Fluent建模.doc

目錄1. 理論知識(shí)1.1 Gambit軟件的介紹1.2 Fluent軟件的介紹1.3 Exceed.13+Gambit.V2.4.06+Fluent.6.3安裝介紹2. 建模過(guò)程2.1 Gambit 啟動(dòng)2.2 建立幾何模型3. 網(wǎng)格劃分3.1 劃分網(wǎng)格3.2 檢查網(wǎng)格劃分情況3.3 設(shè)置邊界類型3.4 輸出網(wǎng)格文件4. 計(jì)算求解4.1 檢查網(wǎng)格并定義長(zhǎng)度單位4.2 設(shè)置計(jì)算模型4.3 設(shè)置流體材料屬性4.4 設(shè)置邊界條件4.5 求解初始化4.6 設(shè)置殘差監(jiān)視4.7 保存case文件4.8 求解計(jì)算4.9 保存計(jì)算結(jié)果5. 后期處理5.1 讀入case和data文件5.2 顯示網(wǎng)格5.3 創(chuàng)建相關(guān)面5.4 計(jì)算各單電池獲得的質(zhì)量流率5.5 繪制圖表6. 參考鏈接第一章 理論知識(shí)1.1 Gambit軟件的介紹GAMBIT是為了幫助分析者和設(shè)計(jì)者建立并網(wǎng)格化計(jì)算流體力學(xué)（CFD）模型和其它科學(xué)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一個(gè)軟件包。GAMBIT通過(guò)它的用戶界面（GUI）來(lái)接受用戶的輸入。GAMBIT GUI簡(jiǎn)單而又直接的做出建立模型、網(wǎng)格化模型、指定模型區(qū)域大小等基本步驟，然而這對(duì)很多的模型應(yīng)用已是足夠了。 面向CFD分析的高質(zhì)量的前處理器，其主要功能包括幾何建模和網(wǎng)格生成。由于GAMBIT本身所具有的強(qiáng)大功能，以及快速的更新，在目前所有的CFD前處理軟件中，GAMBIT穩(wěn)居上游。 GAMBIT軟件具有以下特點(diǎn)： ACIS內(nèi)核基礎(chǔ)上的全面三維幾何建模能力，通過(guò)多種方式直接建立點(diǎn)、線、面、體，而且具有強(qiáng)大的布爾運(yùn)算能力，ACIS內(nèi)核已提高為ACIS R12。該功能大大領(lǐng)先于其它CAE軟件的前處理器； 可對(duì)自動(dòng)生成的Journal文件進(jìn)行編輯，以自動(dòng)控制修改或生成新幾何與網(wǎng)格； 可以導(dǎo)入PRO/E、UG、CATIA、SOLIDWORKS、ANSYS、PATRAN等大多數(shù)CAD/CAE軟件所建立的幾何和網(wǎng)格。導(dǎo)入過(guò)程新增自動(dòng)公差修補(bǔ)幾何功能，以保證GAMBIT與CAD軟件接口的穩(wěn)定性和保真性，使得幾何質(zhì)量高，并大大減輕工程師的工作量； 新增PRO/E、CATIA等直接接口， 使得導(dǎo)入過(guò)程更加直接和方便； 強(qiáng)大的幾何修正功能，在導(dǎo)入幾何時(shí)會(huì)自動(dòng)合并重合的點(diǎn)、線、面；新增幾何修正工具條，在消除短邊、縫合缺口、修補(bǔ)尖角、去除小面、去除單獨(dú)輔助線和修補(bǔ)倒角時(shí)更加快速、自動(dòng)、靈活，而且準(zhǔn)確保證幾何體的精度； G/TURBO模塊可以準(zhǔn)確而高效的生成旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的各種風(fēng)扇以及轉(zhuǎn)子、定子等的幾何模型和計(jì)算網(wǎng)格； 強(qiáng)大的網(wǎng)格劃分能力，可以劃分包括邊界層等CFD特殊要求的高質(zhì)量網(wǎng)格。GAMBIT中專用的網(wǎng)格劃分算法可以保證在復(fù)雜的幾何區(qū)域內(nèi)直接劃分出高質(zhì)量的四面體、六面體網(wǎng)格或混合網(wǎng)格； 先進(jìn)的六面體核心(HEXCORE)技術(shù)是GAMBIT所獨(dú)有的，集成了笛卡爾網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的優(yōu)點(diǎn)，使用該技術(shù)劃分網(wǎng)格時(shí)更加容易，而且大大節(jié)省網(wǎng)格數(shù)量、提高網(wǎng)格質(zhì)量； 居于行業(yè)領(lǐng)先地位的尺寸函數(shù)（Size function）功能可使用戶能自主控制網(wǎng)格的生成過(guò)程以及在空間上的分布規(guī)律，使得網(wǎng)格的過(guò)渡與分布更加合理，最大限度地滿足CFD分析的需要； GAMBIT可高度智能化地選擇網(wǎng)格劃分方法，可對(duì)極其復(fù)雜的幾何區(qū)域劃分出與相鄰區(qū)域網(wǎng)格連續(xù)的完全非結(jié)構(gòu)化的混合網(wǎng)格； 新版本中增加了新的附面層網(wǎng)格生成器，可以方便地生成高質(zhì)量的附面層網(wǎng)格； 可為FLUENT、POLYFLOW、 FIDAP、ANSYS等解算器生成和導(dǎo)出所需要的網(wǎng)格和格式。