FLUENT软件介绍文稿第十一小组第一章 Fluent软件介绍FLUENT软件是目前市场上最流行的CFD软件，它在美国的市场占有率达到60%。

FLUENT在中国也是得到最广泛使用的CFD软件。

它用数值方法模拟一个流场包括网格划分、选择计算方法、选择物理模型、设定边界条件、设定材料属性和对计算结果进行后处理几大部分。

1.1fluent软件基本情况1.1.1 fluent软件网格划分技术在使用商用CFD软件的工作中，网格划分需要的时间长，其能力的高低是决定了工作效率。

FLUENT软件采用非结构网格与适应性网格相结合的方式进行网格划分。

与结构化网格和分块结构网格相比，非结构网格划分便于处理复杂外形的网格划分，而适应性网格则便于计算流场参数变化剧烈、梯度很大的流动，同时这种划分方式也便于网格的细化或粗化，使得网格划分更加灵活、简便。

它可以划分二维的三角形和四边形网格，三维的四面体网格、六面体网格、金字塔型网格、楔型网格以及由上述网格类型构成的混合型网格。

1.1.2fluent软件基本组成Mixsim 针对搅拌混合问题的专用CFD软件Icepak 专用的热控分析CFD软件1.1.3 fluent适用领域（1）任意复杂外形的二维/三维流动（2）可压、不可压流（3）定常、非定常流（4）无粘流、层流和湍流（5）顿、非牛顿流体流动（6）对流传热包括自然对流和强迫对流（7）热传导和对流传热相耦合的传热计算（8）辐射传热计算（9）惯性、静止、坐标、非惯性旋转坐标下中流场计算（10）多层次移动参考系问题（11）化学组元混合与反应计算（12）源项体积任意变化的计算（13）颗粒、水滴和气泡等弥散相的轨迹计算（14）多孔介质流动计算（15）用一维模型计算风扇和换热器的性能。

（16）两相流（17）复杂表面问题中带自由面流动的计算1.1.4系统要求硬件要求（1）CPU采用Intel的奔腾系列或AMD的Athlon系列CPU。

（2）显示卡分辨率为1024x768或更高，颜色最低要求256色，推荐使16位或24位真彩色。

（3）内存最低128兆内存，推荐使用512兆以上的内存。

（4）鼠标：推荐使用三键鼠标，FLUENT中有些操作需要鼠标中键。

（5）光驱：最低需要CD-ROM，FLUENT需要光盘安装。

（6）网卡：需要安装以太网卡，FLUENT需要网络验证。

（7）硬盘：FLUENT需要400兆，GAMBIT需要55兆，EXCEED需要105兆，TECPLOT需要30兆，一共需要590兆硬盘空间。

如果需要使用用户定义函数UDF编译功能还需要安装微软的Visual C++至少需要200兆硬盘空间，再加上为计算项目预留空间，所以推荐在硬盘上预留5G以上的硬盘空间用于FLUENT计算。

软件要求（1）操作系统：UNIX、LINUX、WINDOWS 2000/XP等等。

（2）网络协议:安装TCP/IP协议。

（3）编译环境:如果使用UDF编译功能,需要安装Visual C++标准版,最低要求是采用“最小安装”设置。

（4）EXCEED X server GAMBIT运行需要此环境，如果在GAMBIT 中使用OpenGL图形模式，则需要安装EXCEED 3D。

EXCEED 3D需要单独从EXCEED开发商Hummingbird软件公司购买。

第二章 CFD前置处理器——GambitGAMBIT软件是面向CFD的前处理器软件，它包含全面的几何建模能力和功能强大的网格划分工具，可以划分出包含边界层等CFD特殊要求的高质量的网格。

GAMBIT可以生成FLUENT5、FLUENT4.5、FIDAP、POLYFLOW等求解器所需要的网格。

Gambit 软件将功能强大的几何建模能力和灵活易用的网格生成技术集成在一起。

使用Gambit软件，将大大减小CFD应用过程中，建立几何模型和流场和划分网格所需要的时间。

用户可以直接使用Gambit软件建立复杂的实体模型，也可以从主流的CAD/CAE系统中直接读入数据。

Gambit软件高度自动化，所生成的网格可以是非结构化的，也可以是多种类型组成的混合网格。

Gambit用户界面1、GAMBIT的几何造型:Gambit软件包含了一整套易于使用的工具，可以快速地建立几何模型。

另外，Gambit软件在读入其它CAD/CAE网格数据时，可以自动完成几何清理(即清除重合的点、线、面)和进行几何修正1.1 点的生成通过直接输入坐标值来建立几何点，输入坐标时即可以使用笛卡尔坐标系，也可以使用柱坐标系。

