本節書摘來自異步社區《FLUENT 14流場分析自學手冊》一書中的第2章，第2.2節，作者：張惠 , 康士廷著，更多章節內容可以訪問云棲社區“異步社區”公眾號查看

2.2 FLUENT軟件介紹

FLUENT 14流場分析自學手冊
FLUENT是由美國FLUENT公司于1983年推出的CFD軟件，在美國市場占有率達到60%，可解算涉及流體、熱傳遞以及化學反應等的工程問題。由于采用了多種求解方法和多重網格加速收斂技術，因而FLUENT能達到最佳的收斂速度和求解精度。靈活的非結構化網格和基于解的自適應網格技術及成熟的物理模型，使FLUENT在轉捩與湍流、傳熱與相變、化學反應與燃燒、多相流、旋轉機械、動/變形網格、噪聲、材料加工和燃料電池等方面有廣泛應用。例如，井下分析、噴射控制、環境分析、油氣消散/聚積、多相流和管道流動等。

在工程應用上，FLUENT主要可以用在以下幾個方面：

過程和過程裝備應用。
油/氣能量的產生和環境應用。
航天和渦輪機械的應用。
汽車工業的應用。
熱交換應用。
電子/HVAC/應用。
材料處理應用。
建筑設計和火災研究。
簡而言之，FLUENT適用于各種復雜外形的可壓和不可壓流動計算。對于不同的流動領域和模型，FLUENT公司還提供了其他幾種解算器，其中包括NEKTON、FIDAP、POLYFLOW、IcePak以及MixSim。

2.2.1 FLUENT系列軟件介紹
相比于其他專業化的CFD分析軟件，FLUENT的專業化和功能性最強，其系列軟件皆采用FLUENT公司自行研發的Gambit前處理軟件來建立幾何形狀及生成網格，是具有超強組合建構模型能力的前處理器。另外，TGrid和Filters（Translators）是獨立于FLUENT的前處理器，其中TGrid用于從現有的邊界網絡生成體網絡，Fliters可以轉換由其他軟件生成的網絡從而用于FLUENT計算。

1．GAMBIT：專用的CFD前置處理器（幾何/網格生成）
GAMBIT目前是CFD分析中最好的前置處理器，它包括先進的幾何建模和網格劃分方法。借助功能靈活，完全集成的和易于操作的界面，GAMBIT可以顯著減少CFD應用中的前置處理時間。復雜的模型可直接采用GAMBIT固有幾何模塊生成，或由CAD/CAE構型系統輸入。高度自動化的網格生成工具保證了最佳的網格生成，如結構化、非結構化、多塊或混合網格。

2．FLUENT：基于非結構化網格的通用CFD求解器
FLUENT采用可選的多種求解方法，從壓力修正的Simple法到隱式和顯式的時間推進方法并加入了當地時間步長，隱式殘差光滑，多重網格加速收斂。可供選擇的湍流模型從單方程、雙方程直到雷諾應力和大渦模擬。應用的范圍包括高超音流動、跨音流動、傳熱傳質、剪切分離流動、渦輪機、燃燒、化學反應、多相流、非定常流和攪拌混合等。FLUENT14.5是基于完全并行平臺的計算工具，既可應用在超級并行計算機上，又可實現高速網絡的分布式并行計算，大大增強了計算能力，具有廣闊的應用前景。

3．FIDAP：基于有限元方法的通用CFD求解器
一流的流固耦合分析軟件。將有限元方法應用于CFD領域。應用于聚合體處理、薄膜涂層、生物醫學、半導體結晶生長、冶金和玻璃處理等領域。

4．POLYFLOW：針對黏彈性流動的專用CFD求解器
基于有限元的CFD求解器。其特點是擁有強大的黏彈性計算模塊。主要應用于聚合物處理領域，如擠型模設計、吹塑和光纖抽絲等問題。

5．MIXSIM：針對攪拌混合問題的專用CFD軟件
內置了專用前處理器，可迅速建立攪拌器和混合器的網格及計算模型。

6．ICEPAK：專用的熱控分析CFD軟件
ICEPAK是一個完全交互式、面向電子冷卻領域工程師的熱分析軟件。借助ICEPAK的設計環境可以減少設計成本、縮短高性能電子系統的上市時間。ICEPAK軟件提供了豐富的物理模型，如可以模擬自然對流、強迫對流和混合對流、熱傳導、熱輻射、流-固的耦合換熱、層流、湍流、穩態、非穩態等流動現象。另外，ICEPAK還提供了其他分析軟件所不具備的許多功能，如模型真實的幾何、真實的風機曲線、真實的物性參數等。ICEPAK提供了其他分析軟件包不具備的能力，包括精確的模擬非矩形設備、接觸阻力、各向異性熱傳導率、非線形風扇曲線、散熱設備、外部熱交換器以及在輻射傳熱中View factor的自動計算。

最基本的流體數值模擬可以通過以上的軟件合作完成，如圖2-1和圖2-2所示。

2.2.2 FLUENT的功能及特點
1．FLUENT軟件的基本結構
FLUENT軟件設計基于CFD計算機軟件群的概念，針對每一種流動的物理問題的特點，采用適合于它的數值解法以在計算速度、穩定性和精度等方面達到最優。

FLUENT軟件的結構由前處理、求解器及后處理三大模塊組成。FLUENT軟件中采用GAMBIT作為專用的前處理軟件，使網格可以有多種形狀。對二維流動可以生成三角形和矩形網格；對于三維流動可以生成四面體、六面體、三角柱和四棱錐體等網格；結合具體計算，還可以生成混合網格。其自適應功能，能對網格進行細分或粗化，或生成不連續網格、可變網格和滑動網格。

