01 空氣流經障礙物

一個最簡單的案例來描述 FLUENT 工作流程。

案例描述： 本案例來自於丹麥海事研究所。流動計算域模型如圖所示，包含入口、出口及壁面。案例採用 2D 模型計算。計算域流體介質為空氣（標準大氣壓，溫度 293K ），來流速度 1.17m/s 。雷諾數基於障礙物高度（案例為 40mm ），本案例雷諾數為 3115 ，入口位置湍動能及湍流耗散率分別為 0.024m2/s2 及 0.07m2/s3 。流動過程為等溫、湍流及不可壓縮流動。

建模及網格劃分過程這裡不詳述，案例從導入網格開始。

Step 1 ：啟動 Fluent

從開始菜單中選擇 FLUENT ，啟動界面參數設置：

設置Dimension為2D

設置Working Directory

Step 2 ：讀取網格

利用菜單【 File 】 > 【 Read 】 > 【 Mesh 】讀取網格文件 EX1-1.msh 。

利用Setting Up Domain標籤頁下工具欄按鈕Display顯示網格

Step 3 ： General 設置

點擊模型樹節點General，出現 General 面板，如圖所示。

對參數面板進行如下設置：

1 、 Scale…

點擊參數面板中的 Scale… 按鈕。彈出的對話框中進行如下設置：

設置Mesh Was Created In項為mm

點擊Scale按鈕

點擊Close按鈕關閉對話框

確保計算域尺寸與實際要計算的尺寸一致。

2 、 Check

點擊 Check 按鈕，輸出網格信息如圖所示。確保網格最小體積為正值。

3 、 Gravity

激活選項Gravity，設置重力加速度為 Y 方向-9.81m/s2 。

其他參數保持默認。

Step 4 ： Models

選擇模型樹節點Models，在右側 Models 列表項中雙擊Viscous-Laminar，彈出湍流模型設置對話框。設置參數：

選擇Model為k-epsilon （ 2 eqn ）

選擇k-epsilon Model為Realizable

選擇Near-Wall Treatment為Scalable Wall Functions

選擇OK按鈕關閉對話框

其他模型保持默認。

Step 5 ： Materials

採用默認參數即可。

Step 6 ： Cell Zone Conditions

保持默認即可。

Step 7 ： Boundary Conditions

點擊模型樹節點Boundary Conditions，參數面板如圖所示。

1 、 Inlet 邊界設置

滑鼠雙擊 inlet 列表項。設置參數：

設置Velocity Magnitude為1.17m/s

設置Specification Method為K and Epsilon

設置Turbulent Kinetic Energy為0. 024

設置Turbulent Dissipation Rate為0.07

選擇OK按鈕關閉對話框

2 、 Outlet 設置

滑鼠選中 outlet 項，設置Type為Outflow，其他參數保持默認。

Step 8 ： Dynamic Mesh

本案例不涉及動網格，因此無需設置。

Step 9 ： Reference Values

本案例不涉及係數計算，可不用設置參考值。若要設置的話，可按圖進行設置。

Step 10 ： Solution Methods

設置參數：

Pressure - Velocity Coupling Scheme ： Coupled

Turbulent Kinetic Energy ： Second Order Upwind

Turbulent Dissipation Rate ： Second Order Upwind

其它參數保持默認。

Step 11 ： Solution Controls

保持默認參數。

Step 12 ： Monitors

保持默認參數。

Step 13 ： Solution Initialization

如圖所示，採用 Hybrid Initialization 方法進行初始化，點擊 Initialize 按鈕進行初始化。

Step 14 ： Calculation Activities

採用默認設置。

Step 15 ： Run Calculation

設置Number of Iterations為500，點擊Calculate按鈕進行計算。

計算在 198 步時收斂，軟體給出收斂提示並自動停止計算。如圖所示。

計算殘差如圖所示。

Step 16 ：修改殘差標準繼續計算

設置殘差為 1e-6繼續計算。

選擇模型樹節點 Monitors ，雙擊右側面板中 Residuals 列表項

在 Residual Monitors 對話框中，設置 Continuity 的 Absolute Criteria 為 1e-6

Step 17 ：繼續計算

切換到Run Calculation節點下，設置Number of Iterations為500，點擊 Calculate 按鈕進行計算。

計算完畢後可進行後處理查看計算結果。

Step 18 ：設置圖形窗口背景顏色

通常將圖形背景設置為白色，方便放入文檔中。 Fluent 默認背景顏色為藍白梯度色，要將其改變為純白色，需要利用 TUI 命令。具體步驟為：

點擊模型樹節點Graphics，點擊右側面板中按鈕Options …，彈出圖形選項設置對話框

設置Color Scheme為Classic

點擊Apply按鈕，此時圖形背景變為黑色

在 TUI 窗口中輸入命令display/set/colors/background，在顏色輸入提示後輸入」white」

繼續輸入命令display/set/colors/foreground，在顏色輸入提示後輸入」black」

回到上圖的圖形選項對話框中，點擊Apply按鈕

此時圖形背景變為白色。

Step 19 ：查看速度分布

查看計算域內速度分布。

選擇模型樹節點Graphics，滑鼠雙擊右側面板中列表項Contours，彈出雲圖設置對話框

激活選項Filled

選擇Contours of下為Velocity…及Velocity Magnitude

點擊Display按鈕

速度分布如圖所示。

Step 20 ：壓力分布查看

查看計算域內壓力分布。在contours對話框中選擇Contours of下為Pressure…及Static Pressure，點擊Display按鈕顯示壓力分布雲圖。

Step 21 ：查看底部面上壓力分布

利用 XY Plot 輸出底部邊界上的壓力分布。

雙擊模型樹節點Result Plots XY Plot，彈出設置對話框

設置 Plot Direction 為X 方向

設置 Y Axis Functions 為Pressure 及 Static Pressure

選擇 Surface 列表框中列表項bottom

點擊Curves…按鈕，設置Line Style中的Pattern為實線，設置weight為2

設置Marker Style Symbol 為空

點擊Apply及Close按鈕關閉對話框

點擊Solution XY Plot對話框中的Plot按鈕顯示圖形。如圖所示。

本案例完畢。

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