FLUENT6.1全攻略
第一篇 FLUENT基础知识
第一章 FLUENT软件介绍
FLUENT软件是目前市场上最流行的CFD软件，它在美国的市场占有率达到60%。在我们进行的网上调查中发现，FLUENT在中国也是得到最广泛使用的CFD软件。因此，我们将在这本书中为大家全面介绍FLUENT的相关知识，希望能让您的CFD分析工作变得轻松起来。
用数值方法模拟一个流场包括网格划分、选择计算方法、选择物理模型、设定边界条件、设定材料属性和对计算结果进行后处理几大部分。本章将概要地介绍FLUENT软件的以下几个方面：
（1）FLUENT软件的基本特点。
（2）FLUENT、GAMBIT、TECPLOT和EXCEED的安装和运行。
（3）FLUENT的用户界面。
（4）FLUENT如何读入和输出文件。
（5）FLUENT中使用的单位制。
（6）如何规划计算过程。
（5）FLUENT的基本算法。
1.1FLUENT软件概述
1.1.1网格划分技术
在使用商用CFD软件的工作中，大约有80%的时间是花费在网格划分上的，可以说网格划分能力的高低是决定工作效率的主要因素之一。FLUENT软件采用非结构网格与适应性网格相结合的方式进行网格划分。与结构化网格和分块结构网格相比，非结构网格划分便于处理复杂外形的网格划分，而适应性网格则便于计算流场参数变化剧烈、梯度很大的流动，同时这种划分方式也便于网格的细化或粗化，使得网格划分更加灵活、简便。
FLUENT划分网格的途径有两种：一种是用FLUENT提供的专用网格软件GAMBIT 进行网格划分，另一种则是由其他的CAD软件完成造型工作，再导入GAMBIT中生成网
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格。还可以用其他网格生成软件生成与FLUENT兼容的网格用于FLUENT计算。可以用于造型工作的CAD软件包括I-DEAS、Pro/E、SolidWorks、Solidedge等。除了GAMBIT 外，可以生成FLUENT网格的网格软件还有ICEMCFD、GridGen等等。
FLUENT可以划分二维的三角形和四边形网格，三维的四面体网格、六面体网格、金字塔型网格、楔型网格，以及由上述网格类型构成的混合型网格。
1.1.2软件的灵活设置
FLUENT的内核部分是用C语言写成的，软件界面则是用LISP语言的一个分支Scheme 语言写成的。因为C语言在计算机资源的分配使用上非常灵活，所以FLUENT也在这方面拥有很大的灵活性，并可以在“客户/服务器”模式下进行网络计算。而LISP类型的语言允许高级用户通过编制宏和自定义函数改变软件的外观，使用户在使用中可以根据自己的喜好定制界面，这点是FLUENT软件的一个显著特色。
1.1.3软件的基本构成
FLUENT软件包中包括以下几个软件：
（1）FLUENT求解器——FLUENT软件的核心，所有计算在此完成。
（2）prePDF——FLUENT用PDF模型计算燃烧过程的预处理软件。
（3）GAMBIT——FLUENT提供的网格生成软件。
（4）TGRID——FLUENT用于从表面网格生成空间网格的软件。
（5）过滤器——或者叫翻译器，可以将其他CAD/CAE软件生成的网格文件变成能被FLUENT识别的网格文件。上述几种软件之间的关系如图1-1所示。
图1-1 FLUENT软件各组件之间的关系
GAMBIT即可以生成用于FLUENT计算的网格，也可以生成其他一些CAE软件的网
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格。一旦网格文件被输入到FLUENT中，剩下的工作就由FLUENT完成。这些工作包括设定边界条件和物质属性、调整网格、进行计算、对结果进行后处理并显示结果等等。
1.1.4计算类型及应用领域
FLUENT可以计算的流动类型包括：
（1）任意复杂外形的二维/三维流动。
（2）可压、不可压流。
（3）定常、非定常流。
（4）无粘流、层流和湍流。
（5）牛顿、非牛顿流体流动。
（6）对流传热，包括自然对流和强迫对流。
（7）热传导和对流传热相耦合的传热计算。
（8）辐射传热计算。
（9）惯性（静止）坐标、非惯性（旋转）坐标下中的流场计算。
（10）多层次移动参考系问题，包括动网格界面和计算动子/静子相互干扰问题的混合面等问题。
（11）化学组元混合与反应计算，包括燃烧模型和表面凝结反应模型。
（12）源项体积任意变化的计算，源项类型包括热源、质量源、动量源、湍流源和化学组分源项等形式。
（13）颗粒、水滴和气泡等弥散相的轨迹计算，包括弥散相与连续项相耦合的计算。
（14）多孔介质流动计算。
（15）用一维模型计算风扇和换热器的性能。
（16）两相流，包括带空穴流动计算。
（17）复杂表面问题中带自由面流动的计算。
简而言之，FLUENT适用于各种复杂外形的可压和不可压流动计算。
