Analysis_Fluent操作笔记

理论力学，材料力学，结构力学，弹性力学，振动力学，热力学，飞行动力学，流体力学，空气动力学，计算流体力学，实验流体力学，气动弹性力学……还有什么是这个Analysis—Fluent涉及到的领域？

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快速开始

这玩意安装的时候，给我一并安装了一大堆工具和扩展应用。你怎么知道哪个是你需要的工具呢？

在一大堆应用图标中，你需要打开这个

看向左边的分析系统，在里面找到流体流动（Fluent）双击创建出右边那个东西。

在你的工作台中，右键里面的几何结构，选择新的SpaceClaim几何结构......或者双击几何结构

一般情况按照以下几个步骤来。

1.打开流体流动（Fluent）
2.建模
3.网格化处理
4.施加初始状态
5.计算结果，记录模拟数据

这是一个完整的工作流程，只要你可以跟着一起做，你就能快速入门！

几何结构

Fluent自带的建模软件，我只能说比较轻量化。这就是个简单版的SolidWork（又一个拉伸工程师哈哈哈）。

用上面的工具建模。

建完模之后，使用准备中的体积抽取，选择需要模拟流体的区域（比如水管中需要让水通过的区域）。

一般使用封闭外环的方式进行体积抽取，选取成功后，点击对勾。
体积抽取完毕之后，一定要限制了其他结构，或者直接删掉你建的模，只留下体积抽取的部分。

完成后直接关闭建模软件。

网格

建模完成后，工作台上面的几何结构会打一个对勾，接下来双击打开网格

在这里，你可以看到刚刚在建模环节时进行体积抽取的部分。

你要在这里确定好流体流动的边界，假设这个圆柱的外表面是水管的内壁，水流肯定都在内壁里面流动，你需要选中外表面并右键，找到创建命名选择。

一般命个名就行。
我建议命名wall（外壁）、in（入水口）、out（出水口）

接下来选择左边项目下的网格，看向左下方的网格的详细信息
物理偏好：CFD计算机流体仿真
求解器偏好：流体
单元尺寸：写一个值，越小越精细。

完毕后，点击最上面的生成。就可以看到效果了。

单元尺寸的单位是米……

现在还差不多。
你还可以使用截面在你的建模上看看刨面

完成之后直接关掉。
完成之后在你的工作台上右键``网络，选择更新。

设置

你一开始在管道中的流体初始状态是怎样的呢？你需要先告诉你的电脑。双击打开设置，可以看到这个页面。

可以看到，这一步要开始吃你电脑性能了，自求多福吧。
一定要勾选Double Precision。
Solver Processes：要使用的处理器核心数量，建议4个。
Solver GPGPUs per Machine:使用的显卡数量，建议1个。
点击start

然后就打开了一大堆页面……

一个一个来，先看通用部分，点击网格缩放，检查一下你建模的比例单位对不对。

选择模型中的粘性，一般液体用这个，在粘性模型中选择k-epsilon。（详细为什么以后再说吧）

然后我们就定义一个流体，告诉电脑管道里流的是水还是瓦斯还是岩浆。
打开左边单元区域条件中的流体，双击那个玩意，就能看到中间那个页面。

点击编辑就能定义里面流体的属性（我保证你一个都看不懂，所以现阶段你直接点击应用就可以了）。
接着，打开边界条件，壁面、出口、入口，这些都要打开进行定义，不然你管道里的东西乱可不行。

在此特意说一下，你可以右键某个组件名称，来手动定义。（我命令out为管道出口）

入口一定要定义一下，要不然你想干啥？（图中我给入口定义了一个速度入口）
（参数如图所示）

计算

然后进行计算，在左边求解找到方法，选你想要的方案（我选了一个简单方法）。
最后在左边找到初始化，点击初始化。

最后在左边双击打开运行计算
迭代次数：循环计算次数，这玩意就得多次计算才能找出规律来的，先来个1000次。

然后计算机只算了67次就停了，那是因为电脑觉得这个模型太简单了，用不了1000次迭代。算出来就停了。稍后我再解释这玩意咋看。

你可以在结果里面看看更多内容，流体压力、密度什么的。很显然这些东西就是我们想要的“实验数据”。

关掉这个程序，回到工作台。恭喜你，你完成了！你完成了一系列最基础的操作。

进阶

接下来将会详细解释一些知识。

这些进阶内容也是一个完整的工作流程，你可以按照此教程一步一步的试，到后面你就可以发挥你的想象力啦！

关于计算与结果

计算结果的准确性

计算结果的准确性受多方面影响，你要考虑：
1.流动是不是非稳态流动（注意模拟的流体会不会随时间的推移而发生变化）
2.是否有三维效应（有时候为了方便可能只会建一个二维的建模，但你需要考虑是否应该这么做）
3.边界条件是否合适
4.计算域大小
5.网格的密度与质量（有的网格可能会被设定的过小）

