FLUENT基礎(chǔ)知識(shí)總結(jié)

1、你一定要堅(jiān)強(qiáng)，即使受過(guò)傷，流過(guò)淚，也能咬牙走下去。因?yàn)?，人生，就是你一個(gè)人的人生。= =FLUENT 基礎(chǔ)知識(shí)總結(jié)僅僅就我接觸過(guò)得談?wù)剬?duì)fluent 的認(rèn)識(shí)，并說(shuō)說(shuō)哪些用戶(hù)適合用，哪些不適合 fluent 對(duì)我來(lái)說(shuō)最麻煩的不在里面的設(shè)置， 因?yàn)槲冶旧斫鉀Q的就是高速流動(dòng)可壓縮 N-S 方程，而且本人也是學(xué)力學(xué)的，諸如邊界條件設(shè)置等概念還是非常清楚的 同時(shí)我接觸的流場(chǎng)模擬，都不會(huì)有很特別的介質(zhì)，所以設(shè)置起來(lái)很簡(jiǎn)單。對(duì)我來(lái)說(shuō)，頗費(fèi)周折的是 gambit 做圖和生成網(wǎng)格，并不是我不會(huì)，而是 gambit對(duì)作圖要求的條件很苛刻，也就是說(shuō)，稍有不甚，就前功盡棄，當(dāng)然對(duì)于計(jì)算流場(chǎng)很簡(jiǎn)單的用戶(hù)，這不是問(wèn)題。有

2、時(shí)候好幾天生成不了的圖形，突然就搞定了，逐漸我也總結(jié)了一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)， 就是要注意一些小的拐角地方的圖形，有時(shí)候做布爾運(yùn)算 在圖形吻合的地方，容易產(chǎn)生一些小的面最終將導(dǎo)致無(wú)法在此生成網(wǎng)格，fluent 里面的計(jì)算方法是有限體積法，而且我覺(jué)得它在計(jì)算過(guò)程中為了加快收斂速度，采取了交錯(cuò)網(wǎng)格，這樣，計(jì)算精度就不會(huì)很高。同時(shí)由于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，肯定會(huì)導(dǎo)致計(jì)算精度的下降， 所以我一貫來(lái)認(rèn)為在 fluent 里面選取復(fù)雜的粘性模型和高精度的格式?jīng)]有任何意義，除非你的網(wǎng)格做的非常好。而且 fluent5.5 以前的版本（包括 5。5），其物理模型，（比如粘性流體的幾個(gè)模型 )都是預(yù)先設(shè)定的，所以，對(duì)于那些做探索性或者

3、檢驗(yàn)新方法而進(jìn)行的模擬，就不適合用。同時(shí) gambit 做網(wǎng)格，對(duì)于粘性流體，特別是計(jì)算湍流尺度，或者做熱流計(jì)算來(lái)說(shuō)其網(wǎng)格精度一般是不可能滿(mǎn)足的， 除非是很小的計(jì)算區(qū)域。 所以，用 fluent 做的比較復(fù)雜一點(diǎn)的流場(chǎng)（除了經(jīng)典的幾個(gè)基本流場(chǎng)）其計(jì)算所得熱流，湍流，以及用雷諾應(yīng)力模擬的粘性都不可能是準(zhǔn)確的，這在物理上和計(jì)算方法已經(jīng)給 fluent 判了死刑，有時(shí)候看到很多這樣討論的文章，覺(jué)得大家應(yīng)該從物理和力學(xué)的本質(zhì)上考慮問(wèn)題。但是， fluent 往往能計(jì)算出量級(jí)差不多的結(jié)果，我曾經(jīng)做了一個(gè)復(fù)雜的飛行器熱流計(jì)算，高超音速流場(chǎng)，得到的壁面熱流，居然在量級(jí)上是吻合的，但是，從計(jì)算熱流需要的壁面網(wǎng)

