fluent入门一般问题（四）

Fluent，并非我原创但是没找到出处，给大家做个参考。

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40  在处理高速空气动力学问题时，采用哪种耦合求解器效果更好？为什么？   （#68）

高速空气动力学问题也属于可压缩流动的范围，在Fluent中原则上，使用Pressure-based和Density-based求解器都可以。从历史根源上讲，基于压力的求解器以前主要用于不可压缩流动和微可压缩流动，而基于密度的求解器用于高速可压缩流动。现在，两种求解器都适用于从不可压到高速可压的很大范围流动，但总的来讲，当计算高速可压缩流动时，基于密度的求解器还是比基于压力的求解器更有优势，因此，在使用Fluent计算高速可压缩流动时，从理论上来讲使用Density-based求解器应该会更合适。

也许有很多人对于Pressure-based和Density-based求解器的原理的认识还不够深，在此稍微介绍一下：

求解Navier-Stokes方程的计算方法根据连续方程的处理方式，可以分为密度法和压力法。不论是密度法还是压力法，速度场都是由动量方程所控制，差别在压力场的确定方法上，密度法是通过连续方程确定密度，再由状态方程换算压力，这一方法多用于可压缩流动，作一定修正后，也可用于低马赫数流动，而这一流动已被看做不可压缩流，但此时精度及鲁棒性都有所降低，对于湍流甚至会失去有效性。密度法的弱点正好是压力法的长处，压力法是通过压力方程或压力修正方程来获得压力场，由于其鲁棒性及有效性，得以广泛使用。该方法原是作为求解不可压缩流动发展起来的，但也可以推广到可压缩流的计算上。这两种方法在求解思路上也有所不同，密度法多用同步求解各变量，而压力法则常为顺序求解各变量。显然顺序求解的一个优势是便于补充方程而无需修改算法程序。

Fluent用户手册上，对于可压缩流动有以下需要注意的策略，在此就不再翻译了，以免曲解原意。

Solution Strategies for Compressible Flows

The difficulties associated with solving compressible flows are a result of the high degree of coupling between the flow velocity, density, pressure, and energy. This coupling may lead to instabilities in the solution process and, therefore, may require special solution techniques in order to obtain a converged solution. In addition, the presence of shocks (discontinuities) in the flow introduces an additional stability problem during the calculation. Solution techniques that may be beneficial in compressible flow calculations include the following:

##(Pressure-based solver only) Initialize the flow to be near stagnation (i.e. velocity small but not zero, pressure to inlet total pressure, temperature to inlet total temperature). Turn off the energy equation for the first 50 iterations. Leave the energy under-relaxation at 1. Set the pressure under-relaxation to 0.4, and the momentum under-relaxation to 0.3. After the solution stabilizes and the energy equation has been turned on, increase the pressure under-relaxation to 0.7.

##Set reasonable limits for the temperature and pressure (in the Solution Limits panel) to avoid solution divergence, especially at the start of the calculation. If FLUENT prints messages about temperature or pressure being limited as the solution near convergence, the high or low computed values may be physical, and you will need to change the limits to allow these values.

##If required, begin the calculations using a reduced pressure ratio at the boundaries, increasing the pressure ratio gradually in order to reach the final desired operating condition. If the Mach number is low, you can also consider starting the compressible flow calculation from an incompressible flow solution (although the incompressible flow solution can in some cases be a rather poor initial guess for the compressible calculation).

##In some cases, computing an inviscid solution as a starting point may be helpful.

对于Fluent中，Pressure-based求解器中的格式，在其他的题目中已有相关的介绍，粘性项一般均使用中心差分格式，对流项的差分格式主要有：一阶迎风格式，二阶迎风格式，指数格式，QUICK格式，三阶MUSCL格式。对于这些格式，在此不做详谈，请参考相关资料。

在Fluent中，对于Density-based求解器的格式，主要有两种：一种是Roe通量差分分裂格式，另一种就是AUSM+格式（值得注意的是这两种格式在Fluent6.3版本中都是不带任何限制器，因此建议大家酌情考虑使用！）；因为本人没有做过具体的高速气动计算，在此只能从理论上介绍一下这两种格式以及相关的一些CFD格式。

