Fluent求解器
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-04-12
Fluent求解器的視頻教程
Ansys Fluent從零基礎(chǔ)到熟練掌握系列課（十六）伴隨求解器
本課程是由技術(shù)鄰官方監(jiān)制，嚴(yán)格把關(guān)精選的32學(xué)時(shí)Fluent系統(tǒng)教學(xué)好課！此頁(yè)面為《Ansys Fluent從零基礎(chǔ)到熟練掌握系列課》中的第十六個(gè)案例——伴隨求解器 一、講師介紹：隨波逐流 技術(shù)鄰知名講師，技術(shù)鄰用戶(hù)購(gòu)課累計(jì)1000+人次！好評(píng)無(wú)數(shù)！
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基于ICEM CFD+Fluent+Tecplot360的十字管流體分析及后處理
其中用到了塊的分割、刪除、邊關(guān)聯(lián)、Y型網(wǎng)格剖分以及O型網(wǎng)格剖分等技術(shù)； 然 后通過(guò)導(dǎo)出的*msh網(wǎng)格，導(dǎo)入FLUENT求解器中，設(shè)置基本的求解過(guò)程及邊界條件的設(shè)置，進(jìn)行收斂計(jì)算； 最后采用后處理軟件如CFD-POST、tecplot360進(jìn)行結(jié)果查看
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新一代ANSYS FLUENT流程化網(wǎng)格前處理技術(shù)
ANSYS研發(fā)團(tuán)隊(duì)，針對(duì)上述問(wèn)題，結(jié)合ANSYS多年來(lái)積累的不同網(wǎng)格技術(shù)，開(kāi)發(fā)出新一代的ANSYS FLUENT流程化網(wǎng)格前處理模塊。新的網(wǎng)格功能集成于ANSYS FLUENT一體化界面，與Fluent求解器運(yùn)行于同一環(huán)境的前處理模塊，保證了網(wǎng)格生成和求解模式的無(wú)縫切換。
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Fluent求解器的實(shí)例教程
FLUENT中的求解器、算法和離散方法作為一個(gè)非科班出身的CFD工程師，一開(kāi)始常常被CFD軟件里各種概念搞的暈頭轉(zhuǎn)向。最近終于靜下心來(lái)看了看CFD理論的書(shū)，理清了一些概念。就此寫(xiě)一遍博文，順便整理一下所學(xué)內(nèi)容。I 求解器：FLUENT中求解器的選擇在如下圖所示界面中設(shè)置：
FLUENT中的求解器主要是按照是否聯(lián)立求解各控制方程來(lái)區(qū)分的，詳見(jiàn)下圖：
II 算法：算法是求解時(shí)的策略，即按照什么樣的方式和步驟進(jìn)行求解。FLUENT中算法的選擇在如下圖所示的界面中設(shè)置：
這里簡(jiǎn)單介紹一下SIMPLE、SIMPLEC、PISO等算法的基本思想和適用范圍。SIMPLE算法：基本思想如前面講求解器的那張圖中解釋分離式求解器的例子所示的一樣，這里再貼一遍：1.假設(shè)初始?jí)毫?chǎng)分布。2.利用壓力場(chǎng)求解動(dòng)量方程，得到速度場(chǎng)。3.利用速度場(chǎng)求解連續(xù)性方程，使壓力場(chǎng)得到修正。4.根據(jù)需要，求解湍流方程及其他方程5.判斷但前計(jì)算是否收斂。若不收斂，返回第二步。簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，SIMPLE算法就是分兩步走：第一步預(yù)測(cè)，第二步修正，即預(yù)測(cè)－修正。SIMPLC算法：是對(duì)SIMPLE算法的一種改進(jìn)，其計(jì)算步驟與SIMPLE算法相同，只是壓力修正項(xiàng)中的一些系數(shù)不同，可以加快迭代過(guò)程的收斂。PISO算法：比SIMPLE算法增加了一個(gè)修正步，即分三步：第一步預(yù)測(cè)，第二步修正得到一個(gè)修正的場(chǎng)分布，第三步在第二步基礎(chǔ)上在進(jìn)行一側(cè)修正。即預(yù)測(cè)－修正－修正。PISO算法在求解瞬態(tài)問(wèn)題時(shí)有明顯優(yōu)勢(shì)。對(duì)于穩(wěn)態(tài)問(wèn)題可能SIMPLE或SIMPLEC更合適。如果你實(shí)在不知道該如何選擇，就保持FLUENT的默認(rèn)選項(xiàng)好了。因?yàn)槟J(rèn)選項(xiàng)可以很好解決70％以上的問(wèn)題，而且對(duì)于大部分出了問(wèn)題的計(jì)算來(lái)說(shuō)，也很少是因?yàn)樗惴ㄟx擇不恰當(dāng)所致。
