 软件里前处理最方便的一个,可 以直接读入 Pro/E 建立的模型(需转换成 STL 格式),使复杂几何体的生成更为方便,在边界条件的定义 方面也极为简单,并且网格自动生成,但其缺点则是网格比较单一粗糙,针对复杂曲面或曲率小的地方的 网格不能细分,也即是说不能在 VR 环境里采用贴体网格。另外 VR 的后处理也不是很好。要进行更高级 的分析则要采用命令格式进行,但这在易用性上比其它软件就要差了。 另外,Phoenics 自带了 1000 多个例题与验证题,附有完整的可读可改的输入文件。其中就有 CHAM 公司做的一个 PDC 钻头的流场分析。Phoenics 的开放性很好,提供对软件现有模型进行修改、增加新模 型的功能和接口,可以用 FORTRAN 语言进行二次开发。 2.star-cd 虽然前面这些著名的 CFD 都是在英国帝国理工大学发展起来的(Fluent 也是现在英国,后来才在美 国发展的) ,但是以 Gosman 为创始人的 STAR-CD 与 Phoenics 是有很大的区别的。STAR-CD 的起点就 是非结构化网格的求解器,应该说是 star-cd 最早推出非结构化网格的求解器的,这也不难理解,看一看 Gosman 的 Research Group 就知道,Gosman 很早就将在非正交网格和非结构性网格著名的学者请到他 在帝国理工的研究小组,特别来自德国大学的,看看文献就知道(在低速流领域,德国学者在非正交网格, 非结构化网格方面是走在前列的)。 Star-cd 公司的罗建扬在国内讲学时,就谈到 Spalding 当时认为非结构化网格是不能工作的,所以 并不推崇非结构化网格,以致 Phoenics 失去了一次良机,这也造成了 Phoenics 在很长一段时间内被人认 为复杂区域的适应性差。罗自己也认为 Spalding 是一个好学者,却不是一个好商人。 STAR-Cd 是 Simulation of Turbulent flow in Arbitrary Region 的缩写,CD 是 Computational Dynamics Ltd。是基于有限容积法的通用流体计算软件,在网格生成方面,采用非结构化网格,单元体可 为六面体,四面体,三角形界面的棱柱,金字塔形的锥形以及六种形状的多面体,还可与 CAD、CAE 软 件接口,如 ANSYS,IDEAS,NASTRAN,PATRAN,ICEMCFD,GRIDGEN 等,这使 STAR-CD 在适 应复杂区域方面拥有特别的优势。从它的网格单元,就可看出它与其他求解器的一些差别,当然现在大多 数商用的求解器都引入了非结构化网格,而 STAR-cd 在早期的版本中就有了。 不过我认为,star-cd 求解器虽然网格适应性强,但是它的前处理器做得太差,以致于普通用户,享 受不了它的优势;不像 fluent 有一个对于普通用户来说已经足够强大的,非常易于上手的前处理器 GAMBIT,所以大家都愿意学 fluent;而 STAR-cd 的网格优势需要通过第三方软件体现出来,如 ICEMCFD

