壁面流动 fluent学习笔记
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fluent技术基础与应用实例fluent数值模拟步骤简介主要步骤:1、根据实际问题选择2D或3Dfluent求解器从而进行数值模拟。
2、导入网格(File→Read→Case,然后选择有gambit导出的.msh文件)3、检查网格(Grid→Check)。
如果网格最小体积为负值,就要重新进行网格划分。
4、选择计算模型。
5、确定流体物理性质(Define→Material)。
6、定义操作环境(Define→operating condition)7、制定边界条件(Define→Boundary Conditions)8、求解方法的设置及其控制。
9、流场初始化(Solve→Initialize)10、迭代求解(Solve→Iterate)11、检查结果。
12、保存结果,后处理等。
具体操作步骤:1、fluent2d或3d求解器的选择。
2、网格的相关操作(1)、读入网格文件(2)、检查网格文件文件读入后,一定要对网格进行检查。
上述的操作可以得到网格信息,从中看出几何区域的大小。
另外从minimum volume 可以知道最小网格的体积,若是它的值大于零,网格可以用于计算,否则就要重新划分网格。
(3)、设置计算区域在gambit中画出的图形是没有单位的,它是一个纯数量的模型。
故在进行实际计算的时候,要根据实际将模型放大或缩小。
方法是改变fluent总求解器的单位。
(4)、显示网格。
Display→Grid3、选择计算模型(1)、基本求解器的定义Define→Models→SolverFluent中提供了三种求解方法:·非耦合求解segregated·耦合隐式求解coupled implicit·耦合显示求解coupled explicit非耦合求解方法主要用于不可压缩流体或者压缩性不强的流体。
耦合求解方法用在高速可压缩流体fluent默认设置是非耦合求解方法,但对于高速可压缩流动,有强的体积力(浮力或离心力)的流动,求解问题时网格要比较密集,建议采用耦合隐式求解方法。
fluent笔记讲解Discretization离散Node values节点值,coarsen粗糙refine 细化curvature曲率,X-WALL shear Stress 壁面切应力的X方向。
strain rate应变率1、求解器:(solver)分为分离方式(segeragated)和耦合方式(coupled),耦合方式计算高速可压流和旋转流动等复杂高参数问题时比较好,耦合隐式(implicit)耗时短内存大,耦合显式(explicit)相反;2.收敛判据:观察残差曲线。
可以在残差监视器面板中设置Convergence Criterion(收敛判据),比如设为10 -3 ,则残差下降到小于10 -3 时,系统既认为计算已经收敛并同时终止计算。
(2)流场变量不再变化。
有时候不论怎样计算,残差都不能降到收敛判据以下。
此时可以用具有代表性的流场变量来判断计算是否已经收敛——如果流场变量在经过很多次迭代后不再发生变化,就可以认为计算已经收敛。
(3)总体质量、动量、能量达到平衡。
在Flux Reports (通量报告)面板中检查质量、动量、能量和其他变量的总体平衡情况。
通过计算域的净通量应该小于0.1%。
Flux Reports(通量报告)面板如图2-17 所示,其启动方法为:Report -> Fluxes3.一阶精度与二阶精度:First Oder Upwind and Second Oder Upwind(一阶迎风和二阶迎风)①一阶耗散性大,有比较严重的抹平现象;稳定性好②二阶耗散性小,精度高;稳定性较差,需要减小松弛因子4.流动模型的选择①inviscid无粘模型:当粘性对流场影响可以忽略时使用;例如计算升力。
②laminar层流模型:考虑粘性,且流动类型为层流。
③Spalart-Allmaras (S-A模型):单方程模型,适用于翼型、壁面边界层流动,不适于射流等自由剪切湍流问题。
1.1.1 FLUENT 软件包中包括以下几个软件:(1)FLUENT 求解器——FLUENT 软件的核心,所有计算在此完成。
(2)prePDF——FLUENT 用PDF 模型计算燃烧过程的预处理软件。
