Fluent流體流動的案例
《FLUENT流體工程仿真計算實例與應用(含光盤)》
ISBN：7564002603
開本:16
字數:480千字
印張:19.75
頁數:308
裝幀:平裝
附帶光盤
內容提要
本書是利用界面友好、使用簡單的大型商業計算機應用軟件FLUENT進行流體流動與傳熱計算的一本入門書籍。全書以“跟我學”的形式編寫而成。書中給出了11個實例，讀者只要按照書中的步驟一步一步進行，即可完成一個具體問題的數值模擬與分析，進而逐步掌握利用FLUENT進行流體流動數值模擬的基本方法。書中使用FLUENT 6．0版本，GAMBIT 2．0版本。本書配有1張光盤，可對書中所舉實例進行動畫演示。
目錄
第一章 流體力學基礎與FLUENT簡介
第一節 概論
第二節 流體力學中的力與壓強
第三節 能量損失與總流的能量方程
第四節 流體運動的描述
第五節 亞音速與超音速流動
第六節 正激波與斜激波
第七節 流體多維流動基本控制方程
第八節 邊界層與物體阻力
第九節 湍流模型
第十節 FLUENT 簡介
第二章 二維流動與傳熱的數值計算
第一節 冷、熱水混合器內部二維流動
第二節 噴管內二維非定常流動
第三節 三角翼的可壓縮外部繞流
第四節 三角翼不可壓縮的外部繞流
第五節 VOF模型的應用
第六節 組分傳輸與氣體燃燒
第三章 三維流動與傳熱的數值計算
第一節 冷、熱混合器內的三維流動與換熱
第二節 粘性流體通過圓管彎頭段的三維流動
第三節 三維穩態熱傳導問題
第四節 動網絡問題
第五節 葉輪機械的Mixing Plane 模型
附錄
參考文獻
展開 Fluent在混合彎頭中的流體流動和傳熱分析
在混合彎頭中的流體流動和傳熱分析
本例模型請關注公眾號，CAE備忘錄，回復elbow可獲得。
問題描述：
有一溫度為293.15K的流體從管道直徑為100mm入口進入，并與從管道直徑為25mm入口進入溫度為313.15K的流體進行混合，預測兩股流體混合后的流動情況和溫度分布情況。
創建Fluent 分析系統：
打開workbench17.2，將Fluid Flow(Fluent)單擊左鍵拖入空白處（也可以雙擊），選擇Save，將文件保存到制定目錄下（保持良好習慣）。這時候在Files 窗口中就會出現一些文件。之后你進行其他操作產生的文件，經過保存都會出現在這個窗口。
劃分網格：
幾何模型自行建模，如果用其他三維軟件，可以導入X_t或者stp格式文件。導入幾何模型之后，雙擊A3欄的Mesh，進入網格劃分界面。
首先，為每個面進行命名，選擇面并右鍵選擇Create Named selection，對應名稱為，進口命名為inlet_large和inlet_small，出口命名為pressure_outlet，壁面命名為wall，對稱面命名為Symmetry，這樣命名可以方便在Fluent中設置邊界條件。
命名完成之后，在mesh上右鍵選擇size，選擇整個體，在Element Size處填入0.006m，如果要設置膨脹層，則單擊Mesh，在下方Details of Mesh 中選擇inflation設置膨脹層各個參數（這里也可以不用設置），將Use Automatic Inflation 改為 Program Controlled。最后在Mesh上右鍵選擇generate mesh，這時網格已經劃分完畢，將網格劃分界面關閉，在Project schematic中的mesh右鍵選擇update.