1.1.5系统要求
硬件要求：
（1）CPU：采用Intel的奔腾系列或AMD的Athlon系列CPU。
（2）显示卡：分辨率为1024x768（或更高），颜色最低要求256色，推荐使用16位（或24位）真彩色。
（3）内存：最低128兆内存，推荐使用512兆以上的内存。
（4）鼠标：推荐使用三键鼠标，FLUENT中有些操作需要鼠标中键。
（5）光驱：最低需要CD-ROM，FLUENT需要光盘安装。
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（6）网卡：需要安装以太网卡，FLUENT需要网络验证。
（7）硬盘：FLUENT需要400兆，GAMBIT需要55兆，EXCEED需要105兆，TECPLOT 需要30兆，一共需要590兆硬盘空间。如果需要使用用户定义函数（UDF）编译功能，还需要安装微软的Visual C++，至少需要200兆硬盘空间，再加上为计算项目预留空间，所以推荐在硬盘上预留5G以上的硬盘空间用于FLUENT计算。
软件要求：
（1）操作系统：UNIX、LINUX、WINDOWS 2000/XP等等。
（2）网络协议：安装TCP/IP协议。
（3）编译环境：如果使用UDF编译功能，需要安装Visual C++标准版，最低要求是采用“最小安装”设置。
（4）EXCEED X rver：GAMBIT运行需要此环境，如果在GAMBIT中使用OpenGL 图形模式，则需要安装EXCEED 3D。EXCEED 3D需要单独从EXCEED开发商Hummingbird 软件公司购买。
1.2 软件安装与启动
与FLUENT配套使用的软件包括前处理软件GAMBIT、后处理软件TECPLOT和模拟UNIX环境的EXCEED。下面分别介绍这几种软件的安装和启动过程。
1.2.1 FLUENT的安装与启动
FLUENT的安装
（1）首先在C盘上创建目录C:\flexlm，然后将软件公司提供的licen.dat文件拷贝到这个目录下。
（2）将FLUENT的安装光盘放入光盘驱动器，然后双击文件启动安装程序，设置好安装目录、工作组名称等选项后，安装程序开始向硬盘拷贝文件。
（3）文件拷贝结束后，在弹出的工作组窗口中双击运行t environment，设置好环境变量，再将licen（软件使用许可证）服务器的地址设置完毕，重新启动计算机，就可以启动FLUENT了。
这里需要说明的是：FLUENT与我们以往使用的软件不同之处是其安装过程中不需要使用安装密码，而是在每次启动软件之前，通过互联网在licen服务器上进行软件合法性验证，只有通过验证才能使用。
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单精度和双精度求解器
在所有的操作系统上都可以进行单精度和双精度计算。对于大多数情况来说，单精度计算已经足够，但在下面这些情况下需要使用双精度计算：
（1）计算域非常狭长（比如细长的管道），用单精度表示节点坐标可能不够精确，这时需要采用双精度求解器。
（2）如果计算域是许多由细长管道连接起来的容器，各个容器内的压强各不相同。如果某个容器的压强特别高的话，那么在采用同一个参考压强时，用单精度表示其他容器内压强可能产生较大的误差，这时可以考虑使用双精度求解器。
（3）在涉及到两个区域之间存在很大的热交换，或者网格的长细比很大时，用单精度可能无法正确传递边界信息，并导致计算无法收敛，或精度达不到要求，这时也可以考虑采用双精度求解器。
启动FLUENT
以WINDOWS NT为内核的操作系统包括WINDOWS 2000和WINDOWS XP，其启动方式有两种：
（1）从WINDOWS的开始菜单中进行启动，即顺序点击：
开始 -> 程序-> Fluent Inc. -> FLUENT 6.1
就可以启动FLUENT。
（2）从DOS终端窗口启动，即在命令行中：
1）键入“fluent 2d”，启动二维单精度计算。
2）键入“fluent 3d”，启动三维单精度计算。
3）键入“fluent 2ddp”，启动二维双精度计算。
4）键入“fluent 3ddp”，启动三维双精度计算。
如果想启动并行计算模式，可以在上述4个命令后面加上-tx参数，其中x是并行计算的CPU数量，例如键入“fluent 3d –t3”意思是在三个处理器上运行三维计算。
1.2.2 GAMBIT的安装与启动
GAMBIT的安装
GAMBIT的安装与FLUENT类似。在安装完FLUENT后，点击进入安装盘上的GAMBIT目录，找到文件，双击启动这个安装文件，即开始安装GAMBIT。经过与FLUENT安装类似的工作目录选择、工作组名称选择等设置后，安装程序开始向硬盘拷贝程序，拷贝结束后，安装过程就结束了。
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