Fluent 層流 仿真 流體力學(xué) 案例
關(guān)注創(chuàng)建者：老曾 創(chuàng)建時間：2018-06-24
Fluent 層流 仿真 流體力學(xué) 案例的實(shí)例教程
任何固體壁面都有粗糙度，流體流過具有一定粗糙度的固體壁面時，最貼近壁面一層的流動被阻擋，速度驟降，然后，由于流體粘性，這一層就拉著下一層流體，下一層一邊走一邊拉著下下一層的流體，這樣一層一層往后傳遞，就導(dǎo)致被影響的區(qū)域沿流動方向越來越厚，從垂直壁面的角度（方向）看，流體速度從接近零增加到主流速99%的時候，就以此為界，定義其和壁面之間的區(qū)域叫邊界層。
用AICFD做了個仿真，給大家更直觀地看一下邊界層的樣子。
邊界層在實(shí)際工程中得很多場景都是必須要考慮的重要因素，比如風(fēng)洞試驗(yàn)中，邊界層會導(dǎo)致風(fēng)洞的有效直徑變小，影響流動參數(shù)。
到此，邊界層的概念應(yīng)該解釋清楚了。接下來看一下層流和湍流，他們是流體2種不同的流動狀態(tài)。
層流，可以理解為流動是分層的，層與層之間不會互相干擾。有時，你甚至很難注意到它在流動。
而湍流，就是不同層之間的流體互相干擾、互相混合，一眼看過去，就是一個大寫的“亂”字。有時稱其為亂流、擾流或者紊流。大部分工程問題都是湍流。
AICFD做了仿真，給大家看一下數(shù)值模擬層流和湍流的樣子。
那么一股流體的流動，是層流還是湍流，和什么有關(guān)系呢？
1883年，英國物理學(xué)家雷諾，做了著名的圓管流動試驗(yàn)。展示了層流還是湍流，可以用一個無量綱數(shù)來判斷：ρvd/μ，也就是后來大名鼎鼎的雷諾數(shù)Re。雷諾數(shù)Re越大，流動就越容易是湍流。這個公式不展開講，里面v是流速，μ、ρ、d分別是流體動力粘性系數(shù)、密度和特征長度，很多情況這三個數(shù)是不變的，雷諾數(shù)表現(xiàn)出和流體速度正相關(guān)。
簡單理解，慢慢流是層流，流快了就變湍流了。而層流不是瞬間變換到湍流，中間過程叫“過渡流動”。層流到湍流之間的變化，專業(yè)術(shù)語叫：轉(zhuǎn)捩。再實(shí)際工程中首先要估算雷諾數(shù)，判斷是層流還是湍流，然后再按照不同的模型去分析和計算。
展開 點(diǎn)擊藍(lán)字關(guān)注我們
FLUENT精典案例#371-低雷諾數(shù)層流串列雙圓柱繞流仿真
01
問題介紹
如下圖所示的兩個圓柱尺寸為直徑D=0.04m間距5D，計算域?yàn)?mx2m。計算雷諾數(shù)200的層流非定常工況，監(jiān)測圓柱上的升力、阻力和渦街。假設(shè)流體介質(zhì)為空氣，密度為1，粘度 為0.0002，來流速度為1。
這里就涉及到一個雷諾系數(shù)的問題，大家知道屁是流體，而雷諾數(shù)是一個表征流體慣性力與粘性力之比的無量綱量，其定義為： Re=pVD/μ 式中V為流體流動速度；D為流場的幾何特征尺寸（如肛門的直徑）；p為流體的密度； μ為流體的粘度。 雷諾數(shù)是流體流動中慣性力與粘性力比值的量度。 所以，在相同的速度，相同的肛門，相同的密度（由于硫化氫密度和空氣相差無幾，所以其含量多少對整體屁的密度影響不大）下，雷諾數(shù)的大小完全取決于μ，即流體的粘度。 雷諾數(shù)小，意味著流體流動時各質(zhì)點(diǎn)間的粘性力占主要地位，流體各質(zhì)點(diǎn)平行于管路內(nèi)壁有規(guī)則地流動，呈層流流動狀態(tài)。雷諾數(shù)大，意味著慣性力占主要地位，流體呈紊流流動狀態(tài)，一般管道雷諾數(shù)Re<2300為層流狀態(tài)，Re>4000為紊流狀態(tài)，Re=2300～4000為過渡狀態(tài)。 由于屁里面總會混有硫化氫，它們大多來自黏液，所以當(dāng)硫化氫的含量增加時，其μ值，即流體的粘度越大，又Re=pVD/μ，所以隨著硫化氫含量的增加（即屁的臭度增加），Re會降低。也就是說，你放的屁越臭，Re會越小，氣體越容易保持層流狀態(tài)。此時氣體運(yùn)動是順利的，有條不紊的。 而屁越不臭，Re會越大，氣體運(yùn)動會由層流轉(zhuǎn)化為紊流，也可以說是湍流，此時，氣體內(nèi)部運(yùn)動不規(guī)則，容易產(chǎn)生沖撞，于是空氣的振動會發(fā)出不雅的聲響。