可以从结果知道什么

交差用的数据，Fluent会告诉我们这些东西。

1.云图、矢量图、流线图、等值面
2.流动是否存在回流区
3.流动特征
4。力、动量、平均换热系数、面积分与体积分量、通量平衡

进阶—几何结构

按住Ctrl键的同时拉动左键，就可以平移你的视角。

新的草图绘制面

我们可以点击最下面的选择新草图平面来在一个平面上接着画，或者直接选取一个面直接画。

凿洞

如图所示，先在一个平面上画一个圆，然后退出草图模式，然后拉动（向内侧拉伸）这个圆，就可以扣一个洞了。
你还可以试着在不同方向拉伸这个园，观察可以做出什么的洞。

进阶—网格

你网格的大小和形状对你的最终计算结果有很大影响。这里给个建议：如果你电脑撑得住的话，尽可能把网格弄细点。

进阶—设置

如果你的建模是小型的物件，你恐怕得改改单位（默认是米），在上面的设置单位中点击全部设置为就可以改了。

做仿真动画的准备

在设置里的任务页面，在时间一栏中一定要选择瞬态。想要输出仿真动画就一定是瞬态。
同时我们还要设置一个重力（地球的重力加速度的是g=9.81），注意看你的坐标，方向别搞反了。

多相流

先说说VOF，右边Eularian相数量可以理解为有几种流体。Eularian相数量为2意思就是有两种流体流过（比如水夹杂着空气）。

粘性

材料

从左边的模型中找到材料-流体-空气，双击打开后点击界面中的Fluent数据库来编辑流体材料。（真多568种）
本人在此选择了water-liquid，双击后点击复制，你可以看到左边的流体中多了一个水-液体，然后关闭就可以。

别忘了回到上面，再打开多相流看上面点开相，看到Phase-2，把它的相材料改成water-liquid。应用然后关闭。

在边界条件-入口（我应用的是速度入口）那里，我们也能看到这两个流体，我们也需要配置一下，双击那个水（phase-2）将它的体积分数改为1,这样做就让入口进入的全是水了。
（解释一下：入口水的体积分数为1意思是说入口进入的水占总流体的100%）

然后回到入口，双击打开in什么那个玩意（我给你在图片上画出来了），改一下设置，水力直径就是入水管的直径。

运算

你的模型越复杂，你的时间步长应当越小。
时间步数越大，计算时间就越长。做出来的仿真动画也就越长
请根据需要合理设置这些参数。

云图

选中那几个命名的组件，点击保存/显示

解决方案动画

双击打开解决方案动画，在此以云图为动画，选择它之后OK就行。

我们再打开云图，在着色变量里面可以选择显示什么东西，比如压力，速度，我现在选择的是水的相（Phases）。
点击运行计算，如果报错停止了很有可能是你的时间步长还比较大，时间步数还比较短。

等待800分钟我们就能看到动画啦！（时间真特么长）

点击结果里面的动画就可以播放了。

恭喜你，做到这里，你可以说是已经完成了“新手教程”！

高级

我认为，跟着做一个完整的工作流程是最好的教学方式。接下来我将继续按照这种方式分享一个工程案例。

高级—几何结构

导入模型

你可以把CAD或者是SolidWork模型导入到这里，右键你的几何模型，选择导入几何模型。选择完毕后，你很有可能再用SpaceClaim是打开不了你导入的模型。
这里说明一下，自己建模用第一个（SpaceClaim）导入的建模用第二个（DesignModeler）

打开我们导入的模型。

可以看到，这是一个重叠再一起的模型。外面一个大正方体是用来模拟成一个空气立场，正方体里面的模型则是一个水箱，我会让水箱充满水，让水从水箱的四个孔流出去。

创建布尔

我们要把重叠的东西分别提取出来，我们就需要用到创建中的Boolean操作。

在下面我们要把操作改成提取。

然后我们把立方体设定成目标几何体，把水箱设定成工具几何体。
下面的是否保存工具几何体？选成是。

完成上述操作后点击生成，重新刷新一下图形。
我在此将水箱抑制掉了，因为不需要对水箱本身进行任何计算。抑制掉没用的东西，可以减少电脑的计算量。

接下来我们选中立方体的六个面，立方体表示一个空间，所以我们都将它命名为outlet（出口）。

点击生成。
同样的操作，将所有的水箱（框选）命名为wall。点击生成。
完毕后就可以进行下一步了。

高级—网格

我们进入到网格，开始划分网格，在此我网格尺寸选择的是10mm。

别忘了右键网格选择更新。

高级—设置

改个单位

我这里隐藏了外面的正方形。我们最终要输出一个动画，所以时间要选瞬态，重力加速度也得写好。

接下来：
模型-粘性-选择k-epsilon。
材料-流体-添加一个水-液体（忘了看上面进阶内容）。
模型-多相流-选择VOF-选择隐式 接着点击上面的相间相互作用勾选表面张力模型。选择表面张力系数为constant（我这里系数是0.07）