1.2 Fluent軟件的介紹CFD商業(yè)軟件介紹之一FLUENT 通用CFD軟件包，用來(lái)模擬從不可壓縮到高度可壓縮范圍內(nèi)的復(fù)雜流動(dòng)。由于采用了多種求解方法和多重網(wǎng)格加速收斂技術(shù)，因而FLUENT能達(dá)到最佳的收斂速度和求解精度。靈活的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和基于解的自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)及成熟的物理模型，使FLUENT在轉(zhuǎn)換與湍流、傳熱與相變、化學(xué)反應(yīng)與燃燒、多相流、旋轉(zhuǎn)機(jī)械、動(dòng)/變形網(wǎng)格、噪聲、材料加工、燃料電池等方面有廣泛應(yīng)用。FLUENT軟件具有以下特點(diǎn)： FLUENT軟件采用基于完全非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的有限體積法，而且具有基于網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)格單元的梯度算法； 定常/非定常流動(dòng)模擬，而且新增快速非定常模擬功能； FLUENT軟件中的動(dòng)/變形網(wǎng)格技術(shù)主要解決邊界運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題，用戶只需指定初始網(wǎng)格和運(yùn)動(dòng)壁面的邊界條件，余下的網(wǎng)格變化完全由解算器自動(dòng)生成。網(wǎng)格變形方式有三種：彈簧壓縮式、動(dòng)態(tài)鋪層式以及局部網(wǎng)格重生式。其局部網(wǎng)格重生式是FLUENT所獨(dú)有的，而且用途廣泛，可用于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格、變形較大問(wèn)題以及物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律事先不知道而完全由流動(dòng)所產(chǎn)生的力所決定的問(wèn)題； FLUENT軟件具有強(qiáng)大的網(wǎng)格支持能力，支持界面不連續(xù)的網(wǎng)格、混合網(wǎng)格、動(dòng)/變形網(wǎng)格以及滑動(dòng)網(wǎng)格等。值得強(qiáng)調(diào)的是，F(xiàn)LUENT軟件還擁有多種基于解的網(wǎng)格的自適應(yīng)、動(dòng)態(tài)自適應(yīng)技術(shù)以及動(dòng)網(wǎng)格與網(wǎng)格動(dòng)態(tài)自適應(yīng)相結(jié)合的技術(shù)； FLUENT軟件包含三種算法：非耦合隱式算法、耦合顯式算法、耦合隱式算法，是商用軟件中最多的； FLUENT軟件包含豐富而先進(jìn)的物理模型，使得用戶能夠精確地模擬無(wú)粘流、層流、湍流。湍流模型包含Spalart-Allmaras模型、k-模型組、k-模型組、雷諾應(yīng)力模型(RSM)組、大渦模擬模型(LES)組以及最新的分離渦模擬(DES)和V2F模型等。另外用戶還可以定制或添加自己的湍流模型； 適用于牛頓流體、非牛頓流體； 含有強(qiáng)制/自然/混合對(duì)流的熱傳導(dǎo)，固體/流體的熱傳導(dǎo)、輻射； 化學(xué)組份的混合/反應(yīng)； 自由表面流模型，歐拉多相流模型，混合多相流模型，顆粒相模型，空穴兩相流模型，濕蒸汽模型； 融化溶化/凝固；蒸發(fā)/冷凝相變模型； 離散相的拉格朗日跟蹤計(jì)算； 非均質(zhì)滲透性、慣性阻抗、固體熱傳導(dǎo)，多孔介質(zhì)模型（考慮多孔介質(zhì)壓力突變）； 風(fēng)扇，散熱器，以熱交換器為對(duì)象的集中參數(shù)模型； 慣性或非慣性坐標(biāo)系，復(fù)數(shù)基準(zhǔn)坐標(biāo)系及滑移網(wǎng)格； 動(dòng)靜翼相互作用模型化后的接續(xù)界面； 基于精細(xì)流場(chǎng)解算的預(yù)測(cè)流體噪聲的聲學(xué)模型； 質(zhì)量、動(dòng)量、熱、化學(xué)組份的體積源項(xiàng)； 豐富的物性參數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)； 磁流體模塊主要模擬電磁場(chǎng)和導(dǎo)電流體之間的相互作用問(wèn)題； 連續(xù)纖維模塊主要模擬纖維和氣體流動(dòng)之間的動(dòng)量、質(zhì)量以及熱的交換問(wèn)題； 高效率的并行計(jì)算功能，提供多種自動(dòng)/手動(dòng)分區(qū)算法；內(nèi)置MPI并行機(jī)制大幅度提高并行效率。