FLUENT商用程序软件使用说明【稀缺资源，路过别错过】 .pdf

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1、i FLUENTFLUENTFLUENTFLUENT 商用程序商用程序商用程序商用程序软件软件软件软件 使用说明使用说明使用说明使用说明 ii 前言前言 FLUENT 商用程序可以模拟许多的工程实际问题，包括可压缩、不可压缩流动， 牛顿流 体、非牛顿流体，单相、多相流动，有旋、无旋流动，惯性坐标系、非惯性坐标系下的流动， 有化学反应、 无化学反应的流动问题等。 其生成无结构网格的程序把计算复杂几何条件下的 流动及传热传质问题变的简单。同时，软件还提供了许多的湍流模型、壁面处理及燃烧、 传 热模型供针对特定问题选择。 用户自定义函数也为改进和完善模型， 处理个性化问题和给出 更合理的边界条件提供

2、了可能。 本讲义以 FLUENT5 说明书为主要参考资料， 介绍了该软件的基本功能、 基本物理模型、 湍流模型、 湍流模拟的近壁处理及边界条件， 并且对燃烧过程的模拟和用户自定义函数做了 描述。通过本课程学习，可以掌握和利用 FLUENT 程序在流体及传热传质等领域进行数值 研究。 燃烧模型部分由董刚副教授编译，方海生同学编译了用户自定义函数。基本物理模型， 湍流模型及湍流模拟近壁处理及边界条件由刘明侯副教授编译。 由于时间非常仓促 （一个暑 假时间） ，只能用不完全的内容作为计算流体和传热传质课程的内容。还有些内容来不及加 入讲义内，希望以后逐步完善。文字没有很好地校对，一定会由错误、疏漏或

3、不妥的地方， 请同学们校正。 刘明侯 2010 年 9 月 2 日 iii 目录目录 第一章，概述.(1) 第二章，基本物理模型.(5) 第一节，连续和动量方程.(5) 第二节，计算传热过程用户输入.(9) 第三节，浮力驱动的流动和自然对流(10) 第四节，有旋和旋转流动问题.(15) 第五节，可压流动(18) 第六节，无粘流动(19) 第七节，用户自定义标量输运模型.(22) 第三章，湍流模型.(24) 第一节，前言(24) 第二节，平均量输运方程.(25) 第三节，湍流模型.(26) 第四节，湍流模型算例及其设置.(39) 第四章，湍流流动地近壁处理.(44) 第五章，边界条件.(52)

4、第六章，FLUENT 中地燃烧模拟.(62) 第一节，燃烧模拟的重要性.(62) 第二节，FLUENT 燃烧模拟方法概要.(62) 第三节，气相燃烧模型(63) 第四节，污染物模型.(75) 第五节，FLUENT 中燃烧模拟计算的步骤和原则(77) 第七章，自定义函数.(79) 第一节，概要.(79) 第二节，书写 UDFs .(80) 第三节，编译连接 UDFs(98) 第四节，在 FLUENT 模型中使用 UDFs(106) 第五节，UDFs 实例.(112) 第六节，UDFs 的应用.(128) 附录 A，udf. H 中的宏解释.(146) 附录 B，常用 C 库函数(147) iv

5、FLUENTFLUENTFLUENTFLUENT简介简介 FLUENT 是用于计算复杂几何条件下流动和传热问题的程序。 它提供的无结构网格生成 程序， 把计算相对复杂的几何结构问题变得容易和轻松。 可以生成的网格包括二维的三角形 和四边形网格；三维的四面体、六面体及混合网格。并且，可以根据计算结果调整网格。 这这 种网格的自适应能力对于精确求解有较大梯度的流场如自由剪切流和边界层问题有很实际种网格的自适应能力对于精确求解有较大梯度的流场如自由剪切流和边界层问题有很实际 的作用。同时，网格自适应和调整只是在需要加密的流动区域里实施，而非整个流动场，的作用。同时，网格自适应和调整只是在需要加密的流