展開(kāi) 如果結(jié)構(gòu)變形非常小，并且可以認(rèn)為結(jié)構(gòu)的變形幾乎不會(huì)對(duì)流場(chǎng)的各項(xiàng)參數(shù)產(chǎn)生影響，或產(chǎn)品本身不允許在流體的作用下發(fā)生較大的變形，這種情況下只需要先求解出流體與固體界面上的壓強(qiáng)數(shù)據(jù)，并將壓強(qiáng)數(shù)據(jù)傳導(dǎo)到固體的表面進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算。然而，如果結(jié)構(gòu)發(fā)生大變形，流體的速度和壓力場(chǎng)就會(huì)因此發(fā)生改變，此時(shí)我們需要將其作為雙向耦合問(wèn)題進(jìn)行多物理場(chǎng)分析：流體流動(dòng)和壓力場(chǎng)會(huì)影響結(jié)構(gòu)變形，而結(jié)構(gòu)變形又反過(guò)來(lái)影響流體的流動(dòng)和壓力。實(shí)際工況中選擇進(jìn)行單向耦合分析還是雙向耦合分析需要根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品及作用工況進(jìn)行判斷。
本文將執(zhí)行一個(gè)單向流固耦合分析流程，先在Hypermesh前處理器進(jìn)行流體域的建立和CFD網(wǎng)格劃分，然后導(dǎo)入至Fluent求解器進(jìn)行流場(chǎng)計(jì)算，得到流體與固體界面的壓強(qiáng)信息，隨后將Fluent中計(jì)算得到的壓力信息映射至結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上，并使用Optistruct求解器進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)分析。
二、問(wèn)題描述
在一個(gè)半圓形管道內(nèi)部有一凸起物體，管道內(nèi)水流速度為10m/s
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該凸起物體為空心結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有加強(qiáng)筋，加強(qiáng)筋與外型面壁厚都為2mm，以下為凸起物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意
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將計(jì)算在恒定的水流下，該凸起結(jié)構(gòu)受到水流沖擊后的變形及應(yīng)力情況。
三、流場(chǎng)計(jì)算
（1）流體域建模
導(dǎo)入幾何模型至Hypermesh
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提取管道內(nèi)表面與凸起物體的外表面，并將管道兩頭封堵上，并修復(fù)拓補(bǔ)關(guān)系，形成一個(gè)封閉的流體域空間，將管道的一端作為流體的入口，另一端作為出口，如下圖所示。
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展開(kāi) I 求解器：FLUENT中求解器的選擇在如下圖所示界面中設(shè)置：
FLUENT中的求解器主要是按照是否聯(lián)立求解各控制方程來(lái)區(qū)分的，詳見(jiàn)下圖：
II 算法：算法是求解時(shí)的策略，即按照什么樣的方式和步驟進(jìn)行求解。FLUENT中算法的選擇在如下圖所示的界面中設(shè)置：
這里簡(jiǎn)單介紹一下SIMPLE、SIMPLEC、PISO等算法的基本思想和適用范圍。SIMPLE算法：基本思想如前面講求解器的那張圖中解釋分離式求解器的例子所示的一樣，這里再貼一遍：1.假設(shè)初始?jí)毫?chǎng)分布。2.利用壓力場(chǎng)求解動(dòng)量方程，得到速度場(chǎng)。3.利用速度場(chǎng)求解連續(xù)性方程，使壓力場(chǎng)得到修正。4.根據(jù)需要，求解湍流方程及其他方程5.判斷但前計(jì)算是否收斂。若不收斂，返回第二步。簡(jiǎn)單說(shuō)來(lái)，SIMPLE算法就是分兩步走：第一步預(yù)測(cè)，第二步修正，即預(yù)測(cè)－修正。SIMPLC算法：是對(duì)SIMPLE算法的一種改進(jìn)，其計(jì)算步驟與SIMPLE算法相同，只是壓力修正項(xiàng)中的一些系數(shù)不同，可以加快迭代過(guò)程的收斂。