4、格精度來(lái)判斷， gambit 所做的網(wǎng)格比起壁面網(wǎng)格所滿(mǎn)足的尺寸的要大了至少 2 個(gè)數(shù)量級(jí)，我到現(xiàn)在還不明白 fluent 是怎么搞的。綜上，我覺(jué)得，如果對(duì)付老板的一些工程項(xiàng)目，可以用fluent 對(duì)付過(guò)去，但是如果真的做論文， 或者需要發(fā)表文章， 除非是做一些技術(shù)性工作， 比如優(yōu)化計(jì)算一般用 fluent 是不適合的。我感覺(jué) fluent 做力的計(jì)算是很不錯(cuò)的， 做流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的計(jì)算， 即使得出一些渦，也不是流場(chǎng)本身性質(zhì)的反應(yīng)，做低速流場(chǎng)計(jì)算， fluent 的優(yōu)勢(shì)在于收斂速度快，但是低速流場(chǎng)計(jì)算， 其大多數(shù)的著眼點(diǎn)在于對(duì)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的探索， 所以計(jì)算得到的命運(yùn)如同手中的掌紋，無(wú)論多曲折，終掌握在自

5、己手中=你一定要堅(jiān)強(qiáng)，即使受過(guò)傷，流過(guò)淚，也能咬牙走下去。因?yàn)?，人生，就是你一個(gè)人的人生。= =結(jié)果就要好好斟酌一下了，高速流場(chǎng)的模擬中，一般著眼點(diǎn)在于氣動(dòng)力的結(jié)果，壓力分布以及激波的捕捉，這些 fluent 做的很不錯(cuò)。對(duì)于多相流，旋轉(zhuǎn)機(jī)械我沒(méi)有做過(guò)，就不好隨便說(shuō)了希望做過(guò)其他方面工作的大俠也總結(jié)一下。對(duì)于運(yùn)用 fluent 來(lái)求解問(wèn)題，首先要對(duì)本身求解的物理模型有充分的了解，只有在這個(gè)基礎(chǔ)上，才能夠選擇出正確的，計(jì)算模型以及相應(yīng)的邊界條件。對(duì)于 fluent 計(jì)算的方法，確實(shí)是采用的有限體積法，不過(guò)對(duì)基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的 5.X，我個(gè)人覺(jué)得其采用的應(yīng)該是同位網(wǎng)格而不是交錯(cuò)網(wǎng)格，因?yàn)榉墙Y(jié)構(gòu)網(wǎng)格情

6、況下，交錯(cuò)網(wǎng)格的方法處理起來(lái)比同位網(wǎng)格方法要復(fù)雜很多。 一般見(jiàn)到的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格下 FVM （有限體積法）多半還是采用的同位網(wǎng)格而非交錯(cuò)網(wǎng)格，這個(gè)問(wèn)題還可以進(jìn)一步探討。 對(duì)于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格而言， 目前能夠做到的離散精度也只能是二階精度了，再高精度目前還沒(méi)法做到，或者說(shuō)還沒(méi)有做到很實(shí)用。對(duì)于 gambit 做網(wǎng)格，確實(shí)不是十分的理想，不過(guò)這個(gè)也不能怪罪gambit，因?yàn)榉墙Y(jié)構(gòu)網(wǎng)格的生成方法， 本身在理論上就有一些瑕疵 （姑且這樣說(shuō)吧， 不能說(shuō)是錯(cuò)誤，呵呵）所以對(duì)于一些十分復(fù)雜，而且特殊的流場(chǎng)，可能最終生成的網(wǎng)格會(huì)很不理想， 這個(gè)時(shí)候多半需要采取一些其它的迂回的方法， 例如將復(fù)雜區(qū)域分區(qū)，分成一些簡(jiǎn)單的區(qū)

7、域，然后在簡(jiǎn)單區(qū)域里面生成網(wǎng)格，最后再組合，而不是將整個(gè)復(fù)雜區(qū)域教給 gambit 讓其一次生成網(wǎng)格。有時(shí)在軟件做不到的地方，就需要人想法補(bǔ)上了。對(duì)于壁面網(wǎng)格的問(wèn)題， gambit 中提供了生成邊界層網(wǎng)格的方法， 恩，不知道是否這個(gè)功能也同樣不能滿(mǎn)足所需。 gambit 中邊界層網(wǎng)格只是在壁面法向進(jìn)行特別的處理。對(duì)于壁面切向方向則是和邊界層外網(wǎng)格尺度相當(dāng)?shù)?。?duì)于 fluent 的適用范圍，我很同意 stipulation 的說(shuō)法，本身 fluent 是一個(gè)比較成熟的商業(yè)軟件， 換句話(huà)說(shuō)，其適用的數(shù)值方法， 多半也是目前相對(duì)比較成熟的方法之一。因此用 fluent 來(lái)做工程項(xiàng)目確實(shí)是很適合的，