6、动区域里实施，而非整个流动场， 因此可以节约计算时间。因此可以节约计算时间。 程序的结构程序的结构 FLUENT 程序软件包应该包括以下几个部分： 1， FLUENT 解法器 2， prePDF，用于模拟 PDF 燃烧过程 3， GAMBIT，网格生成 4， TGrid，额外的处理器，用于从现有的边界网格生成体网格。 5， Filters(Translators)，转换其它程序生成的网格，用于 FLUENT 计算。可以接口的程序包 括：ANSYS, I-DEAS, NASTRAN,PATRAN 等。 GAMBITGAMBITGAMBITGAMBIT 设置几何形状 生成2D或3D 网格 其它软件

7、包，如 CAD，CAE 等 FLUENTFLUENTFLUENTFLUENT 网格输入及调整 物理模型 边界条件 流体物性确定 计算 结果后处理 TGridTGridTGridTGrid 2D 三角网格 3D 四面体网格 2D 和 3D 混合网格 prePDFprePDFprePDFprePDF PDF 查表 2D 或 3D 网格 几何形状或 网格 PDF 程序 网格 边界和或体网格 边界网格 v 基本程序结构示意图。 FLUENTFLUENTFLUENTFLUENT 程序的用途程序的用途 1， 采用三角形、四边形、四面体、六面体及其混合网格计算二维和三位流动问题； 计算过程中，网格可以自适应

8、。 2， 可压缩与不可压缩流动问题； 3， 稳态和瞬态流动问题； 4， 无粘流，层流及湍流问题； 5， 牛顿流体及非牛顿流体； 6， 对流换热问题（包括自然对流和混合对流） ； 7， 导热与对流换热耦合问题； 8， 辐射换热； 9， 惯性坐标系和非惯性坐标系下的流动问题模拟； 10，多运动坐标系下的流动问题； 11，化学组分混合与反应； 12，可以处理热量、质量、动量和化学组分的源项； 13，用 Lagrangian 轨道模型模拟稀疏相（颗粒，水滴，气泡等） ； 14，多孔介质流动； 15，一维风扇、热交换器性能计算； 16，两相流问题； 17，复杂表面形状下的自由面流动； 二维网格： tri

9、angletriangletriangletrianglequadrilateralquadrilateralquadrilateralquadrilateral 三维网格： tetrahedrontetrahedrontetrahedrontetrahedronhexahedron hexahedronhexahedronhexahedron pyramidpyramidpyramidpyramid prismprismprismprism ororororwedgewedgewedgewedge vi 图 11，FLUENT 的基本控制体形状 用用 FLUENTFLUENTFLUENTFL

10、UENT 程序求解问题的步骤程序求解问题的步骤 1， 确定几何形状，生成计算网格（用 GAMBIT，也可以读入其它指定程序生成的网格） ； 2， 选择 2D 或 3D 来模拟计算； 3， 输入网格； 4， 检查网格； 5， 选择解法器； 6， 选择求解的方程：层流或湍流（或无粘流） ，化学组分或化学反应，传热模型等。确定 其它需要的模型如：风扇、热交换器、多孔介质等模型。 7， 确定流体物性； 8， 指定边界条件； 9， 条件计算控制参数； 10，流场初始化； 11，计算； 12，检查结果； 13，保存结果，后处理等。 关于关于 FLUENTFLUENTFLUENTFLUENT 解法器的说明解

11、法器的说明 1， FLUENT 2D，二维单精度解法器 2， FLUENT 3D，三维单精度解法器 3， FLUENT 2ddp， 二维双精度解法器 4， FLUENT 3ddp， 三维双精度解法器 FLUENTFLUENTFLUENTFLUENT 程序启动方法程序启动方法 1， WINDOEWS NT 下，点击 FLUENT5。 2， 在 MSDOS 下，键入命令。FLUENT 2D/3D/2ddp/3ddp。平行计算命令为：FLUENT 2D/3D/2ddp/3ddp-t x 。 x 是处理器编号。 如， 我们用 3 号处理器计算三维双精度问题， 命令为： FLUENT 3ddp t3 F

