對(duì)于剛接觸到fluent新手來(lái)說(shuō)

1、11對(duì)于剛接觸到FLUENT新手來(lái)說(shuō)，面對(duì)鋪天蓋地的學(xué)習(xí)資料和令人難讀的FLUENThelp，如何學(xué)習(xí)才能在最短的時(shí)間內(nèi)入門并掌握基本學(xué)習(xí)方法呢？答：學(xué)習(xí)任何一個(gè)軟件，對(duì)于每一個(gè)人來(lái)說(shuō)，都存在入門的時(shí)期。認(rèn)真勤學(xué)是必須的，什么是最好的學(xué)習(xí)方法，我也不能妄加定論，在此，我愿意將我三年前入門FLUENT心得介紹一下，希望能給學(xué)習(xí)FLUENT的新手一點(diǎn)幫助。由于當(dāng)時(shí)我需要學(xué)習(xí)FLUENT來(lái)做畢業(yè)設(shè)計(jì)，老師給了我一本書，韓占忠的《FLUENT流

2、體工程仿真計(jì)算實(shí)例與應(yīng)用》，當(dāng)然，學(xué)這本書之前必須要有兩個(gè)條件，第一，具有流體力學(xué)的基礎(chǔ)，第二，有FLUENT安裝軟件可以應(yīng)用。然后就照著書上二維的計(jì)算例子，一個(gè)例子，一個(gè)步驟地去學(xué)習(xí)，然后學(xué)習(xí)三維，再針對(duì)具體你所遇到的項(xiàng)目進(jìn)行針對(duì)性的計(jì)算。不能急于求成，從前處理器GAMBIT，到通過(guò)FLUENT進(jìn)行仿真，再到后處理，如TECPLOT，進(jìn)行循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)，堅(jiān)持，效果是非常顯著的。如果身邊有懂得FLUENT的老師，那么遇到問(wèn)題向老師請(qǐng)教是

3、最有效的方法，碰到不懂的問(wèn)題也可以上網(wǎng)或者查找相關(guān)書籍來(lái)得到答案。另外我還有本《計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析》王福軍的，兩者結(jié)合起來(lái)學(xué)習(xí)效果更好。2CFD計(jì)算中涉及到的流體及流動(dòng)的基本概念和術(shù)語(yǔ)：理想流體和粘性流體；牛頓流體和非牛頓流體；可壓縮流體和不可壓縮流體；層流和湍流；定常流動(dòng)和非定常流動(dòng)；亞音速與超音速流動(dòng)；熱傳導(dǎo)和擴(kuò)散等。A.理想流體（IdealFluid）和粘性流體（ViscousFluid）：流體在靜止時(shí)雖不能承受切應(yīng)力，但在運(yùn)動(dòng)時(shí)

4、，對(duì)相鄰的兩層流體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即相對(duì)滑動(dòng)速度卻是有抵抗的，這種抵抗力稱為粘性應(yīng)力。流體所具備的這種抵抗兩層流體相對(duì)滑動(dòng)速度，或普遍說(shuō)來(lái)抵抗變形的性質(zhì)稱為粘性。粘性的大小依賴于流體的性質(zhì)，并顯著地隨溫度變化。實(shí)驗(yàn)表明，粘性應(yīng)力的大小與粘性及相對(duì)速度成正比。當(dāng)流體的粘性較?。▽?shí)際上最重要的流體如空氣、水等的粘性都是很小的），運(yùn)動(dòng)的相對(duì)速度也不大時(shí)，所產(chǎn)生的粘性應(yīng)力比起其他類型的力如慣性力可忽略不計(jì)。此時(shí)我們可以近似地把流體看成無(wú)粘性的，這

5、樣的流體稱為理想流體。十分明顯，理想流體對(duì)于切向變形沒(méi)有任何抗拒能力。這樣對(duì)于粘性而言，我們可以將流體分為理想流體和粘性流體兩大類。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)指出，真正的理想流體在客觀實(shí)際中是不存在的，它只是實(shí)際流體在某些條件下的一種近似模型。B.牛頓流體（NewtonianFluid）和非牛頓流體（nonNewtonianFluid）：日常生活和工程實(shí)踐中最常遇到的流體其切應(yīng)力與剪切變形速率符合下式的線性關(guān)系，稱為牛頓流體。而切應(yīng)力與變形速率不成線性關(guān)