8、因?yàn)樗鄬?duì)效率較高，而且實(shí)際上 fluent 中有一些對(duì)特殊問(wèn)題的簡(jiǎn)化處理其目的也是直接針對(duì)工程運(yùn)用的。因此如果是完全的基于 fluent 做流場(chǎng)分析，然后做論文，這樣是不行的。需要強(qiáng)調(diào)的是， fluent 僅僅是一種 CFD 的工具，一個(gè)相對(duì)好用的工具。對(duì)于 fluent 做高速可壓流動(dòng)問(wèn)題， 我做的不多，不知道 stipulation 兄對(duì) fluent 評(píng)價(jià)怎樣，我個(gè)人覺(jué)得，由于有限體積法本身對(duì)于求解有間斷（激波）的流動(dòng)問(wèn)題就存在一定的誤差的，有限體積法實(shí)際上應(yīng)該更加的適合于不可壓流動(dòng)問(wèn)題，因?yàn)檫@個(gè)方法本身的特點(diǎn)就保證了通量的守恒， 對(duì)于不可壓流動(dòng)， 那就是保證了整個(gè)流場(chǎng)的質(zhì)量守恒。 就

9、我個(gè)人觀(guān)點(diǎn)而言， 對(duì)于算激波的問(wèn)題似乎還是得要實(shí)用一些高精度格式，例如 NND ，TVD ，時(shí)空守恒格式等。順便問(wèn) stipulation 一個(gè)問(wèn)題，在算鈍頭體（導(dǎo)彈）小攻角來(lái)流夸音速流動(dòng)問(wèn)題時(shí)，在計(jì)算中是否有激波命運(yùn)如同手中的掌紋，無(wú)論多曲折，終掌握在自己手中=你一定要堅(jiān)強(qiáng)，即使受過(guò)傷，流過(guò)淚，也能咬牙走下去。因?yàn)椋松?，就是你一個(gè)人的人生。= =的振蕩現(xiàn)象？ （這個(gè)好像說(shuō)有人做出實(shí)驗(yàn)了， 我們這邊有人在計(jì)算， 可是死活算不出來(lái)振蕩，他用的是 StarCD 了）對(duì)于兩相流和旋轉(zhuǎn)機(jī)械，我插上兩句。兩相或者多項(xiàng)流動(dòng)中，fluent 也提供了幾種可用的方法，例如 VOF 方法、 Cavitatio

10、n 方法、 Algebraic slip 方法，我對(duì) VOF 和 Cavitation 的原理了解稍微多一些， VOF 方法稱(chēng)為體積函數(shù)法，以?xún)上嗔鲃?dòng)為例， VOF 中定義一個(gè)基相，兩相之間相互是不發(fā)生互融等反應(yīng)的，通過(guò)計(jì)算每一個(gè)時(shí)間步下， 各個(gè)網(wǎng)格單元中的體積函數(shù)， 從而確定該網(wǎng)格中另外一項(xiàng)的比例，然后通過(guò)界面重構(gòu)或者一些其它的方法來(lái)確定此單元網(wǎng)格中兩相交界面的位置，從這個(gè)意義上說(shuō)， VOF 是屬于界面跟蹤方法。 Cavitation 方法則不是這樣，此方法不能用來(lái)明確的區(qū)分兩相的界面等， 但是可以用來(lái)計(jì)算某一的區(qū)域內(nèi)所含的氣泡的一個(gè)體積密度。對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的流動(dòng)問(wèn)題， fluent 中提供了