(3)GAMBIT——FLUENT 提供的网格生成软件。
(4)TGRID——FLUENT 用于从表面网格生成空间网格的软件。
(5)过滤器——或者叫翻译器,可以将其他CAD/CAE 软件生成的网格文件变成能被FLUENT 识别的网格文件。
3.4.2 生成面网格对于平面及轴对称流动问题,只需要生成面网格。
对于三维问题,也可以先划分面网格,作为进一步划分体网格的网格的网格种子。
Gambit 根据几何形状及CFD 计算的需要提供了三种不同的网格划分方法:1、映射方法映射网格划分技术是一种传统的网格划分技术,它仅适合于逻辑形状为四边形或三角形的面,它允许用户详细控制网格的生成。
在几何形状不太复杂的情况下,可以生成高质量的结构化网格。
2、子映射方法为了提高结构化网格生成效率,Gambit 软件使用子映射网格划分技术。
也就是说,当用户提供的几何外形过于复杂,子影射网格划分方法可以自动对几何对象进行再分割,使在原本不能生成结构化网格的几何实体上划分出结构化网格。
子映射网格技术是FLUENT公司独创的一种新方法,它对几何体的分割只是在网格划分算法里进行,并不真正对用户提供的几何外形做实际操作。
3、自由网格对于拓扑形状较为复杂的面,可以生成自由网格,用户可以选择合适的网格类型(三角 形或四边)。
3.4.4 生成体网格对于三维流动问题,必须生成三维实体网格。
Gambit 提供五种体网格的生成方法。
1、映射网格对于六面体结构,可以使用映射网格方法直接生成六面体网格。
对于较为复杂的几何形体,必须在划分网格前将其分割为若干格六面体结构。
2、子映射网格Gambit 软件的子映射网格划分技术同样适用于体网格。
也就是说,当用户提供的几何外形过于复杂,子影射网格划分方法可以自动对几何对象进行再分割,使在原本不能生成结构化网格的几何实体上划分出结构化网格。
Fluent软件学习笔记Fluent软件学习笔记⼀、利⽤Gambit建⽴计算区域和指定边界条件类型1)⽂件的创建及其求解器的选择软件基本知识:Geometry 绘制图形Mesh ⽹格划分Zones 指定边界条件类型和区域类型Operation绘图⼯具⾯板Tools 指定坐标系统等视图控制⾯板:全图显⽰(Fit to window)选择象限显⽰视图选择显⽰项⽬撤销或重复上⼀步⿏标键:左键单击——旋转模型中键单击——平移模型右键单击——放缩模型Shift+⿏标左键——选择点、边、⾯等①建⽴新⽂件:Flie New②选择求解器:Solver2)创建控制点:Operation-Geometry-Vertex创建边:Operation-Geometry-Edge创建⾯:Operation-Geometry-Face3)划分⽹格对边进⾏划分:对⾯进⾏划分:Operation-Mesh-Face-Mesh Faces注:打开的⽂本框中:Quad-四边形⽹格Elements- Tri-三⾓形⽹格Quad/Tri-混合型⽹格Map映射成结构化⽹络Submap分块/区映射块结构化⽹络Type- Pave平铺成⾮结构化⽹络Tri Primitive 将⼀个三⾓形区域分解为三个四边形区域在划分结构化⽹格Interval size:指定⽹格间距Interval count:指定⽹格个数4)边界条件类型的指定:Operation-ZonesAdd添加Name:为边界命名Action- Modify修改Type:指定类型Delete删除Entity :选择边/⾯5)Mesh⽹格⽂件的输出:File-Export-Mesh注:对于⼆维情况,必须选中Export2-D(X-Y)Mesh总结:建⽴⼏何模型划分⽹格定义边界条件输出⽹格⽂件(即建⽴计算区域)⼆、利⽤Fluent求解器求解1)Fluent求解器的选择2d:⼆维、单精度求解器2ddp:⼆维、双精度求解器3d:三维、单精度求解器3ddp:三维、双精度求解器2)⽂件导⼊和⽹格操作①导⼊⽹格⽂件:File-Read-Case②检查⽹格⽂件:Grid-Check(若minimum