区域标记

因为我们打算将水箱里面填满水，而水箱外面的正方形填充空气。因此我们需要用到求解中的单元标记。
我们这里选择区域标记（region）

区域标记是让你选择坐标来填充某一物体，所以你恐怕得知道你建模的长宽高和原点位置(恐怕你得在建模里面量一量)。
本模型是导入进来的，原点就在正中心，在区域标记里y的高度就是水面的高度。

完毕后点击保存/显示
黑色的线条就是模拟的水。

初始化

这次情况特殊我们先点击一次初始化，然后再打开局部初始化
我们也要告诉电脑让水箱一开始充满水，相选择water，选中Volume Fraction。在待局部初始化的标记选中我们刚刚创建的单元标记，上面的值填1（意思是水箱里流体都是水）。
就像图中所示：

云图

接下来弄显示动画，就像上面进阶教程的一样，我建议你可以弄个刨面图看着更舒服一些。

红色的就是水。你如果不搞刨面图，在3D图形里你很有可能看不到水。

解决方案动画

别忘了设置完云图要设置动画，要不然你看啥？打开计算设置-解决方案动画

运行计算

我建议不要搞那个自动保存，一不小心就把你的内存撑爆了。
进入运行计算，时间步数：1000，时间步长：0.001，其他默认。

恭喜你！你已经完成了高级教程，虽然说不好这个“高级教程”有多高级（很有可能到现在为止还是基础）。但是坚持到这一步，你已经很棒了 ！

实战-NACA0018翼型数值模拟

很显然到了这一步，你就不需要我一步一步说着做了，以后的实战都只是以记录的形式，只有新出现的东西才会详细解释。

建模

在solidworks里先建模。这些是坐标点，把这些数值复制到一个txt文件里，在solidworks里插入曲线。

1.0000     0.00189     0 
0.9500     0.01210     0
0.9000     0.02172     0
0.8000     0.03935     0
0.7000     0.05496     0
0.6000     0.06845     0
0.5000     0.07941     0
0.4000     0.08705     0
0.3000     0.09003     0
0.2500     0.08912     0
0.2000     0.08606     0
0.1500     0.08018     0
0.1000     0.07024     0
0.0750     0.06300     0
0.0500     0.05332     0
0.0250     0.03922     0
0.0125     0.02841     0
0.0000     0.00000     0
0.0125     -0.02841     0
0.0250     -0.03922     0
0.0500     -0.05332     0
0.0750     -0.06300     0
0.1000     -0.07024     0
0.1500     -0.08018     0
0.2000     -0.08606     0
0.2500     -0.08912     0
0.3000     -0.09003     0
0.4000     -0.08705     0
0.5000     -0.07941     0
0.6000     -0.06845     0
0.7000     -0.05496     0
0.8000     -0.03935     0
0.9000     -0.02172     0
0.9500     -0.01210     0
1.0000     -0.00189     0