另外，F(xiàn)LUENT特有動(dòng)態(tài)負(fù)載平衡功能，確保全局高效并行計(jì)算； FLUENT軟件提供了友好的用戶界面，并為用戶提供了二次開發(fā)接口（UDF）； FLUENT軟件采用C/C+語(yǔ)言編寫，從而大大提高了對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)存的利用率。 1.3 Exceed.13+Gambit.V2.4.06+Fluent.6.3安裝介紹1) 將壓縮包解壓為三個(gè)文件夾到D盤，如圖1-1所示。圖1- 1壓縮包解壓文件2) 安裝環(huán)境exceed.13i. 如圖1-2所示，雙擊應(yīng)用程序Msetup進(jìn)行安裝。圖1- 2 文件夾exceed.13ii. 彈出窗口如圖1-3所示，點(diǎn)擊install exceed。圖1- 3 exceed.13安裝iii. 彈出窗口如圖1-4所示，點(diǎn)擊personal installation。圖1- 4 exceed.13安裝iv. 彈出窗口如圖1-5所示，選擇english，點(diǎn)擊OK。圖1- 5 exceed.13安裝v. 剩余步驟按照提示操作直至安裝結(jié)束。3) 安裝gambiti. 在解壓縮后的文件夾內(nèi)，雙擊應(yīng)用程序gambit-install-2.4.6，如圖1-6所示。圖1- 6 gambit解壓縮文件夾ii. 彈出對(duì)話框如圖1-7所示。依次按照提示點(diǎn)擊next。圖1- 7 gambit安裝iii. 將安裝文件保存到D盤，如圖1-8所示。（與此前安裝的exceed，以及此后將要安裝的fluent都置于同一個(gè)根目錄下，以免運(yùn)行時(shí)報(bào)錯(cuò)。）圖1- 8 gambit安裝依次按照提示點(diǎn)擊next，直至安裝結(jié)束。iv. 將圖1-6內(nèi)所示的拷貝到D:fluent.Inclicense。將拷貝到D:Fluent.Incgambit2.4.6。(勾掉選項(xiàng)，不要對(duì)server name進(jìn)行設(shè)定)v. 安裝結(jié)束，重啟電腦。4) 安裝fluenti. 打開已解壓縮的文件夾，雙擊進(jìn)行安裝。ii. 按照提示點(diǎn)擊next，同樣將其安裝到D:fluent.Inc。如圖1-9所示。圖1- 9 fluent安裝 iii. 安裝結(jié)束之后，將fluent解壓縮后的文件夾內(nèi)的拷貝到D: Fluent.Inclicense。iv. 重啟電腦，安裝成功。第二章 建模過(guò)程2.1 Gambit啟動(dòng)1) 雙擊桌面的Gambit 2.4.6 快捷方式，如圖2-1；彈出對(duì)話框，如圖2-2，單擊Run，啟動(dòng)Gambit軟件，窗口布局如2-3所示。 圖 2- 1 啟動(dòng)GAMBIT 圖 2- 2 Gambit Startup 對(duì)話框圖 2- 3 Gambit 窗口布局 2.2 建立幾何結(jié)構(gòu)1) 建立氣道部分操作步驟：i. operation geometry volume ，彈出創(chuàng)建立方體的對(duì)話框，在對(duì)應(yīng)的width（X）、depth（Y）、height（Z）內(nèi)填入相應(yīng)數(shù)據(jù)，如圖 2-4 所示。圖 2- 4 立方體設(shè)置對(duì)話框點(diǎn)擊apply，所創(chuàng)建的立方體如圖2-5所示。圖 2- 5 單條氣道可以按下鼠標(biāo)左鍵來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)圖形，按下右鍵上下拖動(dòng)可以縮放圖形。ii. 點(diǎn)擊， 彈出對(duì)話框，點(diǎn)選 copy=16，z=-6，其他設(shè)置不變，結(jié)果如圖2-6所示。圖 2- 6 copy volumes 界面首先在的黃色區(qū)域單擊左鍵，再按住shift鍵，左鍵點(diǎn)擊已畫出的立方體模型，模型變成紅色，同時(shí)黃色區(qū)域內(nèi)自動(dòng)顯示所選模型的編號(hào)，如，最后點(diǎn)擊apply，得到界面如圖2-7所示。圖 2- 7 氣道部分iii. 構(gòu)建氣道的導(dǎo)流部分如步驟a)所示，設(shè)置參數(shù)如圖2-8，得到界面如圖2-9。圖 2- 8 分流部分設(shè)置 圖 2- 9創(chuàng)建分流部分接著，移動(dòng)剛創(chuàng)建的長(zhǎng)方體。首先確定相關(guān)點(diǎn)的坐標(biāo)，步驟如圖2-10所示。 圖 2- 10 確定相關(guān)點(diǎn)的坐標(biāo) 圖 2- 11 提取點(diǎn)的代號(hào)按住shift，左鍵點(diǎn)擊模型上任一點(diǎn)，黃色區(qū)域會(huì)自動(dòng)提取點(diǎn)的代號(hào)，如圖2-11所示。點(diǎn)擊apply，主界面下方transcript將顯示該點(diǎn)的坐標(biāo)，如圖2-12所示。圖 2- 12 顯示該點(diǎn)的坐標(biāo)將與移動(dòng)模型所需的點(diǎn)的坐標(biāo)記錄好之后，便可以開始移動(dòng)模型了。