生成的网格或者另外购买它的其他网格处理软件,如果你拥有这些软件,你会发现 STAR-cd 也非常好用。 我老板去年在美国汽车城的参观时,人家向他大力推崇 STAR-cd,但是将它的前处理痛扁一顿,他们一般采 用 ICEMCFD 做前后处理,star-cd 做求解器来进行汽车流场分析,同时 STAR--cd 能处理移动网格,用 于多级透平的计算,在差分格式方面,纳入了一阶 UpWIND,二阶 UpWIND,CDS,QUICK 以及一阶 UPWIND 与 CDS 或 QUICK 的混合格式 在压力耦合方面采用 SIMPLE PISO 以及称为 SIMPLO 的算法。 , , 在湍流模型方面,有 k-e,RNG k-e,k-e 两层等模型,可计算稳态,非稳态,牛顿,非牛顿流体,多孔介 质, 亚音速,超音速,多项流等问题。STAR-cd 的强项在于汽车工业,汽车发动机内的流动和传热。 3.CFX CFX 是由英国 AEA 公司开发,是一种实用流体工程分析工具,用于模拟流体流动、传热、多相流、 化学反应、燃烧问题。其优势在于处理流动物理现象简单而几何形状复杂的问题。适用于直角/柱面/旋转坐 标系,稳态/非稳态流动,瞬态/滑移网格,不可压缩/弱可压缩/可压缩流体,浮力流,多相流,非牛顿流体, 化学反应,燃烧,NOx 生成,辐射,多孔介质及混合传热过程。CFX 采用有限元法,自动时间步长控制, SIMPLE 算法,代数多网格、ICCG、Line、Stone 和 Block Stone 解法。能有效、精确地表达复杂几何形 状,任意连接模块即可构造所需的几何图形。在每一个模块内,网格的生成可以确保迅速、可靠地进行, 这种多块式网格允许扩展和变形,例如计算气缸中活塞的运动和自由表面的运动。 滑动网格功能允许网格 的各部分可以相对滑动或旋转,这种功能可以用于计算牙轮钻头与井壁间流体的相互作用。CFX 引进了各 种公认的湍流模型。例如:k-e 模型,低雷诺数 k-e 模型,RNG k-e 模型,代数雷诺应力模型,微分雷诺 应力模型,微分雷诺通量模型等。CFX 的多相流模型可用于分析工业生产中出现的各种流动。包括单体颗 粒运动模型,连续相及分散相的多相流模型和自由表面的流动模型。 CFX-TASCflow 在旋转机械 CFD 计算方面具有很强的功能。它可用于不可压缩流体,亚/临/超音速 流体的流动,采用具有壁面函数的 k-e 模型、2 层模型和 Kato-Launder 模型等湍流模型,传热包括对流传 热、固体导热、表面对表面辐射,Gibb’s 辐射模型,多孔介质传热等。化学反应模型包括旋涡破碎模型、 具有动力学控制复杂正/逆反应模型、Flamelet 模型、NOx 和碳黑生成模型、拉格朗日跟踪模型、反应颗粒 模型和多组分流体模型。CFX-TurboGrid 是一个用于快速生成旋转机械 CFD 网格的交互式生成工具,很容 易用来生成有效的和高质量的网格。

4.Numeca 软件分析软件包简介 分析软件包有 FINE/TURBO 和 FINE/HEXA 等,其中均包括前处理,求解器和后处理三个部分。 FINE/TURBO 用于内部流动,FINE/AERO 用于外部绕流,FINE/HEXA 可用内部或外部流动,但为非结构 自适应网格。 FINE/TURBO:可用于任何可压或不可压、定常或非定常、二维或三维的粘性或无粘内部(其 中包括任何叶轮机械:轴流或离心,风机,压缩机,泵,透平等。单级或多级,或任何其他内部流动:管流, 涡壳,阀门等)流动的数值模拟。其中包括 : IGG:网格生成器。可生成任何几何形状的结构网格。采用准自动的块化技术和摸板技术。生成 网格的速度及质量均远高于其它软件。 IGG/AUTOGRID:网格生成器。可自动生成任何叶轮机械(包括任何轴流,混流,离心机械,可 带有顶部、根部间隙,可带有分流叶片,等)的 H 形,I 形和 HOH 形网格。该软件已经被国际工业部门认 为是用于叶轮机械最好、最方便及网格质量最好的网格生成软件。

EURANUS:求解器。求解三维雷诺平均的 NS 方程。采用多重网格加速技术;全二阶精度的差分 格式;基于 MPI 平台的并行处理;可求解任何二维、三维、定常/非定常、可压/不可压,单级或多级,或 整个机器的粘性/无粘流动。可处理任何真实气体;有多中转/静子界面处理方法;自动冷却孔计算的模块; 多级通流计算;自动初场计算;湿蒸汽机算;共厄传热计算;气固两相流计算;等等。其多级(10 级以上) 求解性能良好。 CFVIEW:功能强大流动显示器。可做任何定性或定量的矢量标量的显示图。特别是可处理和制作 适合于叶轮机械的任何 S1 和 S2 面,及周向平均图。该软件已经被国际工业部门认为是用于叶轮机械最好 的后处理软件。 FINE/HEXA:非结构网格 CFD 求解器。该模块的独特性在于:它所采用的网格全是六面体的非结 构网格(这是目前最先进的方法之一);自动自适应的多重网格求解器。 HEXPRESS:非结构网格生成器。可自动生成任意复杂三维几何体的全六面体非结构网格。可直 接输入多种作图软件的数据,并对其有自动修补动能。 NUMECA 公司的软件-FINE 系列软件,虽然市场化的较晚,但她是目前国际上最优秀的 软件,她采用了近几年研发出的最先进技术,因此,无论在计算速度、计算精度、所需计算机内存、 使用方便程度、界面友好程度等方面都优于其他软件(如:Fluent 和 Star-CD 等)。。所以,它引导着世 界 CFD 软件发展的新潮流。其计算速度、精度和计算机内存需要量均比其它软件(如:Fluent、Tarsflow 和 Star-CD 等优越,其优越程度使用过其它软件的用户非常惊讶。现在其它软件公司(在网格生成和核心 求解器中)也逐渐开始采用类似于 NUMECA 的方法。她所研发并采用的其它技术和方法现也已被其它软 件开发者逐步采用,因此,NUMECA 公司领导着世界 CFD 软件发展的新潮流。 过去几年,FINE 系列软件被国际上普遍认为是叶轮机械等内部流动模拟分析的首选软 件。但随着 FINE/HEXA 和 HEXPRESS 的推出,将使 NUMECA 的 CFD 软件在模拟外部流动(包 括各种飞行器:飞机、火箭、卫星等;各种运输工具:汽车、机车船舶等;房屋建筑群,桥梁等)方面, 也比其它软件有许多独特的优越性。 另外,由于 NUMECA 软件自身的特点(高的速度,高的精度,低内存需求,以及使用方 便等),它现在也是现代流体工程企业实现其设计、制造自动化体系的首选 CFD 软件

