FLUENT软件简介与功能概览

FLUENT软件是当今世界CFD仿真领域最为全面的软件包之一，具有广泛的物理模型，以及能够快速准确的得到CFD分析结果。

FLUENT是用于模拟具有复杂外形的流体流动以及热传导的计算机程序。它提供了完全的网格灵活性，用户可以使用非结构网格，例如二维三角形或四边形网格、三维四面体/六面体/金字塔形网格来解决具有复杂外形的流动，甚至可以使用混合型非结构网格。软件允许用户根据解的具体情况对网格进行修改（细化/粗化）。

对于大梯度区域，如自由剪切层和边界层，为了非常准确的预测流动，自适应网格是非常有用的。与结构网格和块结构网格相比，这一特点很明显地减少了产生“好”网格所需要的时间。对于给定精度，解适应细化方法使网格细化方法变得很简单，由于网格细化仅限于那些需要更多网格的求解域，大大减少了计算量。

FLUENT软件拥有模拟流动，湍流，热传递和反应等广泛物理现象的能力，在工业上的应用包括从流过飞机机翼的气流到炉膛内的燃烧，从鼓泡塔到钻井平台，从血液流动到半导体生产，以及从无尘室设计到污水处理装置等等。软件中的专用模型可以用于开展缸内燃烧，空气声学，涡轮机械和多相流系统的模拟工作。

现今，全世界范围内数千计的公司将FLUENT与产品研发过程中设计和优化阶段相整合，并从中获益。先进的求解技术可提供快速、准确的CFD结果、灵活的移动和变形网格，以及出众的并行可扩展能力。用户自定义函数可实现全新的用户模型和扩展现有模型。

FLUENT中的交互式的求解器设置、求解和后处理能力可轻易暂停计算过程，利用集成的后处理检查结果，改变设置，并随后用简单的操作继续执行计算。ANSYS CFD-Post可以读入Case和Data文件，并利用其先进的后处理工具开展深入分析，同时对比多个算例。

ANSYS Workbench集成ANSYS FLUENT后给用户提供了与所有主要CAD系统的双向连接功能，其中包括ANSYS DesignModeler强大的几何修复和生成能力，以及ANSYS Meshing先进的网格划分技术。该平台通过使用一个简单的拖放操作便可以共享不同应用程序的数据和计算结果。

FLUENT的软件结构

FLUENT软件结构主要包括：前处理器、求解器和后处理器三个部分。

1、前处理器

前处理器主要用来建立所要计算问题的几何模型及网格划分。在FLUENT早期版本中，通常使用GAMBIT软件来完成几何模型的建立和网格划分。在FLUENT软件整合进ANSYS软件包之后，可以通过ANSYS软件包中的SCDM或者DesignModeler软件来建立几何模型，通过Meshing软件或者ICEM CFD软件来进行网格划分。

在最新版本的FLUENT18.0中，已经集成了Meshing功能，可以利用Meshing模式划分高质量非结构网格

2、求解器

求解器是FLUENT软件模拟计算的核心程序。一旦网格被读入FLUENT，剩下的任务就是使用解算器进行计算了，其中包括，边界条件的设定，流体物性的设定，解的执行，网格的优化等。

3、后处理器

FLUENT软件带有功能比较强大的后处理功能，同时还可借助于ANSYS软件包中的CFD-Post软件进行专业化的后处理。

FLUENT软件特点

FLUENT软件具有丰富的物理模型使其能够被广泛应用，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。此外，FLUENT软件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受到企业的青睐。

1、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。

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。

2、湍流和噪声模型

FLUENT的湍流模型一直处于商业CFD软件的前沿，它提供的丰富的湍流模型中有经常使用到的湍流模型、针对强旋流和各相异性流的雷诺应力模型等，随着计算机能力的显著提高，FLUENT已经将大涡模拟（LES）纳入其标准模块，并且开发了更加高效的分离涡模型（DES），FLUENT提供的壁面函数和加强壁面处理的方法可以很好地处理壁面附近的流动问题。

气动声学在很多工业领域中倍受关注，模拟起来却相当困难，如今，使用FLUENT可以有多种方法计算由非稳态压力脉动引起的噪音，瞬态大涡模拟（LES）预测的表面压力可以使用FLUENT内嵌的快速傅立叶变换（FFT）工具转换成频谱。Fflow-Williams&Hawkings声学模型可以用于模拟从非流线型实体到旋转风机叶片等各式各样的噪声源的传播，宽带噪声源模型允许在稳态结果的基础上进行模拟，这是一个快速评估设计是否需要改进的非常实用的工具。