volume即最⼩⽹格的体积的值⼤于0,则⽹格可以⽤于计算)③设置计算区域尺⼨:Grid-ScaleFluent中默认的单位为m,⽽Gambit作图时候采⽤的单位为mm④显⽰⽹格:Display-Grid3)选择计算模型①求解器的定义:Define-Models-Solver(压⼒基、密度基)②其他操作模型的选定Multiphase多相流模型Energy考虑传热与否Species反应及其传热相关Viscous层流或湍流模型选择Define-Models-Viscous:打开粘性模型Inviscid⽆粘模型Laminar层流模型Spalart-Allmaras单⽅程湍流模型(S-A模型)K-epsilon双⽅程模型(k-ε模型)K-omega双⽅程模型以及雷诺应⼒模型③操作环境的设置:Define-Operating ConditionsPascal(环境压强)、Gravity(重⼒影响)4)定义流体的物理性质:Define-MaterialsFluent Database中调出5)设置边界条件:Define-Boundary Conditions①设置Fluid流体区域的物质:Zone-Fluid--Set②设置Inlet的边界条件:Zone-Inlet-Set③设置Outlet的边界条件④设置Wall的边界条件6)求解⽅法的设置及控制①求解参数的设置:Solve-Controls-Solutions...Equations:需要求解的控制⽅程Pressure-Velocity Coupling:压⼒-速度耦合求解⽅式Discretization:所求解的控制⽅程Under-Relaxation Factor:松弛因⼦②初始化:Solve-Initialize-Initialize...设置Compute Form为Inlet,依次点击Init和Close图标完成对流场的初始化③打开残差监控图:Solve-Monitors-Residuai...④保存当前的Case⽂件:File-Write-Case...⑤开始迭代计算:Solve-Iterate...⑥保存计算后的Case和Date⽂件:File-Write-Case&Date...7)计算结果显⽰显⽰速度等值线图:Display Contours...Contous of-------选中Velocity...Surfaces-------指定平⾯Levels--------等值线数⽬(默认)Options-----------选中Filled绘制的是云图注:轴对称问题,可通过镜像选择显⽰整个圆管的物理量分布镜像选择显⽰的设置:Display-Views... 在Mirror Planes中选择axial为镜像平⾯,然后点击Apply图标接受设置绘制速度⽮量图:Display-Vectors...Vectors of-------选中VelocityStyle----------箭头类型Scale---------⽮量被放⼤倍数Skip----------⽮量密集程度显⽰某边上速度的速度剖⾯XY点线图:Plot-XY Plot...注:Plot Direction:表⽰曲线将沿什么⽅向绘制显⽰迹线F ile—path lines在release from surface列表中选择释放粒⼦的平⾯设置step size和step的数⽬,step size设置长度间隔steps设置了⼀个微粒能够前进的最⼤步数单击display三、⼆维⽰例⼆维定常可压缩流场分析——NACA 0006翼型⽓动⼒计算⼆维定常不可压缩流场分析——卡门涡街动画的设置:Solve-Animate-Define三维定常可压缩流动⽰例第⼆章:流体⼒学基本⽅程及边界条件三⼤控制⽅程:质量守恒、动量守恒及能量守恒⽅程初始条件边界条件:速度⼊⼝三维定常速度场的计算1、内部⽹格的显⽰打开examine mesh对话框温度场的计算Fluent处理中选中能量⽅程求解器:define/models/energy设置wall边界条件时候,convection热对流边界条件多相流模型VOF模型的选择define/models/multiphase基本相及第⼆相的设置define/phase动画的设置。
一、根本设置1.Double Precision的选择启动设置如图,这里着重说说Double Precision〔双精度〕复选框,对于大多数情况,单精度求解器已能很好的满足精度要求,且计算量小,这里我们选择单精度。
然而对于以下一些特定的问题,使用双精度求解器可能更有利[1]。
a.几何特征包含*些极端的尺度〔如非常长且窄的管道〕,单精度求解器可能不能足够准确地表达各尺度方向的节点信息。
