Fluent应用实例
冷热水混合器的三维流动与换热问题
问题描述：冷水与热水分别自混合器的两侧沿水平切向方向流入，在容器混合后经过下部渐缩通道流入等径的出流管，最后流入大气，混合器简图见下图所示。
一．利用gambit建立混合器计算模型
步骤1：启动gambit并选定求解器（fluent5/6）
步骤2：创建混合器主体大圆柱
图1圆柱体设置对话框图2混合器主体
步骤3：设置混合器的切向入流管
1.创建小圆柱
图3小圆柱设置对话框图4创建的小圆柱体及混合器主体2将入流管移到混合器中部的边缘
3．将小入流管以Z轴为轴旋转1800复制
图7旋转复制对话框图8将入流管旋转复制后的混合器
步骤4：去掉小圆柱与大圆柱相交的多余部分，并将三个圆柱联接成一个整体
图9体积列表框图10合并体积后的混合器
步骤5：创建混合器下部的圆锥台
图11锥台设置对话框图12创建锥台后的混合器
步骤6：创建出流小管
1．创建出流小圆管
图13出流小管设置对话框图14创建出流小管后的混合器
2．将其移动并与锥台相接
图15移动小出流圆管设置对话框图16移动小出流圆管后的混合器步骤7将混合器上部、渐缩部分和下部出流小管组合为一个整体
图17体积列表框图18合并体积后的混合器步骤8：混合区域划分网格
图19网格设置对话框
图20划分好的表面网格图步骤9检查网格划分情况
图21网格检查设置对话框
图22最差网格形状及其质量
步骤10设置边界类型
图23边界类型设置对话框
步骤11msh文件的输出
二．利用fluent3D求解器进行求解步骤1启动fluent并选择求解器3D
步骤2检查网格并定义长度单位
1．读入网格文件（下图为读入的图示）
2．确定单位长度为cm
图24长度单位设置对话框3.检查网格
4.显示网格
图25显示网格设置对话框
图26显示网格图
步骤2创建计算模型
1.设置求解器
图27求解器设置对话框2.启动能量方程
图28能量方程设置对话框
2.使用ε
k湍流模型
-
图29湍流模型设置对话框步骤3设置流体的材料属性
图30材料属性设置对话框
图31流体材料库对话框
步骤4设置边界条件
图32边界条件设置对话框1.设置入口1的边界条件
图33速度边界设置对话框
2.设置入口2的边界条件
图34速度入口2的设置对话框2.设置出流口的边界条件
图35出口边界设置对话框步骤5：求解初始化
图36初始化设置对话框
步骤6：设置监视器
图37监视器设置对话框
步骤7：保存case和data文件步骤8：求解计算
图38迭代计算设置对话框
FLUENT 教程 赵玉新 I、目录 第一章、开始 第二章、操作界面 第三章、文件的读写 第四章、单位系统 第五章、读入和操作网格 第六章、边界条件 第七章、物理特性 第八章、基本物理模型 第九章、湍流模型 第十章、辐射模型 第十一章、化学输运与反应流 第十二章、污染形成模型 第十三章、相变模拟 第十四章、多相流模型 第十五章、动坐标系下的流动 第十六章、解算器的使用 第十七章、网格适应 第十八章、数据显示与报告界面的产生 第十九章、图形与可视化 第二十章、Alphanumeric Reporting 第二十一章、流场函数定义 第二十二章、并行处理 第二十三章、自定义函数 第二十四章、参考向导 第二十五章、索引（Bibliography） 第二十六章、命令索引 II、如何使用该教程 概述 本教程主要介绍了FLUENT 的使用，其中附带了相关的算例，从而能够使每一位使用 者在学习的同时积累相关的经验。本教程大致分以下四个部分：第一部分包括介绍信息、用户界面信息、文件输入输出、单位系统、网格、边界条件以及物理特性。第二和第三部分包含物理模型，解以及网格适应的信息。第四部分包括界面的生成、后处理、图形报告、并行处理、自定义函数以及FLUENT 所使用的流场函数与变量的定义。 下面是各章的简略概括 第一部分： z开始使用：本章描述了FLUENT 的计算能力以及它与其它程序的接口。介绍了如何对具体的应用选择适当的解形式，并且概述了问题解决的大致步骤。在本章中，我们给出
了一个可以在你自己计算机上运行的简单的算例。 z使用界面：本章描述了用户界面、文本界面以及在线帮助的使用方法。同时也提供了远程处理与批处理的一些方法。（请参考关于特定的文本界面命令的在线帮助） z读写文件：本章描述了FLUENT 可以读写的文件以及硬拷贝文件。 z单位系统：本章描述了如何使用FLUENT 所提供的标准与自定义单位系统。 z读和操纵网格：本章描述了各种各样的计算网格来源，并解释了如何获取关于网格的诊断信息，以及通过尺度化（scale）、分区（partition）等方法对网格的修改。本章还描述了非一致（nonconformal）网格的使用. z边界条件：本章描述了FLUENT 所提供的各种类型边界条件，如何使用它们，如何定义它们and how to define boundary profiles and volumetric sources. z物理特性：本章描述了如何定义流体的物理特性与方程。FLUENT 采用这些信息来处理你的输入信息。 第二部分： z基本物理模型：本章描述了FLUENT 计算流体流动和热传导所使用的物理模型（包括自然对流、周期流、热传导、swirling、旋转流、可压流、无粘流以及时间相关流）。以及在使用这些模型时你需要输入的数据，本章也包含了自定义标量的信息。 z湍流模型：本章描述了FLUENT 的湍流模型以及使用条件。 