12、LUENT 命令的一般形式为： FLUENT version -help options FLUENTFLUENTFLUENTFLUENT 求解方法的选择求解方法的选择 1 1 1 1非耦合求解 ( ( ( ( SegregatedSegregatedSegregatedSegregated) ) ) ) 2 2 2 2耦合隐式求解 ( ( ( ( CoupledCoupledCoupledCoupledImplicitImplicitImplicitImplicit ) ) ) ) 3 3 3 3耦合显式求解 ( ( ( ( CoupledCoupledCoupledCoupledExpli

13、citExplicitExplicitExplicit ) ) ) ) 非耦合求解方法主要用于不可压缩或压缩性不强的流体流动。耦合求解则可以用在高非耦合求解方法主要用于不可压缩或压缩性不强的流体流动。耦合求解则可以用在高 vii 速可压缩流动速可压缩流动。FLUENT 默认设置是非耦合求解，但对于高速可压流动对于高速可压流动，有强的体积力有强的体积力（浮浮 力或离心力）的流动，求解问题时网格要比较密，建议采用耦合隐式求解方法，可以耦合力或离心力）的流动，求解问题时网格要比较密，建议采用耦合隐式求解方法，可以耦合 求解能量和动量方程求解能量和动量方程， 能比较快地得到收敛解能比较快地得到收敛解。

14、缺点是需要的内存比较大（是非耦合求解迭 代时间的 1.5-2 倍） 。如果必须要耦合求解， 但是你的机器内存不够，这时候可以考虑用耦合 显式解法器求解问题。该解法器也耦合了动量，能量及组分方程，但内存却比隐式求解方法 小。缺点是收敛时间比较长。 这里需要指出的是非耦合求解的一些模型在耦合求解解法器里并不都有。非耦合求解的一些模型在耦合求解解法器里并不都有。耦合解法器 没有的模型包括：多相流模型，混合分数/PDF 燃烧模型，预混燃烧模型，污染物生成模型， 相变模型，Rosseland 辐射模型，确定质量流率的周期性流动模型及周期性换热模型等。 隐式隐式( ( ( ( ImplicitImplic

15、itImplicitImplicit ) ) ) )： 对于给定变量， 单元内的未知值用邻近单元的已知和未知值计算得出。 因此，每一个未知值会在不止一个方程中出现，这些方程必须同时解来给出未知量。 显式显式( ( ( ( ExplicitExplicitExplicitExplicit ) ) ) )：对于给定变量，每一个单元内的未知量用只包含已知量的关系式计算 得到。 因此未知量只在一个方程中出现， 而且每一个单元内的未知量的方程只需解一次就可 以给出未知量的值。 一阶迎风格式一阶迎风格式( ( ( ( FirstFirstFirstFirst OrderOrderOrderOrder Up

16、windUpwindUpwindUpwind ) ) ) )：当需要一阶精度时，我们假定描述单元内变量平 均值的单元中心变量就是整个单元内各个变量的值，而且单元表面的量等于单元内的量。 因 此，当选择一阶迎风格式时，表面值被设定等于迎风单元的单元中心值。 二阶迎风格式二阶迎风格式( ( ( ( SecondSecondSecondSecondOrderOrderOrderOrder UpwindUpwindUpwindUpwind ) ) ) )：当需要二阶精度时，使用多维线性重建方法来 计算单元表面处的值。 在这种方法中， 通过单元中心解在单元中心处的泰勒展开来实现单元 表面的二阶精度值。因

17、此，当使用二阶迎风格式时，用下面的方程来计算表面值； QUICKQUICKQUICKQUICK格式格式：对于四边形和六面体网格，我们可以确定它们唯一的上游和下游表面以 及单元。FLUENT 还提供了计算对流变量在表面处高阶值的 QUICK 格式。QUICK 类型 的格式是通过变量的二阶迎风与中心插值加上适当的权因子得到的； 亚松驰亚松驰( ( ( ( Under-RelaxationUnder-RelaxationUnder-RelaxationUnder-Relaxation) ) ) )： 由于 FLUENT 所解方程组的非线性， 我们有必要控制的 变化。一般用亚松驰方法来实现控制，该方法