b.如果几何模型包含多个通过小直径管道相互连接的体,而*一个区域的压力特别大〔因为用户只能设定一个总体的参考压力位置〕,此时,双精度求解器可能更能表达压差带来的流动〔如渐缩渐扩管的无粘与可压缩流动模拟〕。
c.对于*些高导热系数比或高宽纵比的网格,使用单精度求解器可能会遇到收敛性不佳或准确度缺乏缺乏的问题,此时,使用双精度求解器可能会有所帮助。
2.网格光顺化用光滑和交换的方式改善网格:通过Mesh下的Smooth/Swap来实现,可用来提高网格质量,一般用于三角形或四边形网格,不过质量提高的效果一般般,影响较小,网格质量的提高主要还是在网格生成软件里面实现,所以这里不再用光滑和交换的方式改善网格,其原理可参考"FLUENT全攻略"〔已下载〕。
3.Pressure-based与Density-based求解器设置如图。
下面说一说Pressure-based和Density-based的区别:Pressure-Based Solver是Fluent的优势,它是基于压力法的求解器,使用的是压力修正算法,求解的控制方程是标量形式的,擅长求解不可压缩流动,对于可压流动也可以求解;Fluent 6.3以前的版本求解器,只有Segregated Solver和Coupled Solver,其实也是Pressure-Based Solver的两种处理方法;Density-Based Solver是Fluent 6.3新开展出来的,它是基于密度法的求解器,求解的控制方程是矢量形式的,主要离散格式有Roe,AUSM+,该方法的初衷是让Fluent具有比拟好的求解可压缩流动能力,但目前格式没有添加任何限制器,因此还不太完善;它只有Coupled 的算法;对于低速问题,他们是使用Preconditioning方法来处理,使之也能够计算低速问题。
湍流与黏性有什么关系?湍流和粘性都是客观存在的流动性质。
湍流的形成需要一定的条件,粘性是一切流动都具有的。
流体流动方程本身就是具非线性的。
N-S方程中的粘性项就是非线性项,当然无粘的欧拉方程也是非线性的。
粘性是分子无规则运动引起的,湍流相对于层流的特性是由涡体混掺运动引起的。
湍流粘性是基于湍流体的parcel湍流混掺是类比于层流体中的分子无规则运动,只是分子无规则运动遥远弱些吧了。
不过,这只是类比于,要注意他们可是具有不同的属性。
粘性是耗散的根源,实际流体总是有耗散的。
而粘性是制约湍流的。
LANDAU说,粘性的存在制约了湍流的自由度。
湍流粘性系数和层流的是不一样的,层流的粘性系数基本可认为是常数,可湍流中层流底层中粘性系数很小,远小于层流时的粘性系数;而在过渡区,与之相当,在一个数量级;在充分发展的湍流区,又远大于层流时的粘性系数.这是鮑辛内斯克1987年提出的。
1 FLUENT的初始化面板中有一项是设置从哪个地方开始计算(compute from),选择从不同的边界开始计算有很大的区别吗?该怎样根据具体问题选择从哪里计算呢?比如有两个速度入口A和B,还有压力出口等等,是选速度入口还是压力出口?如果选速度入口,有两个,该选哪个呀?有没有什么原则标准之类的东西?一般是选取ALL ZONE,即所有区域的平均处理,通常也可选择有代表性的进口(如多个进口时)进行初始化。
对于一般流动问题,初始值的设定并不重要,因为计算容易收敛。
但当几何条件复杂,而且流动速度高变化快(如音速流动),初始条件要仔细选择。
如果不收敛,还应试验不同的初始条件,甚至逐次改变边界条件最后达到所要求的条件。
2 要判断自己模拟的结果是否是正确的,似乎解的收敛性要比那些初始条件和边界条件更重要,可以这样理解吗?也就是说,对于一个具体的问题,初始条件和边界条件的设定并不是唯一的,为了使解收敛,需要不断调整初始条件和边界条件直到解收敛为止,是吗?如果解收敛了,是不是就可以基本确定模拟的结果是正确的呢?对于一个具体的问题,边界条件的设定当然是唯一的,只不过初始化时可以选择不同的初始条件(指定常流),为了使解的收敛比较好,我一般是逐渐的调节边界条件到额定值("额定值"是指你题目中要求的入口或出口条件,例如计算一个管内流动,要求入口压力和温度为10MPa和3000K,那么我开始叠代时选择入口压力和温度为1MPa和500K(假设,这看你自己问题了),等流场计算的初具规模、收敛的较好了,再逐渐调高压力和温度,经过好几次调节后最终到达额定值10MPa和3000K,这样比一开始就设为10MPa和3000K收敛的要好些)这样每次叠代可以比较容易收敛,每次调节后不用再初始化即自动调用上次的解为这次的初始解,然后继续叠代。