z辐射模型：本章描述了FLUENT 的热辐射模型以及使用条件。 z化学组分输运和反应流：本章描述了化学组分输运和反应流的模型及其使用方法。本章详细的叙述了prePDF 的使用方法。 z污染形成模型：本章描述了NOx 和烟尘的形成的模型，以及这些模型的使用方法。 第三部分： z相变模拟：本章描述了FLUENT 的相变模型及其使用方法。 z离散相变模型：本章描述了FLUENT 的离散相变模型及其使用方法。 z多相流模型：本章描述了FLUENT 的多相流模型及其使用方法。 z Flows in Moving Zones（移动坐标系下的流动）：本章描述了FLUENT 中单一旋转坐标系，多重移动坐标系，以及滑动网格的使用方法。 z Solver 的使用：本章描述了如何使用FLUENT 的解法器（solver）。 z网格适应：本章描述了explains the solution-adaptive mesh refinement feature in FLUENT and how to use it 第四部分： z显示和报告数据界面的创建：本章描述了explains how to create surfaces in the domain on which you can examine FLUENT solution data z图形和可视化：本章描述了检验FLUENT 解的图形工具 z Alphanumeric Reporting：本章描述了如何获取流动、力、表面积分以及其它解的数据。 z流场函数的定义：本章描述了如何定义FLUENT 面板内出现的变量选择下拉菜单中的流动变量，并且告诉我们如何创建自己的自定义流场函数。 z并行处理：本章描述了FLUENT 的并行处理特点以及使用方法 z自定义函数：本章描述了如何通过用户定义边界条件，物理性质函数来形成自己的FLUENT 软件。 如何使用该手册 z根据你对CFD 以及FLUENT 公司的熟悉，你可以通过各种途径使用该手册 对于初学者，建议如下：
想起CFD，人们总会想起FLUENT，丰富的物理模型使其应用广泛，从机翼空气流动到熔炉燃烧，从鼓泡塔到玻璃制造，从血液流动到半导体生产，从洁净室到污水处理工厂的设计，另外软件强大的模拟能力还扩展了在旋转机械，气动噪声，内燃机和多相流系统等领域的应用。今天，全球数以千计的公司得益于FLUENT的这一工程设计与分析软件，它在多物理场方面的模拟能力使其应用范围非常广泛，是目前功能最全的CFD软件。 FLUENT因其用户界面友好，算法健壮，新用户容易上手等优点一直在用户中有着良好的口碑。长期以来，功能强大的模块，易用性和专业的技术支持所有这些因素使得FLUENT成为企业选择CF D软件时的首选。 网格技术，数值技术，并行计算 计算网格是任何CFD计算的核心，它通常把计算域划分为几千甚至几百万个单元，在单元上计算并存储求解变量，FLUENT使用非结构化网格技术，这就意味着可以有各种各样的网格单元：二维的四边形和三角形单元，三维的四面体核心单元、六面体核心单元、棱柱和多面体单元。这些网格可以使用FLUENT的前处理软件GAMBIT自动生成，也可以选择在ICEM CFD工具中生成。
六面体核心网格 四边形平铺网格 在目前的CFD市场， FLUENT以其在非结构网格的基础上提供丰富物理模型而著称，久经考验的数值算法和鲁棒性极好的求解器保证了计算结果的精度，新的NITA算法大大减少了求解瞬态问题的所需时间，成熟的并行计算能力适用于NT，Linux或Unix平台，而且既适用单机的多处理器又适用网络联接的多台机器。动态加载平衡功能自动监测并分析并行性能，通过调整各处理器间的网格分配平衡各CPU的计算负载。
一旦使用了离散相模型，下面的模型将不能使用： ● 选择了离散相模型后，不能再使用周期性边界条件 ● 可调整时间步长方法不能与离散相模型同时使用 ● 预混燃烧模型中只能使用非反应颗粒模型 ● 同时选择了多参考坐标系与离散相颗粒模型时，在缺省情况下，颗粒轨道的显示失却了其原有意义；同样，相间耦合计算是没有意义的。 FLUENT 提供的离散相模型选择如下： ● 对稳态与非稳态流动，可以应用拉氏公式考虑离散相的惯性、曳力、重力 ● 预报连续相中，由于湍流涡旋的作用而对颗粒造成的影响 ● 离散相的加热/冷却 ● 液滴的蒸发与沸腾 ● 颗粒燃烧模型，包括挥发份析出以及焦炭燃烧模型（因而可以模拟煤粉燃烧） ● 连续相与离散相间的耦合 ● 液滴的迸裂与合并 热泳力（热致迁移力或辐射力） Saffman 升力 在附加力中也可以考虑由于横向速度梯度（剪切层流动）引致的Saffman 升力。 离散相边界条件 当颗粒与壁面发生碰撞时，将会发生下述几种情况： l 颗粒发生弹性或非弹性碰撞反射 l 穿过壁面而逃逸（颗粒的轨道计算在此处终止） l 在壁面处被捕集。非挥发性颗粒在此处终止计算；颗粒或液滴中的挥发性物质在此处 被释放到气相中 l 穿过内部的诸如辐射或多孔介质间断面区域 ！！如果选择了Spalart-Allmaras 湍流模型，那么，轨道计算中就不能包含颗粒的湍流扩散。 颗粒类型 l 惯性颗粒（``inert''）是服从力平衡（方程19.2-1）以及受到加热／冷却影响（由定律1 确定，请参阅19.3.2）的一种离散相类型（颗粒、液滴或气泡）。在FLUENT 任何模型 中，惯性颗粒总是可选的。 2液滴（``droplet''）是一种存在于连续相气流中的液体颗粒。