FLUENT軟件采用的二階上風格式是Barth T J與Jespersen D C針對非結構網格提出的多維梯度重構法，后來進一步發展，采用最小二乘法估算梯度，能較好地處理畸變網格的計算。FLUENT率先采用非結構網格使其在技術上處于領先。

FLUENT軟件的核心部分是納維- 斯托克斯方程組的求解模塊。用壓力校正法作為低速不可壓流動的計算方法，包括SIMPLE、SIMPLER、SIMPLEC和PISO等。采用有限體積法離散方程，其計算精度和穩定性都優于傳統編程中使用的有限差分法。離散格式為對流項二階迎風插值格式—QUICK格式（Quadratic Upwind Interpolation for Convection Kinetics scheme），其數值耗散較低，精度高且構造簡單。而對可壓縮流動采用耦合法，即連續性方程、動量方程和能量方程聯立求解。湍流模型是包括FLUENT軟件在內的CFD軟件的主要組成部分。

FLUENT軟件配有各種層次的湍流模型，包括代數模型、一方程模型、二方程模型、湍應力模型和大渦模擬等。應用最廣泛的二方程模型是k2ε模型，軟件中收錄有標準k2ε模型及其幾種修正模型。

FLUENT軟件的后處理模塊具有三維顯示功能來展現各種流動特性，并能以動畫功能演示非定常過程，從而以直觀的形式展示模擬效果，便于進一步分析。該軟件的使用步驟如圖2-3所示。

FLUENT軟件程序模擬能力如下：

無黏流、層流和湍流模型。
適用于牛頓流體和非牛頓流體。
強制/自然/混合對流的熱傳導，固體/流體的熱傳導、輻射。
化學組份的混合/反應。
自由表面流模型、歐拉多相流模型、混合多相流模型、顆粒相模型、空穴兩相流模型和濕蒸汽模型。
融化熔化/凝固。
蒸發/冷凝相變模型。
離散相的拉格朗日跟蹤計算。
非均質滲透性、慣性阻抗、固體熱傳導和多孔介質模型（考慮多孔介質壓力突變）。
風扇、散熱器和以熱交換器為對象的集中參數模型。
基于精細流場解算的預測流體噪聲的聲學模型。
質量、動量、熱和化學組份的體積源項。
復雜表面形狀下的自由面流動。
磁流體模塊主要模擬電磁場和導電流體之間的相互作用問題。
連續纖維模塊主要模擬纖維和氣體流動之間的動量、質量以及熱的交換問題等。
2．FLUENT軟件的特點
提供了非常靈活的網絡特性，比如，三角形、四邊形、四面體、六面體、四棱錐體網格，如圖2-4所示。

FLUENT使用Gambit作為前處理軟件，來讀取多種CAD軟件的三維幾何模型以及多種CAE軟件的網格模型。FLUENT可用于二維平面、二維軸對稱和三維流動分析，可完成多種參考體系下流場模擬、定常和非定常流動分析、不可壓流和可壓流計算、層流和湍流模擬、傳熱和熱混合分析、化學組分混合和反應分析、多相流分析、固體與流體耦合傳熱分析和多孔介質分析等。它的湍流模型包括k～ε模型、Reynolds應力模型、LES模型、標準壁面函數和雙層近壁模型等。
FLUENT可以自定義多種邊界條件，例如流動入口以及出口邊界條件、壁面邊界條件等，可采用多種局部的笛卡爾和圓柱坐標系的分量輸入，所有邊界條件均可隨空間和時間變化，包括軸對稱和周期變化等。FLUENT提供的用戶自定義子程序功能，可讓用戶自行設定連續方程、動量方程、能量方程或組分輸運方程中的體積源項，自定義邊界條件、初始條件、流動的物性、添加新的標量方程和多孔介質模型等。
FLUENT是用C語言寫的，可實現動態內存分配及高效的并行數據結構，具有很大的靈活性與很強的處理能力。此外，FLUENT使用客戶端／服務器結構，允許同時在用戶桌面工作站和強有力的服務器上分離地運行程序。
FLUENT解的計算與顯示可以通過交互式的用戶界面來完成。用戶界面是通過Scheme語言寫成的。高級用戶可以通過寫菜單宏及菜單函數自定義及優化界面，還可以使用基于C語言的用戶自定義函數功能對FLUENT進行擴展。
此外，FLUENT 14.5還具有其獨有的特點：

可以方便設置慣性或非慣性坐標系、復數基準坐標系、滑移網格以及動靜翼互相作用模型化后的連續界面。
內部集成豐富的物性參數數據庫，含有大量的材料可供選用，用戶可以方便地自定義材料。
具有高效率的并行計算功能，提供多種自動/手動分區算法；內置MPI并行計算機制可大幅度提高并行效率。
擁有良好的用戶界面，提供了二次開發接口（UDF）。
具有后處理和數據輸出功能，可以對計算結果進行處理，生成可視化圖形以及相應的曲線、報表等。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的《FLUENT 14流场分析自学手册》——2.2 FLUENT软件介绍的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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