相關(guān)參數(shù)設(shè)置如圖2-13。 圖 2- 13模型移動(dòng)參數(shù)設(shè)置 圖2- 14 導(dǎo)流部分圖按住shift鍵，左鍵點(diǎn)選剛創(chuàng)建的模型，該模型變成紅色，表明已點(diǎn)選成功，同時(shí)，圖2-13黃色區(qū)域內(nèi)將顯示出相應(yīng)的模型編號(hào)。點(diǎn)擊apply，得到界面如圖2-14所示。點(diǎn)擊左邊剛移動(dòng)的模型，將其映射到X軸正向。設(shè)置參數(shù)，如圖2-15所示。 圖 2- 15 導(dǎo)流部分映射（a） 圖 2- 16 導(dǎo)流部分映射（b）點(diǎn)擊圖中define按鈕，彈出對(duì)話框，如圖2-16所示。選擇X negative，點(diǎn)擊apply。彈回到2-16界面，再次點(diǎn)擊apply。得到界面如圖2-17所示。圖 2- 17 氣道部分模型iv. 構(gòu)建氣道主管部分步驟如d)所示，相關(guān)尺寸設(shè)置如圖2-18所示。 圖 2- 18 主管部分參數(shù) 圖 2- 19 模型移動(dòng)將剛生成的長(zhǎng)方體按照?qǐng)D2-19所示參數(shù)進(jìn)行移動(dòng)，得到結(jié)構(gòu)如圖2-20。 圖 2- 20 主管inlet1部分結(jié)構(gòu) 圖 2- 21 創(chuàng)建主管inlet1剩余結(jié)構(gòu)同樣的方法再一次建立一個(gè)長(zhǎng)方體，參數(shù)為width(x)=10, depth(y)=4.5, height(z)=23。 如圖2-21所示。將a點(diǎn)移動(dòng)到b點(diǎn)，參數(shù)如圖2-22，得到模型如圖2-23所示。 圖 2- 22 移動(dòng)a點(diǎn)到b點(diǎn) 圖2- 23 主管inlet1結(jié)構(gòu)復(fù)制主管部分。按住shift鍵，左鍵連續(xù)點(diǎn)擊上步所構(gòu)建的主管部分，兩個(gè)部件都變成紅色，表示已選定，相關(guān)參數(shù)設(shè)置如2-24所示。 圖 2- 24 主管復(fù)制并移動(dòng)圖 圖2- 25 主管inlet建立完成點(diǎn)擊apply，得到界面如圖2-25所示。按照2-16所示的映射方式，將剛構(gòu)建的三個(gè)主管映射到另外一側(cè)，得到界面如圖2-26所示。圖 2- 26 單電池完整2D視圖按住左鍵，轉(zhuǎn)動(dòng)模型，可以看到各個(gè)部分的情況。將所有部件合為一體。步驟如圖2-27所示。 圖 2- 27 合并各部件圖 2- 28 合并步驟3對(duì)話框步驟3點(diǎn)擊之后，彈出對(duì)話框，如圖2-28所示。完成步驟2后，主界面上所有部件全部變?yōu)榧t色，表明已全部選中。點(diǎn)擊2-27中的apply，所有部件合為一體。如圖2-29所示。圖 2- 29 單電池完整3D視圖至此，單電池氣道模型構(gòu)建結(jié)束。另附一些視圖效果的處理。在整個(gè)操作界面的右下角global control，如圖2-30所示。按住右鍵點(diǎn)擊，彈出菜單，選擇，得到模型的三維視圖。圖 2- 30 global control回到global control 菜單，點(diǎn)擊，彈出菜單special display attributes，相關(guān)設(shè)置如圖2-31所示。圖 2- 31 special display attributes設(shè)置得到?jīng)]有顯示點(diǎn)的實(shí)體模型，如圖2-32所示。圖 2- 32 單電池3D實(shí)體模型視圖v. 堆疊單電池，形成含有十層單電池的電堆。操作如圖2-33所示。圖 2- 33 堆疊10層單電池執(zhí)行完1-5步之后，左鍵點(diǎn)擊黃色區(qū)域，再按住shift鍵，左鍵點(diǎn)擊所構(gòu)建的單電池，選定需要復(fù)制的部件之后，執(zhí)行第6步，得到界面，如圖2-34所示。圖 2- 34 10層電堆結(jié)構(gòu)圖執(zhí)行圖2-27,圖2-28所示步驟，將十層單電池合為一體。并且執(zhí)行圖2-30以及圖2-31所示步驟，得到界面如圖2-35所示。圖 2- 35 10層電池堆3D實(shí)體模型視圖接下來(lái)，將模型保存。操作如圖2-36所示。圖 2- 36 保存模型文件（1） 圖 2- 37 保存模型文件（2）設(shè)置保存名稱10-cell stack，如圖2-37所示。點(diǎn)擊accept，保存完畢。至此，十層電堆模型構(gòu)建結(jié)束。第三章 網(wǎng)格劃分3.1 網(wǎng)格劃分針對(duì)本模型，采用六面體網(wǎng)格。具體操作步驟如圖3-1所示：圖 3- 1 網(wǎng)格劃分參數(shù)設(shè)定在按住shift，點(diǎn)選模型之后，黃色部分自動(dòng)顯示所選模型代號(hào)，element將自動(dòng)選擇hex，type自動(dòng)選擇submap。