18、在每一部迭代中减少了 f 的变化量。亚松驰最 简单的形式为：单元内变量 f 等于原来的值 f_old 加上亚松驰因子 a 与 f 变化的积： += old SIMPLESIMPLESIMPLESIMPLE：SIMPLE 算法使用压力和速度之间的相互校正关系来强制质量守恒并获取压 力场。 一阶与二阶的比较一阶与二阶的比较 当流动和网格成一条线时（如：矩形网格或者六面体网格模拟矩形导管的层流流动） ， 可以使用一阶迎风离散格式。但是，当流动和网格不在一条线上时（即：流动斜穿网格线） 一阶对流离散增加了对流离散的误差（数值耗散） 。对于三角形和四面体网格，流动从来就 不会和网格成一条线， 此时一般要

19、使用二阶离散来获取更高精度的结果。 对于四边形或者六 面体网格，如果使用二阶离散格式，尤其是对于复杂流动来说，你可以获取更好的结果。 总而言之，一阶离散一般会比二阶离散收敛得好，但是精度要差，尤其是对于三角形或 者四面体网格精度更差。 对于大多数情况，你可以在计算的开始使用二阶格式。对于有些情况，你应该以一阶离 散开始计算，在进行了初步迭代之后再转到二阶格式。例如，如果你解高马赫数流动问题， 初始解科所预期的解相差较大， 你就应该先用一阶格式迭代几步然后打开二阶格式继续计算 直至收敛。 对于与网格成一条线的简单流动 （如： 划分为矩形网格或者六面体网格的矩形导管的层 流流动） ，数值耗散自然会

20、很低，所以一般使用一阶格式替代二阶格式而不损失精度。 viii 最后，如果你使用二阶格式遇到收敛性问题，你就应该尝试使用一阶格式。 选择压力插值格式选择压力插值格式 如压力插值格式所述， 当使用分离求解器时我们可以采用很多压力插值格式。 对于大多 数情况，标准格式已经足够了，但是对于特定的某些模型使用其它格式可能会更好： 对于具有较大体积力的问题，推荐使用体积力加权格式。 对于具有高涡流数，高 Rayleigh 数自然对流，高速旋转流动，包含多孔介质的流动和 高度扭曲区域的流动，使用 PRESTO!格式。 注意：注意：PRESTOPRESTOPRESTOPRESTO！只能用于四边形或者六面体网

21、格。！只能用于四边形或者六面体网格。 对于可压流动推荐使用二阶格式。 当其它格式不适用时，使用二阶格式来提高精度（如：对于流过具有非六面体或者非四 边形网格的曲面边界的流动。 ） 选择压力速度耦合方法选择压力速度耦合方法 在分离求解器中，FLUENT 提供了压力速度耦合的三种方法：SIMPLE，SIMPLEC 以 及 PISO。定常状态计算一般使用定常状态计算一般使用 SIMPLESIMPLESIMPLESIMPLE 或者或者 SIMPLECSIMPLECSIMPLECSIMPLEC 方法，对于过渡计算推荐使方法，对于过渡计算推荐使用用 PISOPISOPISOPISO方法。方法。PISOPI

22、SOPISOPISO方法还可以用于高度倾斜网格的定常状态计算和过渡计算。需要注意的方法还可以用于高度倾斜网格的定常状态计算和过渡计算。需要注意的 是压力速度耦合只用于分离求解器，对于耦合求解器你不可以使用它。是压力速度耦合只用于分离求解器，对于耦合求解器你不可以使用它。 SIMPLESIMPLESIMPLESIMPLE 与与 SIMPLECSIMPLECSIMPLECSIMPLEC 比较比较 在 FLUENT 中，可以使用标准 SIMPLE 算法和 SIMPLEC（SIMPLE-Consistent）算法， 默认是 SIMPLE 算法，但是对于许多问题如果使用 SIMPLEC 可能会得到更好的

23、结果，尤其 是可以应用增加的亚松驰迭代时，具体介绍如下： 对于相对简单的问题对于相对简单的问题（如如：没有附加模型激活的层流流动没有附加模型激活的层流流动） ，其收敛性已经被压力速度其收敛性已经被压力速度 耦合所限制，你通常可以用耦合所限制，你通常可以用 SIMPLECSIMPLECSIMPLECSIMPLEC 算法很快得到收敛解。在算法很快得到收敛解。在 SIMPLECSIMPLECSIMPLECSIMPLEC 中，压力校正中，压力校正 亚松驰因子通常设为亚松驰因子通常设为 1.01.01.01.0，它有助于收敛它有助于收敛。但是但是，在有些问题中在有些问题中，将压力校正松弛因子增加将压力校

