Fluent流場仿真
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時間：2023-04-12
Fluent流場仿真的視頻教程
基于Fluent的地形下傘棚流場仿真(地形流場仿真)
1.地形幾何前處理過程； 2.無厚度曲面ICEM網(wǎng)格劃分過程 3.Fluent計算設(shè)置全過程； 4.地效風(fēng)邊界層udf編寫方法； 5.CFD-POST與TECPLOT后處理過程； 6.提供源文件與后期答疑
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基于fluent的船用螺旋槳流場仿真分析
1.螺旋槳模型處理與網(wǎng)格劃分過程； 2.Fluent旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)置過程； 3.Cfdpost后處理過程； 4.提供源文件、論文與后期答疑；
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Fluent流場仿真的實例教程
網(wǎng)格劃分與命名選擇
2.1 網(wǎng)格參數(shù)設(shè)置
雙擊mesh進(jìn)入網(wǎng)格劃分模塊，先進(jìn)行全局網(wǎng)格控制，進(jìn)入ANSYS Fluent Meshing模塊，設(shè)置全局最大尺寸為5000 mm。
局部加密葉片表面網(wǎng)格：添加“Face Sizing”，設(shè)置尺寸為300 mm。若存在負(fù)體積網(wǎng)格，需調(diào)整局部尺寸或重新劃分。
2.2 命名選擇（Named Selections）
關(guān)鍵命名組定義
Inlet：選擇流體域前端面，指定為速度入口。
Outlet：選擇流體域后端面，指定為壓力出口。
Blade：隱藏其他部件后框選所有葉片表面，指定為固定溫度邊界。
Wall：選擇風(fēng)機(jī)外表面，設(shè)為壁面。
命名沖突處理，若出現(xiàn)“Duplicate Named Selection”錯誤，需檢查名稱是否重復(fù)，并在模型樹中刪除冗余組。軟件會自動創(chuàng)建接觸，無需單獨設(shè)置即可，流場會自動識別為接觸面。
關(guān)閉該模塊進(jìn)入fluent模塊，雙擊對應(yīng)模塊即可進(jìn)入流體模塊。
3. 求解設(shè)置與邊界條件
材料屬性與求解器配置
材料庫設(shè)置，在Fluent中雙擊空氣材料（Air），可以設(shè)置對應(yīng)材料屬性。
展開 渦輪增壓機(jī)的葉片如下：
1、啟動軟件導(dǎo)入網(wǎng)格
1.1 啟動Fluent軟件，選擇3D求解器。
1.2 導(dǎo)入網(wǎng)格。
重排網(wǎng)格分區(qū)，操作：Mesh > Reorder > Domain。
2、模型設(shè)置
設(shè)置湍流模型為k-epsilon模型。
3、材料設(shè)置
渦輪增壓機(jī)的轉(zhuǎn)速很快，會對空氣進(jìn)行壓縮并產(chǎn)生熱量，所以這里將空氣設(shè)置為理想氣體。將空氣設(shè)置為理想氣體，軟件會提示將能量方程啟動。
4、計算域設(shè)置
首先設(shè)置轉(zhuǎn)速的單位，菜單欄Define > Units…
由于葉片區(qū)域是旋轉(zhuǎn)的，需要設(shè)置impeller區(qū)域。
在打開的設(shè)置頁面設(shè)置如下。
5、邊界設(shè)置
5.1 進(jìn)口inlet邊界，Type設(shè)置為mass-flow-inlet類型。
5.2 出口outlet，Type設(shè)置為pressure-outlet類型。
5.3 葉片旋轉(zhuǎn)邊界impeller_wall，Type設(shè)置為wall類型。
5.4 其他的壁面設(shè)置，shell_wall和windin_wall，即所有與周圍空氣接觸的壁面。由于增壓機(jī)壁面會和周圍環(huán)境對流換熱，這里將對流系數(shù)設(shè)置為10 w/m2-k。
6、interface面設(shè)置
這里有兩個對interface面，操作：軟件左側(cè)樹目錄Mesh Interface > Create/Edit…
7、求解設(shè)置