展開 「CFD案例-Fluent」16 截面漸變螺旋管中的流體流動
它把流體作為連續介質，在歐拉坐標系內加以描述，對此連續相求解輸送方程，而把霧滴顆粒群作為離散體系，通過積分拉氏坐標系下的顆粒作用力微分方程來求解離散相顆粒的軌道，可以計算出這些顆粒的軌道以及由顆粒引起的熱量/質量傳遞。同時，在計算中，相間耦合以及耦合結果對離散相軌道、連續相流動的影響均可考慮進去。當計算顆粒的軌道時，Fluent跟蹤計算顆粒沿軌道的熱量、質量、動量的得到與損失，這些物理量可作用于隨后的連續相的計算中去。是，在連續相影響離散相的同時，用戶也可以考慮離散相對連續相的作用。交替求解離散相與連續相的控制方程，直到二者均收斂（二者計算解不再變化）為止，這樣，就實現了雙向耦合計算。
在采用FLUENT中的離散相模型時，需要定義每個粒子尺寸以及溫度。這些初始條件以及有關離散相物理性質的輸入量/質量計算的必要條件。軌跡以及熱量/質量傳遞的計算是粒子的對流或輻射傳熱、質量傳遞以及粒子在流場運動時的。
展開 八、管道彎頭中流體混合流動與傳熱
<p> 這次我們使用fluent做一個流體流動與傳熱的模擬。如圖1所示，進口5和進口6分別進入兩股流體，兩股流體會在彎頭處進行混合，考慮到流動與換熱的影響，查看穩定下來之后的壓力和速度分布云圖。</p><p> </p><p><strong>1. 物理模型</strong></p><p> 物理模型如圖1所示，模型尺寸圖中已標出，為了簡化計算，模型為二維模型。但<strong>實際上是圓管，這里的二維模型會帶來誤差</strong>，之前的文章我們提到過，<strong>Fluent即便模擬二維流動，實際上也是三維的，因為對于二維模型，Fluent會自動給它一個1m的深度如圖2，因此實際上二維的計算變成了方形管</strong>。這里我們不考慮這樣的誤差。</p><p><br></p><p class="ql-align-center"> </p><p class="ql-align-center"><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/8tJMdLVYZyibaCicicLEW1yer6tkExKNmfKxegYicCCGoYCCjWbVgibtwShKcXrO8HN9n2N4MBfOh9X9SdHM4MTSZ2w/640?
展開 
《FLUENT流體計算應用教程》第一版
《FLUENT流體計算應用教程》詳細介紹了利用FLUENT進行流體分析的具體方法和技巧，并通過大量實例系統地介紹了建模、計算以及后處理的詳細過程，可使讀者在短時間內把握學習的要領，掌握FLUENT6.3的流體計算應用技術。目前，《FLUENT流體計算應用教程》已被列為Fluent公司在中國的唯一代理——北京海基科技公司CFD培訓參考用書。FLUENT是通用CFD軟件，在流體建模中被廣泛應用。
《FLUENT流體計算應用教程》結構清晰，實例豐富，基礎知識與實用技能并用，可作為高等院校相關專業本科和碩士研究生的流體力學以及傳熱學的教材，也可供利用FLUENT軟件進行流體流動數值模擬分析的廣大工程技術人員參考。
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展開 Fluent專家-流動-4 (機翼超音速流動)
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Fluent專家-流動-4
(機翼超音速流動)
案例簡介
機翼模型如下圖所示，其中周圍馬赫數為0.8，攻角α=4°，通過fluent來分析機翼外流場情況。
教學視頻播放地址：http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c10273
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展開 一期一會 | 什么是流體流動？