24、正松弛因子增加 到到 1.01.01.01.0可能会导致不稳定可能会导致不稳定。对于这种情况对于这种情况，你需要使用更为保守的亚松驰或者使用你需要使用更为保守的亚松驰或者使用 SIMPLSIMPLSIMPLSIMPLE E E E 算法算法。 对于包含湍流和对于包含湍流和/ / / /或附加物理模型的复杂流动或附加物理模型的复杂流动， 只要用压力速度耦合做限制只要用压力速度耦合做限制， SIMPLESIMPLESIMPLESIMPLEC C C C 会提高收敛性。它通常是一种限制收敛性的附加模拟参数，在这种情况下，会提高收敛性。它通常是一种限制收敛性的附加模拟参数，在这种情况下，SIMPLES

25、IMPLESIMPLESIMPLE 和和 SIMPLECSIMPLECSIMPLECSIMPLEC 会给出相似的收敛速度。会给出相似的收敛速度。 设定亚松驰因子设定亚松驰因子 分离求解器使用亚松驰来控制每一步迭代中的计算变量的更新。 这就意味着， 使用分离 求解器解的方程，包括耦合求解器所解的非耦合方程（湍流和其他标量）都会有一个相关的 亚松驰因子。 在 FLUENT 中，所有变量的默认亚松驰因子都是对大多数问题的最优值。这个值适合 于很多问题，但是对于一些特殊的非线性问题（如：某些湍流或者高 Rayleigh 数自然对流 问题） ，在计算开始时要慎重减小亚松驰因子。在计算开始时要慎重减小亚松

26、驰因子。 使用默认的亚松驰因子开始计算是很好的习惯。如果经过使用默认的亚松驰因子开始计算是很好的习惯。如果经过 4 4 4 4 到到 5 5 5 5 步的迭代残差仍然增步的迭代残差仍然增 长长，你就需要减小亚松驰因子你就需要减小亚松驰因子。有时候，如果发现残差开始增加，你可以改变亚松驰因子重 新计算。 在亚松驰因子过大时通常会出现这种情况。 最为安全的方法就是在对亚松驰因子做 任何修改之前先保存数据文件， 并对解的算法做几步迭代以调节到新的参数。 最典型的情况 是，亚松驰因子的增加会使残差有少量的增加，但是随着解的进行残差的增加又消失了。 如 果残差变化有几个量级你就需要考虑停止计算并回到最后

27、保存的较好的数据文件。 ix 对于大多数流动，不需要修改默认亚松弛因子。但是，如果出现不稳定或者发散你就需 要减小默认的亚松弛因子了，其中压力、动量、k 和 e 的亚松弛因子默认值分别为 0.2，0.5， 0.5 和 0.5。对于 SIMPLEC 格式一般不需要减小压力的亚松弛因子。在密度和温度强烈耦合 的问题中，如相当高的 Rayleigh 数的自然或混合对流流动，应该对温度和/或密度（所用的 亚松弛因子小于 1.0）进行亚松弛。相反，当温度和动量方程没有耦合或者耦合较弱时，流 动密度是常数，温度的亚松弛因子可以设为 1.0。 对于其它的标量方程，如漩涡，组分，PDF 变量，对于某些问题默认

28、的亚松弛可能过 大，尤其是对于初始计算。你可以将松弛因子设为 0.8 以使得收敛更容易。 FLUENTFLUENTFLUENTFLUENT 求解过程求解过程 FLUENT 的两种解法都可以解守恒型积分方程，其中包括动量、能量、 质量以及其他标 量如湍流和化学组分的守恒。在两种情况下都应用了控制体技术，它包括： 使用计算网格对流体区域进行划分；使用计算网格对流体区域进行划分； 离散方程的线化以及获取线性方程结果以更新相关变量的值。离散方程的线化以及获取线性方程结果以更新相关变量的值。 下面是对每步迭代的介绍下面是对每步迭代的介绍： 1. 1. 1. 1.在当前解的基础上在当前解的基础上， 更新流