目前CFD常用的计算格式有：中心格式，迎风格式以及NND，TVD，ENO等格式。其中中心格式逻辑关系简单，计算量小，但其分辨间断是通过人工粘性在一定程度上抹平间断而得到光滑解来实现的，不仅数值耗散大，而且包含经验性参数。TVD格式与ENO格式构造复杂，计算量大，TVD格式因其构造机制可限制间断附近的振荡，但有较大的数值耗散，在非间断的极值附近也会导致格式降为一阶精度；ENO格式可达到基本无振荡，一致二阶精度，但在所有二阶精度格式中其变量或通量插值的坡度最接近于零，故耗散仍比较大。迎风格式具有计算效率和间断分辨率的综合优势，在一定限制条件下也可得到TVD性质，因而得到了广泛应用。其中Van Leer格式与Roe格式是具有代表性，应用最成功的两种迎风格式。Van Leer格式分裂形式简单，计算效率高，但数值耗散比较大，格式提出之初作者就指出：即便对于精确的接触间断条件，仍然存在数值通量，从而抹平间断，会导致显著的粘性区计算误差，而且通过简单地加密网格或是使用高阶差分并不能消除这种误差。Roe格式具有间断高分辨率，但当其通量Jacobian矩阵的特征值很小时，会违反熵条件，产生非物理解，故必须引入熵修正，但熵修正引入了额外耗散，而且熵修正依赖于求解的问题有多种形式，包含经验性常数；在高马赫数时，Roe格式还会出现所谓的红玉现象，即在强激波后产生非物理的紊乱信号。AUSM+格式，是Liu M S于1993年提出并发展而成的新格式，从格式构造上讲是Van Leer格式的一种发展改进，但从其耗散项分析，这是一种FVS（Flux Vector Splitting）与FDS（Flux Difference Splitting）的复合格式。AUSM+格式兼有Roe格式的间断高分辨率和Van Leer格式的计算效率，而且克服了二者的缺点。它的数值耗散小，具有激波与接触间断的高分辨率，无需熵修正，计算量只与Van Leer格式相近，还有标量（如密度）的正值保持性。

总结一下这两种格式：

Roe格式计算量大，需熵修正，这会引入额外的数值耗散；在高马赫数时，还会产生红玉现象；

AUSM+格式，对于激波，接触间断具有高分辨率，能够精确描述激波，膨胀波，接触间断及其相互干扰的复杂波系；格式构造的内在机制使它具有标量耗散，计算效率高，数值耗散小，无需熵修正，且无红玉现象的优点。

在Fluent中计算高速流动，建议采用AUSM+，在计算的初始，使用低阶格式，如果要计算有粘且高马赫数的流动，建议先从无粘低马赫数算起作为初始值，之后加入粘性，慢慢提高马赫数，一步步计算。另外，计算的过程中，CFL不能太大。

注：以上仅是这些算法的一些理论基础，在作高速计算时，仅供一点儿参考；鉴于现有的版本中Density-Based Solver中的格式不带任何限制器，建议大家谨慎使用；因此在计算高速问题，推荐依然使用Pressure-Based Solver；以期待Density-Based Solver中的格式提高之后再做考虑。 [align=right][color=#000066][此贴子已经被作者于2008-5-3 15:20:46编辑过][/color][/align]

41 近20多年来，用于超音速流动的湍流模型主要有哪些？各之间模型有什么不同？

42 超音速燃烧反应的模型有哪些？它们有什么特点？

43 FLUENT中常用的文件格式类型：dbs，msh，cas，dat，trn，jou，profile等有什么用处？  （#22）

在Gambit目录中，有三个文件，分别是default_id.dbs，jou，trn文件，对Gambit运行save，将会在工作目录下保存这三个文件：default_id.dbs，default_id.jou，default_id.trn。

jou文件是gambit命令记录文件，可以通过运行jou文件来批处理gambit命令；
dbs文件是gambit默认的储存几何体和网格数据的文件；
trn文件是记录gambit命令显示窗（transcript）信息的文件；

msh文件可以在gambit划分网格和设置好边界条件之后export中选择msh文件输出格式，该文件可以被fluent求解器读取。

Case文件包括网格，边界条件，解的参数，用户界面和图形环境。

Data文件包含每个网格单元的流动值以及收敛的历史纪录（残差值）。Fluent自动保存文件类型，默认为date和case文件

Profile文件边界轮廓用于指定求解域的边界区域的流动条件。例如，它们可以用于指定入口平面的速度场。

读入轮廓文件，点击菜单File/Read/Profile...弹出选择文件对话框，你就可以读入边界轮廓文件了。

写入轮廓文件，你也可以在指定边界或者表面的条件上创建轮廓文件。例如：你可以在一个算例的出口条件中创建一个轮廓文件，然后在其它算例中读入该轮廓文件，并使用出口轮廓作为新算例的入口轮廓。要写一个轮廓文件，你需要使用Write Profile面板(Figure 1)，菜单：File/Write/Profile

44 在计算区域内的某一个面（2D）或一个体（3D）内定义体积热源或组分质量源。如何把这个zone定义出来？而且这个zone仍然是流体流动的。  (#96)

在gambit中先将需要的zone定义出来，对于要随流体流动我觉得这个可以用动网格来处理  在动网格设置界面 将这个随流体流动的zone设置成刚体   这样既可以作为zone不影响流体流通  也可以随流体流动   只是其运动的udf不好定义  最好根据其流动规律编动网格udf

个人观点  仅供参考

 

(#147) 两种解决方法：
1.在gambit 定义几何的时候就画出来两个体（或者面）。
在zone 定义的时候，两个部分都定为fluid，fluent 不会把内部的边界定义为wall，分别设定不同的zone 有不同的源项即可。