或者在一条曲线上生成点，将来可以用这点断开曲线。

1.2 面的生成通过三点一张平行四边形的平面。

通过空间的点生成一张曲面。

通过空间的一组曲线生成一张放样曲面。

通过两组曲线生成一张曲面通过构成封闭回路的曲线生成一张曲面。

通过绕以选定轴旋转一条曲线生成一张回转曲面。

根据给定的路径何轮廓曲线生成扫掠曲面。

通过三点一张平行四边形的平面。

通过空间的点生成一张曲面。

通过空间的一组曲线生成一张放样曲面。

通过两组曲线生成一张曲面通过构成封闭回路的曲线生成一张曲面。

通过绕以选定轴旋转一条曲线生成一张回转曲面。

根据给定的路径何轮廓曲线生成扫掠曲面。

1.3生成几何实体把现有曲面缝合为一个实体。

把一个断面图绕一个轴旋转生成回转体。

沿给定的路径扫掠一个断面，得到一个扫掠体。

2、GAMBIT的通用功能2.1布尔运算Unite 取两个面或两个的体的并集作为一个新的面和实体Subtract 从一个面或体上减去一个面或体得到一个新的面或体。

Intersect取两个面或体的交集为新的面或实体。

2.2移动和拷贝move/copy 将所选择的几何移动或拷贝到新位置。

共有四种方式：Translate(平移) 、Scale(比例) 、Reflect(镜像)、Rotate(旋转)2.3分裂与合并split 可以用一个面把另一个面分裂为两个面。

也可以用一个体把另一个体分裂为两个体。

Merge 把两个面合并为一个面，或把两个体合并为一个体。

2.4连接与解除连接Connect把完全重合的点、线、面合并。

当处于Connect状态时，相邻几何网格连续；Disconnrct 解除这种连接。

当处于 Disconnrct 状态时，允许相邻几何划分出不连续的网格。

FLUENT5允许使用不连续的网格。

2.5 Undo和删除撤销上一条命令，在GAMBIT中UNDO没有级数限制。

删除相应的对象，如点、线、面、体、网格。

3、网格生成Gambit软件提供了功能强大、灵活易用的网格划分工具，可以划分出满足CFD特殊需要的网格3.1 生成线网格在线上生成网格，作为将在面上划分网格的网格种子，允许用户详细的控制在线上节点的分布规律，Gambit提供了满足CFD计算特殊需要的五种预定义的节点分布规律。

3.2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。

3.3边界层网格CFD计算对计算网格有特殊的要求，一是考虑到近壁粘性效应采用较密的贴体网格，二是网格的疏密程度与流场参数的变化梯度大体一致。

对于面网格，可以设置平行于给定边的边界层网格，可以指定第二层与第一层的间距比，及总的层数。

对于体网格，也可以设置垂直于壁面方向的边界层，从而可以划分出高质量的贴体网格。

而其它通用的CAE前处理器主要是根据结构强度分析的需要而设计的，在结构分析中不存在边界层问题，因而采用这种工具生成的网格难以满足CFD计算要求，而Gambit软件解决了这个特殊要求。

4、Gambit 的可视化网格检查技术和网格输出功能可以直观的显示网格质量，用户可以浏览单元畸变、扭曲、网格过度、光滑性等质量参数，可以根据需要细化和优化网格，从而保证CFD的计算网格，用户可以直接在几何图形上施加流动的边界条件，不需要在网格上进行操作。

5、CAD/CAE接口Gambit软件可以直接存取主流的CAD/CAE系统的网格数据并支持标准的数据交换格式。

5.1 Gambit软件支持以下CAD软件几何接口：ACIS、Pro/engineer VRML 、Optegra Visulizer 、IDEAS FTL 、IGES、STL、Gambit5.2 CAE接口ANSYS、NASTRAN、PATRAN、FIDAP、GAMBIT第三章专用的CFD求解器——fluent Fluent6 软件是由Uns 和Rampant 软件升级而来，Fluent6包含了二者的全部功能，并且增加了耦合隐式算法，适用于低速不可压流动、跨音速流动乃至可压缩性强的超音速和高超声速流动等各种复杂的流场。