Fluent6.3 的新特性
2009-01-06 13:56:25| 分类: CFD 专业知识 | 标签: |字号大中小 订阅 2001 年 12 月推出 6.0 版本,2003 年 2 月推出 6.1 版本,2005 年 3 月推出 6.2 版本,2006 年末正式推出 Fluent6.3 版本! 1. 6.3 相比以前的版本,改进了核心算法,运算速度更快,效率更高。

2.6.3 在核心数值求解器方面新增加了压力基耦合求解器,结算速度提高了 3--5 倍。(注:Fluent6.3 是唯 一既包含压力基的耦合求解器又包含密度基耦合求解器的 CFD 软件) 优点:1.收敛基本不受网格尺寸的影响 2.基本不需要调整松弛因子 3.还实现了与分离求解器之间的即时转换 4.并行效率得到很大提高 3.支持求解器内进行四面体网格的自动聚合,自动地将四面体网格转化为多面体网格。(这一技术可以使 网格总数降低为原来的 1/3-1/5,从而降低计算量、加速收敛,同时使网格的扭曲率降低。改善了求解过程 的收敛性和稳定性。 4.新增加了“least squres cell based"方法,是针对新增的支持多面体网格而设计的,实际上假设变量在网 格单元之间线性变化。在保留基于控制体中心和基于控制体节点两个选择以外的增加! 5.在密度基的求解器中,fluent6.3 保留原有 roe 格式基础上,增加了 AUSM+类型的格式。可以增强高马赫 数流动时的激波捕捉能力,改善了扭曲/拉伸网格求解的收敛性和稳定性。 6.扩大了动网格的应用门槛。在动网格技术上进行了大的改进,包含了行业领先的动网格技术,包含了专 门的机/弹分离、发动机缸内模拟模型,可以进行“多”对“多”的动网格处理。 7.湍流模型上有大量改进 DES 模型增加了双方程模型 : (Realizablek-e 和 SST k-w 模型) 作为切换到 RANS 模型只能用 S-A 模型。 8.LES 模型上也做了改进,增加了能量方程和组分方程的 Dynamic SGS 模型,提供了心的统计结果。 9.雷诺应力模型对低雷诺数模拟进行了改进,引入了 Wilcox 最新发表的低雷诺数 stress-omega 模型。 10.化学反应模拟中:增加了模拟组分和反应数的限制,目前可以最多模拟 300 个组分、1500 个反应;增 加了污染物 SOx 生成的模拟。 11.欧拉多相流模型可以支持可压缩流动,以前的版本欧拉多相流模型只能用于不可呀流动中。对所有相都 可以考虑可压缩性,相应地提供了质量流率的进口边界条件。 12.改进多达 500 项之多。

压力系数
2008-12-22 16:59:04| 分类: CFD 专业知识 | 标签: |字号大中小 订阅 1.Q:压差阻力的来源?