2.用udf 定义源项，不用划分不同的zone，在udf 里面判断不同的区域而给出的对应的源项。这种方法比较复杂，但是通用性好，可以给出自己定义的任意源项分布。

45 FLUENT进行化学反应计算时模型的选择、求解器的选择以及相关参数的设置需要哪些问题？用FLUENT如何进行化学反应的计算？

46  如何选择单、双精度解算器的选择？   （#50）
Fluent的单双精度求解器适合于所有的计算平台，在大多数情况下，单精度求解器就能很好地满足计算精度要求，且计算量小。

但在有些情况下推荐使用双精度求解器：

1，  如果几何体包含完全不同的尺度特征（如一个长而壁薄的管），用双精度的；

2，  如果模型中存在通过小直径管道相连的多个封闭区域，不同区域之间存在很大的压差，用双精度。

3，  对于有较高的热传导率的问题或对于有较大的长宽比的网格，用双精度。

 

Single-Precision and Double-Precision Solvers

Both single-precision and double-precision versions of FLUENT are available on all computer platforms. For most cases, the single-precision solver will be sufficiently accurate, but certain types of problems may benefit from the use of a double-precision version. Several examples are listed below:

 

1.If your geometry has features of very disparate length scales (e.g., a very long, thin pipe), single-precision calculations may not be adequate to represent the node coordinates.

 

2.If your geometry involves multiple enclosures connected via small-diameter pipes (e.g., automotive manifolds), mean pressure levels in all but one of the zones can be quite large (since you can set only one global reference pressure location). Double-precision calculations may therefore be necessary to resolve the pressure differences that drive the flow, since these will typically be much smaller than the pressure levels.

 

3.For conjugate problems involving high thermal-conductivity ratios and/or high-aspect-ratio grids, convergence and/or accuracy may be impaired with the single-precision solver, due to inefficient transfer of boundary information

47  求解器为flunet5/6在设置边界条件时，specify boundary types下的types中有三项关于interior，interface，internal设置，在什么情况下设置相应的条件？它们之间的区别是什么？interior好像是把边界设置为内容默认的一部分；interface是两个不同区域的边界区，比如说离心泵的叶轮旋转区和叶轮出口的交界面；internal；请问以上三种每个的功能？最好能举一两个例子说明一下，因为这三个都是内部条件吧，好像用的很多。   （#48）
interface,interior,internal boundary区别？

在Fluent中，Interface意思为“交接面”，主要用途有三个：多重坐标系模型中静态区域与运动区域之间的交接面的定义；滑移网格交接处的交接面定义，例如：两车交会，转子与定子叶栅模型，等等，在Fluent中，interface的交接重合处默认为interior，非重合处默认为wall；非一致网格交接处，例如：上下网格网格间距不同等。

Interior意思为“内部的”，在Fluent中指计算区域。

Internal意思为“内部的”，比如说内能，内部放射率等，具体应用不太清楚。

 

注：以上是看帮助文件和论坛上的说法，下面是CFD-Online上的一些说法，仅供参考。

the interface condition is needed for connecting different grid in a model, non matching interface, sliding mesh interface, and so on.

Sliding mesh interface : use in the sliding mesh model, one part of the mesh will move regarding to the other.
Different grid interface : for connecting different kind of grid without transition. for exemple, hexa with tetra without pyramidal element. Fluent interpolate the result a mesh interface from one grid to the other.

Non matching interface : grid with diferent shape and/or with different position of their nodes. If you have the fluent tutorials take a look at the film cooling exemple.

 

the interior condition is usefull if you have surfaces in you model which are part of the fluid. If you don't use interior condition gambit can considerer them as wall.

 

the internal condition is quite the same as interior but it will be merge in the adjacent interiors in the final mesh if you use tgrid. I think that this condition is useless if you use gambit.

48  FLUENT并行计算中Flexlm如何对多个License的管理？   （#46）
  在FLEXlm LMTOOLS Utility-〉config services->service name里选好你要启动的软件的配备的service name，然后配置好下边的path to the lmgrd.exe file和path to the license file，然后save service,转到FLEXlm LMTOOLS Utility->config services-〉start/stop/reread下，选中要启动的license，start server即可。

49 在“solver”中2D 、axisymmetric和axisymmetric swirl如何区别？对于2D和3D各有什么适用范围？  （#37）

从字面的意思很好理解axisymmetric和axisymmetric swirl的差别：

axisymmetric：是轴对称的意思，也就是关于一个坐标轴对称，2D的axisymmetric问题仍为2D问题。

而axisymmetric swirl：是轴对称旋转的意思，就是一个区域关于一条坐标轴回转所产生的区域，这产生的将是一个回转体，是3D的问题。在Fluent中使用这个，是将一个3D的问题简化为2D问题，减少计算量，需要注意的是，在Fluent中，回转轴必须是x轴。

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