【文章內(nèi)容簡介】 Dyna其軟件主界面如下圖所示： ICEM軟件界面 FLUENTFLUENT是用于模擬具有復(fù)雜外形的流體流動以及熱傳導(dǎo)的計算機程序。它提供了完全的網(wǎng)格靈活性，用戶可以使用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，例如，二維三角形或四邊形網(wǎng)格、三維四面體/六面體/金字塔形網(wǎng)格來解決具有復(fù)雜外形的流動，甚至可以用混合型非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。它允許用戶根據(jù)解的具體情況對網(wǎng)格進行修改（細化/粗化）FLUENT是用C語言編寫的，因此具有很大靈活性。除此之外，為了高效地執(zhí)行，交互地控制，以及靈活地適應(yīng)各種機器與操作系統(tǒng)，F(xiàn)LUENT使用Client/Server結(jié)構(gòu)，因此它允許同時在用戶桌面工作站和強有力的服務(wù)器上分離地運行程序。在FLUENT中，解的計算與顯示可以通過交互界面和菜單界面來完成。高級用戶可以通過寫菜單宏和菜單函數(shù)自定義和優(yōu)化界面。它的應(yīng)用主要有以下幾個方面：l 過程工程l 油/氣能量的產(chǎn)生和環(huán)境應(yīng)用l 航天和渦輪機械的應(yīng)用l 汽車工業(yè)的應(yīng)用l 電子/HVAC/應(yīng)用l 材料處理應(yīng)用l 建筑設(shè)計和火災(zāi)研究在目前的CFD市場上，F(xiàn)LUENT以其在非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的基礎(chǔ)上提供豐富的物理模型而著稱，久經(jīng)考驗的數(shù)值算法和魯棒性極好的求解器保證了計算結(jié)果的精度，新的NITA算法大大縮短了求解瞬態(tài)問題所需時間，成熟的并行計算能力適用于Windows NT、Linux或UNIX平臺，而且既適用于單機的多處理器，又適用于網(wǎng)絡(luò)連接的多臺機器。動態(tài)加載平衡功能自動監(jiān)測并分析并行性能，通過調(diào)整各處理器間的網(wǎng)格分配平衡各CPU的計算負載。FLUENT的湍流模型一直處于商業(yè)CFD軟件的前沿，它提供的豐富的湍流模型中有經(jīng)常使用到的湍流模型、針對強旋流和各相異性流的雷諾應(yīng)力模型等。隨著計算機能力的顯著提高，F(xiàn)LUENT已將大渦模擬（LES）納入其標準模塊，并且開發(fā)了更加高效的分離渦模型（DES），F(xiàn)LUENT提供的壁面函數(shù)和加強壁面處理的方法可以很好地處理壁面附近的流動問題?？偠灾瑢τ谀M復(fù)雜流場結(jié)構(gòu)的不可壓縮/可壓縮流動來說，F(xiàn)LUENT是很理想的軟件。對于不同的流動領(lǐng)域和模型，F(xiàn)LUENT公司還提供了其他幾種解算器，其中包括NEKTON、POLYFLOW、IcePak以及MixSim。 FLUENT 流體力學基本方程流體力學中的三大方程，即連續(xù)方程、運動方程及能量方程，是在質(zhì)量守恒定律、牛頓第二定律和能量守恒定律基礎(chǔ)上建立的反映流體運動的基本方程，是計算流體力學(CFD)的基礎(chǔ)。對于忽略體力、無外加熱源的情況，可壓縮粘性流體的連續(xù)方程、動量方程（NS方程）和能量方程的張量表達形式如下 () () ()其中，應(yīng)力張量和焓的表達式分別為 () ()方程()—()含有五個自變量，為了使方程組封閉，還需要補充理想氣體狀態(tài)方程 ()對于空氣，分子動力粘性系數(shù)為，熱傳導(dǎo)系數(shù)為，等壓比熱容為，氣體常數(shù)為。 湍流模型為了封閉上述方程組，我們必須引入湍流模型。