A:圆柱上的流体动力和力矩均为零,实际情况与势流理论有差别。因为它有摩擦损失,而且下游物面上 的流动会分离,压力不能恢复到理论值,所以迎风面和背风面有压力差,这就是压差阻力(形状阻力)的 来源。 2.Q:压力系数的存在? 3.Q:显式 explicit 与隐式 impicit 的区别? A:优点:显式计算比隐式格式更节省内存 缺点:收敛慢 4.Q:multigrid 是多重网格法,作用是什么? A:在显式时间推进算法中,相当于加速收敛。 5.Q:压力的相互关系及压力系数(不可压流

体):

图 2-1 是一个三维平板绕流的算例,介质是水,压力系数大于 1,曾经讨论过湍流模型和近壁面的 网格质量对压力系数的影响,但是还没有形成一个统一的结论,到底是什么原因导致 FLUENT 计算出的压 力系数大于 1? 对于不可压缩流动的情况,很多算例都出现这样的情况,并且很多工程师反映,其它的计算结果 基本都和实验值吻合,而就是压力系数这一项不是很吻合。因为压力系数如果不精确,算空泡或者水致噪 声是没有意义的 所以就这个问题在沙龙进行反复讨论过 看公司总部能否对这个问题进行结论性的解答? , , 并且可压流和不可压流是不同的情况,对于可压流的情况,左志成能否也整理出一个可以这样对比 的东西出来,大家一起探讨学习。 A. 关于均质流中和多相流中重力项的讨论:

模型描述:底部平板长 15m,水流速度是 1m/s,左端进,右端出,上表面为自由液面,介质是水。

考虑重力及参考密度后(1.225)沿深度方向的 Static pressure 云图:

6Q: FLUENT 中 Turbo 模块的特别之处? Fluent 不提供单独的 Turbo 模块,该 Turbo 模块应该指的是集成在 Gambit 下的 G/Turbo 模块。 G/Turbo 模块是针对叶轮机械开发的前处理器 利用它用户可以快速高效生成叶轮机械网格 G/Turbo , 。 采用叶片翼型剖面的基本设计定义,以及最小化的用户输入,能在数分钟之内为轴流、离心或者混流式叶 轮机械建立网格。而且,G/Turbo 的完全命令语言使得 G/Turbo 可以用于全自动化的参数化研究,这使得 FLUENT 可以与叶轮机械的整个设计过程进行完全耦合。 G/Turbo 提供了非结构化网格的生成,所以可以快速建立理想化的几何体,创新设计的特征也可 以加入,并且可以对这些特征带来的影响进行分析。G/Turbo 在几何体建模后可以自动进行前处理而无需 给定一些约束,这使得工程师可以在工业可接受的时间框架内对设计模型的真实情况进行精确模拟。 7Q: 迹线动画的生成:

Fluent 本身只能显示迹线的动画,但无法直接保存,动画的保存需要借助第三方的屏幕录制软件(如 随信附上的 WiseCam),因此提供下面的方法供参考。 步骤: 读入一个计算结果(cas 和 dat 文件); Display-pathlines…;

在 pathlines 的面板中,从右下角的“release from surface”下选择一个流体颗粒的释放面(线),然后点 击 pulse,可显示从释放面开始的迹线; 先停止迹线动画的显示,解压 WiseCam 并双击 WiseCam.exe 打开 WiseCam,点击录制 à固定区 域,在弹出的对话框中点击“选择”,鼠标左键点击并拖出一个需要在动画中显示的区域; 回到 fluent 的工作界面,点击 pulse 激活动画;在 WiseCam 中点击红色按钮开始录制,录制完成后 点击停止按钮,在弹出的对话框中输入动画文件的名字并保存。 在步骤 c 中可能需要用到的选项: Style: 可选择代表流体颗粒的形状(点、线、球体等等),style attributes 中可定义大小; Step size 和 steps 分别是单步的距离以及总的运动步数,其乘积为总的运动距离; 迹线显示的疏密度可通过 path skip 控制; Colored by 中可以定义迹线上的颜色由哪个变量控制; Pulse model 中的 continuous 和 single 可对显示模式进行控制。附上的动画是用 continuous 模式显 示的。

各压力之间的关系
2008-12-19 11:48:15| 分类: CFD 专业知识 | 标签: |字号大中小 订阅

Q:表压、绝对压力、相对压力、动压、总压的区别是什么? A:见图:绝对压力==静压+参考压力(也就是大气压等等) 动压==0.5*密度*速度的平方 总压==静压+动压 我们在 Fluent 中如果选择压力入口,一般给定的都是表压(或总压),表压是相对参考压力而言的,这个 参考压力可以是大气压,也可以不是。 工程问题中,我们根据具体问题,采用这些压力来说明具体问题。


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