FLUENT软件实际入门操作 (3)

（2） 在 Name（名称）下面的栏目中加入各监视器的名称。在 Plot、Print、

Write 下面选择变量的输出方式，即选择图形方式、文本方式和文件方式。

（3） 在 Every下面选择显示变量的频率，可以选择每个 Iteration（迭代步） 、

每个 Time Step（时间步）更新一次监视器窗口。

（4） 点击 Define（定义）按钮进入 Define Surface Monitors（定义表面监视

器）面板。

（5） 在 Define Surface Monitors 面板中可以顺序定义监视器名称、报告类型、

X轴变量、显示窗口编号、变量名、积分表面、输出文件名等等，还可以定义图形显示的字体、曲线线型等等。

体积分监视器Solve->Monitors->Volume...（与分积分监视器相似）

定义动画演示序列Solve->Animate->Define...

Animation Sequences:创建动画的数量 Active:激活

Animation sequence:动画序列 Storage type:保存类型

Display type:显示类型

包括：包括网格（Grid）、等值线（Contours）、矢量（Vector）、XY曲线（XY Plot）和监视器（Monitor）五种形式。 FLUENT保存动画的方式：

In memory内存，metafile图元，PPM Image位图三种方式。如果生成的动画不大，可以选择保存在内存中。如果需要将动画文件保存在硬盘上，可以选择图元或位图方式。其中图元格式的动画文件占用硬盘空间比较大，如果硬盘空间不大，最好选择位图方式。 Properties:进行详细设置

播放动画Solve->Animate->Playback...

Start Frame:开始帧 End Frame:结束帧 Play once:播放一次 Auto repeat:自动重播 Auto reverse:自动回放

？？计算过程中执行命令Solve->Execute Commands... 收敛判断

常规方法：观察残差曲线，曲线下降则意味着计算收敛。（下降3个数量级可近似认为计算收敛）

另外：观察流场变量的变动情况，重要的流场变量在经过一段时间的计算不再变化，则意味着计算已经收敛。

判据：流场变量的变化幅度。

加速收敛

解决办法：减小亚松弛因子的值。

原因：计算发散的最常见原因是由方程的非线性引起的，而亚松弛因子是用线性稳定性分析得到的，因此减小亚松弛因子可以让计算回到稳定域中。 其它原因：初始流场的设置引起，即初始流场给的过分粗糙。

FLUENT的物理模型

衡量流体可压缩性的指标：马赫数，马赫数<0.3时，气体通常被认为是不可压流体，马赫数>0.3时，气体的压缩性影响逐渐增强，必须考虑压缩性影响。 马赫数：流场中某点的速度与该点处的声速之比。空气压缩性的重要参数。飞

行器速度在Ma0.3以下可以认为是低速（可以不考虑空气压缩性影响）；速度在Ma0.8以下的为亚音速；在Ma0.8~1.2上下为的跨音速；Ma1.2~5 的为超音速、Ma5.0以上的为高超音速。

可压与不可压区别：可压在计算过程中引入了粘性加热效应，需要在定义粘性影响和湍流模型的Viscous面板中，打开Viscous Heating选项，同时需要在物质属性设置中打开理想气体选项，即在 Material 面板的 Density旁边打开 Ideal-gas 选项。

可压缩计算边界条件设定： （1）在流场入口：

… 压强入口条件：给定入口总温、总压，在超音速入口时，还需设定静压。 … 质量流入口：给定入口质量流和总温。 （2）在流场出口：

… 压强出口条件：给定出口静压。

在计算结束后，可以报告的项目包括总温、总压和马赫数等参数。 无粘流Define>Viscous>Inviscid

湍流模型

湍流模型计算比较：一方程模型（Spalart-Allmaras 模型）计算最快，二方程（ε ? k模型、ω ? k 模型、f v ? 2模型）模型次之，雷诺应力模型RSM最慢。 近壁流动的处理：两种方法

（1）用半经验公式将自由流中的湍流与壁面附近的流动连接起来，这种方法被称为壁面函数法。

（2）在壁面附近加密网格，同时调整湍流模型以包含壁面影响的方法，被称为近壁模型法。

多相流模型

VOF模型 混合物模型 欧拉模型 适用范围

VOF模型：适合于求解分层流和需要追踪自由表面的问题，比如水面的波动、容器内液体的填充等等。适用于计算空气和水这样不能互相参混的流体流动，比如射流破裂过程、大型气泡在液体中的运动、大坝溢流以及追踪气液自由表面的问题。计算中 VOF 法的限制是必须使用分离求解器，只有一种物相可以是可压缩流体，不能计算流动方向的周期性流动、组元混合与反应流动和无粘流动，不能与大涡模拟（LES）同时进行计算，不能采用二阶隐式时间推进格式，不能使用壁面的薄壳传导模型。VOF 方法通常用于模拟流体的非定常运动过程，但是

