Fluent求解方法的案例
Fluent伴隨求解優化方法介紹
伴隨方法是一種專門的數學工具，提供流體系統在特定邊界條件下性能的詳細敏感性數據。伴隨求解器可用于計算一個工程量對所有輸入的導數，包括流動幾何，因此可以用于指導計算域內任意幾何特征的智能設計修改，實現形狀優化。
ANSYS Fluent的伴隨求解器，提供了一個基于梯度的優化器，可以自動創建一系列的設計迭代，用于形狀優化和湍流模型優化。對于形狀優化，網格會自動變形到最優形狀，以滿足多個工作條件下的多個目標。
圖1 梯度優化器工作流程
伴隨方法理論簡介
1、數學背景
Fluent求解常規流場，具有一定的輸入量，所有輸入變量的集合用c（可以看做多維向量）表示，這些輸入量可以是網格、材料屬性、邊界條件、源項等。流場解如速度和壓力作為輸出，用q表示，通常我們會評估一個或多個感興趣的標量，稱為可觀察量圖片，NS方程的殘差圖片。要知道每個輸入變量對觀察量的影響，用伴隨解以敏感性場的形式給出相應信息，即圖片。
圖2 伴隨敏感性示例
2、求解過程
圖3 伴隨求解過程
ANSYS Fluent伴隨求解器介紹
1、支持的物理模型
? 網格：求解器支持所有網格類型，包括六面體、四面體、楔形單元、多面體。
? CFD求解器：穩態，壓力基求解器，包括分離和耦合求解器。
? 物理模型：支持不可壓縮、可壓縮、能量方程、層流和湍流（k-ε, k-ω, GEKO）、MRF。
? 材料：支持常屬性固體和流體、理想氣體。
? 域類型：支持流體域、多孔介質。
展開 [問題討論]Fluent求解方法的選擇
1．非耦合求解 ( Segregated )
2．耦合隱式求解 ( Coupled Implicit )
3．耦合顯式求解 ( Coupled Explicit )
非耦合求解方法主要用于不可壓縮或壓縮性不強的流體流動。耦合求解則可以用在高速可壓縮流動。FLUENT默認設置是非耦合求解，但對于高速可壓流動，有強的體積力（浮力或離心力）的流動，求解問題時網格要比較密，建議采用耦合隱式求解方法，可以耦合求解能量和動量方程，能比較快地得到收斂解。缺點是需要的內存比較大（是非耦合求解迭代時間的1.5-2倍）。如果必須要耦合求解，但是你的機器內存不夠，這時候可以考慮用耦合顯式解法器求解問題。該解法器也耦合了動量，能量及組分方程，但內存卻比隱式求解方法小。缺點是收斂時間比較長。
這里需要指出的是非耦合求解的一些模型在耦合求解解法器里并不都有。耦合解法器沒有的模型包括：多相流模型，混合分數/PDF燃燒模型，預混燃燒模型，污染物生成模型，相變模型，Rosseland輻射模型，確定質量流率的周期性流動模型及周期性換熱模型等。
隱式( Implicit )：對于給定變量，單元內的未知值用鄰近單元的已知和未知值計算得出。因此，每一個未知值會在不止一個方程中出現，這些方程必須同時解來給出未知量。
顯式( Explicit )：對于給定變量，每一個單元內的未知量用只包含已知量的關系式計算得到。因此未知量只在一個方程中出現，而且每一個單元內的未知量的方程只需解一次就可以給出未知量的值。
一階迎風格式( First Order Upwind )：當需要一階精度時，我們假定描述單元內變量平均值的單元中心變量就是整個單元內各個變量的值，而且單元表面的量等于單元內的量。因此，當選擇一階迎風格式時，表面值被設定等于迎風單元的單元中心值。
展開 FLUENT中的求解器、算法和離散方法
FLUENT中的求解器、算法和離散方法作為一個非科班出身的CFD工程師，一開始常常被CFD軟件里各種概念搞的暈頭轉向。最近終于靜下心來看了看CFD理論的書，理清了一些概念。就此寫一遍博文，順便整理一下所學內容。I 求解器：FLUENT中求解器的選擇在如下圖所示界面中設置：
FLUENT中的求解器主要是按照是否聯立求解各控制方程來區分的，詳見下圖：
II 算法：算法是求解時的策略，即按照什么樣的方式和步驟進行求解。FLUENT中算法的選擇在如下圖所示的界面中設置：
這里簡單介紹一下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.假設初始壓力場分布。2.利用壓力場求解動量方程，得到速度場。3.利用速度場求解連續性方程，使壓力場得到修正。4.根據需要，求解湍流方程及其他方程5.判斷但前計算是否收斂。若不收斂，返回第二步。簡單說來，SIMPLE算法就是分兩步走：第一步預測，第二步修正，即預測－修正。SIMPLC算法：是對SIMPLE算法的一種改進，其計算步驟與SIMPLE算法相同，只是壓力修正項中的一些系數不同，可以加快迭代過程的收斂。PISO算法：比SIMPLE算法增加了一個修正步，即分三步：第一步預測，第二步修正得到一個修正的場分布，第三步在第二步基礎上在進行一側修正。即預測－修正－修正。PISO算法在求解瞬態問題時有明顯優勢。對于穩態問題可能SIMPLE或SIMPLEC更合適。如果你實在不知道該如何選擇，就保持FLUENT的默認選項好了。因為默認選項可以很好解決70％以上的問題，而且對于大部分出了問題的計算來說，也很少是因為算法選擇不恰當所致。
