1.2 FLUENT 15.0概述
FLUENT是当前从事流体分析的用户使用最为广泛的CFD软件，早在2006年，FLUENT 6.3就已经占据了商业CFD软件的大壁江山。FLUENT以用户界面友好而著称，所以对初学者来说非常容易上手。FLUENT从用户需求角度出发，针对各种复杂流动的物理现象采用不同的离散格式和数值方法，在特定领域内使计算速度、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。
FLUENT的最新版本是FLUENT 15.0，它又有了一些新的功能创新，本章即介绍FLUENT 15.0的新特性以及它的操作界面、基本操作设置和模型，并通过一个基础实例帮助读者了解FLUENT仿真计算的流程。
1.2.1 FLUENT 15.0的特性
一、GPU支持流体求解器
工程师总是希望找到更加快速的解决方案，ANSYS通过各种技术来帮助他们找到更加理想的方案，FLUENT 15.0支持GPU计算，这一改进将速度提升了2.5倍。
二、更加快速准确的模拟液膜
通常需要高级的模型来对复杂的多相流过程进行仿真模拟，如果物理模型不能够顺利的发展，在仿真模拟阶段会受到很大的阻碍，计算结果也将不精确。因此，FLUENT 15.0在壁面液膜和蒸发冷凝领域的仿真模拟具有重大作用。
欧拉壁面液膜模型得到了扩展，可以兼容移动壁面、移动参考坐标系以及周期性边界条件。除此之外，冷凝与蒸发也可以使用欧拉模型与混合多相流模型进行仿真。
三、面向复杂物理场的快速求解器
在通常情况下，物理场越复杂，每次仿真所需的时间就越长，ANSYS旨在提供最快速的解决方案。通过流体体积（VOF）模型进行不相容流体仿真的速度提高幅度高达36%。
得益于自适应时间步长的支持，瞬态欧拉多相流仿真速度得以提升，动态燃烧机理精简可使仿真速度翻倍（与直接集成相比，大型机理可将仿真速度提升7倍。已经在使用原位自适应建表方法（In-Situ Adaptive Tabulation）的用户也会见证仿真速度的加快过程，但是实际加速会小些）。这对大型机理来说非常有利，尤其是取消了50种组分的限制之后，小火焰模型生成速度更快（某些情况下，增速达到50倍）。
在燃烧领域，有了扩散火焰面生成的流形模型，就能配合此前发布的预混合火焰面生成模型，从而仿真各种不同的燃烧应用。火焰面库的创建现已得到加速，举例来说，100种机制稳定的层流扩散火焰面库在20分钟之内就能计算完成，而不像前版一样需要24个小时。
反应器网格模型根据机械构成面紧密度进行单元集群，从而加速复杂3D燃烧的仿真。这种支持只需对每一批集群单元而不必对每个单元都进行复杂化学计算。
1.2.2 FLUENT 15.0的操作界面
一、FLUENT 15.0的打开
在Windows窗口中运行FLUENT的方法有如下3种。
（1）直接利用桌面快捷方式。双击FLUENT 15.0快捷启动图标，在弹出的Fluent Launcher窗口中选择计算问题的维度、启动后的显示方式、是否并行计算等，设置完成后，单击OK按钮，即启动了FLUENT 15.0，如图1-9所示。
图1-9 FLUENT直接启动图示
（2）单击开始菜单中的“运行”，在运行对话框中输入“Fluent 15.0”，按回车键，弹出Fluent Launcher窗口，其余同上。
（3）单击开始菜单中的所有程序，选择ANSYS 15.0→Fluent Dynamics→FLUENT 15.0命令，即弹出Fluent Launcher窗口，其余同上。
FLUENT的操作界面有两种：图形用户界面（GUI）和文本用户界面（TUI），控制包括菜单按钮的图形界面和终端仿真程序。
二、FLUENT 15.0图形用户界面
FLUENT 15.0图形用户界面由面板、图形窗口、下拉菜单及对话框组成，如图1-10所示。刚启动FLUENT 15.0时，左侧显示控制树，右侧显示图形窗口。当用户单击左侧控制树的某项命令时，具体的列表会在中间的控制面板展开。当然也可以利用菜单命令，如选择Define命令即可弹出下拉菜单。当用户选择Results命令时，图形窗口会出现相应的结果图像。此外，许多命令在执行过程中还会弹出对话框。
图1-10 FLUENT图形用户界面
