Fluent湍流計(jì)算
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-04-12
Fluent湍流計(jì)算的視頻教程
基于fluent的蝶閥（入口為充分發(fā)展的湍流）內(nèi)流場(chǎng)仿真，視頻免費(fèi)無(wú)聲音，提供附件（需購(gòu)買(mǎi)）練習(xí)。
使用一個(gè)模擬中的速度邊界條件（充分發(fā)展的湍流）應(yīng)用到另一個(gè)模擬（蝶閥入口條件）中。在這種情況下，我將提取三維管道的出口速度邊界條件，并在單獨(dú)的模擬中將該剖面應(yīng)用于具有相同直徑的蝶閥的進(jìn)口側(cè)。使用spaceclaim提取三維閥門(mén)的流體體積。
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Workbench中Maxwell和fluent的耦合計(jì)算方法-封閉柜體的溫升計(jì)算
本實(shí)例主要講解了通電導(dǎo)體在封閉域當(dāng)中的溫升計(jì)算，在Fluent中建立溫升模型，對(duì)邊界設(shè)置、溫度相關(guān)的設(shè)置包括輻射、對(duì)流等相關(guān)參數(shù)的設(shè)置方法。 視頻實(shí)例主要講解了操作方法，包括建模、結(jié)果提取和每一步的操作過(guò)程。
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Workbench中Maxwell和Fluent的耦合計(jì)算方法-導(dǎo)體溫升計(jì)算
本實(shí)例主要講解了通電導(dǎo)體的溫升計(jì)算，在Workbench中，使用Maxwell建立磁場(chǎng)分析模型，在Fluent中建立溫升模型，兩者耦合獲取通電導(dǎo)體的溫升結(jié)果。 視頻實(shí)例主要講解了操作方法，包括建模、結(jié)果提取和每一步的操作過(guò)程。
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Fluent湍流計(jì)算的實(shí)例教程
FLUENT在計(jì)算湍流流動(dòng)的時(shí)候，實(shí)際上求解的是湍流的平均運(yùn)動(dòng)。我們?cè)谟^看計(jì)算結(jié)果的云圖時(shí)，圖中所顯示的速度、壓力其實(shí)都是平均運(yùn)動(dòng)的速度和壓力。
但是這帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題。我們知道，在層流流動(dòng)中，根據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律，粘性切應(yīng)力等于速度梯度乘以粘性系數(shù)；這種粘性切應(yīng)力產(chǎn)生的原因是存在分子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)的動(dòng)量交換以及分子間的吸引力。但是，在湍流流動(dòng)中，用平均運(yùn)動(dòng)的速度梯度乘以粘性系數(shù)來(lái)計(jì)算切應(yīng)力是不恰當(dāng)?shù)?。這是因?yàn)?，?em>湍流流動(dòng)中，非定常旋渦運(yùn)動(dòng)使得相鄰的流體層之間有很強(qiáng)的動(dòng)量交換效應(yīng)，這種動(dòng)量交換效應(yīng)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于分子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的動(dòng)量交換。所以，不能直接用Navier-Stokes方程組來(lái)計(jì)算湍流的平均運(yùn)動(dòng)。目前最流行的辦法就是，在計(jì)算湍流的平均運(yùn)動(dòng)時(shí)，將Navier-Stokes方程組中的粘性系數(shù)換成一個(gè)大得多的“湍流粘性系數(shù)”，以反映湍流中非定常旋渦運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的動(dòng)量交換效應(yīng)（這就是湍流模擬中所謂的“Bousinessq湍流粘性系數(shù)假設(shè)”）。
對(duì)于文章開(kāi)頭的那個(gè)二維射流的例子，我們可以在后處理中顯示出湍流粘性系數(shù)的分布（圖5、圖6）。可以看出，湍流粘性系數(shù)要比流體本身的粘性系數(shù)（μ=10-5Pa?s）大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
展開(kāi) SST k-ω
包含修正的湍流粘性公式來(lái)解決湍流剪應(yīng)力引起的運(yùn)輸效果；
文章來(lái)源：水木制造
Reynolds Stress Transport Models
湍流模型的雷諾數(shù)平均方法要求對(duì)方程4-4（參見(jiàn)上一篇
【湍流】fluent中湍流模型的基本原理（1））中的雷諾應(yīng)力進(jìn)行適當(dāng)建模。一種常用的方法是使用Boussinesq假設(shè)將雷諾應(yīng)力與平均速度梯度聯(lián)系起來(lái):