湍流模型是以雷諾平均運動方程與脈動運動方程為基礎(chǔ)，依靠理論與經(jīng)驗的結(jié)合，引進一系列模型假設(shè)，而建立起的一組描寫湍流平均量的封閉方程組。 湍流數(shù)值模擬方法升構(gòu)型飛行的雷諾數(shù)在左右，數(shù)值模擬采用全湍流計算，未考慮轉(zhuǎn)捩的影響。湍流是一種高度復(fù)雜的三維非定常、帶旋轉(zhuǎn)的不規(guī)則流動。在湍流中流體的各種物理參數(shù)，如速度、壓力、溫度等都隨著時間與空間發(fā)生隨機變化。目前，湍流的數(shù)值計算方法可以分為直接數(shù)值模擬和非直接數(shù)值模擬。 湍流數(shù)值模擬方法的分類直接數(shù)值模擬是指直接求解瞬時湍流控制方程。而非直接數(shù)值模擬就是不直接計算湍流的脈動特性，而是設(shè)法對湍流作某種程度的近似和簡化處理。依賴所采用的近似和簡化方法不同，非直接數(shù)值模擬方法又可以分為大渦模擬、Reynolds平均法和統(tǒng)計平均法。Reynolds平均法不直接求解NS方程，而是設(shè)法求解Reynolds時均方程（不可壓縮流動）或者質(zhì)量加權(quán)平均方程（可壓縮流動）。這樣，不僅可以避免DNS方法和大渦模擬方法計算量大的問題，而且可以在工程實際應(yīng)用中取得很好的效果，因此成為目前使用最為廣泛的湍流數(shù)值模擬方法。根據(jù)對Reynolds應(yīng)力作出的假定和處理方式不同，常用的湍流模型有Reynolds應(yīng)力模型和渦粘模型。Reynolds應(yīng)力模型適合于計算各向異性的湍流，但是計算量大；渦粘模型假定湍流是各向同性的，引入湍流渦粘性系數(shù)來計算Reynolds應(yīng)力，計算量較小，因此在工程計算中經(jīng)常使用。渦粘模型包括代數(shù)模型(零方程模型)、一方程模型和兩方程模型。零方程模型用代數(shù)關(guān)系式把湍流渦粘性系數(shù)與流動時均值聯(lián)系起來，其典型代表是Prandtl混合長度理論。Prandtl混合長度理論只適用于帶有薄剪切層的簡單流動，不能模擬有分離和回流的復(fù)雜流動，所以在實際工程中很少使用。一方程模型引入了湍動能的輸運方程，假設(shè)渦粘性系數(shù)與湍動能的平方根和湍流脈動特性尺度的乘積有關(guān)，該模型考慮了湍流脈動的對流輸運和擴散輸運，比零方程模型更合理，但是湍流脈動特性尺度不容易確定，所以在實際工程中應(yīng)用也很少。兩方程模型使用湍流的兩個特征量計算渦粘性系數(shù)，并且為這兩個特征量都建立了輸運方程。本論文選擇了SpalartAllmaras湍流模型，簡稱SA模型，它是一種一方程模式模型。 質(zhì)量平均的流動控制方程變量q的質(zhì)量加權(quán)平均定義為 （）其中。湍流瞬時速度表示為： （）容易驗證： （）將上述關(guān)系帶入方程（）、（）、（），取時間平均，整理后可導(dǎo)出： （）對于渦粘模型，根據(jù)Boussinesq假設(shè)，雷諾應(yīng)力張量為（為了表述方便，將記為，將記為，下同）： () SA模型SA模型是九十年代發(fā)展起來的一種湍流模型，它從經(jīng)驗和量綱分析出發(fā)，由針對簡單流動再逐漸補充發(fā)展而適用于帶有層流流動的固壁湍流流動的一方程模型，SA模型引入了湍流運動粘性系數(shù)，湍流粘性系數(shù)的輸運方程，表達式如下： （）湍流產(chǎn)生項為： （）其中：，，湍流耗散項為： （）其中：，上述計算公式中的常數(shù)為、、取為：，，，。在壁面邊界上設(shè)定為0，當壁面附近的網(wǎng)格足夠細可以求解層流底層時，壁面剪切應(yīng)力可由下式得出： （）當壁面網(wǎng)格較粗糙時，則假設(shè)靠近壁面的網(wǎng)格處于對數(shù)律層： （）為平行于壁面的速度，為剪切速度，為到壁面的距離。湍流粘性系數(shù)通過下式進行計算： （） 邊界條件只有在一定的初始條件和邊界條件下，流動控制方程組的解才具有唯一性，因此，邊界條件的給定及離散方式是數(shù)值