第 1 章 FLUENT概述
1.1 软件介绍
精通CFD动网格工程仿真与案例实战
1.1.1 概述
FLUENT软件是目前国际上比较流行的大型商用CFD软件包，它可以求解流体的流动、湍流、传热、多相流、相变、化学反应、气动噪声等物理现象。由于其具有先进的数值算法、丰富的物理模型以及强大的前后置处理功能，使得其市场占有率多年来一直保持全球第一位。其应用范围非常广泛，涉及航空航天、船舶、汽车、能源、化工、水利、家电、生物医学等。如上海超级计算中心、GE、Intel、Honeywell、Boeing、Caterpillar、GM、Honda等都是其全球大客户。
1.1.2 FLUENT软件发展
1979年，在英国谢菲尔德大学开发TEMPEST（FLUENT的原型）；
1983年，Creare公司开始销售FLUENT软件；
1988年，在美国成立Fluent Inc；
1995年，加入Aavid Thermal Technology集团；
1995年，收购FDI公司，增加Fidap软件；
1997年，收购Polyflow公司，增加Polyflow软件；
2000年，归属Wills Stain & Partners 财团；
2006年，并入ANSYS, Inc。
Fluent全线产品并入ANSYS公司后，与ANSYS公司先前收购的CFX软件统称为ANSYS-CFD。FLUENT6.3版是比较稳定的版本，之后为了与ANSYS产品版本号统一，版本数字上跳跃到12。FLUENT用C语言编写，CFX用FORTRAN语言编写。目前FLUENT与CFX仍然独立发展，功能逐渐相互补充。在12版后，FLUENT将嵌入ANSYS-workbench下，用户可以在ANSYS-workbench下根据需要选择启动FLUENT或CFX。
1.1.3 FLUENT软件包介绍
FLUENT软件包主要包括前处理器Gambit与TGrid，求解器及后处理器FLUENT。目前同属于ANSYS产品的ICEM-CFD也可以作FLUENT的前处理器。从12版以后，原来的Cfx-Post也可以作FLUENT的后处理器。
Gambit是面向CFD分析的高质量的前处理器，其主要功能包括几何建模、复杂几何修正和网格生成。其有一定的3D几何生成功能，而没有专业的CAD软件功能强大。但是它可以把其他主流CAD软件的几何导入到Gambit中进行进一步的处理。
TGrid是专业的网格生成软件，其生成网格不受几何结构复杂性和尺寸限制。它需要从GAMBIT、ANSYS、Catia、I-DEAS、NASTRAN、PATRAN、Pro/E或Hypermesh等软件中导入面或体网格等边界网格，而后由TGrid生成后续网格。其Wrap技术，对于复杂几何的处理与网格生成非常方便。
FLUENT是通用的CFD软件包，用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动。由于采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术，因而FLUENT能达到最佳的收敛速度和求解精度。灵活的非结构化网格和基于解的自适应网格技术及成熟的物理模型，使FLUENT在湍流、传热与相变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、动态网格、噪声等方面有广泛应用。
FLUENT软件具有以下特性和功能。
（1）FLUENT软件采用有限体积法，具有基于网格节点和网格单元的梯度算法。
（2）定常/非定常流动模拟，特别增加快速非定常NTA模拟功能。
（3）FLUENT软件具有强大的网格支持能力，支持界面不连续的网格、混合网格、动/变形网格以及滑动网格等。
（4）FLUENT软件拥有多种基于解的网格自适应、动态自适应技术以及动网格与网格动态自适应相结合的技术。
（5）可自动转换的多面体网格技术增强了FLUENT软件的运算能力，使网格数量减少为原来的1/3～1/5，计算效率也由此提高3～5倍。
（6）FLUENT软件包含两大类四种算法：基于压力的Simple算法、基于压力的耦合算法、基于密度的显式算法以及基于密度的隐式算法。
（7）FLUENT软件包含丰富而先进的物理模型，使得用户能够精确地模拟无黏流、层流、湍流。湍流模拟方式包含Spalart-Allmaras模型、k-ω模型组、k-ε模型组、雷诺应力模型（RSM）组、大涡模拟模型（LES）组以及最新的分离涡模拟（DES）等。另外用户还可以定制或添加自己的湍流模型。
（8）适用于牛顿流体与非牛顿流体。
（9）含有强制、自然、混合对流的热传导，固体、流体的热传导、辐射模型。
（10）包含化学组分的混合、反应，支持300种组分1500个化学反应。
（11）包含自由表面流模型、欧拉多相流模型、混合多相流模型、颗粒相模型、空泡两相流模型、湿蒸汽模型。
（12）包含融化/凝固；蒸发、冷凝相变模型。
（13）离散相的拉格朗日跟踪计算。
（14）包含非均质渗透性、惯性阻抗、固体热传导，多孔介质模型（考虑多孔介质压力突变）。
（15）包含风扇，散热器，以热交换器为对象的集中参数模型。
（16）包含惯性或非惯性坐标系，复数基准坐标系及滑移网格。
（17）能处理动静翼相互作用模型化后的接续界面。
（18）包含基于精细流场解算的预测流体噪声的声学模型。
（19）包含质量、动量、热、化学组分的体积源项。
（20）拥有丰富的物性参数的数据库。
（21）完备的旋转机械求解方法：SRF、MRF、Mixing Plane和Sliding Mesh，而且与其他相关的模型兼容。
（22）高效率的并行计算功能，提供多种自动、手动分区算法，内置MPI并行机制大幅度提高并行效率。另外，FLUENT特有动态负载平衡功能，确保全局高效并行计算。
（23）FLUENT软件提供友好的用户界面，并为用户提供了二次开发接口（UDF）。
（24）FLUENT软件采用C/C++语言编写，从而大大提高了对计算机内存的利用率。
（25）与第三方合作开发的V2F湍流模型。
（26）FLUNET中包含三种噪声求解方式：宽带噪声模型（Broadband Noise Model）、FW-H声类比方式（FW-H Analogy Model）和直接噪声模拟（CCA）。FLUENT软件包含目前最完善的流动噪声求解模型。
（27）先进的动网格技术，网格变形方式有三种：弹簧压缩式、动态铺层式，以及局部网格重生式。
（28）特有的燃料电池模块（PEMFC/SOFC）。
（29）特有的钢铁磁流体模块。
（30）特有的连续纤维模块。
尽管FLUENT的功能比较多，但本书将主要介绍动态网格技术。