壁面网格与y+的选择(参考官方手册ANSYS_Fluent_Theory_Guide19.2)大量的实验表明,近壁区域可以大致细分为三层。
在最内层,称为“粘性子层”,流动几乎是层流的,(分子)粘性在动量和热量或质量传递中起主导作用。
在被称为“湍流充分发展层”的外层,湍流起着主要作用。
最后,在粘性子层和湍流充分发展层之间有一个过渡区域,叫做“缓冲层”或“混合区”,在这里分子粘度和湍流的影响是同等重要的其中y+定义为y+≝ρuτy/μ其中uτ定义为uτ=√τw/ρ“壁面函数法”与“近壁模型法”传统的近壁区域建模方法有两种。
在第一种方法中,不解决粘度影响的内部区域(粘性子层和缓冲层)。
相反,被称为“壁面函数”的半经验公式被用来连接壁面和全紊流区域之间的粘滞区域。
使用壁面函数避免了需要修改湍流模型来考虑壁面的存在。
在另一种方法中,对湍流模型进行了修改,使粘滞区通过网格一直到壁面(包括粘滞子层)进行求解。
为了便于讨论,我们将其称为“近壁建模”方法。
这两种方法如图4.14所示。
图4.14: ANSYS Fluent中的近壁面处理所有壁面函数(scalable wall function除外)的主要缺点是在壁面法向网格细化的情况下,计算结果会恶化。
Y+小于15会逐渐导致壁面剪应力和壁面传热的误差增大。
但这已经是几年前的工业标准,ANSYS Fluent已经能够提供更先进的壁面方程,允许一致的网格细化没有恶化的结果。
对所有基于ω方程的湍流模型都采用这种与y+无关的公式。
对于基于ε-方程的模型,Menteri-Lechner和增强壁面处理(Enhanced Wall Treatment, EWT)具有相同的作用。
对y+不敏感的壁面处理也是Spalart-Allmaras模型的默认值,它允许你不用考虑近壁面的y+值而运行此模型。
只有当边界层的整体分辨率足够时,才能得到高质量的边界层数值结果。
这个要求实际上比实现特定的y+值更重要。
Fluent学习笔记之壁⾯⽹格与yplus的选择壁⾯⽹格与y+的选择(参考官⽅⼿册ANSYS_Fluent_Theory_Guide19.2)⼤量的实验表明,近壁区域可以⼤致细分为三层。
在最内层,称为“粘性⼦层”,流动⼏乎是层流的,(分⼦)粘性在动量和热量或质量传递中起主导作⽤。
在被称为“湍流充分发展层”的外层,湍流起着主要作⽤。
最后,在粘性⼦层和湍流充分发展层之间有⼀个过渡区域,叫做“缓冲层”或“混合区”,在这⾥分⼦粘度和湍流的影响是同等重要的其中y+定义为y+?ρuτy/µ其中uτ定义为uτ=√τw/ρ“壁⾯函数法”与“近壁模型法”传统的近壁区域建模⽅法有两种。
在第⼀种⽅法中,不解决粘度影响的内部区域(粘性⼦层和缓冲层)。
相反,被称为“壁⾯函数”的半经验公式被⽤来连接壁⾯和全紊流区域之间的粘滞区域。
使⽤壁⾯函数避免了需要修改湍流模型来考虑壁⾯的存在。
在另⼀种⽅法中,对湍流模型进⾏了修改,使粘滞区通过⽹格⼀直到壁⾯(包括粘滞⼦层)进⾏求解。
为了便于讨论,我们将其称为“近壁建模”⽅法。
这两种⽅法如图4.14所⽰。
图4.14: ANSYS Fluent中的近壁⾯处理所有壁⾯函数(scalable wall function除外)的主要缺点是在壁⾯法向⽹格细化的情况下,计算结果会恶化。
Y+⼩于15会逐渐导致壁⾯剪应⼒和壁⾯传热的误差增⼤。
但这已经是⼏年前的⼯业标准,ANSYS Fluent已经能够提供更先进的壁⾯⽅程,允许⼀致的⽹格细化没有恶化的结果。
对所有基于ω⽅程的湍流模型都采⽤这种与y+⽆关的公式。
对于基于ε-⽅程的模型,Menteri-Lechner和增强壁⾯处理(Enhanced Wall Treatment, EWT)具有相同的作⽤。
对y+不敏感的壁⾯处理也是Spalart-Allmaras模型的默认值,它允许你不⽤考虑近壁⾯的y+值⽽运⾏此模型。
只有当边界层的整体分辨率⾜够时,才能得到⾼质量的边界层数值结果。
整个用户手册包括四卷:卷一:对fluent介绍,用户界面,文件的导入导出,系统,网格,边界条件,物理特性的信息。
