2.4 FLUENT14.5的功能模块和分析过程
FLUENT 14流场分析自学手册
2.4.1 FLUENT14.5的功能模块
一套基本FLUENT软件包含了2个部分，即Gambit和FLUENT。Gambit的主要功能是几何建模和网格划分，FLUENT的功能是流场的解算及后置处理。此外还有专门针对旋转机械的几何建模及网格划分模块Gambit/Turbo及其他专门用途的功能模块。
Geometry Modeling（几何生成模块）：GAMBIT中拥有完整的建模手段，可以生成复杂的几何模型。
Mesh Generation（网格生成）：对几何实体划分网格，可以生成结构化、非结构化及混合类型的网格。
CAD/CAE Interface（CAD/CAE接口）：从其他CAD/CAE软件中导入建好的几何模型或网格。
User Interface（用户界面）：图形用户的界面，使用户操作更为方便，简单。
FLUENT&Post（FLUENT和后处理）。
General Modeling Capabilities（基本建模能力，生成物理模型）：基本的流场模拟能力，针对不同的物理现象，可以再选用特定的物理模型进行数值模拟。
Mesh Capabilities（网格读入能力，处理结构和非结构网格）：可以处理结构化与非结构化的网格。
Numerical Methods（数值求解方法）：包含了3种流场的数值解算方法即非耦合隐式算法、耦合显式算法和耦合隐式算法，分别适用于从不可压、亚音速、跨音速、超音速乃至高超音速流动。
Turbulence Modeling（湍流模型）：包含了多种湍流模型，针对不同的问题可以采用更恰当的模型进行模拟。
Chemical Reaction & Combustion Modeling（化学反应、燃烧模型）：包含了多种化学反应及燃烧模型，如有限速率、PDF、层流火焰和湍流火焰等多种模型可供选用，可以用来模拟航空发动机燃烧室。
Radiation Heat Transfer（辐射传热模型）：处理辐射换热的模型，共有5种。
Multiphase Modeling（多相流模型）：处理流场域中有多相流体存在时的流动，可以同时处理气液固三相同时存在时的流动，其中包含VOF模型、Mixture模型、Euler模型和Cavitation模型等。
Lagrangian Dispersed Phase Modeling（稀疏多相流模型）：主要用来模拟一些二次相的体积含量小于10%的多相流动。
Nox &Soot模块（污染物模型）。
Boundary Conditions（边界条件）：FLUENT内有10多种边界条件可供选择，可以赋予不同的计算域边界特定的属性，以确定流动的特性。
Material Properties（物性参数）：内置了一个材料库，里面有大量的材料可供选用，此外用户可以非常方便地定制自己的材料。
Acoustic（噪声模型）。
Moving mesh（动网络）。
User-Defined Functions（用户自定义函数）：FLUENT的接口语言是标准的语言，用户可以用C语言写一些特殊的处理模块或算法来处理一些特定的问题。
Parallel Processing（Multi-Process only）（并行处理，仅对多套有效）：当多license存在时，可以采用多cpu进行并行解算，大大提高了计算的效率。
Postprocessing & Data Export（后置处理和数据输出）：对计算结果进行处理，生成可视化的图形及给出相应的曲线、报表等。
On-line Help and Documentation（在线帮助和文档）：在使用的过程中能随时提供相关的帮助，提高工作效率。
上面列出的内容是一套基本配置FLUENT软件的内容，包含了FLUENT软件中所有的算法、差分格式、湍流模型、多相流模型、燃烧模型和辐射模型等。下面是一些需单独购买的功能模块，主要应用于某些特定的专业。
1．Gambit/Turbo模块