它服从力的平衡并受到加热／冷却的影响（由定律1 确定）。此外，他还由定律2 和3 确定自身的蒸发与沸腾（请参阅19.3.3、19.3.4）。只有传热选项被激活并且至少两种化学组份在计算中是被激活的，或者已经选择了非预混燃烧或部分预混燃烧模型，液滴类型才是可选的。当选择了液滴 类型之后，用户应该使用理想气体定律来定义气相密度（在Materials panel,面板里，可参阅19.25 节）。 3 燃烧（``combusting''）颗粒是一种固体颗粒，它遵从由方程19.2-1 所确定的受力平衡、 由定律1 所确定的加热冷却过程、由定律4 所确定的挥发份析出过程（19.3.5 节）以及 由定律5 所确定的异相表面反应机制（19.3.6 节）。最后，当颗粒的挥发份完全析出之后，非挥发份的运动、变化由定律6 所确定。在Set Injection Properties panel 面板中选 定Wet Combustion 选项，用户可以在燃烧颗粒中包含有可蒸发物质。这样，颗粒的可 蒸发物质可在挥发份开始析出之前，经历由定律2、3 所确定的蒸发与沸腾过程。只有在模
1.pressure based 和density based Coupled会同时求解所有的方程（质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程）而不是单个方程求解（方程互相分离）。当速度和压力高度耦合（高压和高速）时应该使用耦合求解，但这样会需要较长的计算时间。 在耦合求解中，能量方程中总是包含组分扩散（Species Diffusion Term）项。 当使用segregated求解时，fluent允许指定固体材料的各项异性传导性。 求解方法主要根据要求解的模型来选择。Segregated方法是基于压力，而coupled求解是基于密度的。这样就使得segregated求解低速流动较好而coupled求解音速/超音速问题较好。我不推荐使用coupled求解所有低于马赫数4的流动（直到基于压力的coupled求解方法出现在下一个fluent版本中）。我曾经用segregated方法求解直到1.5马赫的问题，并且结果很好。但是速度越高，需要的网格就越多（因为segregated趋向于“平滑”波动），所以必须多加注意划分网格。 Coupled方法使用默认设置时往往是比较稳定的。Segregated方法常常对容许极根很敏感。当使用segregated方法求解时，不要提高turbulent viscosity ration limit（除非你根据过去的经验或者你的物理模型有很好的理由超过这个极限，但我从没有听说这样是比较理想的）。不要给压力和温度极限限定的合理的范围（例如Plimits=Pstatic+/-(2*dynamic pressure)）来计算适当的温度。 1，pressure based 求解方法在求解不可压流体时，如果我们联立求解从动量方程和连续性方程离散得到的代数方程组，可以直接得到各速度分量及相应的压力值，但是要占用大量的计算内存，这一方法已可以在Fluent6.3中实现，所需内存为分离算法的1.5-2倍，同时Fluent6.3中的压力基耦合求解器也很适合求解带有激波的高速空气动力问题（可压流体），这是一个新变化。本人也在尝试用这个模型模拟一些噪声问题。 2，density based求解方法是针对可压流体设计的，因而更适合于可压流场的计算。以速度分量、密度（密度基）作为基本变量，压力则由状态方程求解。 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，其实也就是Pressure-Based Solver 的两种处理方法； Density-Based Solver是Fluent 6.3新发展出来的，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具有比较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。 Density-Based Solver下肯定是没有SIMPLEC，PISO这些选项的，因为这些都是压力修正算法，不会在这种类型的求解器中出现的；一般还是使用Pressure-Based Solver解决问题。 2.连续性方程不收敛是怎么回事？ 在计算过程中其它指数都收敛了，就continuity不收敛是怎么回事 这和Fluent程序的求解方法SIMPLE有关。SIMPLE根据连续方程推导出压力修正方法求解压力。由于连续方程中流场耦合项被过渡简化，使得压力修正方程不能准确反映流场的变化，从而导致该方程收敛缓慢。 你可以试验SIMPLEC方法，应该会收敛快些。 3.边界条件对应的一般设定方法 边界条件对应的一般设定方法：