然而，由于直接數值仿真所需的計算資源過多，而大多數工程流動的雷諾數過高，所以難以進行直接數值仿真。例如，任何體積足以運載人類的飛行器都超出了DNS的能力（Re = 400萬）。
因此，工程師將雷諾平均納維-斯托克斯（RANS）方程與湍流建模相結合，為湍流提供有效的表征。RANS模型通過雷諾應力計算湍流引起的額外動量和熱量傳遞。RANS模型在工程應用中得到了廣泛采用，因為其計算密度低于DNS，同時為多種類型的湍流提供了合理的準確性。
大渦流仿真（LES）及其變體是介于DNS和RANS之間的其他建模方法。LES可直接求解較大的湍流尺度，并對較小尺度進行建模，使其比RANS更準確。當試圖對瞬態非常重要的流動進行建模時，例如汽車的外部空氣動力學和燃氣輪機發動機內的燃燒，LES至關重要。
高級流體流動仿真
了解流體流動的能力是開發有效計算模型的第一步。層流求解相對簡單，工程師可以使用確定性數學模型。然而，這些模型的適用范圍有限。
大多數實際問題都涉及湍流，由于其不穩定和不確定的特性，湍流最難建模。對湍流進行準確建模仍然是工程師正在積極解決的一項挑戰。
不過，現在他們可以利用Ansys Fluent來應對挑戰。Ansys Fluent軟件是業界領先的流體仿真工具，以其先進的物理建模功能和高精度著稱。
Fluent軟件是工程師的強大工具，可為復雜的流體仿真問題提供高效準確的解決方案。該工具提供了廣泛的物理模型和技術，包括：
廣泛的湍流模型
降階建模
廣泛的多相流模型
多種燃燒模型
流固耦合
用于網格劃分和求解的高度可擴展并行功能
歡迎聯系我們，以進一步了解Ansys軟件如何幫助企業利用仿真的預測功能來突破設計極限。
展開 【4月12-15日 成都】ICEM CFD流體網格生成及Fluent流場分析應用
針對不同的工程流體流動問題，CFD仿真技術提供了更快捷、全面的解決方案，CFD技術與實驗測量和理論分析相比，成本低、耗時短、獲得流場中的數據更加容易，可以做到對工程問題的快速反應，從而迅速提出解決方案。Fluent是用于模擬流體流動和熱傳導的計算機程序，在天氣預報、汽車工業、化學工業、能源工程、航空航天等各個領域得到了廣泛的應用。為讓廣大分析人員熟練掌握這兩個工具快速解決計算流體力學實際工程問題。特舉辦《ICEM CFD流體網格生成及Fluent流場分析應用》培訓。詳情請參見第四部分“內容大綱”。
時間地點
時間：2019年4月12日-4月15日（第一天報到，授課3天）
地點：四川*成都
主講專家
該課程講師，博士畢業于西南石油大學機械工程專業，研究方向為有限元仿真技術研究及應用，具有多年的計算流體動力學數值仿真分析經驗，涉及領域主要包括多相流分析，流固耦合分析，燃燒熱及反應流分析，動網格技術等等。發表學術論文20余篇，其中SCI收錄論文4篇，授權專利2項。
內容大綱
報名費用
標準費用：3980元/人，食宿可統一安排，費用自理。
增值服務
贈送定制U盤一個；
同一單位2人報名9折優惠；同一單位3人以上（含）報名8. 5折優惠；
課程結束后可領取該課程課件、配套CAE模型及10套相關學習資料；
參訓學員或企業針對課程相關問題在課程結束后也可以得到老師的解答與指導（郵件、微信、電話），作為培訓講授的補充。
展開 CFD學習：流體中的蠕動流動示例與分析
要點
蠕動流動描述了慣性可忽略不計的流體流動。
雷諾數為零時的蠕動流就是我們所說的斯托克斯流。
與一般流體流動相比，由于不存在非線性或平流項，蠕動流更容易用數學方法求解。
高粘度流體（例如油漆、重油和食品加工材料）的流動是蠕動流動的示例
您還記得在小學科學課上學過的爬行物和攀爬植物嗎？我們根據植物是沿著土壤水平還是垂直生長，將植物分類為爬行植物或攀緣植物。爬行運動存在于生物和非生物中，“爬行者”的主要特征是漸進的運動。
只要滿足某些條件，我們就可以將流體的逐漸流動與蠕動運動聯系起來。蠕動流的一個重要例子是重油、蜂蜜等的運動。這些流體由于粘度而難以流動。在許多應用中，我們都使用顯示蠕動流動的流體。讓我們通過幾個例子來探討一下這個流程。