FLUENT丰富的物理模型使得用户能够精确地模拟无粘流、层流、湍流、化学反应、多相流等其它复杂的流动现象。

1、基本功能二维平面流动，二维轴对称流动，和三维流动♦定常或非定常流动分析♦亚声速、跨声速、超声速和高超声速流动♦层流、转捩和湍流♦牛顿流或非牛顿流♦传热，包括自然对流、强迫对流和混合对流，固体/流体耦合传热，辐射和运动固体的热传导♦化学组分的混合和化学反应，包括燃烧子模型和表面沉积反应模型♦自由表面和多相流（包括气-液、气-固和液-固）♦离散相（粒子/液滴/气泡）的拉格朗日轨迹计算，包括与连续相的耦合♦融熔/凝固的相变模型♦多孔介质模型，具有各向异性的渗透性、惯性阻尼、固体热传导和多孔表面的压力跳跃条件♦风扇、泵、辐射器和热交换器等的集总参数模型♦惯性或非惯性坐标系♦多种参考系和滑动网格2、网格性能四边形、三角形、六面体、四面体、棱形、金字塔形网格♦允许非保形（不连续）的网格界面重叠♦接受以下软件产生的网格GAMBIT、GeoMesh、TGrid、preBFC、ICEM/CFD、I-DEAS、PATRAN、NASTRAN、ANSYS、Pro/ENGINEER、STL、PLOT3D和其它软件♦动态、自适应网格技术有：➢三角形和四面体网格保形适应➢悬挂节点适应和所有类型网格的嵌套♦用户指定区域的网格细化和采用求解变量、导出变量（例如Y+，离壁距离）和用户自定义物理量的自适应网格细化♦细化网格后流场变量自动插值♦网格粗化♦网格光顺及改进工具♦网格处理功能（比例缩放、平移、合并、分裂）♦混合网格生成3、数值方法FLUENT6.0提供了三种求解方法。

