CFD商業(yè)軟件介紹之一——Fluent簡(jiǎn)介　


　　通用CFD軟件包，用來(lái)模擬從不可壓縮到高度可壓縮范圍內(nèi)的復(fù)雜流動(dòng),。由于采用了多種求解方法和多重網(wǎng)格加速收斂技術(shù),，因而FLUENT能達(dá)到最佳的收斂速度和求解精度。靈活的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和基于解的自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)及成熟的物理模型,，使FLUENT在轉(zhuǎn)捩與湍流,、傳熱與相變、化學(xué)反應(yīng)與燃燒,、多相流,、旋轉(zhuǎn)機(jī)械、動(dòng)/變形網(wǎng)格,、噪聲,、材料加工、燃料電池等方面有廣泛應(yīng)用,。

基本特點(diǎn)FLUENT軟件具有以下特點(diǎn)：

　　☆ FLUENT軟件采用基于完全非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的有限體積法,，而且具有基于網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)格單元的梯度算法；

　　☆ 定常/非定常流動(dòng)模擬,，而且新增快速非定常模擬功能,；

　　☆ FLUENT軟件中的動(dòng)/變形網(wǎng)格技術(shù)主要解決邊界運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題，用戶只需指定初始網(wǎng)格和運(yùn)動(dòng)壁面的邊界條件,，余下的網(wǎng)格變化完全由解算器自動(dòng)生成,。網(wǎng)格變形方式有三種：彈簧壓縮式、動(dòng)態(tài)鋪層式以及局部網(wǎng)格重生式。其局部網(wǎng)格重生式是FLUENT所獨(dú)有的,，而且用途廣泛,，可用于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格、變形較大問(wèn)題以及物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律事先不知道而完全由流動(dòng)所產(chǎn)生的力所決定的問(wèn)題,；

　　☆ FLUENT軟件具有強(qiáng)大的網(wǎng)格支持能力,，支持界面不連續(xù)的網(wǎng)格、混合網(wǎng)格,、動(dòng)/變形網(wǎng)格以及滑動(dòng)網(wǎng)格等,。值得強(qiáng)調(diào)的是，F(xiàn)LUENT軟件還擁有多種基于解的網(wǎng)格的自適應(yīng),、動(dòng)態(tài)自適應(yīng)技術(shù)以及動(dòng)網(wǎng)格與網(wǎng)格動(dòng)態(tài)自適應(yīng)相結(jié)合的技術(shù),；

　　☆ FLUENT軟件包含三種算法：非耦合隱式算法、耦合顯式算法,、耦合隱式算法,，是商用軟件中最多的,；

　　☆ FLUENT軟件包含豐富而先進(jìn)的物理模型,，使得用戶能夠精確地模擬無(wú)粘流、層流,、湍流,。湍流模型包含Spalart-Allmaras模型、k-ω模型組,、k-ε模型組,、雷諾應(yīng)力模型(RSM)組、大渦模擬模型(LES)組以及最新的分離渦模擬(DES)和V2F模型等,。另外用戶還可以定制或添加自己的湍流模型,；

　　☆ 適用于牛頓流體、非牛頓流體,；

　　☆ 含有強(qiáng)制/自然/混合對(duì)流的熱傳導(dǎo),，固體/流體的熱傳導(dǎo)、輻射,；

　　☆ 化學(xué)組份的混合/反應(yīng),；

　　☆ 自由表面流模型，歐拉多相流模型,，混合多相流模型,，顆粒相模型，空穴兩相流模型,，濕蒸汽模型,；

　　☆ 融化溶化/凝固；蒸發(fā)/冷凝相變模型；

　　☆ 離散相的拉格朗日跟蹤計(jì)算,；

　　☆ 非均質(zhì)滲透性,、慣性阻抗、固體熱傳導(dǎo),，多孔介質(zhì)模型（考慮多孔介質(zhì)壓力突變）,；

　　☆ 風(fēng)扇，散熱器,，以熱交換器為對(duì)象的集中參數(shù)模型,；

　　☆ 慣性或非慣性坐標(biāo)系，復(fù)數(shù)基準(zhǔn)坐標(biāo)系及滑移網(wǎng)格,；

　　☆ 動(dòng)靜翼相互作用模型化后的接續(xù)界面,；

　　☆ 基于精細(xì)流場(chǎng)解算的預(yù)測(cè)流體噪聲的聲學(xué)模型；

　　☆ 質(zhì)量,、動(dòng)量,、熱、化學(xué)組份的體積源項(xiàng),；

　　☆ 豐富的物性參數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù),；

　　☆ 磁流體模塊主要模擬電磁場(chǎng)和導(dǎo)電流體之間的相互作用問(wèn)題；

　　☆ 連續(xù)纖維模塊主要模擬纖維和氣體流動(dòng)之間的動(dòng)量,、質(zhì)量以及熱的交換問(wèn)題,；

　　☆ 高效率的并行計(jì)算功能，提供多種自動(dòng)/手動(dòng)分區(qū)算法,；內(nèi)置MPI并行機(jī)制大幅度提高并行效率,。另外，F(xiàn)LUENT特有動(dòng)態(tài)負(fù)載平衡功能,，確保全局高效并行計(jì)算,；

