Fluent是一款商用CFD軟件包,用來(lái)模擬從不可壓縮到高度可壓縮范圍內(nèi)的復(fù)雜流動(dòng)。凡是和流體、熱傳遞和化學(xué)反應(yīng)等有關(guān)的工業(yè)均可使用。它具有豐富的物理模型、先進(jìn)的數(shù)值方法和強(qiáng)大的前后處理功能,在航空航天、汽車(chē)設(shè)計(jì)、石油天然氣和渦輪機(jī)設(shè)計(jì)等方面都有著廣泛的應(yīng)用。
Fluent軟件功能
FLUENT系列軟件包括通用的CFD軟件FLUENT、POLYFLOW、FIDAP,工程設(shè)計(jì)軟件FloWizard、FLUENT for catiaV5,TGrid、G/Turbo,CFD教學(xué)軟件FlowLab,面向特定專業(yè)應(yīng)用的ICEPAK、AIRPAK、MIXSIM軟件等。
FLUENT軟件包含基于壓力的分離求解器、基于壓力的耦合求解器、基于密度的隱式求解器、基于密度的顯式求解器,多求解器技術(shù)使FLUENT軟件可以用來(lái)模擬從不可壓縮到高超音速范圍內(nèi)的各種復(fù)雜流場(chǎng)。FLUENT軟件包含非常豐富、經(jīng)過(guò)工程確認(rèn)的物理模型,可以模擬高超音速流場(chǎng)、轉(zhuǎn)捩、傳熱與相變、化學(xué)反應(yīng)與燃燒、多相流、旋轉(zhuǎn)機(jī)械、動(dòng)/變形網(wǎng)格、噪聲、材料加工等復(fù)雜機(jī)理的流動(dòng)問(wèn)題。
FLUENT軟件的動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)處于絕對(duì)領(lǐng)先地位,并且包含了專門(mén)針對(duì)多體分離問(wèn)題的六自由度模型,以及針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的兩維半動(dòng)網(wǎng)格模型。
POLYFLOW是基于有限元法的CFD軟件,專用于粘彈性材料的層流流動(dòng)模擬。它適用于塑料、樹(shù)脂等高分子材料的擠出成型、吹塑成型、拉絲、層流混合、涂層過(guò)程中的流動(dòng)及傳熱和化學(xué)反應(yīng)問(wèn)題。
FloWizard是高度自動(dòng)化的流動(dòng)模擬工具,它允許用戶進(jìn)行設(shè)計(jì)及在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的早期階段迅速而準(zhǔn)確地驗(yàn)證設(shè)計(jì)。它引導(dǎo)用戶從頭至尾地完成模擬過(guò)程,使模擬過(guò)程變得非常容易。
FLUENT for CATIAV5是專門(mén)為CATIA用戶定制的CFD軟件,將FLUENT完全集成在CATIAV5內(nèi)部,用戶就像使用CATIA其他分析環(huán)境一樣使用FLUENT軟件。
G/Turbo是專業(yè)的葉輪機(jī)械網(wǎng)格生成軟件。
AIRPAK是面向HVAC工程師的CFD軟件,并依照ISO7730標(biāo)準(zhǔn)提供舒適度、PMV、PPD等衡量室內(nèi)外空氣質(zhì)量(IAQ)的技術(shù)指標(biāo)。
MIXSIM是專業(yè)的攪拌槽CFD模擬軟件。
除FLUENT外,常用的CFD軟件及相關(guān)仿真軟件還有專業(yè)三維流場(chǎng)分析軟件——CFX、三維CFD快速求解器——CART3D、流體系統(tǒng)仿真、設(shè)計(jì)與優(yōu)化平臺(tái)——Flowmaster、專業(yè)的離散元仿真分析軟件——EDEM等。
Fluent軟件特色
FLUENT軟件具有以下特點(diǎn):
FLUENT軟件采用基于完全非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的有限體積法,而且具有基于網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)格單元的梯度算法;
定常/非定常流動(dòng)模擬,而且新增快速非定常模擬功能;
FLUENT軟件中的動(dòng)/變形網(wǎng)格技術(shù)主要解決邊界運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題,用戶只需指定初始網(wǎng)格和運(yùn)動(dòng)壁面的邊界條件,余下的網(wǎng)格變化完全由解算器自動(dòng)生成。網(wǎng)格變形方式有三種:彈簧壓縮式、動(dòng)態(tài)鋪層式以及局部網(wǎng)格重生式。其局部網(wǎng)格重生式是FLUENT所獨(dú)有的,而且用途廣泛,可用于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格、變形較大問(wèn)題以及物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律事先不知道而完全由流動(dòng)所產(chǎn)生的力所決定的問(wèn)題;
FLUENT軟件具有強(qiáng)大的網(wǎng)格支持能力,支持界面不連續(xù)的網(wǎng)格、混合網(wǎng)格、動(dòng)/變形網(wǎng)格以及滑動(dòng)網(wǎng)格等。值得強(qiáng)調(diào)的是,F(xiàn)LUENT軟件還擁有多種基于解的網(wǎng)格的自適應(yīng)、動(dòng)態(tài)自適應(yīng)技術(shù)以及動(dòng)網(wǎng)格與網(wǎng)格動(dòng)態(tài)自適應(yīng)相結(jié)合的技術(shù);
