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Fluent简介

2010-06-21  
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CFD商业软件介绍之一——Fluent简介 


  通用CFD软件包,用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动。由于采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术,因而FLUENT能达到最佳的收敛速度和求解精度。灵活的非结构化网格和基于解的自适应网格技术及成熟的物理模型,使FLUENT在转捩与湍流、传热与相变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、动/变形网格、噪声、材料加工、燃料电池等方面有广泛应用

基本特点FLUENT软件具有以下特点:

  ☆ FLUENT软件采用基于完全非结构化网格的有限体积法,而且具有基于网格节点和网格单元的梯度算法;

  ☆ 定常/非定常流动模拟,而且新增快速非定常模拟功能;

  ☆ FLUENT软件中的动/变形网格技术主要解决边界运动的问题,用户只需指定初始网格和运动壁面的边界条件,余下的网格变化完全由解算器自动生成。网格变形方式有三种:弹簧压缩式、动态铺层式以及局部网格重生式。其局部网格重生式是FLUENT所独有的,而且用途广泛,可用于非结构网格、变形较大问题以及物体运动规律事先不知道而完全由流动所产生的力所决定的问题;

  ☆ FLUENT软件具有强大的网格支持能力,支持界面不连续的网格、混合网格、动/变形网格以及滑动网格等。值得强调的是,FLUENT软件还拥有多种基于解的网格的自适应、动态自适应技术以及动网格与网格动态自适应相结合的技术;

  ☆ FLUENT软件包含三种算法:非耦合隐式算法、耦合显式算法、耦合隐式算法,是商用软件中最多的;

  ☆ FLUENT软件包含丰富而先进的物理模型,使得用户能够精确地模拟无粘流、层流、湍流。湍流模型包含Spalart-Allmaras模型、k-ω模型组、k-ε模型组、雷诺应力模型(RSM)组、大涡模拟模型(LES)组以及最新的分离涡模拟(DES)和V2F模型等。另外用户还可以定制或添加自己的湍流模型;

  ☆ 适用于牛顿流体、非牛顿流体;

  ☆ 含有强制/自然/混合对流的热传导,固体/流体的热传导、辐射;

  ☆ 化学组份的混合/反应;

  ☆ 自由表面流模型,欧拉多相流模型,混合多相流模型,颗粒相模型,空穴两相流模型,湿蒸汽模型;

  ☆ 融化溶化/凝固;蒸发/冷凝相变模型;

  ☆ 离散相的拉格朗日跟踪计算;

  ☆ 非均质渗透性、惯性阻抗、固体热传导,多孔介质模型(考虑多孔介质压力突变);

  ☆ 风扇,散热器,以热交换器为对象的集中参数模型;

  ☆ 惯性或非惯性坐标系,复数基准坐标系及滑移网格;

  ☆ 动静翼相互作用模型化后的接续界面;

  ☆ 基于精细流场解算的预测流体噪声的声学模型;

  ☆ 质量、动量、热、化学组份的体积源项;

  ☆ 丰富的物性参数的数据库;

  ☆ 磁流体模块主要模拟电磁场和导电流体之间的相互作用问题;

  ☆ 连续纤维模块主要模拟纤维和气体流动之间的动量、质量以及热的交换问题;

  ☆ 高效率的并行计算功能,提供多种自动/手动分区算法;内置MPI并行机制大幅度提高并行效率。另外,FLUENT特有动态负载平衡功能,确保全局高效并行计算;

  ☆ FLUENT软件提供了友好的用户界面,并为用户提供了二次开发接口(UDF);

  ☆ FLUENT软件采用C/C++语言编写,从而大大提高了对计算机内存的利用率。

  在CFD软件中 , Fluent软件是目前国内外使用最多、最流行的商业软件之一。Fluent的软件设计基于"CFD计算机软件群的概念" ,针对每一种流动的物理问题的特点 ,采用适合于它的数值解法在计算速度、稳定性和精度等各方面达到最佳。由于囊括了Fluent Dynamical International比利时PolyFlow和Fluent Dynamical International(FID)的全部技术力量(前者是公认的在黏弹性和聚合物流动模拟方面占领先地位的公司 ,后者是基于有限元方法CFD软件方面领先的公司 ),因此Fluent软件具有如下优点

优点(1 )功能强 ,适用面广。包括各种优化物理模型 ,如 :计算流体流动和热传导模型 (包括自然对流、定常和非定常流动 ,层流 ,湍流 ,紊流 ,不可压缩和可压缩流动 ,周期流 ,旋转流及时间相关流等 ) ;辐射模型 ,相变模型 ,离散相变模型 ,多相流模型及化学组分输运和反应流模型等。对每一种物理问题的流动特点 ,有适合它的数值解法 ,用户可对显式或隐式差分格式进行选择 ,以期在计算速度、稳定性和精度等方面达到最佳。

