【正文】 — FLUENT 用 PDF 模型計(jì)算燃燒過程的預(yù)處理軟件。 （ 3） GAMBIT —— FLUENT 提供的網(wǎng)格生成軟件。 （ 4） TGRID—— FLUENT 用于從表面網(wǎng)格生 成空間網(wǎng)格的軟件。 （ 5）過濾器 —— 或者叫翻譯器，可以將其他 CAD/CAE 軟件生成的網(wǎng)格文件變成能被 FLUENT 識別的網(wǎng)格文件。上述 幾 種軟件 之間的關(guān)系如圖 31 所示。 圖 31 FLUENT下軟件各組件之間的關(guān)系 GAMBIT 即可以生成用于 FLUENT 計(jì)算的網(wǎng)格，也可以生成其他一些 CAE 軟件的網(wǎng)格。一旦網(wǎng)格文件被輸入到 FLUENT 中，剩下的工作就由 FLUENT 完成。這些工作包括設(shè)定邊界條件和物質(zhì)屬性、調(diào)整網(wǎng)格、進(jìn)行計(jì)算、對結(jié)果進(jìn)行后處理并顯示結(jié)果等等。 用 FLUENT 程 序求解問題的步驟 利用 FLUENT 軟件進(jìn)行求解的步驟如下： 鉆頭射流數(shù)值模擬理論與 操作過程 23 (1)確定幾何形狀，生成計(jì)算網(wǎng)格 (用 GAMBIT，也可以讀入其他指定程序生成的網(wǎng)格 )； (2)輸入并檢查網(wǎng)格； (3)選擇求解器 (2D 或 3D 等 )； (4)選擇求解的方程：層流或湍流 (或無粘流 )，化學(xué)組分或化學(xué)反應(yīng)，傳熱模型 等。確定其他需要的模型，如：風(fēng)扇、熱交換器、多孔介質(zhì)等模型； (5)確定流體的材料物性； (6)確定邊界類型及其邊界條件； (7)條件計(jì)算控制參數(shù) ； (8)流場初始化； (9)求解計(jì)算 ； (10)保存結(jié)果，進(jìn)行后處理等。 關(guān)于 FLUENT 求解器的說明 (1)FLUENT2D—— 二維單精度求解器； (2)FLUENT3D—— 三維單精度求解器； (3)FLUENT2ddp—— 二維雙精度求解器； (4)FLUENT3ddp—— 三維雙精度求解器； Gambit操作過程簡介 鉆頭 射流流動模擬 計(jì)算 模型是先將建立的物理模型導(dǎo)入 GAMBIT 中獲得初始模型，然后以初始模型進(jìn)行建模獲得的。 在物理模型導(dǎo)入 GAMBIT 中后，運(yùn)行 GAMBIT 軟件，進(jìn)入 GAMBIT 軟件的工作界面后依次點(diǎn)擊 File— Import— STEP 彈出圖 32 所示的對話框， File Name 選擇 文 件點(diǎn)擊 accept即可，這樣物理模型就導(dǎo)入了 GAMBIT里面。導(dǎo)入 GAMBIT之后 GAMIT的主控制畫面如圖 33 所示： 鉆頭射流數(shù)值模擬理論與 操作過程 24 圖 32 讀入 圖 33 GAMBIT的主控制畫面 圖 33 中右邊上半部分為建模工具區(qū)，下半部分為屏幕顯示工具區(qū)；左邊上面部分為工作區(qū)，下面左邊部分為命令反饋區(qū)，下面右邊部分為圖標(biāo)說明區(qū)。當(dāng)用鼠標(biāo)指向工具欄中的圖標(biāo)時(shí)．圖標(biāo)說明區(qū)將顯示該圖標(biāo)的作用和簡單介紹 ，這一功能非常實(shí)用。當(dāng)執(zhí)行了某一項(xiàng)操作后其命令和命令執(zhí)行結(jié)果以及相關(guān)提示將在命令反饋區(qū)中顯示，當(dāng)內(nèi)鉆頭射流數(shù)值模擬理論與 操作過程 25 容較多時(shí)，還可點(diǎn)擊其右側(cè)上方向上的箭頭將命令反饋區(qū)展開。 點(diǎn)擊建模工具區(qū)里面的 Mesh— volume— Mesh volumes，打開 Mesh volumes 對話框，如圖 34 所示。在 Elements右面的方框中選擇 Tet/Hybrid， Type選擇 TGrid，點(diǎn) Tet/Hybrid，Type 選擇 TGrid ，令 spacing 后面的 interval size 數(shù)值為 1，點(diǎn)擊 volume 右面的黃色區(qū)域，然后鼠標(biāo)左 鍵選中整個(gè)幾何體點(diǎn)擊 Apply，則網(wǎng)格圖如圖 35 所示。劃分完網(wǎng)格之后需要設(shè)置邊界條件。依次點(diǎn)擊建模工具區(qū)的 Zones— Specify Boundary Types，打開Specify Boundary Types 對話框如圖 36 所示。 Action 項(xiàng)選擇 Add， Entity 項(xiàng)選擇 Faces，Type 項(xiàng)選擇 VELOCITY_INLET， Name 項(xiàng)輸入“ inlet”，點(diǎn)擊 Faces 右邊的黃色區(qū)域．