一个最简单的案例来描述 FLUENT 工作流程。

案例描述: 本案例来自于丹麦海事研究所。流动计算域模型如图所示,包含入口、出口及壁面。案例采用 2D 模型计算。计算域流体介质为空气(标准大气压,温度 293K ),来流速度 1.17m/s 。雷诺数基于障碍物高度(案例为 40mm ),本案例雷诺数为 3115 ,入口位置湍动能及湍流耗散率分别为 0.024m2/s2 及 0.07m2/s3 。流动过程为等温、湍流及不可压缩流动。

建模及网格划分过程这里不详述,案例从导入网格开始。

Step 1 :启动 Fluent

从开始菜单中选择 FLUENT ,启动界面参数设置:

• 设置 Dimension 为 2D

• 设置Working Directory

Step 2 :读取网格

• 利用菜单【 File 】 > 【 Read 】 > 【 Mesh 】读取网格文件 EX1-1.msh 。

• 利用 Setting Up Domain 标签页下工具栏按钮 Display 显示网格

Step 3 : General 设置

点击模型树节点 General ,出现 General 面板,如图所示。

对参数面板进行如下设置:

1 、 Scale…

点击参数面板中的 Scale… 按钮。弹出的对话框中进行如下设置:

• 设置 Mesh Was Created In 项为 mm

• 点击 Scale 按钮

• 点击Close按钮关闭对话框

确保计算域尺寸与实际要计算的尺寸一致。

2 、 Check

点击 Check 按钮,输出网格信息如图所示。确保网格最小体积为正值。

3 、 Gravity

激活选项 Gravity ,设置重力加速度为 Y 方向-9.81m/s2 。

其他参数保持默认。

Step 4 : Models

选择模型树节点 Models ,在右侧 Models 列表项中双击 Viscous-Laminar ,弹出湍流模型设置对话框。设置参数:

• 选择 Model 为 k-epsilon ( 2 eqn )

• 选择k-epsilon Model 为 Realizable

• 选择 Near-Wall Treatment 为Scalable Wall Functions

• 选择OK按钮关闭对话框

其他模型保持默认。

Step 5 : Materials

采用默认参数即可。

Step 6 : Cell Zone Conditions

保持默认即可。

Step 7 : Boundary Conditions

点击模型树节点 Boundary Conditions ,参数面板如图所示。

1 、 Inlet 边界设置

鼠标双击 inlet 列表项。设置参数:

• 设置 Velocity Magnitude 为 1.17m/s

• 设置 Specification Method 为 K and Epsilon

• 设置 Turbulent Kinetic Energy 为0. 024

• 设置Turbulent Dissipation Rate 为 0.07

• 选择OK按钮关闭对话框

2 、 Outlet 设置

鼠标选中 outlet 项,设置 Type 为 Outflow ,其他参数保持默认。

Step 8 : Dynamic Mesh

本案例不涉及动网格,因此无需设置。

Step 9 : Reference Values

本案例不涉及系数计算,可不用设置参考值。若要设置的话,可按图进行设置。

Step 10 : Solution Methods

设置参数:

• Pressure - Velocity Coupling Scheme : Coupled

• Turbulent Kinetic Energy : Second Order Upwind

• Turbulent Dissipation Rate : Second Order Upwind

其它参数保持默认。

Step 11 : Solution Controls

保持默认参数。

Step 12 : Monitors

保持默认参数。

Step 13 : Solution Initialization

如图所示,采用 Hybrid Initialization 方法进行初始化,点击 Initialize 按钮进行初始化。

Step 14 : Calculation Activities

采用默认设置。

Step 15 : Run Calculation

设置 Number of Iterations 为 500 ,点击 Calculate 按钮进行计算。

计算在 198 步时收敛,软件给出收敛提示并自动停止计算。如图所示。

计算残差如图所示。

Step 16 :修改残差标准继续计算

设置残差为 1e-6 继续计算。

• 选择模型树节点 Monitors ,双击右侧面板中 Residuals 列表项

• 在 Residual Monitors 对话框中,设置 Continuity 的 Absolute Criteria 为 1e-6

Step 17 :继续计算

切换到 Run Calculation 节点下,设置Number of Iterations 为 500 ,点击 Calculate 按钮进行计算。

计算完毕后可进行后处理查看计算结果。

Step 18 :设置图形窗口背景颜色

通常将图形背景设置为白色,方便放入文档中。 Fluent 默认背景颜色为蓝白梯度色,要将其改变为纯白色,需要利用 TUI 命令。具体步骤为:

• 点击模型树节点 Graphics ,点击右侧面板中按钮 Options … ,弹出图形选项设置对话框

• 设置 Color Scheme 为 Classic

• 点击 Apply 按钮,此时图形背景变为黑色

• 在 TUI 窗口中输入命令 display/set/colors/background ,在颜色输入提示后输入 ”white”

• 继续输入命令 display/set/colors/foreground ,在颜色输入提示后输入 ”black”

• 回到上图的图形选项对话框中,点击 Apply 按钮

此时图形背景变为白色。

Step 19 :查看速度分布

查看计算域内速度分布。

• 选择模型树节点 Graphics ,鼠标双击右侧面板中列表项 Contours ,弹出云图设置对话框

• 激活选项 Filled

• 选择 Contours of 下为 Velocity… 及 Velocity Magnitude

• 点击 Display 按钮

速度分布如图所示。

Step 20 :压力分布查看

查看计算域内压力分布。在contours 对话框中选择 Contours of 下为 Pressure… 及 Static Pressure,点击 Display 按钮显示压力分布云图。

Step 21 :查看底部面上压力分布

利用 XY Plot 输出底部边界上的压力分布。

• 双击模型树节点 Result | Plots | XY Plot,弹出设置对话框

• 设置 Plot Direction 为 X 方向

• 设置 Y Axis Functions 为 Pressure 及 Static Pressure

• 选择 Surface 列表框中列表项 bottom

• 点击 Curves… 按钮,设置Line Style中的 Pattern 为实线,设置 weight 为 2

• 设置 Marker Style Symbol 为空

• 点击 Apply 及 Close 按钮关闭对话框

点击Solution XY Plot对话框中的 Plot按钮显示图形。如图所示。

本案例完毕。