　　☆ FLUENT軟件提供了友好的用戶界面，并為用戶提供了二次開(kāi)發(fā)接口（UDF）,；

　　☆ FLUENT軟件采用C/C++語(yǔ)言編寫,，從而大大提高了對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)存的利用率。

　　在CFD軟件中 , Fluent軟件是目前國(guó)內(nèi)外使用最多,、最流行的商業(yè)軟件之一,。Fluent的軟件設(shè)計(jì)基于"CFD計(jì)算機(jī)軟件群的概念" ,針對(duì)每一種流動(dòng)的物理問(wèn)題的特點(diǎn) ,采用適合于它的數(shù)值解法在計(jì)算速度、穩(wěn)定性和精度等各方面達(dá)到最佳,。由于囊括了Fluent Dynamical International比利時(shí)PolyFlow和Fluent Dynamical International(FID)的全部技術(shù)力量(前者是公認(rèn)的在黏彈性和聚合物流動(dòng)模擬方面占領(lǐng)先地位的公司 ,后者是基于有限元方法CFD軟件方面領(lǐng)先的公司 ),因此Fluent軟件具有如下優(yōu)點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)(1 )功能強(qiáng) ,適用面廣,。包括各種優(yōu)化物理模型 ,如 :計(jì)算流體流動(dòng)和熱傳導(dǎo)模型 (包括自然對(duì)流、定常和非定常流動(dòng) ,層流 ,湍流 ,紊流 ,不可壓縮和可壓縮流動(dòng) ,周期流 ,旋轉(zhuǎn)流及時(shí)間相關(guān)流等 ) ;輻射模型 ,相變模型 ,離散相變模型 ,多相流模型及化學(xué)組分輸運(yùn)和反應(yīng)流模型等,。對(duì)每一種物理問(wèn)題的流動(dòng)特點(diǎn) ,有適合它的數(shù)值解法 ,用戶可對(duì)顯式或隱式差分格式進(jìn)行選擇 ,以期在計(jì)算速度,、穩(wěn)定性和精度等方面達(dá)到最佳,。

　　(2 )高效 ,省時(shí)。Fluent將不同領(lǐng)域的計(jì)算軟件組合起來(lái) ,成為CFD計(jì)算機(jī)軟件群 ,軟件之間可以方便地進(jìn)行數(shù)值交換 ,并采用統(tǒng)一的前,、后處理工具 ,這就省卻了科研工作者在計(jì)算方法,、編程、前后處理等方面投入的重復(fù),、低效的勞動(dòng) ,而可以將主要精力和智慧用于物理問(wèn)題本身的探索上,。

　　(3 )建立了污染物生成模型。包括NOX 和ROX(煙塵 )生成模型,。其中NOX 模型能夠模擬熱力型,、快速型、燃料型及由于燃燒系統(tǒng)里回燃導(dǎo)致的NOX的消耗,。而ROX 的生成是通過(guò)使用兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行近似模擬 ,且只使用于紊流

　　FLUENT同傳統(tǒng)的CFD計(jì)算方法相比,，具有以下的優(yōu)點(diǎn)

　　1、穩(wěn)定性好,，F(xiàn)LUENT經(jīng)過(guò)大量算例考核,，同實(shí)驗(yàn)符合較好

　　2、適用范圍廣,，F(xiàn)LUENT含有多種傳熱燃燒模型及多相流模型,，可應(yīng)用于從可壓到不可壓、從低速到高超音速,、從單相流到多相流,、化學(xué)反應(yīng),、燃燒,、氣固混合等幾乎所有與流體相關(guān)的領(lǐng)域

　　3、精度提高,，可達(dá)二階精度,。

　　Fluent is the world's leading supplier of computational fluid dynamics (CFD) software and services. Fluent products enable engineers and designers to simulate fluid flow, heat and mass transfer, and a host of related phenomena involving turbulent, reacting, and multiphase flow.

　　CFD turns a computer into a virtual laboratory, providing insight, foresight, return on investment, and cost savings.

　　Fluent products are used by blue chip companies, small and medium sized enterprises, and academic institutions and institutes around the world. Today, CFD has an indispensable impact on almost every industry sector and manufactured product.

　　CFD is the fastest growing component of the Computer Aided Engineering (CAE) market, and plays a role in Product Lifecycle Management (PLM) as well.