  (2 )高效 ,省时。Fluent将不同领域的计算软件组合起来 ,成为CFD计算机软件群 ,软件之间可以方便地进行数值交换 ,并采用统一的前、后处理工具 ,这就省却了科研工作者在计算方法、编程、前后处理等方面投入的重复、低效的劳动 ,而可以将主要精力和智慧用于物理问题本身的探索上。

  (3 )建立了污染物生成模型。包括NOX 和ROX(烟尘 )生成模型。其中NOX 模型能够模拟热力型、快速型、燃料型及由于燃烧系统里回燃导致的NOX的消耗。而ROX 的生成是通过使用两个经验模型进行近似模拟 ,且只使用于紊流

  FLUENT同传统的CFD计算方法相比,具有以下的优点

  1、稳定性好,FLUENT经过大量算例考核,同实验符合较好

  2、适用范围广,FLUENT含有多种传热燃烧模型及多相流模型,可应用于从可压到不可压、从低速到高超音速、从单相流到多相流、化学反应、燃烧、气固混合等几乎所有与流体相关的领域

  3、精度提高,可达二阶精度。

  Fluent is the world's leading supplier of computational fluid dynamics (CFD) software and services. Fluent products enable engineers and designers to simulate fluid flow, heat and mass transfer, and a host of related phenomena involving turbulent, reacting, and multiphase flow.

  CFD turns a computer into a virtual laboratory, providing insight, foresight, return on investment, and cost savings.

  Fluent products are used by blue chip companies, small and medium sized enterprises, and academic institutions and institutes around the world. Today, CFD has an indispensable impact on almost every industry sector and manufactured product.

  CFD is the fastest growing component of the Computer Aided Engineering (CAE) market, and plays a role in Product Lifecycle Management (PLM) as well.

其他相关 Fluent分解

  FLUENT是目前国际上比较流行的商用CFD软件包,在美国的市场占有率为60%。举凡跟流体,热传递及化学反应等有关的工业均可使用。它具有丰富的物理模型、先进的数值方法以及强大的前后处理功能,在航空航天、汽车设计、石油天然气、涡轮机设计等方面都有着广泛的应用。其在石油天然气工业上的应用包括:燃烧、井下分析、喷射控制、环境分析、油气消散/聚积、多相流、管道流动等等。

  Fluent的软件设计基于CFD软件群的思想,从用户需求角度出发,针对各种复杂流动的物理现象,FLUENT软件采用不同的离散格式和数值方法,以期在特定的领域内使计算速度、稳定性和精度等方面达到最佳组合,从而高效率地解决各个领域的复杂流动计算问题。基于上述思想,Fluent开发了适用于各个领域的流动模拟软件,这些软件能够模拟流体流动、传热传质、化学反应和其它复杂的物理现象,软件之间采用了统一的网格生成技术及共同的图形界面,而各软件之间的区别仅在于应用的工业背景不同,因此大大方便了用户。其各软件模块包括:

  GAMBIT——专用的CFD前置处理器,FLUENT系列产品皆采用FLUENT公司自行研发的Gambit前处理软件来建立几何形状及生成网格,是一具有超强组合建构模型能力之前处理器,然后由Fluent进行求解。也可以用ICEM CFD进行前处理,由TecPlot进行后处理。

  Fluent5.4——基于非结构化网格的通用CFD求解器,针对非结构性网格模型设计,是用有限元法求解不可压缩流及中度可压缩流流场问题的CFD软件。可应用的范围有紊流、热传、化学反应、混合、旋转流(rotating flow)及震波(shocks)等。在涡轮机及推进系统分析都有相当优秀的结果,并且对模型的快速建立及shocks处的格点调适都有相当好的效果

  Fidap——基于有限元方法的通用CFD求解器,为一专门解决科学及工程上有关流体力学传质及传热等问题的分析软件,是全球第一套使用有限元法于CFD领域的软件,其应用的范围有一般流体的流场、自由表面的问题、紊流、非牛顿流流场、热传、化学反应等等。 FIDAP本身含有完整的前后处理系统及流场数值分析系统。 对问题整个研究的程序,数据输入与输出的协调及应用均极有效率。

  Polyflow——针对粘弹性流动的专用CFD求解器,用有限元法仿真聚合物加工的CFD软件,主要应用于塑料射出成形机,挤型机和吹瓶机的模具设计。

  Mixsim——针对搅拌混合问题的专用CFD软件,是一个专业化的前处理器,可建立搅拌槽及混合槽的几何模型,不需要一般计算流力软件的冗长学习过程。它的图形人机接口和组件数据库,让工程师直接设定或挑选搅拌槽大小、底部形状、折流板之配置,叶轮的型式等等。MixSim随即自动产生3维网络,并启动FLUENT做后续的模拟分析。

  Icepak——专用的热控分析CFD软件,专门仿真电子电机系统内部气流,温度分布的CFD分析软件,特别是针对系统的散热问题作仿真分析,藉由模块化的设计快速建立模型。

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