7.1 離散方案，采用SIMPLE算法，Pressure采用Standard，其余采用二階迎風(fēng)格式。
7.2 松弛因子。將Density設(shè)置為0.6，Body Forces設(shè)置為0.6，Energy設(shè)置為0.8，其余保持默認(rèn)。
展開 初始值給定應(yīng)該考慮非定常流場與定常流場仿真兩種情況。
對于非定常仿真，初值應(yīng)為實際物理過程的初值，是唯一確定的。
對于定常流場仿真，理論上任意的初場都可以得到同樣的收斂解。但是初場對于定常流場仿真還是非常重要的，初始流場越接近收斂解就越不容易發(fā)散，收斂速度也更快。對于某些復(fù)雜問題初場不好則可能計算無法進(jìn)行下去，這也是我們算二階離散格式是一般用一階收斂結(jié)果作為初場的原因。
fluent定常流場仿真初始化方式常用的有兩種（1）initialize-flow，可以根據(jù)情況用遠(yuǎn)場參數(shù)或者入口參數(shù)作初值，（2）hyb-initialization，這種方法通過迭代速勢方程數(shù)十步得到初始流場，相對第一種方法一般可以加快收斂速度。
總之，幫助文檔里都有，習(xí)慣去幫助里找答案才是王道！
展開 控制合適的網(wǎng)格尺寸，為計算熱傳導(dǎo)過程，需對IGBT、整流橋、線圈盤等發(fā)熱元件設(shè)置固體計算域，因此空氣與各發(fā)熱元件的對流換熱過程可采用流固耦合模型進(jìn)行計算。
圖2 電磁爐內(nèi)部計算域網(wǎng)格
2.3 流體控制方程
仿真模型基于RANS（Reynolds-averaged Navier-Stokes）方程。
2.4 邊界條件設(shè)置
電磁爐系統(tǒng)中共有四個熱源，分別為微晶面板上表面、線圈盤、IGBT和整流橋。微晶面板上表面的熱量主要來自鍋體，可為微晶面板上表面設(shè)置與鍋體相同的固定溫度，因此當(dāng)模擬燒水時，可設(shè)置微晶面板上表面為100℃。通過實驗測得線圈盤、IGBT和整流橋的發(fā)熱功率分別為100W、7.4W和3.3W左右，因此可為這三個發(fā)熱元件設(shè)置相應(yīng)的體熱源。樣機(jī)所用軸流風(fēng)機(jī)的型號為SF12025SM，其轉(zhuǎn)速為2500rpm，PQ性能曲線如圖3所示。為節(jié)約計算成本，縮短計算時間，可采用風(fēng)扇模型來模擬風(fēng)機(jī)的運(yùn)行。發(fā)熱元件與散熱片之間以及發(fā)熱元件與空氣之間的熱傳遞過程采用耦合壁面模型進(jìn)行計算，其他可忽略熱傳遞過程的壁面，如聚風(fēng)板、導(dǎo)風(fēng)筋、外殼等，可設(shè)置為絕熱壁。風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口和電磁爐出風(fēng)口分別設(shè)置為壓力進(jìn)口和壓力出口。采用定常求解器計算傳熱及流動過程，即忽略控制方程中的時間偏導(dǎo)項，這樣計算出的溫度場和流場均為不隨時間變化的穩(wěn)定狀態(tài)。壓力與速度的耦合采用壓力耦合方程組半隱式算法（SIMPLE）來實現(xiàn)。
圖3 SF12025SM型號風(fēng)機(jī)性能曲線
3 計算結(jié)果及分析
3.1 模型準(zhǔn)確性驗證
為驗證仿真模型的準(zhǔn)確性，需在與仿真模型相同的工況下對樣機(jī)進(jìn)行測溫實驗，并將實驗數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果進(jìn)行比較。
展開 不同攻角下的翼型流場仿真分析，含所有ICEM文件及fluent文件，fluent設(shè)置包含在case中
Fluent流場仿真的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
Fluent流場仿真的最新內(nèi)容
“Ansys 2025 全球仿真大會”仿真應(yīng)用大賽優(yōu)秀作品展示
本屆仿真應(yīng)用大賽最終評選出 30 篇 TOP 優(yōu)秀作品，分別榮獲一、二、三等獎及行業(yè)最佳實踐獎。近 200 位來自汽車、半導(dǎo)體、高科技、能源等行業(yè)的仿真精英參賽，他們以前沿思維與創(chuàng)新實踐，充分展現(xiàn)了仿真技術(shù)的無限潛能。我們將陸續(xù)為大家分享獲獎佳作，帶您一同領(lǐng)略仿真賦能創(chuàng)新的非凡力量，希望用戶能從中汲取靈感