6、系者稱為非牛頓流體。圖21（a）中繪出了切應(yīng)力與變形速率的關(guān)系曲線。其中符合上式的線性關(guān)系者為牛頓流體。其他為非牛頓流體，非牛頓流體中又因其切應(yīng)力與變形速率關(guān)系特點(diǎn)分為膨脹性流體（Dilalant），擬塑性流體（Pseudoplastic），具有屈服應(yīng)力的理想賓厄流體（IdealBinghamFluid）和塑性流體（PlasticFluid）等。通常油脂、油漆、牛奶、牙膏、血液、泥漿等均為非牛頓流體。非牛頓流體的研究在化纖、塑料、石油、

7、化工、食品及很多輕工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。圖21（b）還顯示出對(duì)于有些非牛頓流體，其粘滯特性具有時(shí)間效應(yīng)，即剪切應(yīng)力不僅與變形速率有關(guān)而且與作用時(shí)間有關(guān)。當(dāng)變形速率保持常量，切應(yīng)力隨時(shí)間增大，這種非牛頓流體稱為震凝性流體（RheopecticFluid）。當(dāng)變形速率保持常量而切應(yīng)力隨時(shí)間減小的非牛頓流體則稱為觸變性流體（ThixotropicFluid）。C.可壓縮流體（CompressibleFluid）和不可壓縮流體（Incompre

8、ssibleFluid）：在流體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，由于壓力、溫度等因素的改變，流體質(zhì)點(diǎn)的體積（或密度，因質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量一定），或多或少有所改變。流體質(zhì)點(diǎn)的體積或密度在受到一定壓力差或溫度差的條件下可以改變的這個(gè)性質(zhì)稱為壓縮性。真實(shí)流體都是可以壓縮的。它的壓縮程度依賴于流體的性質(zhì)及外界的條件。例如水在100個(gè)大氣壓下，容積縮小0.5%，溫度從20變化到100，容積降低4%。因此在一般情況下液體可以近似地看成不可壓的。但是在某些特殊問(wèn)3的目的簡(jiǎn)而言

9、之，就是將連續(xù)的偏微分方程組及其定解條件按照某種方法遵循特定的規(guī)則在計(jì)算區(qū)域的離散網(wǎng)格上轉(zhuǎn)化為代數(shù)方程組，以得到連續(xù)系統(tǒng)的離散數(shù)值逼近解。計(jì)算區(qū)域的離散及通常使用的網(wǎng)格計(jì)算區(qū)域的離散及通常使用的網(wǎng)格：在對(duì)控制方程進(jìn)行離散之前，我們需要選擇與控制方程離散方法相適應(yīng)的計(jì)算區(qū)域離散方法。網(wǎng)格是離散的基礎(chǔ)，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)是離散化的物理量的存儲(chǔ)位置，網(wǎng)格在離散過(guò)程中起著關(guān)鍵的作用。網(wǎng)格的形式和密度等，對(duì)數(shù)值計(jì)算結(jié)果有著重要的影響。一般情況下，二維問(wèn)題，

10、有三角形單元和四邊形，三位問(wèn)題中，有四面體，六面體，棱錐體，楔形體及多面體單元。網(wǎng)格按照常用的分類方法可以分為：結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，混合網(wǎng)格；也可以分為：?jiǎn)螇K網(wǎng)格，分塊網(wǎng)格，重疊網(wǎng)格；等等。上面提到的計(jì)算區(qū)域的離散方法要考慮到控制方程的離散方法，比如說(shuō)：有限差分法只能使用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，有限元和有限體積法可以使用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格也可以使用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格?？刂品匠痰碾x散及其方法控制方程的離散及其方法：上面已經(jīng)提到了離散化的目的，控制方程的離散就是將主控的

11、偏微分方程組在計(jì)算網(wǎng)格上按照特定的方法離散成代數(shù)方程組，用以進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。按照應(yīng)變量在計(jì)算網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)之間的分布假設(shè)及推到離散方程的方法不同，控制方程的離散方法主要有：有限差分法，有限元法，有限體積法，邊界元法，譜方法等等。這里主要介紹最常用的有限差分法，有限元法及有限體積法。（1）有限差分法有限差分法（FiniteDifferenceMethod，簡(jiǎn)稱FDM）是數(shù)值方法中最經(jīng)典的方法。它是將求解域劃分為差分網(wǎng)格，用有限個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)代替連續(xù)的

