流體傳熱研究fluent軟件

1、流體傳熱研究的強大工具fluent 軟件軟件云 和 明 博士山東大學(xué)空間熱科學(xué)中心主要內(nèi)容 Fluent 軟件簡介 Fluent 的強大功能 用fluent 軟件作流體分析的主要步驟 Fluent 的可靠性和準(zhǔn)確性 怎樣才能學(xué)好fluent軟件 用fluent軟件如何作論文和應(yīng)掌握那些方面的知識Fluent 軟件簡介 美國總部 基于有限容積法 功能強大，全世界最通用的流體傳熱計算軟件之一。 應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛(航空航天，汽車，空調(diào)供熱，流體機械，化學(xué)反應(yīng)，電子元件冷卻，石油開采，換熱器等眾多領(lǐng)域）Fluent 的強大功能 Fluent 可解決的問題: 汽車的內(nèi)流和外流及氣缸內(nèi)的流動 高速航天空氣

2、動力學(xué) 火箭的內(nèi)部流動 渦輪機械 反應(yīng)容器的設(shè)計 臺風(fēng)或颶風(fēng)，建筑物風(fēng)環(huán)境 氣泡動力學(xué)及兩相流 混合容器 流化床 流體誘導(dǎo)噪聲的預(yù)測 煤粉或者油，燃氣的燃燒 流動問題幾乎都能解決 流體和固體的共軛傳熱問題 流體和固體的耦合問題（水流沖擊一板條或者鳥類的翅膀扇動的過程，利用動網(wǎng)格）發(fā)動機的冷卻水套的溫度分布催化劑固體顆粒的濃度分布Velocity contour plotu=u(t), sinusoidal inlet velocityrigid wallrigid wallcompliant wallinitial mesh動脈血管脈動流動的模擬電子計算機機箱的熱分析與流體的粒子軌跡圖攪拌機的

3、速度流線圖用fluent 軟件作流體分析的主要步驟 提出問題和分析問題 建立數(shù)學(xué)模型 用gambit 建立幾何模型，然后劃分網(wǎng)格，施加邊界條件 導(dǎo)入fluent軟件進行網(wǎng)格檢查，施加邊界條件，定義流體屬性，求解設(shè)置 求解（觀察迭代殘差曲線的收斂趨勢，及時修正求解設(shè)置參數(shù)，或者其他方面的設(shè)置） 結(jié)果顯示(溫度，速度，壓力） 數(shù)據(jù)處理（origin, excel, tecplot 等）l提出問題：流動的性質(zhì)（內(nèi)流，外流，層流/紊流，單相/多相流，可壓/不可壓.） 流體屬性（牛頓流體：液體、單組分氣體、多組分氣體，化學(xué)反應(yīng)氣體；非牛頓流體）l分析問題建模：N_S方程，Boltzman方程（稀薄氣體流

4、動），各類本構(gòu)方程與封閉模型l求解問題 ：計算方法，離散方法的選擇l數(shù)據(jù)處理和結(jié)果顯示Fluent 的可靠性和準(zhǔn)確性生成飛機外流場的計算網(wǎng)格計算區(qū)域example1：生成飛機外流場的計算網(wǎng)格表面網(wǎng)格（全機）并行計算（fluent）并行計算環(huán)境簡介 硬件概況 IBM RS/6000 SP高性能并行計算系統(tǒng)。 4個高節(jié)點組成，專門針對大型計算設(shè)計的硬件結(jié)構(gòu)。 每個節(jié)點有主頻375M的16個CPU（PowerPC），每節(jié)點的CPU共享16G內(nèi)存。 每節(jié)點內(nèi)置硬盤存貯34G，整個系統(tǒng)外掛7133磁盤陣列，容量1T，以RAID5配置給每個節(jié)點250G。 4個節(jié)點之間通過千兆以太交換機進行數(shù)據(jù)交換。 軟件