FLUENT 15.0菜单栏包含了11个菜单，如图1-11所示，它们按运行的步骤顺序有层次地组织在一起。FLUENT菜单提供了用于操作的大部分命令，其下拉菜单的使用方法和Windows一样，直接单击即可弹出相应的面板或对话框，如单击Display下拉菜单中的Graphics and Animations命令，则会展开图1-12所示的Graphics and Animations面板。
图1-11 FLUENT菜单
图1-12 Graphics and Animations面板
FLUENT 15.0菜单栏下方还有一个工具栏，如图1-13所示。用户可以利用其打开和保存文件，设置图形显示和视图窗口的形式。
FLUENT 15.0在操作中经常会弹出一类对话框，用于完成简单的输入/输出任务，如警告、错误和询问，如图1-14所示。此类对话框是临时窗口，出现时要对其进行响应。如信息提示框提示我们需要知道的信息，查看后单击OK按钮即可；而警告对话框用于警告某些潜在问题，并询问是否继续当前的操作。
图1-13 工具栏
图1-14 响应对话框
除了需要响应的对话框外，通常弹出的对话框主要用于处理复杂的输入任务，该类对话框是一个独立的窗口，但是使用起来更像是填充一个表格。每一个对话框都是独一无二的，而且使用各种类型的输入控制组成表格。在对话框的控制下输入数据后，需要应用所改变的设置，或者取消所改变的设置。这种对话框有3个按钮：OK是应用设置并关闭对话框，Cancel是关闭对话框而不做任何改变，Help是启用帮助文件，如图1-15所示。
若应用所改变的设置之后仍然不关闭对话框，这时可以做更多的设置。后处理和自适应网格中经常会出现这样的对话框，如图1-16所示。Apply按钮表示应用设置不关闭对话框，这一按钮经常也有其他的名称，比如后处理过程中该按钮的名字是Display，自适应网格中这个按钮的名称是Adapt。所有的对话框都包含Help按钮，用于显示如何使用对话框的信息。对话框中各种类型的输入控制如表1-4所示。
图1-15 Operating Conditions对话框
图1-16 Colormap对话框
表1-4 对话框中的各种类型的输入控制
FLUENT 15.0的右上角为图形显示窗口，如图1-17所示。后处理中，可通过显示选项对话框来控制图形显示的属性，如图1-18所示。
图1-17 图形显示窗口
图1-18 Contours对话框
三、FLUENT 15.0文本窗口
FLUENT 15.0操作界面的右下角为文本窗口。文本窗口中的命令行提示符位于最下面一行，刚启动FLUENT时，显示为“>”。用户可借助文本窗口输入各种命令、数据和表达式。另外，FLUENT 15.0也正是利用该窗口显示文本信息，从而达到用户与FLUENT交互的目的。需要说明的是，文本窗口使用Scheme编程语言对用户输入的命令和表达式进行管理。Scheme是LISP语言的一种，简单易学，尤其是其宏功能非常有用。用户可在提示符下输入各种命令或Scheme表达式，直接按回车键可显示当前菜单层次下的所有命令。如在根目录下直接按回车键，则显示菜单栏相对应的同名命令，如图1-19所示。在命令行提示符下，用户除了可以输入FLUENT命令外，还可以输入由Scheme函数组成的具有复杂功能的Scheme表达式，详细信息可参阅FLUENT用户手册。
图1-19 文本窗口
1.2.3 FLUENT 15.0的计算模型
在FLUENT 15.0的控制树中，Solution Setup下方的Models子项中涵盖了大部分可调用的模型，如多相流模型、传热模型、湍流模型、组分输运模型、离散相模型等，如图1-20所示。
图1-20 Models面板
一、湍流模型
FLUENT 15.0提供的湍流模型如图1-21所示。实际求解中，应根据具体问题的湍流特点来决定，选择的原则是符合物理现象、精度高、省时。
图1-21 湍流模型
二、传热模型
热传递是一种复杂的物理现象，除了遵循热力学第一定律和第二定律外，还有其特殊的规律。通常，按其物理本质的不同，可以把它分为传导、对流和辐射3种基本方式。在静止的液体中发生的热传递也主要取决于导热，而在流动的液体及流动或静止的气体中热传递主要靠对流或热辐射。激活传热计算模型需要选择控制树中的Solution Setup→Models→Energy-Off命令，选中Energy对话框上的Energy Equation复选框，如图1-22所示。