卷二:物理模型,求解器,网格优化卷三、卷四:后处理,图形,报告,并行处理,用户定义函数第一卷第一章介绍了fluent的性能,fluent与该公司其他产品和第三方产品之间的交互,对你提出了如何根据实际应用选择恰当的求解器建议,同时对安装步骤作了介绍,最后给出了一个例子。
1.介绍(C语言写成)2.程序结构可以用gambit产生网格,也可以用tgrid从existing boundary mesh产生网格,也可直接用第三方程序如(ANSYS)生成网格3.性能可压缩和不可压缩流动稳态和瞬时分析无粘流,层流,紊流牛顿非牛顿流动对流传热,包括自然对流和强制对流耦合传导/对流热交换辐射传热化学物质的混合与反应,包括燃烧子模型和表面堆积反应模型多个运动参考系,如转子与定子相互作用模型中的分界面和混和面的滑移有惯性或无惯性参考系模型Arbitrary volumetric source of heat, mass, momentum, turbulence and chemical species颗粒,液滴,气泡分相模型(包括和连续相的耦合)的拉格朗日求解通过多孔介质的流动one-dimensional fan/heat-exchanger performance models两相流包括气穴复杂面形状的自由面流动4.求解1)需要考虑的问题◆定义模型的目标你期待什么样的结果;需要的精确度如何;你需要的求解速度;你是不是需要专门的模型处理能力(比如在4.5中的fortran用户定义子程序,5.0中的C用户定义函数)◆确定模型的求解域如何从一个完整的物理系统中隔离出一个控制域;求解域的开始和结束位置;需要什么样的边界条件;这个问题能否简化成2D模型;◆选择物理模型无粘流,层流,紊流?稳态非稳态?热交换是否需要考虑?可压缩不可压缩?需要考虑其他的物理模型?2)求解步骤◆产生几何形状和网格◆ 对2D 或者3D 模型选择恰当的求解器◆ 导入网格◆ 检查网格◆ 选择求解方程◆ Choose the basic equation to be solved◆ 定义材料特性◆ 定义边界条件◆ 调整求解控制参数◆ 流动的初始条件◆ 计算◆ 检查结果◆ 保存结果◆ 可能的优化网格或者改变物理模型数字模型Tgrid :从gambit 或者其他CAD 系统导入的面网格,可以通过Tgrid 产生体网格5. 开始fluent6. 选择求解方程两种方法中最初segregated 压缩流体,couple 求解器用于高速压缩流动,现在两中方法广泛应用于压缩和不可压缩流动,但是在高速压缩流动上耦合求解器还是比前者好在需要用coupled implicit 求解器的地方,如果你的 计算机没有足够的存储力,那么你用segregated 或者coupled explicit在segregated 中的一些物理模型在coupled 中没有:多相模型mixture fraction/PDF 燃烧模型预混料燃烧模型Pollutant formation models相变模型rosseland radiation model指定质量流量的周期性流动模型周期性热交换模型7. 例子1) 60°菱形的空腔,边长0.1m ,空腔里面的空气密度不变3/0.1m kg =ρ,s m kg ⋅⋅=-/100.25μ,气体由上面的壁面以0.1m/s 向右的速度拖动。
定义材料的方法FLUENT预定义了一些材料,用户可自定义新材料,还可从材料数据库中复制己有材料,或者修改已有材料。
所有材料的定义、复制和修改,都是通过Meterials对话框来实现的。
在对话框中,可在相应条目下选择或输入相关数据,从而实现对材料的创建、修改和删除。
下面结合主要条目的说明来介绍对话框的使用。
Name:显示当前材料的名称。
如果用户想要生成新材料,无论是采用创建还是采用复制的方法,可在此输入所要生成材料名称。
如果要修改已存在的材料,则需要从右边的Fluid Materials(或Solid Materials)下拉列表中已有材料。
Chemical Formula:显示材料的化学式。
Material Type:该下拉列表框包含有所有可用的材料类型清单。
Fluent默认的材料类型只有Fluid和solid.如果模拟组分运输,会增加Mixture材料类型。
如果模拟离散项,还可能出现其他类型。
Fluid Materials/Solid Materials:下拉列表框包含与在Material Type中所选材料类型对应的已定义的全部材料清单。