FLUENT中文手册（简化版） 本手册介绍FLUENT的使用方法，并附带了相关的算例。下面是本教程各部分各章节的简略概括。 第一部分： ?开始使用：描述了FLUENT的计算能力以及它与其它程序的接口。介绍了如何对具体的应用选择适当的解形式，并且概述了问题解决的大致步骤。在本章中给出了一个简单的算例。 ?使用界面：描述用户界面、文本界面以及在线帮助的使用方法，还有远程处理与批处理的一些方法。?读写文件：描述了FLUENT可以读写的文件以及硬拷贝文件。 ?单位系统：描述了如何使用FLUENT所提供的标准与自定义单位系统。 ?使用网格：描述了各种计算网格来源，并解释了如何获取关于网格的诊断信息，以及通过尺度化（scale）、分区（partition）等方法对网格的修改。还描述了非一致（nonconformal）网格的使用. ?边界条件：描述了FLUENT所提供的各种类型边界条件和源项，如何使用它们，如何定义它们等 ?物理特性：描述了如何定义流体的物理特性与方程。FLUENT采用这些信息来处理你的输入信息。 第二部分： ?基本物理模型：描述了计算流动和传热所用的物理模型（包括自然对流、周期流、热传导、swirling、旋转流、可压流、无粘流以及时间相关流）及其使用方法，还有自定义标量的信息。 ?湍流模型：描述了FLUENT的湍流模型以及使用条件。 ?辐射模型：描述了FLUENT的热辐射模型以及使用条件。 ?化学组分输运和反应流：描述了化学组分输运和反应流的模型及其使用方法，并详细叙述了prePDF 的使用方法。 ?污染形成模型：描述了NOx和烟尘的形成的模型，以及这些模型的使用方法。 第三部分： ?相变模拟：描述了FLUENT的相变模型及其使用方法。 ?离散相变模型：描述了FLUENT的离散相变模型及其使用方法。 ?多相流模型：描述了FLUENT的多相流模型及其使用方法。 ?移动坐标系下的流动：描述单一旋转坐标系、多重移动坐标系、以及滑动网格的使用方法。 ?解法器（solver）的使用：描述了如何使用FLUENT的解法器。 ?网格适应：描述了如何优化网格以适应计算需求。 第四部分： ?显示和报告数据界面的创建：本章描述了explains how to create surfaces in the domain on which you can examine FLUENT solution data ?图形和可视化：本章描述了检验FLUENT解的图形工具 ?Alphanumeric Reporting：本章描述了如何获取流动、力、表面积分以及其它解的数据。 ?流场函数的定义：本章描述了如何定义FLUENT面板内出现的变量选择下拉菜单中的流动变量，并且告诉我们如何创建自己的自定义流场函数。 ?并行处理：本章描述了FLUENT的并行处理特点以及使用方法 ?自定义函数：本章描述了如何通过用户定义边界条件，物理性质函数来形成自己的FLUENT软件。 如何使用该手册 对于初学者，建议从阅读“开始”这一章起步。 对于有经验的使用者，有三种不同的方法供你使用该手册：按照特定程序的步骤从按程序顺序排列的目录列表和主题列表中查找相关资料；从命令索引查找特定的面板和文本命令的使用方法；从分类索引查找特定类别信息（在线帮助中没有此类索引，只能在印刷手册中找到它）。 什么时候使用Support Engineer：Support Engineer能帮你计划CFD模拟工程并解决在使用FLUENT 中所遇到的困难。在遇到困难时我们建议你使用Support Engineer。但是在使用之前有以下几个注意事项：●仔细阅读手册中关于你使用并产生问题的命令的信息 ●回忆导致你产生问题的每一步 ●如果可能的话，请记下所出现的错误信息 ●对于特别困难的问题，保存FLUENT出现问题时的日志以及手稿。在解决问题时，它是最好的资源。
Fluent经典问题及解答 1 对于刚接触到FLUENT新手来说，面对铺天盖地的学习资料和令人难读的FLUENT help，如何学习才能在最短的时间内入门并掌握基本学习方法呢？(#61) 2 CFD计算中涉及到的流体及流动的基本概念和术语：理想流体和粘性流体；牛顿流体和非牛顿流体；可压缩流体和不可压缩流体；层流和湍流；定常流动和非定常流动；亚音速与超音速流动；热传导和扩散等。（13楼） 3 在数值模拟过程中，离散化的目的是什么？如何对计算区域进行离散化？离散化时通常使用哪些网格？如何对控制方程进行离散？离散化常用的方法有哪些？它们有什么不同？（#80） 4 常见离散格式的性能的对比（稳定性、精度和经济性）(#62) 5 在利用有限体积法建立离散方程时，必须遵守哪几个基本原则？（#81） 6 流场数值计算的目的是什么？主要方法有哪些？其基本思路是什么？各自的适用范围是什么？(#130) 7 可压缩流动和不可压缩流动，在数值解法上各有何特点？为何不可压缩流动在求解时反而比可压缩流动有更多的困难？（#55） 8 什么叫边界条件？有何物理意义？它与初始条件有什么关系？（#56） 9 在一个物理问题的多个边界上，如何协调各边界上的不同边界条件？在边界条件的组合问题上，有什么原则？ 10 在数值计算中，偏微分方程的双曲型方程、椭圆型方程、抛物型方程有什么区别？（#143） 11 在网格生成技术中，什么叫贴体坐标系？什么叫网格独立解？（#35） 12 在GAMBIT的foreground和background中，真实体和虚实体、实操作和虚操作四个之间是什么关系？ 13 在GAMBIT中显示的“check”主要通过哪几种来判断其网格的质量？及其在做网格时大致注意到哪些细节？（#38） 14 画网格时，网格类型和网格方法如何配合使用？各种方法有什么样的应用范围及做网格时需注意的问题？(#169) 15 对于自己的模型，大多数人有这样的想法：我的模型如何来画网格？用什么样的方法最简单？这样做网格到底对不对？(#154) 16 在两个面的交界线上如果出现网格间距不同的情况时，即两块网格不连续时，怎么样克服这种情况呢？（#40） 17 依据实体在GAMBIT建模之前简化时，必须遵循哪几个原则？