在FLUENT 15.0中可以用5种模型来计算辐射换热问题，分别为离散换热辐射模型（DTRM）、P1辐射模型、Rosseland辐射模型、表面辐射模型（S2S）和离散坐标辐射模型（DO），如图1-23所示。
图1-22 激活传热模型
图1-23 辐射模型
除了调用传热模型外，还需设置流动入口、出口和壁面上的热边界条件及流动材料的热物理参数。
三、多相流模型
物质具有气态、液态、固态三相，自然界和工程中的很多问题都涉及多相流动。多相流可以分为气液流动、气固流动、液液流动、液固流动及三相流动。如空气泵、气穴、蒸发的气泡流、喷雾、干燥机、气冷的液滴流、旋风分离器的粒子负载流等都属于多相流动。FLUENT 15.0的欧拉多相流模型主要包括VOF模型、Mixture模型和Eulerian模型，如图1-24所示。
图1-24 多相流模型
VOF模型是利用在固定的欧拉网格下的表面跟踪方法，通过求解单独的动量方程和处理穿过区域的每一流体的体积分数来模拟两种或三种不能混合的流体。当需要得到一种或多种互不相融流体间的交界面时，可以采用这种模型。典型的应用例子包括分层流、射流破碎、液体中的气泡运动、自由表面流动等。
Mixture模型是一种简化的多相流模型，可用于模拟两相或多相具有不同速度的流动（流体或颗粒）。混合模型通过求解混合相的连续性、动量和能量方程，第二相的体积分数方程，以及相对速度的代数方程来实现。典型的应用包括低质量载荷的粒子负载流、气泡流及旋风分离器等。当然，混合模型也可以用于不考虑离散相滑移速度的均匀多相流。
Eulerian模型可以模拟多相流动及相间的相互作用。相可以是气体、液体、固体的任意组合。每一相都采用Eulerian处理。采用Eulerian模型时，第二相的数量仅仅因为内存要求和收敛行为而受到限制，只要有足够的内存，任意多个第二相都可以模拟。但是，对于复杂的多相流流动，其解会受到收敛性的限制。
四、离散相模型
除了欧拉多相流模型外，FLUENT 15.0还可以在拉氏坐标下模拟流场中的离散相，计算这些离散颗粒的轨道及由颗粒引起的热量和质量传递。应用离散相模型，FLUENT可以模拟各种涉及离散相的问题，如颗粒分离与分级、喷雾干燥、气溶胶扩散过程、液体中气泡搅浑、液体燃料的燃烧及粉煤燃烧等。
FLUENT中的离散相模型假定第二相非常稀薄，因而颗粒与颗粒之间的相互作用，颗粒体积分数对连续相的影响均未加以考虑。这种假定意味着分散相的体积分数必然很低，一般来说要小于90%，但颗粒质量承载率可以大于90%，即用户可以模拟分散相质量流率大于连续相的流动。
在控制树中双击Models→Discrete Phase-Off选项，在弹出的图1-25所示的离散相模型（Discrete Phase Model）对话框中可进行离散相模型的设置。
图1-25 离散相模型设置对话框
五、组分输运与化学反应模型
FLUENT 15.0拥有强大的化学反应模拟能力，能够模拟各种复杂的燃烧与化学反应过程，帮助工程师们解决了很多工程实际难题，如NOx和其他污染形成的气相反应，固体壁面发生的表面反应，粒子表面反应等。在实际工程中，经常遇到有组分输运与化学反应的问题，最常见的化学反应是燃烧。燃烧按照参与反应的流体可以分为单相燃烧和多相燃烧；按照反应前后各组分的分布可以分为预混燃烧、扩散燃烧和部分预混燃烧；按照燃烧的状态可以分为稳态燃烧和非稳态燃烧；按照反应时间和扩散时间的关系可以分为快速反应和有限反应。在湍流燃烧中，反应速率和流动是相互耦合的，燃烧速率除了取决于化学动力学外，还取决于流场。
FLUENT 15.0针对不同的组分输运与化学反应问题具有相应的解算模型，包括通用的有限速率模型、非预混燃烧模型、预混燃烧模型、部分预混燃烧模型及PDF输运方程模型，如图1-26所示。
图1-26 组分输运与化学反应模型
六、凝固与融化模型
实际生活中经常出现凝固与融化现象，工程实际中也存在着大量的与凝固和融化相关的问题，如冬天水结冰、油库的油凝结等，这类问题涉及相变，FLUENT为此提供了凝固与融化模型，用户只需双击控制树中的Solution Setup→Models→Solidfication & Melting-Off选项即可弹出图1-27所示的Solidfication and Melting对话框，选中Solidfication/Melting复选框即启动了凝固与融化模型。