Boussinesq假設(shè)用于Spalart-Allmaras模型,k-ε模型和k -ω模型。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是與計(jì)算湍流粘度相關(guān)的計(jì)算成本相對(duì)較低。在Spalart-Allmaras模型中，僅求解了一個(gè)附加的傳輸方程(表示湍流粘度)。k-ε和k-ω模型的情況下,兩個(gè)額外的傳輸方程(湍流動(dòng)能和湍流耗散率,或指定的耗散率)被求解，μ_t作為k和ε或k和ω的函數(shù)被計(jì)算。Boussinesq假設(shè)的缺點(diǎn)是它假設(shè)μ_t是一個(gè)各向同性的標(biāo)量,這并不完全正確。各向同性湍流粘度的假設(shè)通常適用于只有一個(gè)湍流剪應(yīng)力主導(dǎo)的剪切流。這覆蓋了許多流動(dòng)，如壁面邊界層、混合層、射流等等。
RSM中體現(xiàn)的另一種方法是求解雷諾應(yīng)力張量中每一項(xiàng)的傳輸方程。還需要一個(gè)附加的（通常是ε或ω）尺度決定方程。這意味著在二維流動(dòng)中需要五個(gè)附加輸運(yùn)方程，而在三維流動(dòng)中需要七個(gè)附加輸運(yùn)方程。
在許多情況下，基于Boussinesq假設(shè)的模型表現(xiàn)很好，雷諾應(yīng)力模型的額外計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)是不必要的。然而，在湍流的各向異性對(duì)平均流有顯著影響的情況下，RSM顯然是優(yōu)越的。這種情況包括高旋流和應(yīng)力驅(qū)動(dòng)的二次流。
展開(kāi) 該過(guò)濾過(guò)程有效地過(guò)濾了尺度小于計(jì)算中使用的過(guò)濾寬度或網(wǎng)格間距的渦流。由此得到大渦的動(dòng)力學(xué)控制方程。濾波后的變量(用上劃線表示)定義如式4-5所示:
其中D為流體域，G為決定分辨渦旋尺度的過(guò)濾函數(shù)。
在ANSYS Fluent中，有限體積離散化本身隱含地提供了過(guò)濾操作:
其中V為計(jì)算單元的體積。這里隱含的過(guò)濾函數(shù)G(x,x')則是
ANSYS Fluent中的LES適用于可壓縮流和不可壓縮流。然而，為了簡(jiǎn)明的表述，下面的理論首先討論了不可壓縮流。
過(guò)濾連續(xù)性和動(dòng)量方程，得到：
其中是分子粘度引起的應(yīng)力張量
對(duì)能量方程進(jìn)行過(guò)濾，得到:
式中h_s為顯熱焓，λ為導(dǎo)熱系數(shù)。
式(4-12)中的次網(wǎng)格焓通量項(xiàng)采用梯度假設(shè)近似:
其中為次網(wǎng)格粘度，為次網(wǎng)格普朗特?cái)?shù)，等于0.85。
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展開(kāi) 修正后的湍流粘度ν ?的輸運(yùn)方程為
式中，G_v為湍流粘度的產(chǎn)生，Y_v為近壁面區(qū)域由于壁面堵塞和粘性阻尼而產(chǎn)生的湍流粘度的破壞。
σ_ν ? 和C_b2是常量，ν是分子運(yùn)動(dòng)粘度。S_ν ? 是用戶(hù)定義的源項(xiàng)。注意，由于Spalart-Allmaras模型中沒(méi)有計(jì)算湍流動(dòng)能k，所以在估計(jì)雷諾應(yīng)力時(shí)忽略了方程4-14（參見(jiàn)上一篇文章【湍流】fluent中湍流模型的基本原理（2））中的最后一項(xiàng)。
02—
湍流粘度模型
湍流粘度μ_t由下式計(jì)算：
其中粘性阻尼函數(shù)f_ν1為:
03—
湍流產(chǎn)生模型
產(chǎn)生項(xiàng)G_v為：
其中，
C_b1和k是常數(shù)，d是到壁面的距離，S是變形張量的標(biāo)量度量。在ANSYS Fluent中，與Spalart和Allmaras提出的原始模型一樣，S是基于渦量的大小:
其中Ω-ij是平均旋轉(zhuǎn)速率張量，由
S的默認(rèn)表達(dá)式的對(duì)于剪切流，渦量和應(yīng)變率是相同的。在滯止線等無(wú)粘性流動(dòng)區(qū)域，由于應(yīng)變率引起的湍流生產(chǎn)可以是非物理的，渦度的優(yōu)點(diǎn)是零。曾有人提出一種替代公式并將其引入ANSYS Fluent中。
展開(kāi) 
Fluent湍流計(jì)算的相關(guān)專(zhuān)題、標(biāo)簽、搜索
Fluent湍流計(jì)算的最新內(nèi)容
基于Fluent的DPM對(duì)文丘里管除塵仿真計(jì)算4個(gè)月前
文丘里洗滌器除塵效率的CFD模擬研究
1. 背景介紹
文丘里洗滌器其工作原理是利用高速氣流將注入的液體撕裂破碎成大量細(xì)小液滴，形成一個(gè)巨大的氣液接觸界面。安全殼內(nèi)攜帶放射性粉塵的氣體通過(guò)文丘里管時(shí)，粉塵顆粒與液滴發(fā)生碰撞、慣性攔截和擴(kuò)散等作用，從而被液滴捕獲并最終從氣流中分離出來(lái)。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、除塵效率高且可靠性好，文丘里洗滌器在核能、化工、冶金等工業(yè)廢氣處理領(lǐng)域具有重要地位。
本案例對(duì)圓柱繞流的氣動(dòng)噪聲展開(kāi)了仿真計(jì)算。主要涉及到二維模型LES大渦模擬的開(kāi)啟、FW-H模型的使用。計(jì)算模型簡(jiǎn)單，為氣動(dòng)噪聲常用的驗(yàn)證模型。通過(guò)對(duì)該案例的學(xué)習(xí)，后續(xù)可以通過(guò)該方法對(duì)各類(lèi)航空航天、船舶等領(lǐng)域的氣動(dòng)噪聲展開(kāi)預(yù)報(bào)。