展開 [問題討論]Fluent的基于密度和基于壓力求解方法淺析
在ANSYS FLUENT 里有兩種求解器技術，基于壓力和基于密度。兩種算法都可以廣泛應用于流動情況，但是在某種情況下，使用其中的一種效果要更好。兩種方法的不同之處在于他們對連續性方程、動量方程、能量方程和物質方程求解方式不同。
從傳統應用上看，基于壓力法適用于低速不可壓縮流體，而基于密度法主要適用于告訴可壓縮流體。然而，近期，兩種方法都被拓展到可以適用于大多數流動條件，而不僅僅局限于傳統的應用范圍。
兩種方法的速度場都是通過求解動量方程得來的，基于密度方法的連續性方程被用來獲得密度分布，而壓力分布則是通過求解狀態方程。另一方面，對于基于壓力方法，壓力場分布是通過求解壓力方程或者壓力修正方程提取的，而這兩種方程又是通過求解連續和動量方程獲得的。
專門應用于基于壓力方法的情況：
1空化模型（液體內局部壓力降低時，液體內部或液固交界面上蒸氣或氣體的空穴（空泡）的形成、發展和潰滅的過程。）
2VOF模型
3多相混合模型
4歐拉多相流模型
5非預混燃燒模型
6預混燃燒模型
7部分預混燃燒模型
8組成PDF運輸模式
9煤煙模型
10羅斯藍底輻射模型
11融化凝固模型
12外殼傳導模型
13浮動操作壓力
14多孔介質的物理速度模型
15指定周期性流動流向的質量流率
專門應用于基于密度方法的情況
1真實的氣體模型（用戶自定義）
2非反射邊界條件
3濕蒸汽的多相流模型
本文轉自網絡，感謝原作者。
展開 
[問題討論]FLUENT中的求解器、算法和離散方法簡介
I 求解器：FLUENT中求解器的選擇在如下圖所示界面中設置：
FLUENT中的求解器主要是按照是否聯立求解各控制方程來區分的，詳見下圖：
II 算法：算法是求解時的策略，即按照什么樣的方式和步驟進行求解。FLUENT中算法的選擇在如下圖所示的界面中設置：
這里簡單介紹一下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.假設初始壓力場分布。2.利用壓力場求解動量方程，得到速度場。3.利用速度場求解連續性方程，使壓力場得到修正。4.根據需要，求解湍流方程及其他方程5.判斷但前計算是否收斂。若不收斂，返回第二步。簡單說來，SIMPLE算法就是分兩步走：第一步預測，第二步修正，即預測－修正。SIMPLC算法：是對SIMPLE算法的一種改進，其計算步驟與SIMPLE算法相同，只是壓力修正項中的一些系數不同，可以加快迭代過程的收斂。PISO算法：比SIMPLE算法增加了一個修正步，即分三步：第一步預測，第二步修正得到一個修正的場分布，第三步在第二步基礎上在進行一側修正。即預測－修正－修正。PISO算法在求解瞬態問題時有明顯優勢。對于穩態問題可能SIMPLE或SIMPLEC更合適。如果你實在不知道該如何選擇，就保持FLUENT的默認選項好了。因為默認選項可以很好解決70％以上的問題，而且對于大部分出了問題的計算來說，也很少是因為算法選擇不恰當所致。
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格節點離散，即將偏微分格式的控制方程轉化為各節點上的代數方程組。
展開 利用fluent3D求解器進行求解
步驟1啟動fluent并選擇求解器3D
步驟2檢查網格并定義長度單位
1．讀入網格文件（下圖為讀入的圖示）
2．確定單位長度為cm
3.檢查網格
4.顯示網格
步驟2創建計算模型
1. 設置求解器
2.啟動能量方程
2. 使用湍流模型
步驟3設置流體的材料屬性
步驟4設置邊界條件
1. 設置入口1的邊界條件
2.設置入口2的邊界條件
2. 設置出流口的邊界條件
步驟5：求解初始化
步驟6：設置監視器
步驟7：保存case和data文件
步驟8：求解計算
殘差曲線圖
出口速度監控圖
三． 計算結果的后處理
步驟1：創建等（坐標）值面
1. 創建一個z=4cm的平面，命名為surf-1
2. 創建一個x=0的平面，命名為surf-2
步驟2：繪制溫度與壓強分布圖
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
以上則是對本模型的詳細步驟講解，希望能給新手帶幫助！
話說為什么從word復制圖片會失效?