然后拉伸一下。导出到fluent。

一个机翼一个风场。你需要把这两个模型组合一下。

网格

对外面的风场进行命名，一个inlet，一个outlet。里面的机翼整体命名成wall。

直接生成网络。
生成完了后我们得看看生成的质量怎么样，因为里面那个机翼的网格肯定要更细一点。

有些网格已经鬼畜了。

接下来我们细化机翼的网格。
在网络里，右键创建一个面尺寸调整，让后在下面的范围限定方法里选上命名选择。命名选择选上wall。

让后还需要再给机翼加一个东西。膨胀

膨胀设置如下：
我们得先框选整个物体，让后选择几何结构，在下面的边界范围法里选择命名选择。膨胀选项选第一层厚度。厚度得用一个复杂的公式计算。

先不谈那些复杂的，我这里的第一层高度是0.011。

（什么是膨胀？最简单的话就是说：需要忽略掉内壁上的流体粘性）

我们还需要再给外面风场来一次膨胀。
外围的风场是指的是除了inlet与outlet以外的那四个面。不需要其他特殊设置了。

图中的我又给它把网格弄细了点，因为发现网格质量还是有点差。重新生成后进入下一步。

设置

1.更新网格后进入设置。

重力：y轴-9.81。
入口：速度入口中的速度大小设为30m/s。
其他的默认就完事了

2.再把结果里面的云图设置一下
设置一个新面，这个面是X、Y轴的刨面，让后把着色变量改为Velocity

还是把全局范围关了，打开色图选项，将数字格式``类型改成float。

这样图中信息就更明显了。

3.添加解决方案动画。记录间隔设大一点，选择动画对象contour-1。

4.在计算监控里面打开报告显示，新建一个报告图。在这个报告图里面新建一个升力。

我们对这个机翼设置报告输出类型为升力。把左下角的创建都勾选上。

5.计算这里迭代次数设个500就够了。开始计算
计算很快就结束了，估计出了什么问题。打开计算监控中的残差如图所示，给continuity后面小数点加三个0。

6.结果
完成了，现在你可以加一个矢量，来仔细观察你的结果了！

实战-流体力学解决方案

这是一个新型烟囱，我们就要做它的模拟。

建模

打开第二个建模选项。

选择YZ面如图所示，画一个这样的图形。数据就在图上，单位是米。

然后加两个倒角，多余的东西记得用剪切删掉。

随后，点击旋转，直接点击应用，下面的旋转轴选择Z轴。

还有添加冻结，旋转15°。最后点击生成

完成，退出。别忘了更新。

网格

直接看网格设置。
默认值-单元尺寸-0.8米（注意单位）
尺寸调整-最大尺寸-0.8米
质量-平滑-改成高

直接点击生成。

命名空间：
选择立体选择选中整个物体，命名为：fluidarea。
点击上边这个面命名为：collector。

两条内壁（看图）命名为：chimney。

圆弧形的边命名为：inlet

最顶上的一小块命名为：outlet

背面这两个区块命名为：ground

左右两面命名为:symmetric

至此，命名完毕，最后生成一次。退出，别忘了更新。

设置

勾选Double Precision直接点击开始。
要的是这种效果。

1.接下来：
Z轴重力加速度：-9.8。
模型-能量-勾选能量方程。
模型-粘性-选择k-epsilon然后再选择下面的RNG
模型-辐射-勾选离散坐标-勾选太阳光线跟踪，然后把直射辐射强度和散射辐射强度改成solar-calculator

2.1.接下来：
材料-流体-空气
密度改成boussinesq方法，值为1.2046。（Boussinesq假设气体密度变化非常小，让求解更稳定）
导热率为0.0259
吸收系数为0.00331
点击更改。

2.2.接下来：
材料-固体-铝，咱们要添加一个玻璃
名称：glass，化学式：gl。
属性里面：密度2500 比热750 导热率1.15 吸收系数0.03 折射率：1.516。
点击更改，然后不要点击Yes，点击No。

2.3.接下来新建一个固体：
右键固体新建。
名称：ground，化学式：gr。
属性里面：密度2160 比热710 导热率1.83 吸收系数0.9 折射率：1。
点击更改，然后不要点击Yes，点击No。

你固体里要有三个。

3.1接下来:
点击边界条件-选中已经有的命名空间chimney，点击下面的编辑然后打开热量
你要确保材料名称为aluminum（铝），壁面厚度改为0.00125。
点击应用后关闭。

3.2接下来：
点击第二个命名空间collector，点击编辑打开热量，更改材料名称为glass，传热相关边界条件改为对流，
更改右边的系数：
传热系数：10
来流温度：293.15
壁面厚度：0.004
热源功率：0

还没完呢，点击辐射，更改边界类型为semi-transparent。
梁方向改成Z轴为-1，
透射率都改为0.9
点击应用后关闭。

3.3接下来：
点击第三个命名空间ground，点击动量粗糙高度改为0.05
热量：材料名称改成ground。
辐射：吸收率中的值都改为0.9。

3.4接下来：
点击第四个inlet，把它的类型改成pressure-inlet（压力入口）
动量：湍流长度尺度为0.01，
热量：总温度为293.15，
改完后应用关闭。

3.5接下来：
点击第六个outlet，现在outlet会自动变成pressure-out（压力出口），点击编辑。
动量：湍流长度尺度为0.01，
热量：总温度为293.15，
改完后应用关闭。

4.1点击求解-方法

如图所示，更改选项。

4.2点击求解-控制

点击限值，在最大湍流粘度比后面加3个0,完成点击OK。

5.初始化

直接开始初始化。

6.计算

迭代次数500，直接开始计算。

7.创建云图

想看什么自己看就完事了。