3、动态和移动网格

内燃机、阀门、弹体投放和火箭发射都是包含有运动部件的例子，FLUENT提供的动网格模型满足这些具有挑战性的应用需求。它提供几种网格重构方案，根据需要用于同一模型中的不同运动部件，仅需要定义初始网格和边界运动。动网格与FLUENT提供的其他模型如雾化模型、燃烧模型、多相流模型、自由表面预测模型和可压缩流模型相兼容。搅拌槽、泵、涡轮机械中的周期性运动可以使用FLUENT中的动网格模型（moving mesh）进行模拟，滑移网格和多参考坐标系模型被证实非常可靠，并和其他相关模型如LES模型、化学反应模型和多相流等有很好的兼容性。

4、传热、相变、辐射模型

许多流体流动伴随传热现象，FLUENT提供一系列应用广泛的对流、热传导及辐射模型。对于热辐射，P1和Rossland模型适用于介质光学厚度较大的环境，基于角系数的surface to surface模型适用于介质不参与辐射的情况，DO模型（Discrete ordinates）适用于包括玻璃的任何介质。DTRM模型（Discrete ray tracing module）也同样适用。太阳辐射模型使用光线追踪算法，包含了一个光照计算器，它允许光照和阴影面积的可视化，这使得气候控制的模拟更加有意义。

其他与传热紧密相关的汽蚀模型、可压缩流体模型、热交换器模型、壳导热模型、真实气体模型和湿蒸汽模型。相变模型可以追踪分析流体的融化和凝固。离散相模型（DPM）可用于液滴和湿粒子的蒸发及煤的液化。易懂的附加源项和完备的热边界条件使得FLUENT的传热模型成为满足各种模拟需要的成熟可靠的工具。

5、化学反应模型

化学反应模型，尤其是湍流状态下的化学反应模型在FLUENT软件中自其诞生以来一直占着很重要的地位，多年来，FLUENT强大的化学反应模拟能力帮助工程师完成了对各种复杂燃烧过程的模拟。涡耗散概念、PDF转换以及有限速率化学模型已经加入到FLUENT的主要模型中：涡耗散模型、均衡混合颗粒模型，小火焰模型以及模拟大量气体燃烧，煤燃烧、液体燃料燃烧的预混合模型。预测NOx生成的模型也被广泛的应用与定制。

许多工业应用中涉及发生在固体表面的化学反应，FLUENT表面反应模型可以用来分析气体和表面组分之间的化学反应及不同表面组分之间的化学反应，以确保表面沉积和蚀刻现象被准确预测。对催化转化、气体重整、污染物控制装置及半导体制造等的模拟都受益于这一技术。FLUENT的化学反应模型可以和大涡模拟（DES）及分离涡（DES）湍流模型联合使用，这些非稳态湍流模型耦合到化学反应模型中，我们才有可能预测火焰稳定性及燃尽特性。

6、多相流模型

多相流混合物广泛应用于工业中，FLUENT软件是在多相流建模方面的领导者，其丰富的模拟能力可以帮助工程师洞察设备内那些难以探测的现象，Eulerian多相流模型通过分别求解各相的流动方程的方法分析相互渗透的各种流体或各相流体，对于颗粒相流体采用特殊的物理模型进行模拟。很多情况下，占用资源较少的的混合模型也用来模拟颗粒相与非颗粒相的混合。FLUENT可用来模拟三相混合流（液、颗粒、气），如泥浆气泡柱和喷淋床的模拟。可以模拟相间传热和相间传质的流动，使得对均相及非均相的模拟成为可能。

FLUENT标准模块中还包括许多其他的多相流模型，对于其他的一些多相流流动，如喷雾干燥器、煤粉高炉、液体燃料喷雾，可以使用离散相模型（DPM）。射入的粒子，泡沫及液滴与背景流之间进行发生热、质量及动量的交换。

VOF模型（Volume of Fluid）可以用于对界面的预测比较感兴趣的自由表面流动，如海浪。汽蚀模型已被证实可以很好的应用到水翼艇、泵及燃料喷雾器的模拟。沸腾现象可以很容易地通过用户自定义函数实现。