11、幾種方法，一種是就是很簡(jiǎn)單用坐標(biāo)變換的概念化旋轉(zhuǎn)為靜止， 然后添加一個(gè)慣性力。 一種是所謂的多參考坐標(biāo)系方法，還有就是混合面方法，最后是滑移網(wǎng)格方法。第一種方法自不用說(shuō)，理論上是精確的，后面三鐘方法中， fluent 中以滑移網(wǎng)格方法計(jì)算的準(zhǔn)確度最好，前面兩種方法都有很強(qiáng)的工程背景并且是在此基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化而來(lái)的。 但這些方法的運(yùn)用都有一些前提條件。fluent 公司還有另外的一個(gè)工具， MixSim 是針對(duì)攪拌混合問(wèn)題的專(zhuān)用 CFD 軟件內(nèi)置了專(zhuān)用前處理器，可迅速建立攪拌器和混合器的網(wǎng)格及計(jì)算模型。: 有沒(méi)有用它做旋轉(zhuǎn)機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)的？同時(shí)其實(shí)是給商用 CFD 軟件與科研用 CFD 之間的關(guān)系提出了

12、很好的思考問(wèn)題。其實(shí)就我所知道的搞 CFD 應(yīng)用研究的人而言，他們很希望在現(xiàn)有的已經(jīng)成熟的 CFD 技術(shù)基礎(chǔ)上做一些改進(jìn)，使之滿(mǎn)足自己研究問(wèn)題的需要。為此他們不希望整個(gè)程序從頭到尾都是自己編，比如 N-S 方程的求解，其實(shí)都是比較固定的。因此很多人都希望商用軟件有個(gè)很好的接口能讓用戶(hù)自己加入模塊， 但是這一點(diǎn)其實(shí)真是很難做到， 而且到底做到用戶(hù)能交互的什么程度也很難把握。 據(jù)握所知，有搞湍流模型研究的人用 PHOENICS 實(shí)現(xiàn)自己的模型，而邊界處理以及數(shù)值方法等還是原方程的，據(jù)說(shuō) starCD 也是商用軟件中提供給用戶(hù)自主性比較好的， fluent 這方面到底如何就不得而知了，看 stipu

13、lation 所說(shuō)的似乎也還是有限。因此，我覺(jué)得現(xiàn)在還是存在這樣的問(wèn)題： 既不能依 * 商用 CFD 軟件搞研究，但也希望不用反復(fù)重復(fù)一些繁雜的、沒(méi)有創(chuàng)造性的工作。我現(xiàn)在就是用 fluent 來(lái)計(jì)算旋轉(zhuǎn)機(jī)械的內(nèi)流場(chǎng)， 那就說(shuō)說(shuō)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的流動(dòng)問(wèn)命運(yùn)如同手中的掌紋，無(wú)論多曲折，終掌握在自己手中=你一定要堅(jiān)強(qiáng)，即使受過(guò)傷，流過(guò)淚，也能咬牙走下去。因?yàn)椋松?，就是你一個(gè)人的人生。= =題吧。 fluent 中有幾種處理旋轉(zhuǎn)機(jī)械流動(dòng)問(wèn)題的模型，分別為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系模型 (Rotating Reference Frame)，多參考坐標(biāo)系模型 (MRF) ，混和平面模型 (MixingPlane)，滑移網(wǎng)格模型

14、 (Sliding Mesh) 。其中，旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系模型僅適用于不考慮定子影響的流場(chǎng)， 其思想就是在視轉(zhuǎn)子為靜止的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系里進(jìn)行定常計(jì)算， 計(jì)算中考慮慣性力的影響； 多參考坐標(biāo)系模型 (MRF)就是在前一模型的基礎(chǔ)上考慮了定子對(duì)流場(chǎng)的影響， 將流場(chǎng)按不同旋轉(zhuǎn)速度劃分成幾個(gè)流動(dòng)區(qū)域， 每個(gè)區(qū)域里用旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系進(jìn)行定常計(jì)算， 在這些流動(dòng)區(qū)域的交界面上強(qiáng)制流動(dòng)速度的連續(xù)； 混和平面模型是另一種用定常方法計(jì)算定子與轉(zhuǎn)子相互影響下的流場(chǎng)的模型，它在不同流動(dòng)區(qū)域之間的交界面上進(jìn)行了一定的周向平均， 消除了流動(dòng)本身的非定常性，這種模型要優(yōu)于 MRF 模型；滑移網(wǎng)格模型是采用滑移網(wǎng)格技術(shù)來(lái)進(jìn)行流場(chǎng)的非定常計(jì)算的