其他相關(guān)　Fluent分解

　　FLUENT是目前國(guó)際上比較流行的商用CFD軟件包，在美國(guó)的市場(chǎng)占有率為60%,。舉凡跟流體,，熱傳遞及化學(xué)反應(yīng)等有關(guān)的工業(yè)均可使用。它具有豐富的物理模型,、先進(jìn)的數(shù)值方法以及強(qiáng)大的前后處理功能,，在航空航天、汽車設(shè)計(jì),、石油天然氣,、渦輪機(jī)設(shè)計(jì)等方面都有著廣泛的應(yīng)用。其在石油天然氣工業(yè)上的應(yīng)用包括：燃燒,、井下分析,、噴射控制,、環(huán)境分析、油氣消散/聚積,、多相流,、管道流動(dòng)等等。

　?。牐燜luent的軟件設(shè)計(jì)基于CFD軟件群的思想,，從用戶需求角度出發(fā)，針對(duì)各種復(fù)雜流動(dòng)的物理現(xiàn)象,，F(xiàn)LUENT軟件采用不同的離散格式和數(shù)值方法,，以期在特定的領(lǐng)域內(nèi)使計(jì)算速度、穩(wěn)定性和精度等方面達(dá)到最佳組合,，從而高效率地解決各個(gè)領(lǐng)域的復(fù)雜流動(dòng)計(jì)算問(wèn)題,。基于上述思想,，F(xiàn)luent開(kāi)發(fā)了適用于各個(gè)領(lǐng)域的流動(dòng)模擬軟件,，這些軟件能夠模擬流體流動(dòng)、傳熱傳質(zhì),、化學(xué)反應(yīng)和其它復(fù)雜的物理現(xiàn)象,，軟件之間采用了統(tǒng)一的網(wǎng)格生成技術(shù)及共同的圖形界面，而各軟件之間的區(qū)別僅在于應(yīng)用的工業(yè)背景不同,，因此大大方便了用戶,。其各軟件模塊包括：

　　GAMBIT——專用的CFD前置處理器,，F(xiàn)LUENT系列產(chǎn)品皆采用FLUENT公司自行研發(fā)的Gambit前處理軟件來(lái)建立幾何形狀及生成網(wǎng)格,，是一具有超強(qiáng)組合建構(gòu)模型能力之前處理器，然后由Fluent進(jìn)行求解,。也可以用ICEM CFD進(jìn)行前處理,，由TecPlot進(jìn)行后處理。

　?。牐燜luent5.4——基于非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的通用CFD求解器,，針對(duì)非結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格模型設(shè)計(jì)，是用有限元法求解不可壓縮流及中度可壓縮流流場(chǎng)問(wèn)題的CFD軟件,?？蓱?yīng)用的范圍有紊流、熱傳,、化學(xué)反應(yīng),、混合、旋轉(zhuǎn)流（rotating flow）及震波（shocks）等,。在渦輪機(jī)及推進(jìn)系統(tǒng)分析都有相當(dāng)優(yōu)秀的結(jié)果,，并且對(duì)模型的快速建立及shocks處的格點(diǎn)調(diào)適都有相當(dāng)好的效果,。

　　Fidap——基于有限元方法的通用CFD求解器,，為一專門解決科學(xué)及工程上有關(guān)流體力學(xué)傳質(zhì)及傳熱等問(wèn)題的分析軟件,，是全球第一套使用有限元法于CFD領(lǐng)域的軟件，其應(yīng)用的范圍有一般流體的流場(chǎng),、自由表面的問(wèn)題,、紊流、非牛頓流流場(chǎng),、熱傳,、化學(xué)反應(yīng)等等。 FIDAP本身含有完整的前后處理系統(tǒng)及流場(chǎng)數(shù)值分析系統(tǒng),。 對(duì)問(wèn)題整個(gè)研究的程序,，數(shù)據(jù)輸入與輸出的協(xié)調(diào)及應(yīng)用均極有效率。

　?。牐燩olyflow——針對(duì)粘彈性流動(dòng)的專用CFD求解器,，用有限元法仿真聚合物加工的CFD軟件，主要應(yīng)用于塑料射出成形機(jī),，擠型機(jī)和吹瓶機(jī)的模具設(shè)計(jì),。

　　Mixsim——針對(duì)攪拌混合問(wèn)題的專用CFD軟件,，是一個(gè)專業(yè)化的前處理器,，可建立攪拌槽及混合槽的幾何模型，不需要一般計(jì)算流力軟件的冗長(zhǎng)學(xué)習(xí)過(guò)程,。它的圖形人機(jī)接口和組件數(shù)據(jù)庫(kù),，讓工程師直接設(shè)定或挑選攪拌槽大小、底部形狀,、折流板之配置,，葉輪的型式等等,。MixSim隨即自動(dòng)產(chǎn)生3維網(wǎng)絡(luò),，并啟動(dòng)FLUENT做后續(xù)的模擬分析。

　?。牐營(yíng)cepak——專用的熱控分析CFD軟件,，專門仿真電子電機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部氣流，溫度分布的CFD分析軟件,，特別是針對(duì)系統(tǒng)的散熱問(wèn)題作仿真分析,，藉由模塊化的設(shè)計(jì)快速建立模型。