（注：此處亦可根據(jù)運(yùn)算的需要選擇其它類型網(wǎng)格，詳情參考后附的gambit中文幫助中關(guān)于網(wǎng)格劃分的章節(jié)。作者嘗試過(guò)使用四面體網(wǎng)格進(jìn)行劃分，不僅劃分速度較慢，而且在進(jìn)行網(wǎng)格檢查的時(shí)候發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格的扭曲度較大，計(jì)算結(jié)果的可靠度不高。讀者可自行嘗試劃分，并同六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格相比較。）在spacing下可根據(jù)計(jì)算的精度選擇網(wǎng)格的尺寸interval size，本例選擇1。如圖3-2所示。圖 3- 2 網(wǎng)格尺寸選擇點(diǎn)擊apply，系統(tǒng)開始劃分網(wǎng)格，界面如圖3-3所示。圖 3- 3 網(wǎng)格劃分過(guò)程界面注：以上直接進(jìn)行網(wǎng)格劃分的方法通常只對(duì)于簡(jiǎn)單的模型，對(duì)于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的算例，比如本例而言，則會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題，如圖3-4所示。圖 3- 4 直接劃分出的不規(guī)則網(wǎng)格由于模型結(jié)構(gòu)的原因，部分網(wǎng)格將會(huì)出現(xiàn)扭曲和不規(guī)則，這是劃分網(wǎng)格的大忌，將嚴(yán)重影響隨后進(jìn)行的計(jì)算的精讀。所以，針對(duì)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，應(yīng)該將其分割成較為簡(jiǎn)單和規(guī)則的結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行單獨(dú)劃分。針對(duì)本例，可將十層電堆重新劃分成十個(gè)單層電池，分別對(duì)各層單電池進(jìn)行劃分，網(wǎng)格類型為六面體網(wǎng)格。（注：這樣的劃分方案看似和之前電堆的建模過(guò)程相矛盾，實(shí)則是不同的，此時(shí)的重新分割是通過(guò)建立虛擬存在的面來(lái)劃分，旨在使得網(wǎng)格劃分的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，同時(shí)保證各層單電池的網(wǎng)格是相互連接的。并且，十層單電池單獨(dú)按次序劃分結(jié)束后也并不需要再將十層結(jié)構(gòu)再進(jìn)行一次合并，因?yàn)橹斑M(jìn)行的劃分是虛擬劃分。）詳細(xì)步驟如下。1) 創(chuàng)建用于分割電堆的面步驟如圖3-5所示。得到界面如圖3-6所示。圖 3- 5 創(chuàng)建用于分割的面圖 3- 6 創(chuàng)建的面的示意圖此時(shí)，需將所創(chuàng)建的面移動(dòng)到電堆的最底層和倒數(shù)第二層的交界處。步驟如3-7所示。圖 3- 7 移動(dòng)分割面將此面復(fù)制到相鄰的兩個(gè)單電池之間。共需向上復(fù)制8個(gè)。步驟如圖3-8所示。圖 3- 8 復(fù)制分割面得到界面如圖3-9所示。圖 3- 9 分割面建立成功2) 分割實(shí)體通過(guò)所建立的面，將電堆劃分為十個(gè)單電池。步驟如圖3-10所示。圖 3- 10 分割實(shí)體過(guò)程設(shè)置得到效果如圖3-11所示。圖 3- 11 電堆被分割后的效果圖3) 單獨(dú)劃分從電堆的最上層單電池開始，依次向下進(jìn)行劃分。針對(duì)最上層的單電池，步驟如圖3-12所示。圖 3- 12 單獨(dú)劃分網(wǎng)格設(shè)置過(guò)程如圖3-13所示。圖 3- 13 單獨(dú)劃分網(wǎng)格過(guò)程該層電池劃分結(jié)束，粗略的可以發(fā)現(xiàn)，所劃分的網(wǎng)格較圖3-4中所示的效果而言，沒(méi)有出現(xiàn)扭曲的現(xiàn)象，非常規(guī)整。如圖3-14所示。（具體的網(wǎng)格數(shù)據(jù)在隨后的步驟中將會(huì)給出。）圖 3- 14 部分網(wǎng)格示意圖剩下的單電池劃分方式相同。逐一劃分結(jié)束之后將得到如圖3-15所示的效果。圖 3- 15 電堆網(wǎng)格整體示意圖3.2 檢查網(wǎng)格劃分情況點(diǎn)擊位于主界面右下角工具欄中的圖標(biāo)，打開網(wǎng)絡(luò)設(shè)置對(duì)話框，如圖3-16所示。圖 3- 16 網(wǎng)格檢查1) 在display type（顯示類型）項(xiàng)選擇plane（平面）。2) 選擇3D element 以及。3) 在quality type （質(zhì)量類型）項(xiàng)選擇equalangle skew 。