《精通CFD动网格工程仿真与案例实战》——第 1 章 FLUENT概述 1.1 软件介绍

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《精通CFD动网格工程仿真与案例实战》——第 1 章 FLUENT概述 1.1 软件介绍

异步社区 2017-05-02 17:31:00 浏览1388
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本节书摘来自异步社区《精通CFD动网格工程仿真与案例实战》一书中的第1章,第1.1节,作者: 隋洪涛 , 李鹏飞 , 马世虎 , 更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。

第 1 章 FLUENT概述

1.1 软件介绍

精通CFD动网格工程仿真与案例实战
1.1.1 概述
FLUENT软件是目前国际上比较流行的大型商用CFD软件包,它可以求解流体的流动、湍流、传热、多相流、相变、化学反应、气动噪声等物理现象。由于其具有先进的数值算法、丰富的物理模型以及强大的前后置处理功能,使得其市场占有率多年来一直保持全球第一位。其应用范围非常广泛,涉及航空航天、船舶、汽车、能源、化工、水利、家电、生物医学等。如上海超级计算中心、GE、Intel、Honeywell、Boeing、Caterpillar、GM、Honda等都是其全球大客户。

1.1.2 FLUENT软件发展
1979年,在英国谢菲尔德大学开发TEMPEST(FLUENT的原型);

1983年,Creare公司开始销售FLUENT软件;

1988年,在美国成立Fluent Inc;

1995年,加入Aavid Thermal Technology集团;

1995年,收购FDI公司,增加Fidap软件;

1997年,收购Polyflow公司,增加Polyflow软件;

2000年,归属Wills Stain & Partners 财团;

2006年,并入ANSYS, Inc。

Fluent全线产品并入ANSYS公司后,与ANSYS公司先前收购的CFX软件统称为ANSYS-CFD。FLUENT6.3版是比较稳定的版本,之后为了与ANSYS产品版本号统一,版本数字上跳跃到12。FLUENT用C语言编写,CFX用FORTRAN语言编写。目前FLUENT与CFX仍然独立发展,功能逐渐相互补充。在12版后,FLUENT将嵌入ANSYS-workbench下,用户可以在ANSYS-workbench下根据需要选择启动FLUENT或CFX。

1.1.3 FLUENT软件包介绍
FLUENT软件包主要包括前处理器Gambit与TGrid,求解器及后处理器FLUENT。目前同属于ANSYS产品的ICEM-CFD也可以作FLUENT的前处理器。从12版以后,原来的Cfx-Post也可以作FLUENT的后处理器。

Gambit是面向CFD分析的高质量的前处理器,其主要功能包括几何建模、复杂几何修正和网格生成。其有一定的3D几何生成功能,而没有专业的CAD软件功能强大。但是它可以把其他主流CAD软件的几何导入到Gambit中进行进一步的处理。

TGrid是专业的网格生成软件,其生成网格不受几何结构复杂性和尺寸限制。它需要从GAMBIT、ANSYS、Catia、I-DEAS、NASTRAN、PATRAN、Pro/E或Hypermesh等软件中导入面或体网格等边界网格,而后由TGrid生成后续网格。其Wrap技术,对于复杂几何的处理与网格生成非常方便。

FLUENT是通用的CFD软件包,用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动。由于采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术,因而FLUENT能达到最佳的收敛速度和求解精度。灵活的非结构化网格和基于解的自适应网格技术及成熟的物理模型,使FLUENT在湍流、传热与相变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、动态网格、噪声等方面有广泛应用。

FLUENT软件具有以下特性和功能。

(1)FLUENT软件采用有限体积法,具有基于网格节点和网格单元的梯度算法。

(2)定常/非定常流动模拟,特别增加快速非定常NTA模拟功能。

(3)FLUENT软件具有强大的网格支持能力,支持界面不连续的网格、混合网格、动/变形网格以及滑动网格等。

(4)FLUENT软件拥有多种基于解的网格自适应、动态自适应技术以及动网格与网格动态自适应相结合的技术。

(5)可自动转换的多面体网格技术增强了FLUENT软件的运算能力,使网格数量减少为原来的1/3~1/5,计算效率也由此提高3~5倍。

(6)FLUENT软件包含两大类四种算法:基于压力的Simple算法、基于压力的耦合算法、基于密度的显式算法以及基于密度的隐式算法。

(7)FLUENT软件包含丰富而先进的物理模型,使得用户能够精确地模拟无黏流、层流、湍流。湍流模拟方式包含Spalart-Allmaras模型、k-ω模型组、k-ε模型组、雷诺应力模型(RSM)组、大涡模拟模型(LES)组以及最新的分离涡模拟(DES)等。另外用户还可以定制或添加自己的湍流模型。

(8)适用于牛顿流体与非牛顿流体。

(9)含有强制、自然、混合对流的热传导,固体、流体的热传导、辐射模型。

(10)包含化学组分的混合、反应,支持300种组分1500个化学反应。

(11)包含自由表面流模型、欧拉多相流模型、混合多相流模型、颗粒相模型、空泡两相流模型、湿蒸汽模型。

(12)包含融化/凝固;蒸发、冷凝相变模型。

(13)离散相的拉格朗日跟踪计算。

(14)包含非均质渗透性、惯性阻抗、固体热传导,多孔介质模型(考虑多孔介质压力突变)。

(15)包含风扇,散热器,以热交换器为对象的集中参数模型。

(16)包含惯性或非惯性坐标系,复数基准坐标系及滑移网格。

(17)能处理动静翼相互作用模型化后的接续界面。

(18)包含基于精细流场解算的预测流体噪声的声学模型。

(19)包含质量、动量、热、化学组分的体积源项。

(20)拥有丰富的物性参数的数据库。

(21)完备的旋转机械求解方法:SRF、MRF、Mixing Plane和Sliding Mesh,而且与其他相关的模型兼容。

(22)高效率的并行计算功能,提供多种自动、手动分区算法,内置MPI并行机制大幅度提高并行效率。另外,FLUENT特有动态负载平衡功能,确保全局高效并行计算。

(23)FLUENT软件提供友好的用户界面,并为用户提供了二次开发接口(UDF)。

(24)FLUENT软件采用C/C++语言编写,从而大大提高了对计算机内存的利用率。

(25)与第三方合作开发的V2F湍流模型。

(26)FLUNET中包含三种噪声求解方式:宽带噪声模型(Broadband Noise Model)、FW-H声类比方式(FW-H Analogy Model)和直接噪声模拟(CCA)。FLUENT软件包含目前最完善的流动噪声求解模型。

(27)先进的动网格技术,网格变形方式有三种:弹簧压缩式、动态铺层式,以及局部网格重生式。

(28)特有的燃料电池模块(PEMFC/SOFC)。

(29)特有的钢铁磁流体模块。

(30)特有的连续纤维模块。

尽管FLUENT的功能比较多,但本书将主要介绍动态网格技术。

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