展開 fluent中的壓力求解器和密度求解器
兩種數值方法：
1.基于壓力求解器：適用于低速、不可壓縮流體。
原理：首先由動量方程求速度場，繼而由壓力方程進行修正使得速度場滿足連續性條件。由于壓力方程來源于連續性方程和動量方程，從而保證流場的模擬同時滿足質量守恒和動量守恒。
分類：分離求解器—順序求解每個變量的控制方程，此算法內存效率非常高(離散方程只在一個時刻需要占用內存)，收斂速度相對較慢，因為方程以‘解耦’方式求解。對燃燒、多相流問題更加有效。
耦合求解器—內存使用量是分離算法的1.5～2倍，收斂速度提高5～10倍。可以和所有動網格、多相流、燃燒、和化學反應模型兼容，收斂速度遠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N-S方程(此方程理論上是絕對穩定的)，將穩態問題轉化為時間推進的瞬態問題，由給定的初場時間推進到收斂的穩態解，即時間推進法。適用于求解亞音速、高超音速等的強可壓縮問題。
展開 用多面體網格劃分壓縮機渦輪，再通過fluent進行求解（case文件中包含fluent所有設置信息） ￥15
渦輪網格
壓力云圖
速度云圖
FLUENT求解器基礎
是FLUENT在計算表壓（靜壓）時的參考值。
3， 求解過程概覽：
選擇求解器
初始化
檢測收斂性：穩定性（設置松弛因子或者courant number， 時間步長)，加速收斂？？？？
精度：網格無關性（加密網格看結果是否改變），網格自適應性
FLUENT中有兩種求解器： 壓力基和密度基。
壓力基求解器以動量和壓力為基本變量。兩種算法：1，分離求解器：動量方程和壓力修正逐個求解。 2， 耦合式求解器（PBCS)：壓力和動量方程同時求解。
密度基耦合求解器一種算法：同時求解動量，能量，質量和組分方程組。通過狀態方程得到壓力，其他標量通過分離方式求解。
DBCS 可以按隱式或者顯式方式求解：1，隱式采用Gauss-Seidel迭代求解所有變量。2，顯式采用多步R-K顯式時間積分法。
如何選擇求解器？？？？？？
1，壓力基耦合求解器（PBCS)適合于大多數單向流，比分離求解器性能更好。但是 : 1, 不能用于多相流（歐拉),周期質量流和NITA。2，比分離式多用1.5-2倍內存。
2，密度基求解器適用于密度，動量，能量，組分間強烈耦合的情況。（如超高音速流動，伴有燃燒的高度可壓流動）
隱式方法一般優于顯式，因為顯式對時間步有嚴格限制。
顯式方法一般用于流動時間尺度和聲學時間尺度相當的情況。（如高馬赫數激波的傳播）
展開 在線的超算Fluent求解
Fluent的計算量大和不收斂時常困擾著CFDer，如果國家超級計算機（天河二號等）的計算資源可以很方便為CFDer所用，豈不是很爽！也為這炎炎夏日帶來一絲絲涼風。接下來小編就給大家介紹一個可以在線隨時隨地都使用超算的仿真平臺。
登陸平臺
登陸平臺后進入任務列表頁面。
新建任務
輸入文件
只需要選擇輸入文件、軟件設置和求解設置即可提交fluent的求解。輸入文件可以從本地上傳和從云端選擇。
軟件設置，選擇Fluent和輸入求解的命令行
設置cpu核數
點擊提交即可開始求解
運行求解
可以查看到實時的進度、日志和運行的時間。
運行完成后可以看到本次的花費
查看運行結果
可以在線查看也可以下載
轉自EASYCAE云計算平臺
展開 ansys2021齒輪潤滑Fluent求解 ￥50
本案例詳細講述了齒輪箱油潤滑的建模仿真方法。
用Fluent求解水平圓柱的相變過程
孔巧玲，馬捷
7 }8 z& v z' s+ ]上海交通大學船舶海洋與建筑工程學院，200030* G/ |3 _/ f: T5 r9 q+ e1 J
qiaolingkong@sjtu.edu.cn1 \' P% D/ d7 F+ u# u
; Z9 S9 Z$ w+ y( O x5 [+ T