Order Materials By:允许用户对已存在的材料名称进行排名。
排名顺序可安Name和Chemical Formula。
Datebaxxxxse:打开Fluent提供的数据库,用户可从中复制预定义的材料到当前求解器中。
数据库提供了许多常用的材料。
例如,可从数据库中将Water复制过来,然后在这个对话框中对其进行适当修改,water便成了当前求解器中可以使用的材料。
默认情况下,只有数据库中的air(空气)和aluminum(铝)出现在当前求解器中。
properties:包含材料的各种属性,用以让用户确认或修改。
这些属性的范围因当前使用的计算模型不同而不同。
经常使用的条目包括Density(密度)、(常压比热容)、Thermalconductivity(热传导系数)、Viscosity(粘度)等,用户可根据自己求解问题中的实际流体介质的物理特性输入相关参数。
近壁区流动及fluent求解对策
一、边界层
1、边界层(boundary layer)是高雷诺数绕流中紧贴物面的粘性力不可忽略的流动薄层,又称流动边界层、附面层。
在这部分区域中,沿着固壁面切向速度由固壁处的0速度发展到接近来流的速度,一般定义为在边界处的流速达到来流流速的99%。
在这部分区域中,由于厚度很小,故速度急剧变化,速度梯度很大,流体的粘性效应也主要体现在这一区域中。
2、边界层有层流、湍流、混合流
3、边界层分离
边界层流动从物体表面脱离的现象。
二维边界层分离有两种情况,一是发生在光滑物面上,另一是发生在物面有尖角或其他外形中断或不连续处。
光滑物面上发生分离的原因在于,边界层内的流体因克服粘性阻力而不断损失动量,当遇到下游压力变大(即存在逆压梯度)时,更需要将动能转变为压力能,以便克服前方压力而运动,当物面法向速度梯度在某位置上小到零时,表示一部分流体速度已为零,成为“死水”,边界层流动无法沿物面发展,只能从物面脱离,该位置称为分离点。
分离后的边界层在下游形成较大的旋涡区;但也可能在下游某处又回附到物面上,形成局部回流区或气泡。
尖点处发生边界层分离的原因在于附近的外流流速很大,压强很小,因而向下游必有很大的逆压梯度,在其作用下,边界层即从尖点处发生分离。
三维边界层的分离比较复杂,是正在深入研究的课题。
边界层分离导致绕流物体压差阻力增大、飞机机翼升力减小、流体机械效率降低、螺旋桨性能下降等,一般希望避免或尽量推迟分离的发生;但有时也可利用分离,如小展弦比尖前缘机翼的前缘分离涡可导致很强的涡升力。
二、flunet求解壁面区流动
对于有固体壁面的充分发展的湍流流动,沿壁面法线的不同距离上可将流动划分为壁面区和核心区。
核心区是完全湍流区,壁面区又分为:粘性底层、过渡层、对数律层。
粘性底层中粘性力占主导,对数律层粘性力影响不明显,流动处于充分发展的湍流状态。
在flunet中,无论是标准k—ε模型、RNGk—ε模型,还是Realizable k—ε模型,都是针对充分发展的湍
流才有效的,也就是说,这些模型均是高Re数的湍流模型。
它们只能用于求解处于湍流核心区的流动。
在壁面区,流动情况变化很大,解决这个问题目前有两个途径:
一、是采用低Re数的k—ε模型来求解粘性底层和过渡层,在这个区域,速度梯度很大,vorticity不为零,所以要直接求解,就必须在粘性支层中布置较多节点,一般要10层以上,越靠近壁面,网格越细。
当局部湍流的Re数小于150时,就应该使用低Re数的k—ε模型。
二、是不对粘性影响比较明显的区域(粘性底层和过渡层)进行求解,而是用一组半经验的公式(即壁
面函数)将壁面上的物理量与湍流核心区内的相应物理量联系起来。
这就是壁面函数法。
在划分网格的时候,
不需要在壁面区加密,只需要把第一个节点布置在对数律成立的区域内,即配置在湍流充分发展区域。
那么你如何判断你的边界层网格节点布置是否合适呢?这就要检查你的y+(关于y+的估算,
/APPS/YPlus/这个网站上有计算公式),y+就是第一层网格质心到壁面的无量纲距离,与速度、粘度、剪应力等等都有关系。
对于y+的值,各个学者推荐的范围是不一样的,但一般在30-60之内肯定是没有问题的。
也有推荐10-110甚至200的。
y+的值合理,意味着你的第一层边界网格布置比较合理,如果y+不合理,就要调整你的边界层网格。