4) 在cut orientation 項(xiàng)， 用鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)Z軸滑塊，會(huì)顯示不同的Z值平面上的網(wǎng)格。5) 在cut orientation 項(xiàng)，用鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)X或Y軸滑塊，則會(huì)顯示X和Y平面上的網(wǎng)格。6) 在display type項(xiàng)選擇range，點(diǎn)擊對(duì)話框下部滑塊可選擇顯示的比例及大小。同時(shí)可以看出網(wǎng)格總數(shù)以及每一部分的網(wǎng)格質(zhì)量好壞。3.3 設(shè)置邊界類型注意：在設(shè)置邊界類型之前，可按照之前介紹的方法，在中將網(wǎng)格設(shè)置為不可見(jiàn)，這樣利于計(jì)算機(jī)減少在這個(gè)階段的計(jì)算量，同時(shí)便于對(duì)相關(guān)面進(jìn)行觀察和設(shè)置。1) 設(shè)置入口邊界。操作如圖3-17所示。圖 3- 17 邊界類型設(shè)置注：第五步時(shí)，右鍵長(zhǎng)按，拖動(dòng)選擇velocity_inlet。第六步時(shí)，按住shift鍵，左鍵點(diǎn)選模型中的第一個(gè)入口，變成紅色表明選中為inlet 1。如圖3-18所示。圖 3- 18 選擇inlet1以相同的方式設(shè)置其他兩個(gè)速度入口inlet 2和inlet 3。2) 設(shè)置出口邊界。如同設(shè)置inlet的方式，點(diǎn)選模型另一側(cè)的三個(gè)面來(lái)設(shè)置oulet1，outlet2和outlet3。注意type項(xiàng)要相應(yīng)的選擇pressure_out。邊界類型設(shè)置完畢之后的界面如圖3-19所示。圖 3- 19 邊界類型設(shè)置完成注意：對(duì)于其他未設(shè)置的面，默認(rèn)為固壁。3.4 輸出網(wǎng)格文件操作如圖3-20所示。 圖 3- 20 網(wǎng)格輸出 圖 3- 21 文件名稱保存保留默認(rèn)設(shè)置，點(diǎn)擊accept確認(rèn)。如圖3-21所示。第四章 計(jì)算求解4.1 檢查網(wǎng)格并定義長(zhǎng)度單位1) 啟動(dòng)fluent 6.3.26點(diǎn)擊fluent 6.3.26圖標(biāo)，彈出對(duì)話框，如圖4-1所示。選擇3d，點(diǎn)擊run。圖4- 1 啟動(dòng)fluent2) 讀入網(wǎng)格文件如圖4-2所示操作順序。圖4- 2 讀入網(wǎng)格信息在相應(yīng)的文件夾內(nèi)找到之前保存的10-cell stack.msh讀入。讀入后界面如圖4-3所示。圖4- 3 網(wǎng)格信息顯示3) 網(wǎng)格光滑與交換操作如圖4-4所示。圖4- 4 網(wǎng)格光滑彈出對(duì)話框如圖4-5所示。圖4- 5 網(wǎng)格光劃過(guò)程反復(fù)點(diǎn)擊smooth和swap，直到主界面顯示的數(shù)據(jù)沒(méi)有變化，顯示no nodes moved, smoothing complete. Done.為止。關(guān)閉對(duì)話框。4) 確定長(zhǎng)度單位為cm。依次點(diǎn)擊grid-scale，打開長(zhǎng)度單位設(shè)置對(duì)話框，如圖4-6所示。圖4- 6 設(shè)置模型尺寸i. 在1處點(diǎn)選mm。ii. 點(diǎn)擊2處后，此時(shí)domain extents的單位全部變?yōu)閙m。iii. 點(diǎn)擊3處，界面給出區(qū)域的范圍。5) 檢查網(wǎng)格依次點(diǎn)擊gridcheck。Fluent會(huì)對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行各種檢查并在信息反饋窗口中顯示檢查過(guò)程和結(jié)果，如圖4-7所示。圖4- 7 檢查網(wǎng)格信息其中，特別需要注意的是，最小體積必須是正值，不能有警告或者錯(cuò)誤信息，最后一行必須是Done。6) 顯示網(wǎng)格依次點(diǎn)擊displaygrid，打開網(wǎng)格顯示對(duì)話框后，按圖4-8操作，可得到區(qū)域網(wǎng)格圖。圖4- 8 顯示網(wǎng)格4.2 設(shè)置計(jì)算模型1) 設(shè)置求解器按照?qǐng)D4-9順序操作，彈出求解器設(shè)置對(duì)話框，如圖4-10所示。圖4- 9 設(shè)置計(jì)算模型圖4- 10 模型設(shè)置信息保留原始設(shè)置，點(diǎn)擊OK。2) 啟動(dòng)能量方程點(diǎn)擊definemodelsenergy，打開能量方程設(shè)置對(duì)話框，如圖4-11所示，點(diǎn)擊OK。圖4- 11 設(shè)置能量方程3) 設(shè)置層流模型點(diǎn)擊definemodelsviscous，打開對(duì)話框，如圖4-12所示，點(diǎn)選laminar，其他保留初始設(shè)置，點(diǎn)擊OK。