也可以模拟定常运动问题。

混合物模型：适合计算体积浓度大于10%的流动问题。混合物模型是一个简化的多相流模型，可以用于模拟存在相对运动速度的多相流问题，其应用范围包括粒子沉降过程、旋风分离器以及小体积比的气泡流动等问题。在使用上除了上面 VOF 法中提到的限制外，混合物模型还不能进行固化和熔化的计算。 欧拉模型：适合计算体积浓度大于10%的流动问题。欧拉模型可以模拟的多相流问题中，如果内存足够大的话，可以模拟任意数量物相的流动，但是在非常复杂的多相流问题中，计算的稳定性也是对求解的一个限制。在欧拉模型计算中，各种物相受到的背景压强是一样的，每种物相的动量方程和连续性方程都是单独求解的。对于流场中的固体颗粒，每种颗粒的温度都可以用代数方程来计算，而剪切和粘性则用动力学理论求出。针对不同的物相，可以采用不同的阻力系数计算函数。计算中可以针对每一种物相，或其混合物，采用 ε ? k 湍流模型进行湍流计算。 欧拉模型在计算上的限制是只能采用 ε ? k 模型进行湍流计算，只能对主要物相进行粒子跟踪，不能模拟流向周期流、可压流、无粘流、熔化和固化过程、组元输运和化学反应流动，计算中不能使用二阶隐式时间推进格式。 混合物模型与欧拉模型的取舍方法

（1）如果弥散相粒子广泛地分布在流场各处，则采用混合物模型；如果弥散相粒子集中在流场的某个区域，则应该采用欧拉模型。

（2）在相间阻力定律适用于所计算的问题时，欧拉模型通常比混合物模型的计算精度更高。如果不知道相间阻力定律是否适用于所计算的问题，则可以选择使用混合物模型。

（3）混合物模型需要的系统资源较少，计算速度较快。欧拉模型比混合物模型精度高，但是计算时间长，稳定性也较差。 问题设置和计算流程

Define -> Models -> Multiphase... 面板上需要输入的内容：

VOF: 物相总数 计算格式 是否采用隐式彻体力计算

混合物模型：物相总数 是否计算滑移速度 是否采用隐式彻体力计算 是否考虑空穴效应

欧拉模型：物相总数 是否考虑空穴效应 物相总数最多可以设置为20

注：在混合模型中可以关闭滑移速度，让所有物相以同一速度运动。如果在计算中需要考虑某个物相的压缩性，最好将这个物相设为主要物相（primary phase）。如果在某个边界上设定了总压（total pressure）值，则在同一个边界上设定的温

度值，对于可压缩物相就等于其总温，而对于不可压物相则等于其静温。对于质量流入口条件（mass flow inlet），需要定义每一个物相的质量流或质量通量。 材料拷贝

Define -> Materials... VOF模型

Interaction…（干扰）： 表面张力以及壁面附着 混合物模型

混合物模型中主要相和次要相的定义过程与VOF模型基本一样，区别是在定义次要相时可以定义颗粒的直径。 欧拉模型

颗粒次要相的设置过程：

(1)在Phase（物相列表中选择phase-2）

(2)点击Set按钮打开Secondary Phase（次要相）面板 (3) 在 Name（名称）栏中设定物相名称

(4) 在 Phase Material（物相材料）列表中选择物相材料 (5) 定义材料性质

(6) 打开 Granular（颗粒）选项

（7）如果要冻结颗粒相的速度场，则打开 Packed Bed（充填床）选项。打开这个选项后，在流场的其他区域也要将颗粒相的速度定义为 0

（8）在 Secondary Phase（次要相）面板中定义下列参数，即直径、颗粒粘度、体积粘度、摩擦粘度、内摩擦角、颗粒扩散系数、最大体积百分比等参数，这些参数均用于计算相间动量和能量交换过程计算。 （9）点击 OK按钮完成设置过程 相间干扰因素的综合考虑：

（1）在 Phase Interaction（相间干扰）面板中，点击 Drag（阻力）标签 （2）在使用欧拉模型时，如果流动是湍流，则定义多相流的湍流模型 （3）如果流动中需要考虑彻体力作用，则打开重力选项，并定义重力加速度 （4）在流场边界上定义边界条件 （5）设置求解参数

（6）在初始化流场后，可以为各物相设置初始分布。在非定常计算中，这个初始场就是初始流场； 对于定常流计算， 设置初始分布可以增加计算初始阶段的稳定性。 可以在 Patch（补丁）面板中，用打补丁的方法为次要相设置初始体积百分比：Solve -> Initialize -> Patch...

如果需要打补丁的区域已经被定义为独立的网格区域，可以直接将体积百分比的

值定义在这个区域上。如果没有定义这样的区域，可以在网格中创建标志区域（register） ，然后再将体积百分比的值定义在上面。

（6） 在 VOF 计算中应该将参考压强点（reference pressure location）设在密

度最小的地方，如果流场中存在气体区域，则应该将参考压强点设在气体区域中。压强计算应该采用PRESTO!格式。体积百分比计算应该采用二阶格式或 QUICK 格式。在非定常计算中，推荐使用 PISO 格式，并且所有亚松弛因子可以设置为 1，而在使用四面体网格或三角形网格时，则建议将亚松弛因子设为 0.7 到 0.8 之间。如果计算中采用的是定常隐式 VOF 格式，则可以将所有亚松弛因子设在 0.2到 0.5 之间。

热交换模型

（1） 首先在Energy面板中激活Energy Equation选项。

（2） 加入粘性加热项。在流体中剪切力很大的流动问题时，比如在计算高速、

可压缩流动时，应该能量方程中加入粘性加热项。Visous Heating（粘性加热）

（3） 在流场的入口、出口和壁面上设置热力学边界条件。在入口和出口条件

中可以设置温度，在壁面上可以设置热流通量、温度、对流换热、外部辐射以及外部辐射与对流的混合边界条件。

（4） 定义材料属性。在定义材料属性时，热容和导热系数是必须定义的。在

定义过程中，也可以根据需要将各种材料属性定义为温度的函数。

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