图1-27 凝固与融化模型对话框
七、声学模型
FLUENT 15.0可以用来预测空气动力学所产生的声学（Acoustics）特性，如噪声。在Define/Models/Acoustics命令下，有Models & Parameters、Sources、Receivers、Read &Compute Sound四个命令，分别用于设置声学模型和参数、声源、声音接收位置，以及读取和计算声压信号的有关文件。用户只需双击Models→Acoustics-Off选项即可弹出图1-28所示的声学模型（Acoustics Model）对话框，选中Ffowcs-Wiliams & Hawkings选项，即启动了声学模型。
图1-28 声学模型对话框
八、动网格模型
对于单一物体运动或旋转，我们可以采用坐标变换的方法来简化问题。然而，当多个物体之间存在相对旋转的时候，简单的转换参考坐标系已不能解决问题，如涡轮发动机、叶轮机械中静子和转子的干扰问题等，无论怎么设置参考坐标系，都会遇到固体边界随时间变化的问题。这类问题可以利用FLUENT中相关的动网格模型来解决。
动网格模型主要用于模拟由于流域边界运动引起流域形状随时间变化的流动情况。流动既可以是明确的运动（如具有明确的线速度或角速度），也可以是未知的运动（其绕物体重心的线速度或角速度是由流域中固体上的受力平衡得出的），下一时间步的运动情况是由当前时间步的计算结果确定的。在计算之前要先定义动网格的初始状态，在边界发生运动或变形后，其流域的网格重新划分是在FLUENT内部自动完成的，而边界的形变和运动过程可以用边界型函数来定义，也可以用UDF函数来定义。动网格模型求解的是非定常问题，需要消耗较大的硬件资源。单击控制树中的Solution Setup→Dynamic Mesh选项，可实现动网格模型的调用，如图1-29所示。
图1-29 动网格模型面板
九、UDF的使用
对于一些复杂的初始条件、边界条件、物性参数等，可以自定义相关程序导入FLUENT中使用。这类自定义的函数称为UDF，是用户自编的程序，可以被动态地连接到FLUENT求解器以提高求解器的性能。UDF编写好之后需要通过解释或编译将其加载到FLUENT中。解释和编译的英文分别为interpret和compile，如图1-30所示。UDF解释是最简单的加载方法，优点是不需要安装C编译器，适合简单的UDF程序。
UDF解释的过程很简单，首先将编写好的UDF文件放至工作目录下，然后选择FLUENT菜单中的Define→User-Defined→Functions→Interpreted命令，弹出图1-31所示的UDF解释对话框，在Source File Name文本框中输入编写好的UDF文件名（后缀名为“.c”），或单击Browse按钮查找UDF文件，单击Interpret按钮，即开始了UDF的解释。若选择Display Assembly Listing选项，视图窗口中还会显示解释信息列表。如果程序有错误，FLUENT会提示错误的原因及发生错误的程序行数。
图1-30 UDF加载方式
图1-31 UDF解释对话框
有些UDF函数不支持解释运行，需要对其进行编译。编译的前提是必须正确安装C/C++编译器。
正确安装C/C++编译器之后，选择FLUENT菜单中的Define→User-Defined→Functions→Compiled命令，弹出图1-32所示的UDF编译对话框。
对话框左侧的Source Files列表用于增加和显示UDF程序，右侧的Header Files列表用于增加和显示需要的头文件。单击左侧Source Files列表下的Add按钮，在弹出的Select File对话框中查找需要加载的UDF文件，单击OK按钮关闭Select File对话框。
回到编译对话框中，即可发现Source Files列表中已经出现了加载进来的UDF文件名，此时需要用户在Library Name文本框中输入共享库的名字，并单击Library Name右侧的Build按钮，建立一个共享库，同时编译UDF文件，并把编译好的UDF文件放入该共享库中。若编译正确，则可单击Load按钮把编译好的UDF文件装载到当前工程中来应用。