PISO算法：比SIMPLE算法增加了一個(gè)修正步，即分三步：第一步預(yù)測(cè)，第二步修正得到一個(gè)修正的場(chǎng)分布，第三步在第二步基礎(chǔ)上在進(jìn)行一側(cè)修正。即預(yù)測(cè)－修正－修正。PISO算法在求解瞬態(tài)問(wèn)題時(shí)有明顯優(yōu)勢(shì)。對(duì)于穩(wěn)態(tài)問(wèn)題可能SIMPLE或SIMPLEC更合適。如果你實(shí)在不知道該如何選擇，就保持FLUENT的默認(rèn)選項(xiàng)好了。因?yàn)槟J(rèn)選項(xiàng)可以很好解決70％以上的問(wèn)題，而且對(duì)于大部分出了問(wèn)題的計(jì)算來(lái)說(shuō)，也很少是因?yàn)樗惴ㄟx擇不恰當(dāng)所致。
III 離散方法：離散方法是指按照什么樣的方式將控制方程在網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)離散，即將偏微分格式的控制方程轉(zhuǎn)化為各節(jié)點(diǎn)上的代數(shù)方程組。
展開(kāi) 步驟1啟動(dòng)fluent并選擇求解器3D
步驟2檢查網(wǎng)格并定義長(zhǎng)度單位
1．讀入網(wǎng)格文件（下圖為讀入的圖示）
2．確定單位長(zhǎng)度為cm
3.檢查網(wǎng)格
4.顯示網(wǎng)格
步驟2創(chuàng)建計(jì)算模型
1. 設(shè)置求解器
2.啟動(dòng)能量方程
2. 使用湍流模型
步驟3設(shè)置流體的材料屬性
步驟4設(shè)置邊界條件
1. 設(shè)置入口1的邊界條件
2.設(shè)置入口2的邊界條件
2. 設(shè)置出流口的邊界條件
步驟5：求解初始化
步驟6：設(shè)置監(jiān)視器
步驟7：保存case和data文件
步驟8：求解計(jì)算
殘差曲線(xiàn)圖
出口速度監(jiān)控圖
三． 計(jì)算結(jié)果的后處理
步驟1：創(chuàng)建等（坐標(biāo)）值面
1. 創(chuàng)建一個(gè)z=4cm的平面，命名為surf-1
2. 創(chuàng)建一個(gè)x=0的平面，命名為surf-2
步驟2：繪制溫度與壓強(qiáng)分布圖
1. 繪制溫度分布圖
2.繪制壁面上的溫度分布
3.繪制垂直平面surf-2上的壓力分布
步驟3：繪制速度矢量
1. 顯示在surf-1上的速度矢量
2..顯示在surf-2上的速度矢量圖
以上則是對(duì)本模型的詳細(xì)步驟講解，希望能給新手帶幫助！
話(huà)說(shuō)為什么從word復(fù)制圖片會(huì)失效?
展開(kāi) 兩種數(shù)值方法：
1.基于壓力求解器：適用于低速、不可壓縮流體。
原理：首先由動(dòng)量方程求速度場(chǎng)，繼而由壓力方程進(jìn)行修正使得速度場(chǎng)滿(mǎn)足連續(xù)性條件。由于壓力方程來(lái)源于連續(xù)性方程和動(dòng)量方程，從而保證流場(chǎng)的模擬同時(shí)滿(mǎn)足質(zhì)量守恒和動(dòng)量守恒。
分類(lèi)：分離求解器—順序求解每個(gè)變量的控制方程，此算法內(nèi)存效率非常高(離散方程只在一個(gè)時(shí)刻需要占用內(nèi)存)，收斂速度相對(duì)較慢，因?yàn)榉匠桃浴怦睢绞?em>求解。對(duì)燃燒、多相流問(wèn)題更加有效。
耦合求解器—內(nèi)存使用量是分離算法的1.5～2倍，收斂速度提高5～10倍。可以和所有動(dòng)網(wǎng)格、多相流、燃燒、和化學(xué)反應(yīng)模型兼容，收斂速度遠(yuǎn)高于基于密度的求解器。
2.基于密度求解器：適用于高速、可壓縮流體。
原理：直接求解瞬態(tài)N-S方程(此方程理論上是絕對(duì)穩(wěn)定的)，將穩(wěn)態(tài)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為時(shí)間推進(jìn)的瞬態(tài)問(wèn)題，由給定的初場(chǎng)時(shí)間推進(jìn)到收斂的穩(wěn)態(tài)解，即時(shí)間推進(jìn)法。適用于求解亞音速、高超音速等的強(qiáng)可壓縮問(wèn)題。
展開(kāi) 
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Fluent求解器的最新內(nèi)容
作品名稱(chēng)：大容量磷酸鐵鋰電池?zé)崾Э仄陂g相變吸熱與噴發(fā)研究
作者： 王佩犇 | 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 博士生
關(guān)鍵詞：磷酸鐵鋰電池，熱失控建模，噴發(fā)降溫，電解液沸騰
作者說(shuō)