7、前处理和后处理

FLUENT提供专门的工具用来生成几何模型及网格创建。

FLUENT的后处理可以生成有实际意义的图片、动画、报告，这使得CFD的结果非常容易地被转换成工程师和其他人员可以理解的图形，表面渲染、迹线追踪仅是该工具的几个特征却使FLUENT的后处理功能独树一帜。FLUENT的数据结果还可以导入到第三方的图形处理软件或者CAE软件进行进一步的分析。

8、定制工具

用户自定义函数在用户定制FLUENT时很受欢迎。功能强大的资料库和大量的指南提供了全方位的技术支持。FLUENT的全球咨询网络可以提供或帮助创建任何类型装备设施的平台，比如旋风分离器、汽车HVAC系统和熔炉。另外，一些附加应用模块，比如质子交换膜（PEM）、固体氧化物燃料电池、磁流体、连续光纤拉制等模块已经投入使用。

FLUENT计算类型及应用领域

FLUENT 可以计算的流动类型包括：

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）牛顿、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）坐标下中的流场计算。

10）多层次移动参考系问题，包括动网格界面和计算动子/静子相互干扰问题的混合面等问题。

11）化学组元混合与反应计算，包括燃烧模型和表面凝结反应模型。

12）源项体积任意变化的计算，源项类型包括热源、质量源、动量源、湍流源和化学组分源项等形式。

13）颗粒、水滴和气泡等弥散相的轨迹计算，包括弥散相与连续项相耦合的计算。

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，包括带空穴流动计算。

17）复杂表面问题中带自由面流动的计算。

简而言之，FLUENT 适用于各种复杂外形的可压和不可压流动计算。

FLUENT求解步骤

FLUENT是一个CFD的求解器，在计算分析之前要在头脑中先勾勒出一个计划，然后再按照计划进行工作。

制订分析方案

制订步骤之前，需要了解下列问题：

1．确定工作目标：即明确计算的内容是什么？计算结果的精度应该有多高？

2．选择计算模型：要考虑如何划定流场？流场的起止点在哪里？边界条件怎么定义？是否可以用二维进行计算？网格的拓扑结构应该是什么样的？

3．选择物理模型：流动是无粘流、层流，还是湍流？流动是可压的，还是不可压的？需要考虑传热问题吗？流场是定常的，还是非定常的？在计算中是否还要其它的物理问题？

4．确定求解流程：要计算的问题能否用系统缺省的设置简单地完成？是否有什么窍门可以加快计算的收敛？计算机的内存是否够用？计算需要多长时间？仔细思考这些问题可以更好地完成计算，否则在计算的过程中就会经常遇到意想不到的问题，并且经常返工，浪费时间，降低工作效率。

求解步骤

确定所解决问题的特征之后，你需要以下几个基本的步骤来解决问题：

1．创建网格.  

2．运行合适的解算器：2D、3D、2DDP、3DDP。

3．输入网格

4．检查网格

5．选择解的格式

6．选择需要解的基本方程：层流还是湍流（无粘）、化学组分还是化学反应、热传导模型等

7．确定所需要的附加模型：风扇，热交换，多孔介质等。

8．指定材料物理性质

9．指定边界条件

10．调节解的控制参数

11．初始化流场

12．计算解

13．检查结果

14．保存结果

15．必要的话，细化网格，改变数值和物理模型。

FLUENT 计算步骤及对应菜单项

FLUENT使用的单位制

FLUENT提供英制(British)、国际单位制(SI)和厘米-克-秒制(CGS)等单位制，这些单位制之间可以相互转换。但FLUENT规定，对于边界特征、源项、自定义流场函数、外部创建的X-Y图散点图的数据文件数据，必须使用国际单位制。对于网格文件，不管在创建时用的什么单位制，在被FLUENT读入时，均假定为是用国际单位制（长度单位为米）创建的。因此，在导入网格文件时，要注意按当前设定的单位制对网格尺寸进行缩放处理，以保证其几何尺寸的有效性。

FLUENT使用的文件类型

使用FLUENT时，涉及多种类型的文件，FLUENT读入的文件类型包括grid、case、data、profile、Scheme以及journal文件，输出的文件类型包括case、data、profile、journal以及transcript等。

FLUENT还可以保存当前窗口的布局以及保存图形窗口的硬拷贝。

免责声明：本文系网络转载或改编，未找到原创作者，版权归原作者所有。如涉及版权，请联系删