前言
CFD是工業(yè)仿真領(lǐng)域重要的分支之一，也是高性能計算的主要應(yīng)用場景之一。本期選取了CFD領(lǐng)域的典型場景，穩(wěn)態(tài)仿真計算案例——基于MRF方法的旋轉(zhuǎn)機(jī)械流場分析，我們選用的軟件是CFD領(lǐng)域最常用的仿真軟件Fluent。我們來看下基于SimForge?高性能仿真云平臺的CFD穩(wěn)態(tài)計算，和其他仿真云平臺效率對比的情況。
模擬與網(wǎng)格
我們采用某品牌空調(diào)室外機(jī)作為穩(wěn)態(tài)分析的仿真模型
以企業(yè)1m3、5kW烘箱模型教學(xué)：穩(wěn)態(tài)仿真定位左下角12℃盲區(qū)，Fluent流場仿真發(fā)現(xiàn)單風(fēng)扇氣流遮擋問題。優(yōu)化為“雙風(fēng)扇+45°導(dǎo)流板”后，氣流效率提40%，溫差縮至±3℃。企業(yè)應(yīng)用后合格率達(dá)98%，年省返工成本超50萬元。
電子密封艙場景解決密閉導(dǎo)致的元器件過熱問題（故障率25%）。
例如，針對新能源電池企業(yè)，培訓(xùn)重點會聚焦“動力電池快充熱堆積仿真”“儲能電池?zé)崾Э胤雷o(hù)模擬”；針對箱體制造企業(yè)，則側(cè)重“穩(wěn)態(tài)熱仿真定位溫度盲區(qū)”“Fluent流場仿真優(yōu)化氣流結(jié)構(gòu)”；針對電子設(shè)備企業(yè)，會強(qiáng)化“電子密封艙瞬態(tài)熱仿真”“熱結(jié)構(gòu)耦合驗證密封性”等實操內(nèi)容，確保培訓(xùn)內(nèi)容與企業(yè)需求100%匹配。
實戰(zhàn)化教學(xué)是定制化優(yōu)勢的核心落地環(huán)節(jié)，真正實現(xiàn)“用自家項目學(xué)技術(shù)，學(xué)完即能用”。
流場仿真設(shè)計“雙風(fēng)扇對稱布局+45°弧形導(dǎo)流板”方案，使烘箱內(nèi)部氣流循環(huán)效率提升40%，溫度均勻性誤差縮小至±3℃，徹底解決溫度不均問題。
本案例利用Fluent以文章中所采用的發(fā)動機(jī)噴管模型甲板上艦載機(jī)尾流場仿真。在航空母艦上，艦載機(jī)尾部通常會部署偏流板。因此本案例以雙發(fā)、帶偏流板為計算模型，展開了艦載機(jī)尾流場仿真。依據(jù)本案例，后續(xù)可以開展不同距離、不同角度、不同甲板風(fēng)情況下的尾流場仿真計算。
1 workbench 設(shè)置
本案例具體設(shè)置如下圖 ：
2 SCDM 設(shè)置
2.1 導(dǎo)入幾何
為了減少計算時間，本案例采用半模進(jìn)行計算
1 導(dǎo)入幾何模型
在固定翼無人機(jī)流場仿真中，Fluent Meshing的網(wǎng)格劃分流程始于幾何模型的預(yù)處理階段。首先通過File-Import-CAD導(dǎo)入無人機(jī)三維模型，該模型通常包含機(jī)翼、機(jī)身、尾翼等部件。
本案例利用Fluent 內(nèi)置雙向流固耦合FSI對液艙晃蕩仿真展開了計算，提供了一種更為便捷快速的分析方法，對不同楊氏模量的液艙內(nèi)部構(gòu)件進(jìn)行分析，后續(xù)可以通過該案例對不同的雙向流固耦合模型展開計算分析。
1 SCDM 設(shè)置
1.1 導(dǎo)入幾何
本案例根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，建立了對應(yīng)的液艙幾何模型。H為0.3m，寬度B為0.45 m，液艙靜止自由液面高度h為0.09m(30%H）：柔性構(gòu)件的厚度
本案例利用Fluent對護(hù)衛(wèi)艦經(jīng)典模型SFS2進(jìn)行靜態(tài)流場計算。
本文僅計算了來流速度為20.6m/s的工況，計算結(jié)果與相關(guān)實驗較為接近。
1 workbench 設(shè)置
1.1 選擇流體流動（帶有Fluent 網(wǎng)格劃分功能的Fluent）
2 SCDM 設(shè)置
2.1 導(dǎo)入幾何
下圖為SFS2幾何結(jié)構(gòu)圖。
下圖為計算域幾何圖。入口為inlet，出口為outlwt