15、模型， 用它計(jì)算的流場(chǎng)最接近于實(shí)際的流動(dòng)， 但這種模型需要耗費(fèi)巨大的機(jī)器資源和時(shí)間。關(guān)于對(duì)商用 CFD 軟件的看法，我比較贊同 zzbb 的看法，我們可以利用它里面成熟的計(jì)算方法， 附加上自己提出的一些模型， 這樣研究問(wèn)題， 可以省很多的精力和時(shí)間，對(duì)于 CFD 的發(fā)展也是很有好處的?，F(xiàn)在的商用軟件提供的接口比較少，軟件封裝的比較死，這樣不利于做科學(xué)研究，如果可以像linux 的發(fā)展模式那樣發(fā)展 CFD，大家公開(kāi)成熟的 CFD 代碼，然后可以通過(guò)自由的研究，添加新的功能，相信 CFD 發(fā)展的會(huì)更快，不過(guò)如果這樣，那商用CFD 軟件就不好賺錢(qián)了至于商用軟件開(kāi)發(fā)源代碼的問(wèn)題，實(shí)在是不大可能。由于C

16、FD 應(yīng)用很多領(lǐng)域，特別是還與核、航空、汽車(chē)等一些非常重要的工程領(lǐng)域相關(guān)，一般來(lái)說(shuō)都屬于高科技技術(shù)，鬼子是不會(huì)輕易公開(kāi)的。比如phoenics 早在 80 年代初就開(kāi)發(fā)完成并應(yīng)用于工程，但是當(dāng)時(shí)西方就是對(duì)共產(chǎn)黨國(guó)家封閉，禁運(yùn)，直到1991 年（ 1993？）才有 1.x 的版本正式到中國(guó)。所以這也是我想說(shuō)的目前存在的矛盾。那么請(qǐng)問(wèn)一下 fluent 所提供的用戶(hù)接口主要可以做些什么方面的工作呢？: 加入自己的模型當(dāng)然是廣義的， 其實(shí)很多東西都可以稱(chēng)作模型。 CFD 里最經(jīng)典的算是湍流模型了吧。比如需要修改系數(shù)或增加項(xiàng)，對(duì)渦粘系數(shù)重新計(jì)算，就是這種情況。 此外還有邊界條件的修改等問(wèn)題。 算法也可

17、以算。 但這些并不一定是商用軟件都能提供的。對(duì)于運(yùn)用 fluent 來(lái)求解問(wèn)題，首先要對(duì)本身求解的物理模型有充分的了解，只有在這個(gè)基礎(chǔ)上， 才能夠選擇出正確的， 計(jì)算模型以及相應(yīng)的邊界條件。 對(duì)于fluent 計(jì)算的方法，確實(shí)是采用的有限體積法，不過(guò)對(duì)基于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的5.X ，我個(gè)人覺(jué)得其采用的應(yīng)該是同位網(wǎng)格而不是交錯(cuò)網(wǎng)格，因?yàn)榉墙Y(jié)構(gòu)網(wǎng)格情況下，交錯(cuò)網(wǎng)格的方法處理起來(lái)比同位網(wǎng)格方法要復(fù)雜很多。 一般見(jiàn)到的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格下命運(yùn)如同手中的掌紋，無(wú)論多曲折，終掌握在自己手中=你一定要堅(jiān)強(qiáng)，即使受過(guò)傷，流過(guò)淚，也能咬牙走下去。因?yàn)?，人生，就是你一個(gè)人的人生。= =FVM （有限體積法）多半還是采用的同位網(wǎng)格而非交錯(cuò)網(wǎng)格，這個(gè)問(wèn)題還可以進(jìn)一步探討。對(duì)于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格而言， 目前能夠做到的離散精度也只能是二階精度了，再高精度目前還沒(méi)法做到，或者說(shuō)還沒(méi)有做到很實(shí)用。fluent 由于其商用性，它的思想就是自己做的很通用，而很少給用戶(hù)接口，特別在一些核心問(wèn)題上我們實(shí)驗(yàn)室如果真的做論文，就用一個(gè)for