摘要：本文介紹了相變過程的理論基礎，用fluent軟件計算了不同直徑的相變過程，考慮自然對流與不考慮自然對流對相變過程的影響。圓柱的直徑越小，相變所需的時間就越短；在熔化過程中，自然對流的影響不可忽略；石蠟是混合物，相變發生在一個溫度范圍，相變溫度隨時間變化曲線不為直線。6 o7 f" p/ q7
展開 ABAQUS中沖擊動力學問題的求解方法
兩個程序求解節點加速度，并應用同樣的單元計算以獲得單元內力。兩個程序最大的區別在于求解節點加速度上。在隱式程序中，通過直接求解的方法求解一組線性方程組，與顯式方法節點計算的成本比較，求解這組方程組的計算成本要高得多。
在完全Newton迭代求解方法的基礎上，ABAQUS/Standard使用自動增量步。在時刻
增量步結束時，Newton方法尋求滿足動力學平衡方程，并計算出同一時刻的位移。由于隱式算法是無條件穩定的，所以時間增量
比應用顯式方法的時間增量相對大些。對于非線性問題，每一個典型的增量步需要經過幾次迭代才能獲得滿足給定容許誤差的解答。每次Newton迭代都會得到對于位移增量
的修正值
。每次迭代需要求解的一組瞬時方程為
(2-10)
對于較大的模型，這是一個非常大的計算過程。有效剛度矩陣
是關于本次迭代的切向剛度矩陣和質量矩陣的線性組合。直到一些變量滿足了給定的容許誤差才結束迭代，如位移修正值等。
在隱式分析中，每一次迭代都需要求解大型的線性方程組，這一過程需要相當數量的計算資源、內存和磁盤空間。
展開 Ansys Fluent 提交并行求解作業到Slurm系統的介紹 | HPC
目前，Ansys軟件也支持使用Slurm來完成并行求解作業的任務提交和管理，本文介紹Ansys Fluent 2023R1版本并行求解作業提交到Slurm系統的相關操作。
一. Ansys RSM方式提交
1、首先在Linux集群管理節點啟動Ansys RSM Launcher服務。
2、打開Windows端的“RSM Configuration 2023 R1”配置工具，完成Slurm資源的添加配置。
3、打開Windows端的“RSM Cluster Monitoring 2023 R1”工具，可以看到剛配置完成的Slurm隊列的資源狀態：2個計算節點（node1和node2），每節點8個CPU Core。
4、在Ansys Workbench中打開Ansys Fluent測試算例，并按圖示1~4步驟的操作說明，完成Fluent作業的遠程提交。如果項目中有多個待分析任務的話，建議使用右鍵菜單的Update選項，來準確定位要提交求解的分析任務。
5、打開“Job Monitor”工具，查看運行中的作業狀態。
6、Linux管理節點上，我們也可以通過squeue命令查看運行中的Slurm作業的狀態。
7、計算完成后，計算結果自動傳回Windows主機上的項目文件目錄，我們在本地完成后處理工作。
展開 FLUENT求解初始化及一階歐拉方
FLUENT要求所有的求解變量有初值。
- 更真實的初值能提高收斂穩定性性，加速收斂過程。（因此如果收斂過慢或者收斂曲線波動太大，可能要考慮初值是否合理）
- 也可以在特定區域對特定變量單獨賦值
FMG初始化方法：
Full MultiGrid (FMG)能用來創建更好的初場。
- FMG對包括大的壓力梯度和速度梯度的復雜流動有用。
- 在粗網格級別上求解一階歐拉方程。
- 可用于壓力基或者密度基求解器，但限于穩態問題。
一階歐拉方程是什么？？？
忽略流體的粘性和可壓縮性，連續方程和NS方程可以簡化為：
上述四個方程包含有4個未知數，因此方程組是封閉的。由于忽略了流體的可壓縮性，因此流體動力學問題和熱力學問題可分開來解。連續方程和動量方程不再需要和能量方程聯立求解。但是壓強和速度依舊耦合在一起。
由于忽略了粘性項，歐拉方程比NS方程低了一階。
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