29、体属性更新流体属性 （如果计算刚刚开始如果计算刚刚开始， 流体的属性用初始解来更新流体的属性用初始解来更新） 2. 2. 2. 2.为了更新流场，为了更新流场，u u u u，v v v v 和和 w w w w的动量方程用当前压力和表面质量流量按顺序解出。的动量方程用当前压力和表面质量流量按顺序解出。 3. 3. 3. 3.因为第一步得到的速度可能在局部不满足连续性方程因为第一步得到的速度可能在局部不满足连续性方程， 所以从连续性方程和线化动量所以从连续性方程和线化动量 方程推导出压力校正的泊松方程。然后解出压力校正方程获取压力和速度场以及表方程推导出压力校正的泊松方程。然后解出压力校正方程

30、获取压力和速度场以及表 面质量流量的必要校正从而满足连续性方程。面质量流量的必要校正从而满足连续性方程。 4. 4. 4. 4.在适当的地方在适当的地方， 用前面更新的其它变量的数值解出湍流用前面更新的其它变量的数值解出湍流、 能量能量、 组分与及辐射等标量组分与及辐射等标量。 。 5. 5. 5. 5.当包含相间耦合时，可以用离散相轨迹计算来更新连续相的源项。当包含相间耦合时，可以用离散相轨迹计算来更新连续相的源项。 6. 6. 6. 6.检查设定的方程的收敛性。检查设定的方程的收敛性。 第二章第二章 基本物理模型基本物理模型 无论是可压、 还是不可压流动， 无论是层流还是湍流问题，FLUE

31、NT 都具有很强的模拟 能力。 FLUENT 提供了很多数学模型用以模拟复杂几何结构下的输运现象 （如传热与化学反 应） 。该软件能解决比较广泛的工程实际问题，包括处理设备内部过程中的层流非牛顿流体 流动，透平机械和汽车发动机过程中的湍流传热过程，锅炉炉里的粉煤燃烧过程，还有可压 射流、外流气体动力学和固体火箭中的可压反应流动等。 为了能模拟工业设备和过程中的流动及相关的输运现象， FLUENT 提供了许多解决工程 实际问题的选择，其中包括多空介质流动， （风扇和热交换器）的集总参量计算，流向周期 流动与传热， 有旋流动和动坐标系下流动问题。 随精确时间滑移网格的动坐标方法可以模拟 计算涡轮流

32、动问题。FLUENT 还提供了离散相模型用以模拟喷雾过程或者稀疏颗粒流动问 题。还有些两相流模型可供大家选用。 第一节第一节 连续连续和和动量方程动量方程 对于所有流动，FLUENT 都求解质量和动量守恒方程。 对于包含传热或可压性流动， 还 需要增加能量守恒方程。对于有组分混合或者化学反应的流动问题则要增加组分守恒方程， 当选择 PDF 模型时，需要求解混合分数及其方差的守恒方程。如果是湍流问题，还有相应 x 的输运方程需要求解。 下面给出层流的守恒方程。 2.1.12.1.12.1.12.1.1 质量守恒方程质量守恒方程 () im i uS tx += 21 该方程是质量守恒的总的形式，

33、可以适合可压和不可压流动。源项 m S是稀疏相增加到 连续相中的质量， （如液体蒸发变成气体）或者质量源项（用户定义） 。 对于二维轴对称几何条件，连续方程可以写成： m S r v v r u xt =+ + + )()(22 式中，x 是轴向坐标；r 是径向坐标，u 和 v 分别是轴向和径向速度分量。 2.1.22.1.22.1.22.1.2 动量守恒方程动量守恒方程 惯性坐标系下，i 方向的动量守恒方程为： ()() ij iijii jij p uuugF txxc += + 23 式中， p 是静压； ij 是应力张量，定义为： ij l l i j j i ij x u x u x