圖4- 12 設(shè)置層流模型4.3 設(shè)置流體的材料屬性點(diǎn)擊definematerials，打開材料屬性設(shè)置對(duì)話框，如圖4-13所示。圖4- 13 設(shè)置流體材料屬性i. 點(diǎn)擊右側(cè)的fluent database，打開流體材料庫(kù)對(duì)話框，如圖4-14所示。圖4- 14 選擇流體材料為氫氣ii. 在fluent fluid materials列表中選擇hydrogen。iii. 點(diǎn)擊copy，點(diǎn)擊close。iv. 回到圖4-13，此時(shí)material name里面顯示的就是剛才點(diǎn)選的hydrogen了，點(diǎn)擊change/creat。v. 點(diǎn)擊close，關(guān)閉材料屬性設(shè)置對(duì)話框。4.4 設(shè)置邊界條件依次點(diǎn)擊Defineboundary condition，打開邊界條件設(shè)置對(duì)話框，如圖4-15所示。1) 選擇工作流體為氫氣按照?qǐng)D4-15所示步驟執(zhí)行。圖4- 15 選擇工作流體為氫氣2) 設(shè)置入流口的邊界條件Inlet 1操作步驟如圖4-16、4-17所示圖4- 16 inlet1設(shè)置（1）圖4- 17 inlet設(shè)置（2）補(bǔ)充說(shuō)明：i. 第四步，速度0.94m/s的設(shè)置。參考鏈接：A key geometric parameter for the flow uniformity in planar solid oxide fuel cell stacks. Wuxi Bi, Daifen Chen, Zijing Lin*. internatinal journal of hydrogen energy 3 4 ( 2 0 0 9 ) 3 8 7 3 3 8 8 4. 中的3.3節(jié)，關(guān)于入口速度的計(jì)算公式。ii. 第六步，反應(yīng)溫度取1073K，此時(shí)的氫氣密度經(jīng)計(jì)算為0.02287kg/m3。iii. 其余兩個(gè)入流口inlet2 和inlet3的操作和inlet1相同。3) 設(shè)置出流口的邊界條件Outlet1的操作步驟如圖4-18所示。圖4- 18 outlet1設(shè)置Outlet2和outlet3的步驟與上述相同。4.5 求解初始化點(diǎn)擊solveinitializeinitialize，打開求解初始化設(shè)置對(duì)話框，如圖4-19所示。圖4- 19 模型初始化完成流場(chǎng)初始化。4.6 設(shè)置殘差監(jiān)視點(diǎn)擊solvemonitorresidual，打開監(jiān)視器設(shè)置對(duì)話框，如圖4-20所示。圖4- 20 殘差監(jiān)視窗口補(bǔ)充說(shuō)明：第二部將數(shù)值設(shè)定為1e-06，這是比較高的收斂值，雖然會(huì)降低計(jì)算的速度，但可以使得計(jì)算的精度更好。4.7 保存case文件點(diǎn)擊filewritecase，保存文件名為10-cell stack.cas。4.8 求解計(jì)算點(diǎn)擊solveiterate，打開迭代計(jì)算對(duì)話框，如圖4-21所示。圖4- 21 計(jì)算迭代窗口Fluent開始計(jì)算。在迭代191次后，計(jì)算收斂，殘差監(jiān)視曲線如圖4-22所示。圖4- 22 殘差監(jiān)視曲線補(bǔ)充說(shuō)明（一）:關(guān)于計(jì)算是否收斂的判斷。圖4-22 是計(jì)算進(jìn)行到第191 步時(shí)殘差曲線的走勢(shì)。因?yàn)闆](méi)有普適的收斂判斷標(biāo)準(zhǔn)，所以在觀察殘差曲線時(shí)，不要僅僅監(jiān)視殘差曲線下降的數(shù)量級(jí)，最好同時(shí)能夠監(jiān)視相關(guān)流場(chǎng)變量的變化情況。簡(jiǎn)單地說(shuō)，可以用三種方法判斷計(jì)算是否已經(jīng)收斂：（參考鏈接：流體中文網(wǎng)fluent全攻略.pdf）（1）觀察殘差曲線?？梢栽跉埐畋O(jiān)視器面板中設(shè)置Convergence Criterion（收斂判據(jù)），比如設(shè)為10-6，則殘差下降到小于10-6 時(shí)，系統(tǒng)即認(rèn)為計(jì)算已經(jīng)收斂并同時(shí)終止計(jì)算。（2）流場(chǎng)變量不再變化。有時(shí)候不論怎樣計(jì)算，殘差都不能降到收斂判據(jù)以下。此時(shí)可以用具有代表性的流場(chǎng)變量來(lái)判斷計(jì)算是否已經(jīng)收斂如果流場(chǎng)變量在經(jīng)過(guò)很多次迭代后不再發(fā)生變化，就可以認(rèn)為計(jì)算已經(jīng)收斂。（3）總體質(zhì)量、動(dòng)量、能量達(dá)到平衡。