图1-32 UDF编译对话框
1.2.4 FLUENT 15.0的基本操作
一、图形控制及鼠标使用
执行Graphics and Animations和Plots的相关命令时可进行图形显示内容的选择和属性方面的设置。通过Graphics and Animations命令可显示压力、速度等物理量的云图（或等值线图）；通过Display→Options可进行图形窗口显示属性的修改，如图1-33所示。通过Color Scheme选项可以改变视图窗口的背景，通过Layout选项可以选择显示图题、坐标轴、标尺等，利用Colormap Alignment下拉列表还可以改变云图标尺的位置。
图1-33 Display Options对话框
右键单击图形窗口左上角，弹出3个选项，如图1-34所示。选择Page Setup选项可打开图1-35所示的Page Setup对话框，用于设置图形输出的颜色和质量，Print用于打印图形，Copy to Clipboard则用于将当前视图窗口中的图形复制到剪贴板。要改变图形窗口的背景色或网格颜色，还可以直接在文本界面的命令行中输入display/set/colors命令，然后输入要改变颜色的对象名称以实现颜色的改变。
选择Display→mouse buttons命令，在弹出的对话框中可调整鼠标按键的定义。默认的鼠标按键功能是：按住鼠标左键拖动可移动图形；按住鼠标中键拖动可缩放图形；按住鼠标右键拖动可执行用户预定义的操作，如图1-36所示。
图1-34 图形输出选项
图1-35 Page Setup对话框
图1-36 Mouse Buttons对话框
二、网格读入
一般情况下，我们只需将保存的msh文件读入FLUENT中，选择File→Read→Mesh命令可将绘制好的网格导入FLUENT 15.0中，如图1-37所示。
FLUENT 15.0还可以调入其他软件的数据文件，用户只需选择File→Import命令，即弹出可将数据文件导入FLUENT 15.0的其他软件列表，几乎涵盖了现有有限元和有限体积法软件，如图1-38所示。CGNS、Gambit、PLOT3D等软件主要提供网格文件，ABAQUS、CFX、PATRAN等软件可提供其自身计算的算例和结果文件，Tecplot软件则可提供后处理过的结果文件。除了可以导入上述软件的数据文件外，FLUENT 15.0也可将自身的算例和结果文件导出。选择FLUENT 15.0菜单中的File→Export to CFD-Post命令可以将计算结果导出给FLUENT 15.0自带的CFD后处理软件进行处理。用户可根据实际要求选择合适的软件与FLUENT 15.0进行数据交换。
图1-37 msh文件的读入
图1-38 数据的调入
三、模型设置
在准备好网格，并选择了求解器的格式后，就应该设置所需要的基本模型。FLUENT 15.0中提供了很多模型，例如多相流模型、传热模型、湍流模型、组分输运模型等。针对不同的问题，我们需要设置不同的模型。在FLUENT 15.0中设置模型，基本操作步骤是：在左侧的控制树中选择Models，在中间弹出的Models面板中选择模型并进行设置，如图139所示。
图1-39 Models面板
四、材料属性设置
FLUENT 15.0在其材料数据库中已经提供了如air和water等一些常用材料，用户可从中复制过来直接使用，或修改后使用。当然，用户还可创建新的材料，以便将材料分配给相应的区域。在FLUENT 15.0中定义材料，其基本操作步骤是：在左侧的控制树中选择Materials，中间弹出Materials面板，如图1-40所示；选择所需定义材料的物性，是流体还是固体，单击
按钮打开Creat/Edit Materials对话框，如图1-41所示。用户可以根据实际问题，选择是调用FLUENT 15.0材料数据库中的材料，还是自定义材料性质。所有材料的定义、复制和修改，都是通过Creat/Edit Materials对话框来实现的。
图1-40 Materials面板
图1-41 Creat/Edit Materials对话框
五、计算域材料选择