(#170) 18 在设置GAMBIT边界层类型时需要注意的几个问题：a、没有定义的边界线如何处理？b、计算域内的内部边界如何处理（2D）？（#128） 19 为何在划分网格后，还要指定边界类型和区域类型？常用的边界类型和区域类型有哪些？（#127） 20 何为流体区域（fluid zone）和固体区域（solid zone）？为什么要使用区域的概念？FLUENT是怎样使用区域的？(#41) 21 如何监视FLUENT的计算结果？如何判断计算是否收敛？在FLUENT中收敛准则是如何定义的？分析计算收敛性的各控制参数，并说明如何选择和设置这些参数？解决不收敛问题通常的几个解决方法是什么？（9楼） 22 什么叫松弛因子？松弛因子对计算结果有什么样的影响？它对计算的收敛情况又有什么样的影响？（7楼）
大学 Zhengzhou University Cae课程论文 六斜叶式搅拌器流场数值模拟 Numerical Simulation of Shell-side Fluid-flow in the Six pitched blade stirrer 专业班级：过程装备与控制工程3班 作者：郝苒杏 作者学号：20090360310 完成时间：2012年12月16日
目录 摘要 (1) Abstract (1) 1、背景与意义 (1) 2、研究现状 (2) 3、数学物理模型 (2) 3.1基本控制方程 (2) 3.2湍流模型介绍 (3) 4、六斜叶搅拌器fluent数值模拟 (3) 4.1搅拌器结构 (3) 4.2几何建模 (4) 4.3网格划分 (4) 4.4模型求解设置 (5) 4.5边界条件设置 (6) 4.6残差设置 (7) 4.7初始化并且迭代求解 (8) 5结果分析 (8) 5.1网格独立性考核 (8) 5.2搅拌器流场速度矢量分析 (9) 5.3搅拌器压力场分析 (10) 6结论 (11) 7参考文献 (11)
六斜叶式搅拌器流场数值模拟 摘要 本文以常规六斜叶搅拌器设备为研究对象，采用数值模拟的方法，研究了搅拌器搅拌釜的流场特性的分布规律。研究结果表明:六斜叶搅拌器流动呈现为一个位于搅拌叶片外侧的大漩涡和一个位于叶片下方的小漩涡，两个漩涡之间存在流体和能量的交换，在六斜叶搅拌器中，桨叶区湍动能较大，能量耗散率高。将CFD技术应用于搅拌器搅拌流场的分析，基于Naives-Stokes方程和标准k－e 紊流模型，求解搅拌器的湍流场，数值模拟的结果对搅拌器水力优化设计具有指导意义。 Abstract In this paper, numerical simulation is eateries out to study the flow fields in three stirred tanks such as the general Pitched blade turbines(PDT)，the standard RUSHTON，and a stirred equipment with special usage. The results show that there is a large-scale vortex in the outer of the blade and a small vortex below the blade. The ruction stirred is vary little flow exchange between the vortices. The region of the stirred bale has a relative large turbulence and high turbulence dissipation rate. Stirrer CFD technology is applied to the analysis of the flow field, which is based on the Naives-Stokes equations and the standard k-e turbulence model and to solve agitator turbulence field. The numerical simulation results of the agitator is helpful to guide the design of its hydraulic optimization. 1、背景与意义 搅拌与混合是应用最广泛的过程操作之一，搅拌设备也大量应用于化工、轻工、医药、食品、造纸、冶金、生物、废水处理等行业中。由于相际接触面积大、传热传质效率高、操作稳定、结构简单、制造方便等优点，使得搅拌设备既可以当做反应器应用于很多场合，例如在合成橡胶，合成纤维和合成塑料这三大合成材料的生产中，搅拌设备作为反应器的约占反应器总数的85%一90%。同时也有大量的搅拌设备并不是仅用在化学反应中应用物料的混合、传热、传质以及制备乳液、悬浮液等。在很多化工过程中，例如水煤浆和原油的输送是煤化工，石油化的重要特征，这种高浓度的液体输送前需要有相应的搅拌过程来防止进行前可能的沉淀。 在发酵工业中，搅拌操作同样占有非常重要的地位。发酵工业涉及到很多有氧呼吸的微生物，同时氧气在发酵液中的溶解度一般都很低。为了保证微生物基本代活动所需要的氧气，氧气的迅速有效的供给尤为重要。有氧发酵过程中所涉及到的搅拌操作主要是气液传质和分散。此外，(l)发酵过程中一般都伴随有中间补给，搅拌操作可以使补给原料和基料迅速混合，避免了局部的浓度过高。(2)微生物的代活动和搅拌过程都能产生大量的热，这些可以通过搅拌来强化传热从而使搅拌釜的物料温度保持均匀。(3)可以使发酵液中的菌体和固体基质均匀的悬浮。 在实现混合操作的过程中，转轮的搅拌推流形式起着很重要的作用。不同的转轮造成的搅拌推流效果差别很大，而不同的生产过程有不同的搅拌推流目的。本文将CFD软件应用于搅拌器的搅拌流场分析，对以后的设计和分析具有指导性的意义。