Ansys Fluent求解器穩(wěn)定可靠，成熟的仿真能做好，難的仿真它能做，開(kāi)發(fā)模型總能快人一步。在面向工程時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)的新現(xiàn)象，在明晰機(jī)理后總能通過(guò)Ansys軟件建立模型。
#1.PyAnsys：各模塊功能與選型指南3個(gè)月前
用于管理多物理場(chǎng)耦合仿真，連接不同的求解器（如Fluent和Mechanical）進(jìn)行聯(lián)合仿真。
PyModelCenter：Ansys ModelCenter的Python接口。用于搭建和自動(dòng)化多學(xué)科分析與設(shè)計(jì)探索（MDAO）工作流。
PyTwin：Ansys Twin Builder生成的數(shù)字孿生體的消費(fèi)層接口。
Ansys Apex 渠道合作伙伴 CADFEM Germany GmbH 針對(duì) Krones 的獨(dú)特需求定制了 Ansys Fluent 求解器設(shè)置，進(jìn)一步提升 GPU 加速效果。
使用A100和A10 GPU在由AWS軟件支持的Ansys Gateway上運(yùn)行Ansys Fluent GPU求解器，在Fluent 2024 R1版本軟件上運(yùn)行三種案例時(shí)實(shí)現(xiàn)了并行速度提升。
總而言之，GPU加速計(jì)算的采用，尤其是在CFD仿真中的應(yīng)用，不僅顯著提高了仿真效率，還在成本控制與環(huán)保責(zé)任方面實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。
</p><p><br></p><p>在CAE仿真領(lǐng)域，這些傳統(tǒng)問(wèn)題通常使用Nastran、Abaqus、LS-Dyna、Fluent、ANSYS等求解器進(jìn)行計(jì)算。如今，MeshWorks AI的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)被視為許多求解器的替代方案，可在無(wú)需開(kāi)展詳細(xì)仿真的情況下支持產(chǎn)品設(shè)計(jì)。
它基于 Ansys Fluent CFD 求解器，可預(yù)測(cè) IC 封裝、PCB、電子裝配體、外殼和電力電子設(shè)備中的氣流、溫度和熱傳遞，為電子冷卻提供強(qiáng)大解決方案。
例如：
Ansys在2021年發(fā)布了GPU版本的Fluent求解器，且在Icepak、Structural Mechanics和HFSS中采用了GPU加速線(xiàn)性求解功能。
海克斯康的MSC Apex Generative Design借助NVIDIA的CUDA框架，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)、網(wǎng)格化和分析功能的融合。
它能處理曲面幾何，用的是fluent求解器，還集成在ANSYS里。我做電子產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)項(xiàng)目的時(shí)候，常用它來(lái)模擬熱量傳遞，設(shè)計(jì)散熱方案。
FLOTHERM：
MentorGraphics公司開(kāi)發(fā)的，專(zhuān)門(mén)針對(duì)電子器件/設(shè)備熱設(shè)計(jì)的仿真軟件。從元器件級(jí)、PCB板和模塊級(jí)，到系統(tǒng)整機(jī)級(jí)、環(huán)境級(jí)，它都能做熱分析，功能特別全。
選擇 Fluent 作為求解器并設(shè)置適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件。
將網(wǎng)格導(dǎo)出為 Fluent 格式 （.msh）
在 ICEMCFD 中為外部域創(chuàng)建四網(wǎng)格
將外部域 spaceclaim 文件導(dǎo)入 ICEMCFD
設(shè)置 topo 和 tri 容差并運(yùn)行構(gòu)建拓?fù)洹?/div>
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接上一篇博客，基于Hypermesh前處理與Fluent、Optistruct求解器的流固耦合分析（一）流場(chǎng)計(jì)算 ，目前已完成了從Hypermesh前處理到Fluent流場(chǎng)計(jì)算，獲得了流體結(jié)構(gòu)邊界面的壓強(qiáng)信息，本篇博客將繼續(xù)說(shuō)明后續(xù)的流固耦合計(jì)算過(guò)程。
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