FLUENT軟件包含三種算法:非耦合隱式算法、耦合顯式算法、耦合隱式算法,是商用軟件中最多的;
FLUENT軟件包含豐富而先進(jìn)的物理模型,使得用戶能夠精確地模擬無(wú)粘流、層流、湍流。湍流模型包含Spalart-Allmaras模型、k-ω模型組、k-ε模型組、雷諾應(yīng)力模型(RSM)組、大渦模擬模型(LES)組以及最新的分離渦模擬(DES)和V2F模型等。另外用戶還可以定制或添加自己的湍流模型;
適用于牛頓流體、非牛頓流體;
含有強(qiáng)制/自然/混合對(duì)流的熱傳導(dǎo),固體/流體的熱傳導(dǎo)、輻射;
化學(xué)組份的混合/反應(yīng);
自由表面流模型,歐拉多相流模型,混合多相流模型,顆粒相模型,空穴兩相流模型,濕蒸汽模型;
融化溶化/凝固;蒸發(fā)/冷凝相變模型;
離散相的拉格朗日跟蹤計(jì)算;
非均質(zhì)滲透性、慣性阻抗、固體熱傳導(dǎo),多孔介質(zhì)模型(考慮多孔介質(zhì)壓力突變);
風(fēng)扇,散熱器,以熱交換器為對(duì)象的集中參數(shù)模型;
慣性或非慣性坐標(biāo)系,復(fù)數(shù)基準(zhǔn)坐標(biāo)系及滑移網(wǎng)格;
動(dòng)靜翼相互作用模型化后的接續(xù)界面;
基于精細(xì)流場(chǎng)解算的預(yù)測(cè)流體噪聲的聲學(xué)模型;
質(zhì)量、動(dòng)量、熱、化學(xué)組份的體積源項(xiàng);
豐富的物性參數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù);
磁流體模塊主要模擬電磁場(chǎng)和導(dǎo)電流體之間的相互作用問(wèn)題;
連續(xù)纖維模塊主要模擬纖維和氣體流動(dòng)之間的動(dòng)量、質(zhì)量以及熱的交換問(wèn)題;
高效率的并行計(jì)算功能,提供多種自動(dòng)/手動(dòng)分區(qū)算法;內(nèi)置MPI并行機(jī)制大幅度提高并行效率。另外,F(xiàn)LUENT特有動(dòng)態(tài)負(fù)載平衡功能,確保全局高效并行計(jì)算;
FLUENT軟件提供了友好的用戶界面,并為用戶提供了二次開(kāi)發(fā)接口(UDF);
FLUENT軟件采用C/C++語(yǔ)言編寫(xiě),從而大大提高了對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)存的利用率。
在CFD軟件中,F(xiàn)luent軟件是目前國(guó)內(nèi)外使用最多、最流行的商業(yè)軟件之一。Fluent的軟件設(shè)計(jì)基于"CFD計(jì)算機(jī)軟件群的概念",針對(duì)每一種流動(dòng)的物理問(wèn)題的特點(diǎn),采用適合于它的數(shù)值解法在計(jì)算速度、穩(wěn)定性和精度等各方面達(dá)到最佳。由于囊括了Fluent Dynamical International比利時(shí)PolyFlow和Fluent Dynamical International(FDI)的全部技術(shù)力量(前者是公認(rèn)的在黏彈性和聚合物流動(dòng)模擬方面占領(lǐng)先地位的公司,后者是基于有限元方法CFD軟件方面領(lǐng)先的公司 ),因此Fluent具有以上軟件的許多優(yōu)點(diǎn)。
使用教程
1、ICEM中劃分的網(wǎng)格若為結(jié)構(gòu)網(wǎng)格,需在導(dǎo)出前轉(zhuǎn)為非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格,方法如下圖所示:在左側(cè)模型樹(shù)中Blocking的展開(kāi)項(xiàng)中選中Pre-Mesh,單擊右鍵,彈出框中點(diǎn)擊Convert to Unstruct Mesh。
2、點(diǎn)擊菜單欄的最后一項(xiàng)OutputMesh,第二行選擇第一個(gè)SelectSolver,彈出求解器設(shè)置窗口,下拉菜單中選取ANSYS Fluent,設(shè)置完成后點(diǎn)擊Apply或OK確認(rèn)。
3、點(diǎn)擊菜單欄的最后一項(xiàng)OutputMesh,第二行選擇最后一個(gè)WriteInput,彈出保存窗口,詢問(wèn)是否保存當(dāng)前工程,根據(jù)實(shí)際需要選擇Yes或No。
4、這時(shí),系統(tǒng)會(huì)彈出網(wǎng)格文件選擇框,按默認(rèn)選擇文件夾中的hex.uns,然后點(diǎn)擊下方的“打開(kāi)”。
5、打開(kāi)Fluent軟件,首先進(jìn)入設(shè)置頁(yè)面如下圖所示,選擇網(wǎng)格維度、打開(kāi)多項(xiàng)選擇,將工作目錄設(shè)置好,其它項(xiàng)如耦合方式等根據(jù)需要設(shè)置,然后點(diǎn)擊Done,進(jìn)入Fluent求解器。
6、進(jìn)入Fluent軟件后,依次點(diǎn)擊File-Read-Mesh,如下圖所示,或者點(diǎn)擊工具欄里的Open按鈕,再點(diǎn)擊Mesh。這時(shí)系統(tǒng)會(huì)打開(kāi)工作目錄,按要求選擇相關(guān)網(wǎng)格文件即可。信息欄會(huì)提示網(wǎng)格導(dǎo)入成功Done。
7、在General屬性窗口,點(diǎn)擊Display,彈出框中完成相關(guān)設(shè)置,點(diǎn)擊彈出框中的Display,即可將網(wǎng)格顯示出來(lái)。