QUICK格式可能产生比二阶精度更好的结果。但是，一般情况下，用二阶精度就已足够，即使使用QUICK格式，结果也不一定好。乘方格式(Power-law Scheme)一般产生与一阶精度格式相同精度的结果。中心差分格式一般只用于大涡模拟，而且要求网格很细的情况。 53 对于FLUENT的耦合解算器，对时间步进格式的主要控制是Courant数（CFL），那么Courant 数对计算结果有何影响？ courant number实际上是指时间步长和空间步长的相对关系，系统自动减小courant数，这种情况一般出现在存在尖锐外形的计算域，当局部的流速过大或者压差过大时出错，把局部的网格加密再试一下。 在Fluent中，用courant number来调节计算的稳定性与收敛性。一般来说，随着courant number的从小到大的变化，收敛速度逐渐加快，但是稳定性逐渐降低。所以具体的问题，在计算的过程中，最好是把courant number从小开始设置，看看迭代残差的收敛情况，如果收敛速度较慢而且比较稳定的话，可以适当的增加courant number的大小，根据自己具体的问题，找出一个比较合适的courant number，让收敛速度能够足够的快，而且能够保持它的稳定性。 54 在分离求解器中，FLUENT提供了压力速度耦和的三种方法：SIMPLE，SIMPLEC及PISO，它们的应用有什么不同？ 在FLUENT中，可以使用标准SIMPLE算法和SIMPLEC（SIMPLE-Consistent）算法，默认是SIMPLE算法，但是对于许多问题如果使用SIMPLEC可能会得到更好的结果，尤其是可以应用增加的亚松驰迭代时，具体介绍如下： 对于相对简单的问题（如：没有附加模型激活的层流流动），其收敛性已经被压力速度耦合所限制，你通常可以用SIMPLEC算法很快得到收敛解。在SIMPLEC中，压力校正亚松驰因子通常设为1.0，它有助于收敛。但是，在有些问题中，将压力校正松弛因子增加到1.0可能会导致不稳定。 对于所有的过渡流动计算，强烈推荐使用PISO算法邻近校正。它允许你使用大的时间步，而且对于动量和压力都可以使用亚松驰因子1.0。对于定常状态问题，具有邻近校正的PISO 并不会比具有较好的亚松驰因子的SIMPLE或SIMPLEC好。对于具有较大扭曲网格上的定常状态和过渡计算推荐使用PISO倾斜校正。 当你使用PISO邻近校正时，对所有方程都推荐使用亚松驰因子为1.0或者接近1.0。如果你只对高度扭曲的网格使用PISO倾斜校正，请设定动量和压力的亚松驰因子之和为1.0比如：压力亚松驰因子0.3，动量亚松驰因子0.7）。如果你同时使用PISO的两种校正方法，推荐参阅PISO邻近校正中所用的方法 55 对于大多数情况，在选择选择压力插值格式时，标准格式已经足够了，但是对于特定的某些模型使用其它格式有什么特别的要求？ 压力插值方式的列表只在使用Pressure-based求解器中出现。一般情况下可选择Standard；对于含有高回旋数的流动，高 Rayleigh数的自然对流，高速旋转流动，多孔介质流动，高曲率计算区域等流动情况，选择PRESTO格式；对于可压缩流动，选择Second Order；当然也可以选择Second Order以提高精度；对于含有大体力的流动，选择Body Force Weighted。 注意：Second Order格式不可以用于多孔介质；在使用VOF和Mixture多相流模型时，只能
FLUENT多相流模型 分类 1、气液或液液流动 气泡流动：连续流体中存在离散的气泡或液泡 液滴流动：连续相为气相，其它相为液滴 栓塞（泡状）流动：在连续流体中存在尺寸较大的气泡 分层自由流动：由明显的分界面隔开的非混合流体流动。 2、气固两相流动 粒子负载流动：连续气体流动中有离散的固体粒子 气力输运：流动模式依赖，如固体载荷、雷诺数和例子属性等。最典型的模式有沙子的流动，泥浆流，填充床以及各相同性流 流化床：有一个盛有粒子的竖直圆筒构成，气体从一个分散器进入筒内，从床底不断冲入的气体使得颗粒得以悬浮。 3、液固两相流动 泥浆流：流体中的大量颗粒流动。颗粒的stokes数通常小于1。大于1是成为流化了的液固流动。 水力运输：在连续流体中密布着固体颗粒 沉降运动：在有一定高度的盛有液体的容器内，初始时刻均匀散布着颗粒物质，随后，流体会出现分层。 4、三相流 以上各种情况的组合 多相流动系统的实例 气泡流：抽吸、通风、空气泵、气穴、蒸发、浮选、洗刷。 液滴流：抽吸、喷雾、燃烧室、低温泵、干燥机、蒸发、气冷、洗刷。 栓塞流：管道或容器中有大尺度气泡的流动 分层流：分离器中的晃动、核反应装置沸腾和冷凝 粒子负载流：旋风分离器、空气分类器、洗尘器、环境尘埃流动 气力输运：水泥、谷粒和金属粉末的输运 流化床：流化床反应器、循环流化床 泥浆流：泥浆输运、矿物处理 水力输运：矿物处理、生物医学、物理化学中的流体系统 沉降流动：矿物处理。 多相流模型的选择原则 1、基本原则