1 workbench 設(shè)置
本案例計(jì)算模型簡(jiǎn)單，相關(guān)的workbench設(shè)置如下圖：
2 SCDM 設(shè)置
2.1 導(dǎo)入幾何
本案例采用的圓柱體直徑為
本案例利用Fluent 內(nèi)置雙向流固耦合FSI對(duì)液艙晃蕩仿真展開(kāi)了計(jì)算，提供了一種更為便捷快速的分析方法，對(duì)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(guò)該案例對(duì)不同的雙向流固耦合模型展開(kāi)計(jì)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(duì)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(duì)護(hù)衛(wèi)艦經(jīng)典模型SFS2進(jìn)行靜態(tài)流場(chǎng)計(jì)算。
本文僅計(jì)算了來(lái)流速度為20.6m/s的工況，計(jì)算結(jié)果與相關(guān)實(shí)驗(yàn)較為接近。
1 workbench 設(shè)置
1.1 選擇流體流動(dòng)（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(jì)算域幾何圖。入口為inlet，出口為outlwt
本案例利用Fluent中的滑移網(wǎng)格模型（RBM)，對(duì)螺旋槳敞水水動(dòng)力性能問(wèn)題進(jìn)行了瞬態(tài)仿真計(jì)算。該案例僅對(duì)4119槳的瞬態(tài)計(jì)算進(jìn)行了簡(jiǎn)單演示，其余的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的仿真設(shè)置與本案例基本一致，可按照該案例進(jìn)行相關(guān)設(shè)置。
本文僅計(jì)算了進(jìn)速系數(shù)為0.4的工況，計(jì)算結(jié)果與相關(guān)實(shí)驗(yàn)較為接近。
與Fluent MRF 旋轉(zhuǎn)機(jī)械（一）的結(jié)果相比，瞬態(tài)計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值更為接近。
1 workbench 設(shè)置
1.1
<p class="ql-align-center"><br></p><p>本案例利用Workbench的參數(shù)化功能，簡(jiǎn)單的對(duì)不同攻角的翼型展開(kāi)了參數(shù)化仿真計(jì)算。</p><p>該案例為幾何模型與仿真計(jì)算過(guò)程比較簡(jiǎn)單，但通過(guò)該案例可延伸到多種不同模型的參數(shù)化建模仿真計(jì)算問(wèn)題等較為復(fù)雜的仿真問(wèn)題。</p><p><strong>1 前處理設(shè)置</strong></p><p>以NACA2415的幾何尺寸，長(zhǎng)為
?
一、概述
隨著計(jì)算科學(xué)以及數(shù)值分析方法的不斷發(fā)展，流固耦合或交互作用 （fluid structure coupling 或 fluid structure interaction）研究從 20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)，受到了世界學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛 關(guān)注。流固耦合問(wèn)題是流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，CFD）與固體力學(xué) （
ANSYS版本為2022R2，內(nèi)含仿真1G大小文件，模型
<p class="ql-align-justify">本案例將采用Fluent進(jìn)行瞬態(tài)計(jì)算，進(jìn)行垂直軸風(fēng)力機(jī)仿真分析。</p><p>1. 讀取網(wǎng)格文件</p><p>讀取上一篇的網(wǎng)格文件即可，網(wǎng)格讀入后可是查看一下網(wǎng)格質(zhì)量與網(wǎng)格數(shù)量，這里說(shuō)明一下長(zhǎng)寬比的問(wèn)題，這里案例長(zhǎng)寬比已經(jīng)到了711，一般情況下三維模型不要讓長(zhǎng)寬比大于1000，特別是非存在一些細(xì)小縫隙的模型，本案例本來(lái)屬于二維模型拉伸而來(lái)，長(zhǎng)寬比主要考慮到滿(mǎn)足邊界層的要求
作為流體仿真軟件的“頂流”，F(xiàn)luent被學(xué)生、工程師及科研人員廣泛使用。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，Ansys工程師們致力于優(yōu)化底層的并行算法，以提升其計(jì)算性能，使用戶(hù)體驗(yàn)飛一般的計(jì)算速度。
在Ansys Fluent中，盡管工程師已經(jīng)針對(duì)并行算法進(jìn)行了充分優(yōu)化，但在實(shí)際應(yīng)用中，還有其他方法可以進(jìn)一步提高計(jì)算性能。本文闡述了Fluent并行計(jì)算的基本原理，同時(shí)探討通過(guò)AVX2指令集加速