然后鼠標(biāo)左鍵選中流體進(jìn)入鉆頭經(jīng)過的第一個(gè)面。 Type 項(xiàng)選擇 PRESSURE_OUTLET， Name 項(xiàng)輸入“ outlet”，點(diǎn)擊 Faces 右邊的黃色區(qū)域，然后選中流體從井底上返經(jīng)過的面。剩下的面設(shè)置為 WALL。 圖 35 定義邊界條件 圖 34 GAMBIT 劃分的網(wǎng)格圖 圖 36 保存網(wǎng)格文件對話框 鉆頭射流數(shù)值模擬理論與 操作過程 26 定義完邊界條件之后點(diǎn)擊 File— Export— Mesh 彈出圖 36 所示的對話框，保持默認(rèn)狀態(tài)點(diǎn)擊 Accept即可，則文件保存在 GAMBIT的啟動目錄下， FLUENT里面要用到的文件。 FLUENT 操作過程簡介 選擇三維 精度求解器啟動 FLUENT 軟件， FLUENT 軟件的操作界面如圖 37 所示。 圖 37 FLUENT軟件的工作界面 圖 38 讀入網(wǎng)格文件的信息反饋 與網(wǎng)格相關(guān)的操作 (1)讀入網(wǎng)格文件 依次點(diǎn)擊 File— Read— Case 彈出選擇文件對話框，選擇 文件點(diǎn)擊 ok． 在讀入網(wǎng)格文件后會在信息反饋窗口顯示圖 38 所示的信息，其中包括節(jié)點(diǎn)數(shù) 175082 等，最后的 Done 表示讀 入成功。 (2)網(wǎng)格檢查 單擊 Grid— Check，在信息反饋窗口顯示如圖 39 所示的信息，網(wǎng)格檢查列出了 x、y 的最小和最大值，還報(bào)告出網(wǎng)格的其他特性 (比如單元的最大體積和 最 小體積、最大面積和最小面積等 )和有關(guān)網(wǎng)格的任何錯(cuò)誤，特別是要求確保雖小體積不能是負(fù)值，否則 FLUENT 無法進(jìn)行計(jì)算； (3)平滑和變換網(wǎng)格 這一步是為確保網(wǎng)格質(zhì)量的操作，對于三角形單元來說尤為重要。單擊 Grid—鉆頭射流數(shù)值模擬理論與 操作過程 27 Smooth/Swap 打開 Smooth/Swap Grid 對話框如圖 310 所示，點(diǎn)擊 Smooth 按鈕，再點(diǎn)擊Swap，重復(fù)以 上操作直到 FLUENT 報(bào)告沒有需要交換的面為止。 圖 39 網(wǎng)格檢查信息反饋 圖 310 平 滑與交換 網(wǎng)格 對話框 (4)改變長度單位 在 SI 單位制中刻度的默認(rèn)單位是 m，所以需要改為 mm。單擊 Grid— Scale 打開Scale Grid 對話框如圖 311 所示。在單位轉(zhuǎn)換 (Units Conversion)欄中的 (Grid Was Created In)網(wǎng)格長度單位右側(cè)下 拉列表中選擇 mm。點(diǎn)擊 Change Lengths Units，此時(shí)在 Domain Extents 欄中給出了區(qū)域的范圍和度量的單位。點(diǎn)擊 Scale，然后點(diǎn)擊 Close 關(guān)閉對話框即可。 鉆頭射流數(shù)值模擬理論與 操作過程 28 圖 311 長度單位設(shè)置對話框 建立求解模型 (1)求解器設(shè)置 單擊 DefineModelsSolver，彈出圖 312 所示的對話框，將 Time(時(shí)間屬性 )一欄改為 Steady(定常流動 )，其他的保持默認(rèn)狀態(tài)即可，點(diǎn)擊 ok。 圖 312 解器設(shè)置對話框 鉆頭射流數(shù)值模擬理論與 操作過程 29 (2)湍流模型選擇 單擊 Define— Models— Viscous 打開 Viscous Model 對話框如圖 313 所示。圖中Inviscid 表示無黏 (理想 )流體： Laminar 表示層流模型 ； 另外 4 個(gè)為常見的湍流模型。選擇 SpalartAllmaras，保持默認(rèn)值點(diǎn)擊 ok。由于在本模型中涉及不到熱量．所以不需要啟動能量方程。 圖 313 湍流模型選擇對話框 (3)設(shè)置流體物理屬性 點(diǎn)擊 Define— Materials， 打 開 Materials對話框如圖 314所示，點(diǎn)擊右面的 Fluent Database打開 Fluent Database Materials對話框如圖 315所示，在 Fluent Fluid Materials下拉列表中選擇 Waterliquid．其他設(shè)置保持不變點(diǎn)擊 copy，然后點(diǎn)擊 close關(guān)閉對 話框回到Materials對話框，將 Name改為 drillfluid， Chemical Formula中 h2o1刪除保持空白即可。