该模块主要用于旋转机械的叶片造型及网格划分，该模块是根据Gambit的内核定制出来的，因此它与Gambit直接耦合在一起，采用Turbo模块生成的叶型或网格，可以直接用Gambit的功能进行其他方面的操作，从而生成更加复杂的叶型结构。比如，对于涡轮叶片，可以先采用Turbo生成光叶片，然后通过Gambit的操作直接在叶片上开孔或槽，也可以通过布尔运算或切割生成复杂的内冷通道等，因此Turbo模块可以极大提高叶轮机械的建模效率。
2．Pro/E Interface模块
该模块用于同Pro/E软件直接传递几何数据和实体信息，提高建模效率。
3．Deforming Mesh模块
该模块主要用于计算域随时间发生变化情况下的流场模拟，比如，飞行器姿态的变化过程的流场特性的模拟、飞行器分离过程的模拟和飞行器轨道的计算等。
4．Flow-Induced Noise Prediction模块
该模块主要用于预测所模拟流动的气动噪声，对于工程应用可用于降噪。比如在车辆领域或风机等领域用于降低气流噪声。
5．Magnetohydrodynamics模块
该模块主要用模拟磁场、电场作用时对流体流动的影响。主要用于冶金及磁流体发电领域。
6．Continuous Fiber Modeling模块
该模块主要应用于纺织工业，用于纤维的拉制成型过程的模拟。
2.4.2 FLUENT14.5的分析过程
当使用FLUENT解决某一问题时，首先要考虑如下几点问题。
（1）定义模型目标：从CFD模型中需要得到什么样的结果？从模型中需要得到什么样的精度。选择计算模型：如何隔绝所需要模拟的物理系统，计算区域的起点和终点是什么？在模型的边界处使用什么样的边界条件？二维问题还是三维问题？什么样的网格拓扑结构适合解决问题？
（2）物理模型的选取：无黏层流还是湍流？定常还是非定常？可压流还是不可压流？是否需要应用其他的物理模型？
（3）确定解的程序：问题可否简化？是否使用默认的解的格式与参数值？采用哪种解格式可以加速收敛？使用多重网格计算机的内存是否够用？得到收敛解需要多久的时间？
（4）具体解决问题的步骤：
第1步，需要几何结构的模型以及网格生成。可以使用GAMBIT或一个分离的CAD系统产生几何结构模型及网格。也可以用Tgrid从已有的面网格中产生体网格，或从相关的CAD软件包生成体网格，然后读入到Tgrid或FLUENT。
第2步，启动FLUENT解算器。下表为每一步需要的软件。
FLUENT菜单概述
利用FLUENT软件进行求解的具体步骤如下：
1）确定几何形状，生成计算网络（用GAMBIT，也可以读入其他制定程序生成的网格）。
2）输入并检查网络。
3）选择求解器（2D或3D等）。
4）选择求解的方程，层流或湍流（或无黏流）、化学组分或化学反应和传热模型等。确定其他需要的模型，如风扇、热交换器和多空介质等模型。
5）确定流体的物性参数。
6）确定边界类型以及其边界条件。
7）条件计算控制参数。
8）流场初始化。
9）求解计算。
10）保存结果，进行后处理等。
（5）FLUENT的求解器：包括FLUENT 2d（二维单精度求解器）、FLUENT 3d（三维单精度求解器）、FLUENT 2ddp（二维双精度求解器）和FLUENT 3ddp（三维双精度求解器）等。
（6）FLUENT求解方法的选择：包括非耦合求解方法和耦合求解方法。非耦合求解方法主要用于不可压缩流动或低马赫数压缩性流体的流动。耦合求解方法则用于高速可压流动。
FLUENT默认设置为非耦合求解，但对于高速可压流动，或需要考虑体积力（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求解能量和动量方程，可较快地得到收敛解，缺点是需要的内存比较大（是非耦合求解迭代时间的1.5～2.0倍），如果必须要耦合求解，但内存不够时，可以考虑使用耦合显式解法器求解。该解法器也耦合了动量、能量和组分方程，虽然内存会比隐式求解方法的小，但其缺点是收敛时间比较长。