5、概況 Operating System:AIX4.3 Parallel Environment: MPICH Parallel Solver: Starhpc并行計算實際計算概況采用定常的求解方式，失??！非定常的計算方法，逼近定常解。 計算的時間步長很小（106s），逐漸加大時間步長，加快收斂速度。 計算中采用16個節(jié)點并行計算，每個迭代步耗時40s左右。 每個工況，如果完全從初場迭代，需三天左右達到定常狀態(tài)，如果利用已有的計算結(jié)果開始迭代，大約需要一天左右的時間得到結(jié)果。計算結(jié)果（1）已經(jīng)計算的工況無偏航角（湍流（k-方程），無粘（Euler方程） ）亞音速段馬赫數(shù)Ma=0.8016 攻角

6、=0度（*）馬赫數(shù)Ma=0.8016 攻角 =2.10424度超音速段馬赫數(shù)Ma=1.5350 攻角 =0度 （*）馬赫數(shù)Ma=1.5350攻角 =0.99518度 有偏航角計算結(jié)果（2）全機靜壓分布計算結(jié)果（3）軸向剖面上靜壓分布（全域）計算區(qū)域足夠大計算結(jié)果（4）軸向剖面上靜壓分布（機頭）計算結(jié)果（5）軸向剖面上馬赫數(shù)分布計算結(jié)果（6）機翼橫斷面上靜壓分布計算結(jié)果（7）機翼橫斷面上馬赫數(shù)分布計算結(jié)果（8）尾翼附近流場計算結(jié)果（12）計算結(jié)果與試驗結(jié)果的對比（無偏航情況 Ma=0.8016=0度 ）升力系數(shù)阻力系數(shù)俯仰力矩系數(shù)實驗結(jié)果(未修正)0.013040.01787-0.00153無粘

7、（Euler方程）0.013590.01318-0.00710湍流（k-方程）0.012580.02109-0.00147計算結(jié)果（13）計算結(jié)果與試驗結(jié)果的對比（無偏航情況 Ma=1.5350=0度）升力系數(shù)阻力系數(shù)俯仰力矩系數(shù)實驗結(jié)果(未修正)0.001070.03933-0.00763無粘（Euler方程）0.004080.03677-0.00702湍流（k-方程）0.004080.03677-0.00702計算結(jié)果（14）計算結(jié)果與試驗結(jié)果的對比（無偏航情況 Ma=0.8016 =2.10424度）升力系數(shù)阻力系數(shù)俯仰力矩系數(shù)實驗結(jié)果(未修正)0.142570.02049-0.0165

8、3湍流（k-方程）0.136830.02477-0.01121計算結(jié)果（15）計算結(jié)果與試驗結(jié)果的對比（無偏航情況 Ma=1.5350 =0.99518度）升力系數(shù)阻力系數(shù)俯仰力矩系數(shù)實驗結(jié)果(未修正)0.054690.03935-0.02263湍流（k-方程，迭代15000step）0.055490.03651-0.01317湍流（k-方程，迭代24000step）0.055420.03650-0.01315利用Fluent進行建筑空氣動力學(xué)計算 建筑空氣動力學(xué)傳統(tǒng)解決方法（實驗） 先前Fluent解決建筑空氣動力學(xué)的實例 使用Fluent對首都展覽館數(shù)值模擬過程 使用Fluent對新北京電

9、視臺數(shù)值模擬 Fluent對低速復(fù)雜幾何形狀內(nèi)流模擬的一點經(jīng)驗Example2：建筑空氣動力學(xué)傳統(tǒng)解決方法（實驗）先前Fluent解決建筑空氣動力學(xué)的實例資料來源http:/ 工作環(huán)境 北京大學(xué)力學(xué)系流體力學(xué)教研室 機器配置雙奔三866，2G內(nèi)存 Gambit2.0 Fluent6.0 寫在幾何建模以前 建議作幾何建模的同志機械制圖要過關(guān) 建議選擇好的單位 建議使用Excel記錄建立幾何外形時候使用的數(shù)據(jù)使用Fluent對首都展覽館數(shù)值模擬過程 幾何建模幾何模型以及環(huán)境網(wǎng)格生成網(wǎng)格生成網(wǎng)格生成困難的地方：感覺，Mission Impossible解決辦法&小小心得 把細長條換成一小塊體