另外根據(jù)式：Re=pVD/μ，可知，如果想讓放屁不響，即使Re值變小，可以適當(dāng)減小V的值，即減小氣體速度（相同氣體量的情況下，擴(kuò)大肛門直徑可以有效降低氣體速度，所以肛門橫截面積增大反而不會增大Re）。 所以，在放屁時，保持心平氣和的狀態(tài)慢放慢收會有效的降低噪音；而且站著或蹲著放屁比坐著放屁噪音要小，這就是為什么很多人坐著想放屁的時候會先把屁股的一側(cè)翹起來再放，因?yàn)檫@樣會暫時擴(kuò)大肛門的直徑，有效降低Re數(shù)，降低噪音。
展開 1 問題描述
本例模擬了水銀在圓管中的層流流動，并對管壁施加了均勻的熱通量。在入口處指定了完全發(fā)展的層流速度。將所得到的壓降和出口溫度與層流解析解進(jìn)行比較。由于對稱，我們只建二維模型的一半。
1.1 幾何模型
管道長度為0.1m，半徑為0.0025m。
1.2 材料參數(shù)
密度：13529kg/m3；比熱容：139.3J/kg-k；粘度：0.001523kg/m-s；導(dǎo)熱系數(shù)：8.54w/m-k。
1.3 邊界條件
進(jìn)口速度：充分發(fā)展的層流； 進(jìn)口溫度：300k； 壁面熱通量：5000w/m2。
2 解析解
解析解可參考：
? F.M. White. Fluid Mechanics . 3rd Edition. McGraw-Hill Book Co., New York, NY. 1994.
”
注：可在公眾號回復(fù)“FM”獲取。
3 fluent求解
3.1 General設(shè)置
設(shè)置為軸對稱模型。
3.2 model設(shè)置
打開能量方程，選擇層流模型。
3.3 materials設(shè)置
材料設(shè)置如圖所示。
3.4 cell zone conditions設(shè)置
修改為流體區(qū)域。
3.5 boundary conditions設(shè)置
用表達(dá)式指定入口速度。
給壁面施加熱通量。
展開 ANSYS Fluent流體力學(xué)仿真教程2026 發(fā)布日期1/2026 MP4|視頻：h264,1920×1080|音頻：AAC,44.1 KHz,2 Ch 語言：英語|持續(xù)時間：1小時52分鐘|大小：2.06 GB 通過實(shí)際CFD模擬了解流體流動物理 你將學(xué)到什么 應(yīng)用Bl
Fluent 層流 仿真 流體力學(xué) 案例的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
Fluent 層流 仿真 流體力學(xué) 案例的最新內(nèi)容
ANSYS Fluent流體力學(xué)仿真教程2026 發(fā)布日期1/2026 MP4|視頻：h264,1920×1080|音頻：AAC,44.1 KHz,2 Ch 語言：英語|持續(xù)時間：1小時52分鐘|大小：2.06 GB 通過實(shí)際CFD模擬了解流體流動物理 你將學(xué)到什么 應(yīng)用Bl
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
之前的視頻中有時會提到一些流體力學(xué)名詞，之后應(yīng)該也會用到，因?yàn)榭次恼碌呐笥褌儾灰欢ㄊ橇黧w領(lǐng)域的，所以可能對這些名詞不太熟悉，建議我解釋解釋。咱們今天的視頻就解釋三個名詞：邊界層、層流和湍流。我盡量用和流體沒有關(guān)系的語言來表述表達(dá)，讓所有領(lǐng)域的伙伴們都能聽得懂。