流體中的蠕動流動
蠕動流動描述了慣性可忽略不計的流體流動。施加在流體上的粘性力和壓力大于慣性力。高粘度的流體難以流動，并且通常以蠕動運動移動。盡管這些流體的慣性可以忽略不計，但它們主要由內摩擦決定。緩慢流動的流體是非湍流的，并且不會產生旋轉渦流。蠕動流體會繞過障礙物蠕動，而不是變成湍流。
蠕動流也稱為斯托克斯流。在流體的蠕動運動中，粘性力比平流慣性力占主導地位。在流體中，蠕動流是流線彼此平行的層流類型。蠕動流的速度非常低。
雷諾數和蠕動流
雷諾數是一個無量綱數，給出了平流慣性力和粘性力之間的關系。雷諾數與流體的密度和流體的速度成正比，與流體的動態粘度成反比。雷諾數的值區分流體中的層流類型和湍流類型。對于低于 2000 的雷諾數，流動類型為層流。雷諾數越高，流動越混亂。當雷諾數大于2000時，流動類型為湍流。
對于蠕動流，雷諾數小于 1 (Re<<1)。
展開 巖石裂隙中的流體流動仿真
本案例基于COMSOL軟件中的PDE模塊，采用雷諾方程對巖石裂隙中的流體流動過程進行了仿真，模擬結果如下：
感興趣的朋友可加我交流模型。
模擬多孔介質中不同的流體流動
從大規模的地質區域到納米尺度的結構，多孔材料的流動發生在所有長度尺度上。雖然達西定律已經涵蓋了許多應用，但是在工業應用中，速度場和壓力梯度之間的關系不再是線性的，達西定律不能提供準確的結果。在這篇文章中，我們將更深入的研究多孔介質中可能出現的不同流動狀態，以及如何描述它們。
在微觀尺度上模擬多孔介質中的流動
為了更深入地理解流經多孔材料中的流動特征，有必要仔細研究它的微觀結構。這樣我們不僅能更深入的理解多孔材料，也有信心使用宏觀方法來模擬多孔材料中的流動。
下面的動畫顯示了一個大小為 2 cm × 2 cm × 6 cm 的復雜多孔結構，以及使用線性納維-斯托克斯方程計算的流型。
小型多孔塊中的流型。
這些多孔塊中包含低流速和高流速的區域，也包含根本不發生流動的區域。即使結構是不規則的，當放大另一個位置的相同多孔結構樣品時，其流動特性也是相同的。因此，這被稱為 代表性單元體積（REV）。對代表性單元體積進行平均可以得到宏觀方程，詳見下一節內容。
為了表征流動并獲得有關宏觀方程的信息，下面幾個數值很重要：
孔隙率 ，描述了孔隙體積與總體積的比率，可以從幾何形狀計算
沿流動方向（縱向）下降的壓力 ，可以計算或預定義
表觀速度 ，或通過結構的體積流量 (m3/s)，除以總橫截面積 (m2 )
宏觀尺度的流動
達西定律是描述多孔材料流動的基本定律，它最初只是一個經驗定律，后來在理論上由納維-斯托克斯方程推導出來。它描述了速度場 (m/s)與壓力梯度 （Pa）之間的線性關系。
(1)
其中，(m2) 是多孔介質的滲透率， (Pa·s) 是流體的動力黏度。
展開 
反應器內的流體流動
來源:：網絡
如何正確模擬不同類型的流體流動？
許多工程應用問題都涉及流體流動，譬如取代風洞實驗的經典 CFD ，電子設備冷卻，以及化工領域中由流體輸送反應物等，都必須考慮流動問題。COMSOL Multiphysics 提供了專用的接口可以模擬各種流動類型。COMSOL Multiphysics 提供了專用的接口可以模擬各種流動類型。那么，什么時候應該使用層流或湍流接口呢？
“千禧年大獎難題”之一：理解流動的本質
流動本身非常復雜，求解控制方程——納維-斯托克斯方程在數值上具有一定的挑戰性。
據報道，英國應用數學家 Horace Lamb 曾經說過：“我現在是個老人了，當我死后上了天堂，有兩件事我希望能得到啟發。一個是量子電動力學，另一個是流體的湍流運動。而對于前者，我真的相當樂觀。”
也許他很幸運，在天堂也得到了后一個問題的答案，但在地球上，這仍是一個克雷數學研究所的千禧年大獎難題。如果您能證明納維-斯托克斯方程在三個維度上有解并且該解沒有奇點，就可以獲得 100 萬美元的獎勵。這個證明將幫助我們理解湍流的本質，這仍然是 CFD 的最大挑戰。