12、求解域，然后將偏微分方程（控制方程）的導(dǎo)數(shù)用差商代替，推導(dǎo)出含有離散點(diǎn)上有限個(gè)未知數(shù)的差分方程組。求差分方程組（代數(shù)方程組）的解，就是微分方程定解問(wèn)題的數(shù)值近似解，這是一種直接將微分問(wèn)題變?yōu)榇鷶?shù)問(wèn)題的近似數(shù)值解法。這種方法發(fā)展較早，比較成熟，較多用于求解雙曲型和拋物型問(wèn)題（發(fā)展型問(wèn)題）。用它求解邊界條件復(fù)雜，尤其是橢圓型問(wèn)題不如有限元法或有限體積法方便。（2）有限元法有限元法（FiniteElementMethod，簡(jiǎn)稱FEM）與有限差

13、分法都是廣泛應(yīng)用的流體力學(xué)數(shù)值計(jì)算方法。有限元法是將一個(gè)連續(xù)的求解域任意分成適當(dāng)形狀的許多微小單元，并于各小單元分片構(gòu)造插值函數(shù)，然后根據(jù)極值原理（變分或加權(quán)余量法），將問(wèn)題的控制方程轉(zhuǎn)化為所有單元上的有限元方程，把總體的極值作為個(gè)單元極值之和，即將局部單元總體合成，形成嵌入了指定邊界條件的代數(shù)方程組，求解該方程組就得到各節(jié)點(diǎn)上待求的函數(shù)值。有限元法的基礎(chǔ)是極值原理和劃分插值，它吸收了有限差分法中離散處理的內(nèi)核，又采用了變分計(jì)算中選擇逼

14、近函數(shù)并對(duì)區(qū)域積分的合理方法，是這兩類方法相互結(jié)合，取長(zhǎng)補(bǔ)短發(fā)展的結(jié)果。它具有廣泛的適應(yīng)性，特別適用于幾何及物理?xiàng)l件比較復(fù)雜的問(wèn)題，而且便于程序的標(biāo)準(zhǔn)化。對(duì)橢圓型問(wèn)題（平衡態(tài)問(wèn)題）有更好的適應(yīng)性。有限元法因求解速度較有限差分法和有限體積法滿，因此，在商用CFD軟件中應(yīng)用并不普遍，目前的商用CFD軟件中，F(xiàn)IDAP采用的是有限元法。而有限元法目前在固體力學(xué)分析中占絕對(duì)比例，幾乎所有的固體力學(xué)分析軟件都是采用有限元法。（3）有限有限體積法體

15、積法（FiniteVolumeMethod，簡(jiǎn)稱FVM）是近年發(fā)展非常迅速的一種離散化方法，其特點(diǎn)是計(jì)算效率高。目前在CFD領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。其基本思路是：將計(jì)算區(qū)域劃分為網(wǎng)格，并使每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)周圍有一個(gè)互不重復(fù)的控制體積；將待解的微分方程（控制方程）對(duì)每一個(gè)控制體積分，從而得到一組離散方程。其中的未知數(shù)是網(wǎng)格點(diǎn)上的因變量，為了求出控制體的積分，必須假定因變量值在網(wǎng)格點(diǎn)之間的變化規(guī)律。從積分區(qū)域的選取方法看來(lái)，有限體積法屬于加權(quán)余量法

16、中的子域法，從未知解的近似方法看來(lái)，有限體積法屬于采用局部近似的離散方法。簡(jiǎn)言之，子域法加離散，就是有限體積法的基本方法。各種離散化方法的區(qū)別各種離散化方法的區(qū)別：簡(jiǎn)短而言，有限元法，將物理量存儲(chǔ)在真實(shí)的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上，將單元看成由周邊節(jié)點(diǎn)及型函數(shù)構(gòu)成的統(tǒng)一體；有限體積法往往是將物理量存儲(chǔ)在網(wǎng)格單元的中心點(diǎn)上，而將單元看成圍繞中心點(diǎn)的控制體積，或者在真實(shí)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上定義和存儲(chǔ)物理量，而在節(jié)點(diǎn)周圍構(gòu)造控制題。4常見(jiàn)離散格式的性能的對(duì)比（穩(wěn)定性、