FLUENT6.0中的求解器有以下特征：¨完全非结构化网格的有限体积法♦适用于所有速度范围♦动态内存分配♦单、双精度运算4、非耦合的求解方法（FLUENT/UNS4.2的发展）♦ 基于压力修正的非耦合求解算法，包括SIMPLE、SIMPLEC和PISO ♦多种离散格式，包括一阶迎风格式、幂次律格式、二阶迎风格式和QUICK 格式♦一阶和二阶隐式时间离散格式♦包括PRESTO线性插值、二次插值和体积力加权插值的压力插值格式♦体积力隐式处理♦采用V形、W形、F形和拐折循环求解线性代数多重网格方程，高斯-赛德尔松弛法5、耦合求解方法（RAMPANT 4.2的发展）¨不可压和混合区域流动的预处理♦所有流场平均量的耦合求解♦湍流、辐射和用户自定义标量输运方程的非耦合求解♦包括一阶和二阶迎风格式的离散格式♦显、隐式的一阶、二阶时间离散格式显式格式✧多步龙格-库塔时间步进算法✧全近似格式多重网格、当地时间步长和隐式残差光顺收敛加速✧显式统一时间步长的时间-精度解隐式格式✧所有通量和源项的完全牛顿形式线性化✧V形和F形循环求解代数多重网格、块矩阵线性方程，高斯-赛德尔松弛法6、湍流模型¨Spalart-Allmaras的一方程（涡粘性输）运模型♦包括标准的k-ε模型，Realizable k-ε模型和RNG k-ε模型的k-ε模型♦浮力和压缩效应的k-ε子模型♦应用于旋流，低雷诺数效应和对Prandtle/Schmidt数的解析式的对K，ε，能量和组元的RNG子模型♦包括壁面反射模型和线性或二次压力-应变模型的雷诺应力模型♦对大涡模拟的亚格子应力模型♦包括标准壁面函数，非平衡、对压力梯度敏感的壁面函数、k-ε模型和RSM的两层模型等的不同近壁模型7、边界条件¨多种流动入口/出口条件有：➢以笛卡尔坐标或圆柱坐标或极坐标表示的入口速度分量的大小和方向，法向速度的大小及用户自定义的当地坐标分量➢入口质量通量➢入口静压和总压，法向或指定的速度方向➢多组分系统的入口质量组分➢入口静温和总温➢入口湍流强度和耗散率（用湍流强度、长度尺度、水力学直径和粘性比输入）➢出口静压♦充分发展管流的出口流动边界条件（Outflow）♦质量流出♦进气/排气扇♦进风口/出风口♦壁面边界，指定为：➢以笛卡尔坐标表示的旋转速度和切向速度分量➢包括滑移条件的剪切率➢用热通量，温度，外部对流，辐射以及混合条件表示的热边界条件➢选择包括壁面粗糙度效应的湍流壁面函数的剪应力计算♦两侧壁面耦合和指定热阻的热传导条件♦对于平均和湍流参数的入口空间刨面或壁面边界条件♦风扇特性曲线函数♦通过体积源项确定的入口亚格子尺度♦对称、旋转周期性和移动周期性边界♦轴线边界条件♦在流线周期边界条件中指定质量流率（流动和热交换）♦在周期性边界条件中指定压降8、介质物性¨常量或可变的物性，包括温度和本构关系（可输入数据或分段的多项式）♦包括标准流体和固体介质物（用户可修补）性的数据库：➢标准反应机理、化学组分混合、热力学和动力学性质➢标准固体、液体、液体燃料和煤的粒子/液滴数据♦根据理想气体规律或温度相关的多项式规律计算流体密度，包括有浮力流动中密度的Boussinesq处理♦用温度的多项式或幂次律或Sutherland公式的流体粘性计算♦非牛顿流模型，包括幂次律流体，Carreau流，或与温度相关的用户自定义规律♦在固体区域内的与温度相关的热容与热传导♦各向异性的热传导♦冷却剂和碳氢的真实气体模型♦用户自定义的物性参数输入9、用户定义函数♦解释（在运行时编译）和编译事先编译，在运行时连接）选项♦在连续、动量、能量、组分和体积组分输运方程的体积源项的指定♦表面和体积反应速度♦用户物性的定义♦用户的边界条件和初始化条件♦用户定义的标量输运方程♦用户自定义的后处理变量的生成♦用户指定辐射模型的散射相函数♦离散相模型的体积力、阻力和源项10、并行处理♦共享存贮系统（如Windows NT、SGI、HP、DEC、Sun和Cray多处理器）的并行处理♦分布式存贮系统（如IBM SP-2、Cray T3D/E等）和工作站网络的并行处理♦基于网格划分方法（如METIS）的区域分解法♦基于LSF第三方软件的载荷平衡功能♦通过库的自动优化信息分配11、界面、图形后处理和报告♦多任务处理和远程递交运行的客户-服务器结构♦全交互式图形和文本式用户界面♦宏语言和文本形式♦诊断和错误检测♦网格检验（有效性、质量、大小）、合并、分开和重新排序功能♦启动、求解和后处理的动态控制♦解算器和物理模型的报告♦灵活的单位制规定（SI单位、英制单位、单一/混合单位）♦动态中断和重新计算♦残差报告和显示♦质量、热量及化学组分的通量的报告和监测♦力和力矩的报告和监测♦表面积分和平均的计算和报告♦体积积分和平均的计算和报告♦周向平均♦时间平均和大涡湍流模拟的均方根（RMS）报告♦用户定义的场函数的计算功能♦梯度和导出量的计算♦几何和流场变量的直方图♦二维数据X-Y图♦数据的图形探测♦强大的图形流动可视化和动画功能♦基于鼠标的操作（旋转、平移、放大）♦丰富的硬拷贝功能12、数据输出♦数据可输出到AVS、Data Explorer、EnSight、FAST、FIELDVIEW 和TECPLOT♦EnSight和FIELDVIEW的并行数据输出♦FEA数据输出到NASTRAN、PATRAN和I-DEAS总的来说，Gambit拥有强大的几何建模及网格划分功能，Fluent后处理器可以把把图形可视化，另外它还提供很多数据显示和文字报告的工具，用户可以轻松得到边界流量、作用力、投影面积等。