1)对于体积分数小于10%的气泡、液滴和粒子负载流动，采用离散相 模型。 2)对于离散相混合物或者单独的离散相体积率超出10%的气泡、液滴 和粒子负载流动，采用混合模型或欧拉模型。 3)对于栓塞流、泡状流，采用VOF模型 4)对于分层/自由面流动，采用VOF模型 5)对于气动输运，均匀流动采用混合模型，粒子流采用欧拉模型。 6)对于流化床，采用欧拉模型 7)泥浆和水力输运，采用混合模型或欧拉模型。 8)沉降采用欧拉模型 9)对于更一般的，同时包含多种多相流模式的情况，应根据最感兴趣 的流动特种，选择合适的流动模型。此时由于模型只是对部分流动特 征采用了较好的模拟，其精度必然低于只包含单个模式的流动。 2、混合模型和欧拉模型的选择原则 VOF模型适合于分层的或自由表面流，而混合模型和欧拉模型适合于流动中有相混合或分离，或者分散相的体积分数超过10%的情况（小于10%可使用离散相模型）。 1)如果分散相有宽广的分布（如颗粒的尺寸分布很宽），最好采用混 合模型，反之使用欧拉模型。 2)如果相间曳力规律一直，欧拉模型通常比混合模型更精确；若相间 曳力规律不明确，最好选用混合模型。 3)如果希望减小计算了，最好选用混合模型，它比欧拉模型少解一部 分方程；如果要求精度而不在意计算量，欧拉模型可能是更好的选择。 但是要注意，复杂的欧拉模型比混合模型的稳定性差，可能会遇到收 敛困难。
网格质量与那些因素有关？ 网格质量本身与具体问题的具体几何特性、流动特性及流场求解算法有关。因此，网格质量最终要由计算结果来评判，但是误差分析以及经验表明，CFD计算对计算网格有一些一般性的要求，例如光滑性、正交性、网格单元的正则性以及在流动变化剧烈的区域分布足够多的网格点等。对于复杂几何外形的网格生成，这些要求往往并不可能同时完全满足。例如，给定边界网格点分布，采用Laplace 方程生成的网格是最光滑的，但是最光滑的网格不一定满足物面边界正交性条件，其网格点分布也很有可能不能捕捉流动特征，因此，最光滑的网格不一定是最好的网格。对计算网格的一个最基本的要求当然是所有网格点的Jacobian必须为正值，即网格体积必须为正，其他一些最常用的网格质量度量参数包括扭角（skew angle）、纵横比（aspect ratio、Laplacian）、以及弧长（arc length）等。通过计算、检查这些参数，可以定性的甚至从某种程度上定量的对网格质量进行评判。Parmley等给出了更多的基于网格元素和网格节点的网格质量度量参数。有限元素法关于插值逼近误差估计的理论，实际上也对网格单元的品质给出了基本的规定：即每个单元的内切球半径与外切球半径之，应该是一个适当的，与网格疏密无关的常数。 实体与虚体的区别 在建模中，经常会遇到实体、实面与虚体、虚面，虚体的计算域也可以进行计算并得到所需的结果。那么它们的区别是什么呢？ 对于求解是没有任何区别的，只要你能在虚体或者实体上划分你需要的网格。关键是看你网格生成的质量如何，与实体虚体无关。 gambit的实体和虚体在生成网格和计算的时候对于结果没有任何影响，实体和虚体的主要区别有以下几点： 1.实体可以进行布尔运算但是虚体不能，虽然不能进行布尔运算，但是虚体存在merge，split 等功能。 2.实体运算在很多cad软件里面都有，但是虚体是gambit的一大特色，有了虚体以后，gambit 的建模和网格生成的灵活性增加了很多。 3.在网格生成的过程中，如果有几个相对比较平坦的面，你可以把它们通过merge合成一个，这样，作网格的时候，可以节省步骤，对于曲率比较大的面，可能生成的网格质量不好，这时候，你可以采取用split的方式把它划分成几个小面以提高网格质量。 在Fluent中进行非稳态（unsteady）计算时如何设置步长？
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。 NS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。即使解收敛了，这并不意味着就可以基本确定模拟的结果是正确的，还需要和实验的结果以及理论分析结果进行对比分析。 连续性方程不收敛是怎么回事？ 在计算过程中其它指数都收敛了，就continuity不收敛是怎么回事 这和Fluent程序的求解方法SIMPLE有关。SIMPLE根据连续方程推导出压力修正方法求解压力。由于连续方程中流场耦合项被过渡简化，使得压力修正方程不能准确反映流场的变化，从而导致该方程收敛缓慢。你可以试验SIMPLEC方法，应该会收敛快些。 边界条件对应的一般设定方法 边界条件对应的一般设定方法： *Genaeral--- pressure inlet;pressure outlet *Compressible flows---mass flow inlet;pressure far-field *Incompressible ---velocity inlet;outflow