當然，大自然總是有答案的。在天空中的云層、大海中的波浪和鍋中的沸水中我們都可以找到湍流現象。但是，我們還是希望為我們的應用找到一個數值解從而預測和優化這些現象。COMSOL Multiphysics 軟件包含許多接口，可以求解從納維-斯托克斯方程導出的方程，并且適用于不同的流動情況。
在這篇文章中，我們將說明 層流 和湍流 接口適用于描述的具有不同特性的流動類型。
流動的表征
在選擇了維度之后，模擬流動首先要考慮的是：是否需要考慮溫度變化。這決定了您是選擇 非等溫流動 接口求解納維-斯托克斯方程和傳熱方程，還是可以忽略溫度變化而只求解納維-斯托克斯方程。這聽起來很容易。但要決定現在是否需要選擇一個湍流接口，或者層流方法是否足夠并不容易。
展開 利用lammps模擬LJ流體在微通道中為二維流動
2.1.問題描述
本次研究擬采用LJ體系模擬二維Couette flow，Couette flow（庫愛特流）指的是粘性流體在相對運動著的兩平行平板之間的層流流動。這個流動是由作用在流體上的粘性力和與平板平行的外部壓力推動的。本次研究通過固定底端，移動頂端來制造Couette flow。
2.2.模型描述
具體模型如圖2.1所示。本次模擬采用LJ約化單位，初始晶體模型為六方最密堆積結構，晶格參數為0.7，沿x（100）方向為20倍晶格長度，y方向（010）為20倍晶格長度。此次模型為2維模型，x為流動方向，因此設置為周期性邊界。y方向采用收縮邊界，以模擬平板移動。采用OVTIO進行模型可視化處理。在模擬流動前先設置流動區域和平板區域。具體方式為采用velocity和fix setforce命令固定底端和頂端1倍晶格長度的區域作為平板。對中間的流體區域采用速度標定法進行控溫。在進行流動模擬時，為頂端的固定區域設置沿x方向的初速度為5.0，其他方向速度為0。底端繼續保持固定。流動模擬一共運行100000步。
圖2.1：模型示意圖
2.3結果整理與分析
圖2.2展示了在初始1000步，50000步和100000步時流體原子沿著y方向的x方向速度（vx）的分布情況。從圖中可以看出有平板與流體之間粘性力帶起的流體運動存在著明顯的滯后現象。這樣的滯后體現在空間和時間尺度上。在空間尺度表現為從固定端到移動端存在著明顯的速度梯度。從時間尺度上表現為流體的速度隨著時間逐漸增加。同時還利用OVITO分析了沿y軸不同位置原子的移動軌跡，如圖2.3所示。這里也可以清楚的看的靠近頂端移動平板的原子在相同時間內有著更長的移動距離。
展開 管道內非牛頓流體流動
參考資料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual
算例說明
本案例介紹了管道內非牛頓流體流動過程。
計算域：管道長0.1m，直徑2.5mm
物質屬性：密度為1000kg/m3，粘度采用Power law，其中參數k=0，n=0.4
邊界條件：入口平均速度為2m/s
網格劃分
采用矩形網格，網格數量為16000
計算設置
本次計算為穩態軸對稱流動。
物質屬性
計算物質的密度和粘性
邊界條件
設置入口流速，流速值有profile文件讀入
profile文件下載地址：https://pan.baidu.com/s/1ibZQTgwKEV-iOhqeMBAfEg 密碼: 88qz
設置出口為壓力出口邊界條件
壁面皆為無滑移邊界條件
計算結果
計算域速度云圖
計算域壓力云圖
計算值與實驗值對比
管道壓降數值對比圖表
參考文獻
W.F. Hughes and J.A. Brighton. Schaum's Outline of Theory and Problems of Fluid Dynamics. McGraw-Hill Book Co., Inc., New York, NY. 1991.
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