10、，建立多孔邊條件 一點建議：開始的時候一定要選擇合適的單位，否則可能無法進行多次BOOL運算。 雖然有Export ,Import , cadfix 建議前處理和計算的軟件最好配套。導(dǎo)入導(dǎo)出損失不孝，修改是很麻煩的 事情解決不了有時候不是軟件的問題，是方法的問題生成網(wǎng)格后的檢測設(shè)置物質(zhì)，邊條件 按部就班。 Solver: coupled,Implicit,3D,steady,Absolute K-epsilon (2equ) Open conditionName: porous Face permeablility(m2)1 Porous Medium Thickness (m)1.2 Pre

11、ssure-Jump Coefficient (1/m) 0.1Result房子整體壓力圖屋頂壓力圖屋頂壓力系數(shù)圖Path Lines飛行器模擬：機翼幾何參數(shù) 弦長：10M 機翼前緣后掠角50.4度 展弦比：1.242 尖削比：0.1421 副翼鉸鏈軸位于80%弦線處 副翼展向位于56.6%和82.9%的翼展之間 副翼旋轉(zhuǎn)角度：6度 機翼剖面為相對厚度6%的圓弧翼形example3前處理：網(wǎng)格的生成GAMBIT：翼身與機翼組合體前處理：網(wǎng)格的生成GAMBIT：翼身與機翼組合體填充圖前處理：網(wǎng)格的生成IGG：全部的BLOCK前處理：網(wǎng)格的生成IGG：翼身組合體面網(wǎng)格前處理：網(wǎng)格的生成 網(wǎng)格全結(jié)構(gòu)

12、化 網(wǎng)格總體數(shù)量為588,732 BLOCK數(shù)共計40個計算：fluent 基本控制方程：三維EULER方程 邊界條件：遠場壓力、對稱 差分格式：一階迎風(fēng)格式 理想可壓空氣 V=0.9Ma 共計算了三個攻角：0度、1度、3度 迭代步數(shù)：2000計算結(jié)果處理：CFviewCfview：翼身組合體馬赫數(shù)分布（Ma0.9，a0）計算結(jié)果處理：CFviewCfview：翼身組合體壓力分布（Ma0.9，a0）計算結(jié)果處理：CFviewCfview：副翼馬赫數(shù)分布（Ma0.9，a0）計算結(jié)果處理：CfviewCfview：副翼壓力分布（Ma0.9，a0）計算結(jié)果處理：Cfview國外及北航計算結(jié)果我們的計

13、算結(jié)果上表面壓力系數(shù)分布（Ma0.9，a0）計算結(jié)果處理：Cfview國外及北航計算結(jié)果我們的計算結(jié)果下表面壓力系數(shù)分布（Ma0.9，a0）計算結(jié)果處理：Cfview試驗及北航計算結(jié)果我們的計算結(jié)果上表面壓力系數(shù)分布（Ma0.9，a1）計算結(jié)果處理：Cfview試驗及北航計算結(jié)果我們的計算結(jié)果上表面壓力系數(shù)分布（Ma0.9，a3）計算結(jié)果處理：問題 在最后結(jié)果處理中，我們發(fā)現(xiàn)了一個無法解釋的問題。機翼上下表面的交界線附近壓力產(chǎn)生了突變，甚至一個交界點分別位于上表面和下表面時壓力竟然不同。我們對此無法解釋。怎樣才能學(xué)好fluent軟件 先做例子，按照fluent和gambit幫助文件 多思考，勤查資料 堅持不懈，刻苦鉆研，通過網(wǎng)上論壇，qq群等方式得到高