在Flux Reports（通量報(bào)告）面板中檢查質(zhì)量、動(dòng)量、能量和其他變量的總體平衡情況。通過(guò)計(jì)算域的凈通量應(yīng)該小于0.1%。Flux Reports（通量報(bào)告）面板如圖4-23 所示，其啟動(dòng)方法為：Report - Fluxes圖4- 23 Flux Reports（通量報(bào)告）面板4.9 保存計(jì)算結(jié)果點(diǎn)擊filewritedata，保存的文件名為10-cell stack.dat。補(bǔ)充說(shuō)明（二）：如何將fluent背景設(shè)置為白色。方法一：打開Fluent軟件，在file里選擇hardcopy，進(jìn)入對(duì)話框后，去掉Reverse foregroung/background，然后點(diǎn)擊Preview，彈出的對(duì)話框選Yes，然后再勾選Reverse foregroung/background，點(diǎn)擊Preview，彈出對(duì)話框選擇No,你會(huì)發(fā)現(xiàn)此時(shí)Fluent 的圖片背景是白色的了；方法二：如果只是想要圖片貼到WORD中，那還有一種更簡(jiǎn)單的方法，就是直接右擊圖片框上面的藍(lán)色欄，選擇copy to Clipboard，復(fù)制到WORD里就是白色背景，不過(guò)不會(huì)發(fā)現(xiàn)顏色比在Fluent中淡些。建議用第一種方法！參考鏈接：/html/200907/1414287.html第五章 后期處理5.1 讀入case和data文件點(diǎn)擊filereadcase&data，讀入10-cell stack.cas和10-cell stack.dat。5.2 顯示網(wǎng)格（結(jié)構(gòu)）點(diǎn)擊displaygrid，打開網(wǎng)格顯示對(duì)話框，點(diǎn)擊display，顯示網(wǎng)格。如圖5-1所示。圖5- 1 網(wǎng)格顯示補(bǔ)充說(shuō)明：1) Option項(xiàng)可以選擇需要觀察的線或者面。2) 在edge type中，如果只想觀察結(jié)構(gòu)，不需要觀察網(wǎng)格，就選擇feature。3) 在surface中可以選擇需要觀察的面。4) 可以利用鼠標(biāo)左鍵和中鍵對(duì)圖形進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、縮放和移動(dòng)。5.3 創(chuàng)建相關(guān)面本算例旨在研究整個(gè)電堆的氣流分布均勻性，這就需要將每一層單電池獲得的氣流量進(jìn)行比較，故本節(jié)的主要工作是測(cè)量每一層單電池三個(gè)氣流出口（outlet1、outlet2以及outlet3）的質(zhì)量流率。由于整個(gè)十層電堆是聯(lián)成一體的，fluent只能直接計(jì)算出整個(gè)電堆的總出口的質(zhì)量流率，而不能直接計(jì)算出每一層單獨(dú)的質(zhì)量流率，所以需要?jiǎng)?chuàng)建相關(guān)的面，也就是整個(gè)電堆的outlet在y軸正向上的若干橫截面來(lái)分別對(duì)每一層電池進(jìn)行質(zhì)量流率的計(jì)算。具體步驟如下：1) 點(diǎn)擊surfaceplane，打開plane surface窗口。設(shè)置如圖5-2所示：圖5- 2 創(chuàng)建相關(guān)的面所構(gòu)成的面plane-1如圖5-3中紅色部分所示。Plane-1是最底層單電池的氣流出口，也是整個(gè)電堆的outlet1+outlet2+outlet3的總和。圖5- 3 plane-1 示意圖補(bǔ)充說(shuō)明：i. 關(guān)于步驟2：points中三個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)的解釋。Fluent中plane surface所創(chuàng)建的面可由三個(gè)相關(guān)的點(diǎn)構(gòu)成，如圖5-3中所示的三個(gè)點(diǎn)即為圖5-2中points所指示的點(diǎn)。Points中的三個(gè)相關(guān)點(diǎn)的坐標(biāo)，可以在gambit中通過(guò)點(diǎn)坐標(biāo)的測(cè)量得到。具體方法見(jiàn)本文2-10。ii. 在步驟4之后，如果fluent沒(méi)有報(bào)錯(cuò)，則相關(guān)的面（比如plane-1）就構(gòu)建成功了。就可以通過(guò)display來(lái)查看剛才構(gòu)成的面是否符合要求。操作如圖5-4所示。圖5- 4 網(wǎng)格顯示針對(duì)本例，此處的目的是查看所構(gòu)建的plane是否和整個(gè)電堆的出口面積相同，同時(shí)，整個(gè)電堆的出口面積是outlet1+outlet2+outlet3的總和，所以在surfaces項(xiàng)選擇查看這四個(gè)面，如果在圖像上是重合的，那么說(shuō)明所構(gòu)建的plane是符合要求的。面積