34、 u + = 3 2 ， i g， i F 是重力体积力和其它体积力（如源于两相之间的作用）， i F还可以包括其它模型源项或者用 户自定义源项。 对于二维轴对称几何条件，轴向和轴向的动量守恒方程分别为： x p vur rr uur xr u t = + + )( 1 )( 1 )( +)( 3 2 2 1 v x u r xr x F x v r u r rr + + + 1 24 和 r p vvr rr uvr xr v t = + + )( 1 )( 1 )( + + r u x v r xr 1 +)( 3 2 2 1 v x v r rr r F r w v rr v + 2 2

35、 )( 3 2 2 25 xi w 是旋流速度。 2.1.32.1.32.1.32.1.3 能量方程能量方程 FLUENT 可以计算流体和（或者）固体区域之间的传热问题。如果是周期性换热流动， 则流动边界要给定周期边界条件。 如果计算计算模型包括两个流动区域， 中间被固体或者墙 壁隔开的换热问题，则要特别注意：1，两个流体都不能用流出边界条件（outflow） ；2，两 个区域的流动介质可以不同， 但要分别定义流体性质 （如果计算组分， 只能给一个混合组分） 。 流体 1 流体 2 FLUENT 求解的能量方程形式如下： ()( ()() ieffjjjijeffh j iii T EuEpk

36、h JuS txxx +=+ 26 式中，kkk teff +=， 为有效导热系数(湍流导热系数根据湍流模型来定义)。 j J 是组分 j的 扩散通量。方程右边前三项分别为导热项，组分扩散项和粘性耗散项。 h S是包括化学反应 热和其它体积热源的源项。其中， 2 2 i up hE+= 27 对于 理想 气体 ，焓 定义 为：= j jjh mh；对 于不 可压 缩气 体， 焓定 义为 ： p hmh j jj += 。 j m 是组分j的质量分数，组分j的焓定义为： dTch T T jpj ref = , ，其中 KTref15.298=。 2.1.42.1.42.1.42.1.4PDFP

37、DFPDFPDF 模型的能量方程模型的能量方程 如果在非绝热 PDF 燃烧模型模式下，FLUENT 求解的总焓方程为： ()()() ti iikh iipik kuH Hu HS txxcxx +=+ 28 假定刘易斯数为 1， 方程右边第一项为组分扩散和导热项的合并项； 第二项为粘性耗散， 为非守恒形式。总焓 H 定义为: = j jj HmH 组分j的总焓定义为： xii )( , 0 , ,jrefj T jT jpj ThdTcH ref + =29 其中)( , 0 jrefj Th 是组分j基于参考温度 jref T , 的生成焓。 虽然能量的标准形式里包括了压力做功和动能项，但

38、在采用 segregated solver 求解不可 压问题时候都可以忽略掉。当然，如果想不忽略它们的作用，可以在 define/models/energy 中设置。对于可压缩流动问题，在用 coupled solvers 求解时总是考虑压力做功和动能项。 粘性耗散项是考虑流体中的粘性剪切作用产生的热量。如果用 segregated solver 求解， 默认设置并没有考虑。如果 Brinkman 数（ Tk U Br e = 2 ，T是系统温度差）大于 1 时，粘 性加热一定不能忽略。 这时候一定要设置 Viscous Heating 选项。 对于可压缩流动， 一般 Br1， 如果还用 se

39、gregated solver 求解，一定要考虑粘性加热。如果是 coupled solver 求解，粘性加 热会自动考虑。 Fluent 求解焓方程时，组分扩散项都已经包括。用 segregated solver 求解，如果想不考 虑该项，可以在组分模型面板（Species Model Panel）中关闭能量扩散项。如果采用了非绝 热的 PDF 燃烧模型，方程中并不明确出现该项，应为导热和组分扩散项合并为一项了。当 用 coupled solver 求解时，能量方程总会考虑该项。 2.1.52.1.52.1.52.1.5 化学反应源项化学反应源项 化学反应源项如下： j j T T jp j