首先，邊界層。書本定義是：當(dāng)流體流過固體表面時，由于流體的粘性，會在固體表面形成一個厚度逐漸增加的薄層。薄層內(nèi)垂直壁面方向，流體速度逐漸增大
點(diǎn)擊藍(lán)字關(guān)注我們
FLUENT精典案例#371-低雷諾數(shù)層流串列雙圓柱繞流仿真
各企事業(yè)單位、高等院校及科研院所：
FLUENT作為計算流體力學(xué)模擬的通用軟件，能模擬從不可壓縮到可壓縮、層流與湍流、傳熱與相變、化學(xué)反應(yīng)與燃燒、多相流與顆粒流、旋轉(zhuǎn)機(jī)械、動網(wǎng)格、氣動噪聲、材料加工、燃料電池等眾多領(lǐng)域的物理化學(xué)過程，已在能源、資源、航空、航天、化工、環(huán)保、水利、汽車、機(jī)械、電子、船舶、冶金、建筑、材料及生物等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。計算流體力學(xué)模擬的全流程包含前處理、求解及后處理。求解器方面
各企事業(yè)單位、高等院校及科研院所：
FLUENT作為計算流體力學(xué)模擬的通用軟件，能模擬從不可壓縮到可壓縮、層流與湍流、傳熱與相變、化學(xué)反應(yīng)與燃燒、多相流與顆粒流、旋轉(zhuǎn)機(jī)械、動網(wǎng)格、氣動噪聲、材料加工、燃料電池等眾多領(lǐng)域的物理化學(xué)過程，已在能源、資源、航空、航天、化工、環(huán)保、水利、汽車、機(jī)械、電子、船舶、冶金、建筑、材料及生物等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。計算流體力學(xué)模擬的全流程包含前處理、求解及后處理。求解器方面
1 問題描述
本例模擬了水銀在圓管中的層流流動，并對管壁施加了均勻的熱通量。在入口處指定了完全發(fā)展的層流速度。將所得到的壓降和出口溫度與層流解析解進(jìn)行比較。由于對稱，我們只建二維模型的一半。
1.1 幾何模型
管道長度為0.1m，半徑為0.0025m。
1.2 材料參數(shù)
密度：13529kg/m3；比熱容：139.3J/kg-k；粘度：0.001523kg
基于Fluent19的單向流固耦合仿真計算
在FLUENT動網(wǎng)格案例之十六：基于Fluent重生成算法的懸臂梁振動的雙向流固耦合仿真分析中，使用udf求解流固耦合系統(tǒng)中固體區(qū)域運(yùn)動控制方程，并將計算得到的邊界運(yùn)動位移以動網(wǎng)格形式更新流場的邊界條件，從而實(shí)現(xiàn)雙向流固耦合仿真。其實(shí)，在最新的Fluent19中，線彈性求解模塊已經(jīng)是內(nèi)嵌模塊，建立并求解流固耦合問題可以更加方便，只要定義固體材料區(qū)域及其邊界條件
基于Fluent重生成算法的懸臂梁振動的雙向流固耦合仿真分析
流體介質(zhì)中懸臂梁的振動是很多流固耦合問題的抽象模型，類似于ANSYS流固耦合驗(yàn)證算例，F(xiàn)LUENT動網(wǎng)格案例之十五：基于FLUENT網(wǎng)格重生成算法的薄膜流固耦合仿真，本算例將懸臂梁振動方向垂直于流體流動方向，不同于前面算例，流動方向平行于振動方向。更特殊的是，本算例中懸臂梁的振動是由流體力驅(qū)動的，也就是所謂的雙向流固耦合分析。流體力驅(qū)動懸臂梁運(yùn)動
基于FLUENT網(wǎng)格重生成算法的薄膜流固耦合仿真
薄膜變形一直都是ANSYS流固耦合分析的驗(yàn)證算例，不論是雙向耦合還是單向耦合；是基于workbench還是system coupling模塊。其實(shí)，基于FLUENT自帶的網(wǎng)格重生成技術(shù)外加UDF函數(shù)控制，也能實(shí)現(xiàn)薄膜流固耦合仿真的全過程。
UDF函數(shù)片段
動網(wǎng)格變形
文件列表