將 Density(密度 )大小改為 1025， Viscosity(粘度 )大小改為 ，點(diǎn)擊 change／ create然后點(diǎn)擊 close關(guān)閉對話框。 鉆頭射流數(shù)值模擬理論與 操作過程 30 圖 314 材料設(shè)置對話框 圖 315 FLUENT材料庫對話框 設(shè)置邊界條件 點(diǎn)擊 Define— Boundary Conditions 打開 Boundary Conditions 對話框如圖 316 所示，圖中 Zone 欄為區(qū)域標(biāo)示： Type 欄內(nèi)為相應(yīng)的屬性。 鉆頭射流數(shù)值模擬理論與 操作過程 31 圖 316 邊界選擇對話框 圖 317 流體選擇對話框 在 Zone 欄內(nèi)選擇 fluid，其類型在右邊 Type 欄內(nèi)選擇 fluid。然后點(diǎn)擊下面的 Set按鈕打開 Fluid 設(shè)置對話框如圖 317 所示。在 Material Name 下拉列表中選擇 drillfluid，點(diǎn)擊 ok，關(guān)閉材料選擇對話 框。 在 Zone 欄內(nèi)選擇 inlet，其類型在右邊 Type 欄內(nèi)選擇 velocityinlet。點(diǎn)擊下面的 Set按鈕，打開速度邊界設(shè)置對話框如圖 318 所示。 圖 318 速度入口設(shè)置對話框 鉆頭射流數(shù)值模擬理論與 操作過程 32 在 Velocity Specification Method(速度給定方式 )下拉列表中選擇 Magnitude， Normal to Boundary(給定速度大小，速度方向垂直于邊界 )：在 Velocity Magnitude(入口速度 )一欄輸入 ,右側(cè)欄內(nèi)選擇 constant(常數(shù) )；在 Turbulence Specification Method(湍流定義方法 )一欄的下拉列表中選擇 Intensity and Hydraulic Diameter(強(qiáng)度與水力直徑 )，在 Turbulence Intensity(湍流強(qiáng)度 )一欄填入 2 (來流的湍 流強(qiáng)度 )，在 Hydraulic Diameter (水力直徑 )一欄輸入 (入口尺寸 )。點(diǎn)擊 ok關(guān)閉速度邊界設(shè)置對話框，然后點(diǎn)擊 close關(guān)閉 Boundary Conditions 對話框。 在 Zone 欄內(nèi)選擇 outlet，其類型在右邊 Type 欄內(nèi) outflow。點(diǎn)擊下面的 Set 按鈕，打開出流邊界設(shè)置對話框如圖 319 所示。 圖 319 出流邊界設(shè)置對話框 求解 (1)流場初始化 點(diǎn)擊 Solve— Initialize，打開 Solution Initialization對話框如圖 320 所示。在 Computer From列表中選擇 inlet，則表中數(shù)據(jù)與邊界 inlet 相同。鑒于初始化僅是對內(nèi)部流動的一個(gè)猜測值．可以對其數(shù)據(jù)進(jìn)行更改，其結(jié)果影響到迭代計(jì)算的收斂速度。點(diǎn)擊 Init，然后點(diǎn)擊 close 關(guān)閉對話框。 鉆頭射流數(shù)值模擬理論與 操作過程 33 圖 320 流 場初始化對話框 (2)設(shè)置監(jiān)視窗口 在出口處關(guān)心的是速度是否達(dá)到穩(wěn)定值，為此， FLUENT 可以設(shè)置監(jiān)視器對所關(guān)心 的截面和物理量進(jìn)行監(jiān)測。點(diǎn)擊 Solve— Monitors— Surface打開 Surface Monitor(表面監(jiān)視器 )設(shè)置對話框如圖 321 所示。將 Surface Monitor 右側(cè)的數(shù)目增加到 1， 選擇 plot，點(diǎn)擊 monitor 最右邊的 Define 按鈕，則出現(xiàn)如圖 322 所示的對話框。在 Report of 項(xiàng)選擇 Velocity 和 velocity magnitude，在 Surfaces 項(xiàng)選擇監(jiān)測表面為 outlet，點(diǎn)擊 ok，點(diǎn)擊Surfaces Monitors 對話框中的 ok。 圖 321 表面監(jiān)視 器對話框 鉆頭射流數(shù)值模擬理論與 操作過程 34 圖 322 面監(jiān)視器定義對話框 (3)修 改計(jì)算精度 點(diǎn)擊 solve— MonitorsResidual 打開 Residual Monitors 對話框如圖 323 所示，將收斂的精度由原來的 改為 ，其他的保持默認(rèn)點(diǎn)擊 ok。點(diǎn)擊 solve— It