40、 j reactionh RdTc M h S ref jref += , , 0 , 210 其中， 0 j h 是组分j的生成焓； j R 是组分j生成的体积率。对于非绝热 PDF 燃烧模型， （2 9） ，生成热定义在总焓中，所以化学反应热不包含在源项中。 2.1.62.1.62.1.62.1.6 固体区域的能量方程固体区域的能量方程 在固体区域，FLUENT 采用的能量方程为如下形式： q x T k x hu x h t ii i i + = + )()(211 式中，是密度；h 是显焓；k 是导热系数；T 是温度；q 体积热源。方程左边第二项表示 由于固体旋转或者平移运动热传输。方

41、程右边两相分别为固体导热和体积热源。 2.1.72.1.72.1.72.1.7 固体内部导热各向异性的影响固体内部导热各向异性的影响 当用 segregated solver 求解时，FLUENT 允许你指定材料的各向导热系数。固体导热各 向异性方程形式如下： )( i ij i x T k x 其中， ij k是导热系数矩阵。 xiii 2.1.82.1.82.1.82.1.8 进口热扩散进口热扩散 进口的净能量输运包括对流和扩散两部分。 指定进口温度就可以确定对流部分， 但扩散 项取决于计算出来的温度场梯度。 因此我们不能给定扩散分量或者净能量输运。 但在一些问 题中，我们更希望能给定净能

42、量输运，而不是给定进口温度。如果用 segregated solver 求解 时，可以在 dfine/models/energy 中去掉进口能量扩散，从而达到给定净进口能量输运。但是 我们用 coupled solver 时，不能去掉能量扩散部分。 第二节第二节 计算传热过程中用户输入计算传热过程中用户输入 如果用如果用 FLUENTFLUENTFLUENTFLUENT 计算有传热的问题时候计算有传热的问题时候，必须击活相关模型和提供热边界条件必须击活相关模型和提供热边界条件，并且并且 给出材料物性。给出材料物性。这一系列过程如下： 1 1 1 1， 击活能量面板。击活能量面板。D D D D

43、efine-Models-Energyefine-Models-Energyefine-Models-Energyefine-Models-Energy 2 2 2 2， （对于（对于 segregatedsegregatedsegregatedsegregated solversolversolversolver）如果模拟粘性流动过程，而且要考虑粘性加热，击）如果模拟粘性流动过程，而且要考虑粘性加热，击活活 ViscousViscousViscousViscous HeatingHeatingHeatingHeating；D D D Define-Models-Viscousefine-Mo

44、dels-Viscousefine-Models-Viscousefine-Models-Viscous HeatingHeatingHeatingHeating 3 3 3 3， 定义热边界条件（包括流体进口，出口和壁面）定义热边界条件（包括流体进口，出口和壁面）Define-BoundaryDefine-BoundaryDefine-BoundaryDefine-Boundary ConditionsConditionsConditionsConditions。在。在 流动进口和出口要给定温度，但壁面可以有如下边界条件选择：流动进口和出口要给定温度，但壁面可以有如下边界条件选择： （1 1

45、 1 1）指定热流量指定热流量 （2 2 2 2）指定温度指定温度 （3 3 3 3）对流换热对流换热 （4 4 4 4）外部辐射外部辐射 （5 5 5 5）对流换热辐射换热对流换热辐射换热 4 4 4 4， 定义材料热物性定义材料热物性。Define-Materials.Define-Materials.Define-Materials.Define-Materials. 比热和导热系数都要给出比热和导热系数都要给出，并且可以用温度函并且可以用温度函 数的形式给出。数的形式给出。 2.2.12.2.12.2.12.2.1 温度限制温度限制 为了计算的稳定性，FLUENT 对计算出来的温度给了范围限制。给定温度限制， 一方面 是为了计算稳定的需要，同时，真实温度也有其相应的范围。由于给定材料物性不好，或者 其它原因， 计算出的中间超过了物理应该达到的温度。 FLUENTFLUENTFLUENTFLUENT 中中， 给定的最高温度给定的最高温度 5000K5000K5000K5000K， ， 最小温度最小温度 1K1K1K1K，如果计算过程中的温度超过这个范围如果计算过程中的温度超过这个范围，那么就在这最高温度或最低温度值处那么就在这最高温度或最低温度值处 锁定。如果你觉得这个限制不合理，你可以自己调节。锁定。如果你