1.多相流动模式 我们可以根据下面的原则对多相流分成四类： ?气-液或者液-液两相流： o 气泡流动：连续流体中的气泡或者液泡。 o 液滴流动：连续气体中的离散流体液滴。 o 活塞流动: 在连续流体中的大的气泡 o 分层自由面流动：由明显的分界面隔开的非混合流体流动。 ?气-固两相流： o 充满粒子的流动：连续气体流动中有离散的固体粒子。 o 气动输运：流动模式依赖诸如固体载荷、雷诺数和粒子属性等因素。最典型的模式有沙子的流动，泥浆流，填充床，以及各向同性流。 o 流化床：由一个盛有粒子的竖直圆筒构成，气体从一个分散器导入筒内。从 床底不断充入的气体使得颗粒得以悬浮。改变气体的流量，就会有气泡不断 的出现并穿过整个容器，从而使得颗粒在床内得到充分混合。 ?液-固两相流 o 泥浆流：流体中的颗粒输运。液-固两相流的基本特征不同于液体中固体颗 粒的流动。在泥浆流中，Stokes 数通常小于1。当Stokes数大于1 时，流动成为流化（fluidization）了的液-固流动。 o 水力运输: 在连续流体中密布着固体颗粒 o 沉降运动: 在有一定高度的成有液体的容器内，初始时刻均匀散布着颗粒物 质。随后，流体将会分层，在容器底部因为颗粒的不断沉降并堆积形成了淤 积层，在顶部出现了澄清层，里面没有颗粒物质，在中间则是沉降层，那里 的粒子仍然在沉降。在澄清层和沉降层中间，是一个清晰可辨的交界面。 ?三相流(上面各种情况的组合) 各流动模式对应的例子如下： ?气泡流例子：抽吸，通风，空气泵，气穴，蒸发，浮选，洗刷 ?液滴流例子：抽吸，喷雾，燃烧室，低温泵，干燥机，蒸发，气冷，刷洗?活塞流例子：管道或容器内有大尺度气泡的流动 ?分层自由面流动例子：分离器中的晃动，核反应装置中的沸腾和冷凝 ?粒子负载流动例子：旋风分离器，空气分类器，洗尘器，环境尘埃流动 ?风力输运例子：水泥、谷粒和金属粉末的输运
Fluent动网格----layering个一个简单实例我这几天看了点动网格技术方面的东西，在学习过程中发现这方面的例子很少，自己也走了一些弯路。现在还好，弄明白了一些，能够应付现在我的工作。为了让更多学习者快速了解动网格，我打算尽量把我学习心得在这里和大家分享，这里给出一个layering的一个简单例子。 1.Gambit画网格 本例很简单，在Gambit里画一个10*10的矩形，网格间隔为1，也就是有100个网格，具体见下图。都学动网格的人了，不至于这个不会做！ 这里需要注意一个问题：设置边界条件的时候，一定要把要移动的边单独设定，本例中一右边界作为移动的边，设成wall就可以，这里再后面需要制定。 2.编写UDF #include "udf.h" #include "unsteady.h" #include "stdio.h" #include "stdlib.h" /************************************************************/ real current_time = 0.0 ; Domain * domain ; Thread * thread ; real NV_VEC( origin ),NV_VEC( force ),NV_VEC( moment ) ; /************************************************************/ DEFINE_CG_MOTION(throttle,dt,vel,omega,time,dtime) { current_time = CURRENT_TIME ; vel[0] = 30; Message("time=%f omega=%f\n",current_time) ; }
fluent技术基础与应用实例 4.2.2 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→Grid 3、选择计算模型
（1）、基本求解器的定义 Define→Models→Solver Fluent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。耦合能量和动量方程，可以较快的得到收敛值。耦合隐式求解的短板：运行所需要的存比较大。若果必须要耦合求解而机器存不够用，可以考虑采用耦合显示求解方法。盖求解方法也耦合了动量，能量和组分方程，但是存却比隐式求解方法要小。 需要指出的是，非耦合求解器的一些模型在耦合求解器里并不一定都有。耦合求解器里没有的模型包括：多相流模型、混合分数/PDF燃烧模型、预混燃烧模型。污染物生成模型、相变模型、Rosseland辐射模型、确定质量流率的周期性流动模型和周期性换热模型。 %%%有点重复，但是可以看看加深理解 Fluent提供三种不同的求解方法；分离解、隐式耦合解、显示耦合解。分理解和耦合解的主要区别在于：连续方程、动量方程、能量方程和 组分方程解的步骤不同。 分离解按照顺序解，耦合解是同时解。两种解法都是最后解附加的标量方程。隐式解和显示解的区别在于线性耦合方程的方式不同。 Fluent默认使用分离求解器，但是对于高速可压流动，强体积力导致 的强烈耦合流动（流体流动耦合流体换热耦合流体的混合，三者相互耦合的过程—文档整理者注）（浮力或者旋转力），或者在非常精细的网格上的流动，需要考虑隐式解。这一解法耦合了流动和能量方程， 收敛很快。%%% （2）、其他求解器的选择 在实际问题中，除了要计算流场，有时还要计算温度场或者浓度场等，因此还需要其他的模型。主要的模型有： Multiphase（多相流动）viscous（层流或湍流）energy（是否考虑传热）species（反应及其传热相关） （3）操作环境的设置 Define→operation→condition