FLUENT 15.0要求为每个参与计算的区域指定一种材料。在定义好所需要的材料后，就要为每一个区域指定材料。在FLUENT 15.0中为每个参与计算的区域指定材料，其基本操作步骤是：在左侧的控制树中选择Cell Zone Conditions，中间弹出Cell Zone Conditions面板，如图1-42所示；选择所需定义材料的区域，单击
按钮打开Fluid对话框，如图1-43所示；所有区域材料的定义，都是通过Fluid对话框来实现的。
图1-42 Cell Zone Conditions面板
图1-43 Fluid对话框
六、流体相设置
如果所要计算的区域含有多个相，例如，坝体垮塌时水与空气、敞口旋转容器内水与空气等，这时就需要定义流体相。定义流体相的基本操作步骤是：在左侧的控制树中选择Phases，中间弹出Phases面板，如图1-44所示；选择所需定义的相，单击按钮打开Primary Phase对话框，如图1-45所示。
图1-44 Phases面板
图1-45 Primary Phase对话框
七、边界条件设置
在FLUENT 15.0中提供了多种边界条件，常用的有压力入口、速度进口、质量进口、压力出口、自由出流和壁面条件等，根据不同的计算要求，我们需要定义不同的边界条件。定义边界条件的基本操作步骤是：在左侧的控制树中选择Boundary Conditions，中间弹出Boundary Conditions面板，如图1-46所示；选择所需设置的边界，单击按钮打开相应的对话框，进行边界条件设置。所有的边界条件设置都是通过对话框进行设置的。
图1-46 Boundary Conditions面板
八、参考值设置
在FLUENT 15.0中，设置参考值的基本操作步骤是：在左侧的控制树中选择Reference Values，中间弹出Reference Values面板，如图1-47所示，可以在这里进行参考值的设置。
图1-47 Reference Values面板
九、算法设置
FLUENT 15.0为我们提供了多种算法，如SIMPLE算法、SIMPLEC算法、PISO算法以及Coupled算法。设置算法的基本操作步骤是：在左侧的控制树中选择Solution Methods，中间弹出Solution Methods面板，如图1-48所示。在这里，我们可以进行算法的设置与离散化的设置。若要设置求解方程的欠松弛因子，可在左侧的控制树中选择Solution Controls，在中间弹出的Solution Controls面板中进行设置，如图1-49所示。
图1-48 Solution Methods面板
图1-49 Solution Controls面板
十、监视参数设置
在求解过程中，通过检查变量的残差、统计值、力、面积分和体积分等，用户可以动态地监视计算的收敛性和当前计算结果、显示或打印升力、阻力、力矩系数、表面积分及各个变量的残差。对于非稳态流动，用户还可监视时间进程。设置监视参数的基本操作步骤是：在左侧的控制树中选择Monitors，中间弹出Monitors面板，如图1-50所示，双击ResidualsPrint，Plot选项或单击
按钮，打开Residual Monitors对话框，如图1-51所示。在这里我们可以设置要监视哪些变量的残差、如何监视、每隔多少个迭代步监视一次、如何输出监视结果等。
图1-50 Monitors面板
图1-51 Residual Monitors对话框
十一、计算初始化设置
在开始对流场进行求解之前，用户必须向FLUENT提供对流场的解的初始猜测值。该初始值对解的收敛性有重要的影响，与最终的实际解越接近越好。计算初始化的基本操作步骤是：在左侧的控制树中选择Solution Initialization，中间弹出Solution Initialization面板，如图1-52所示。在这里，我们可以设置初始化的方式、获得初始值的方式等。
图1-52 Solution Initialization面板
十二、迭代计算设置
在进行了前面各项设置以后，便可开始流场的迭代计算了。稳态问题与瞬态问题的迭代计算方法有所区别，这里分别进行设置。在左侧的控制树中选择Run Calculation，中间弹出Run Calculation面板，对于稳态问题，只需设置迭代的步数，如图1-53所示；而对于瞬态问题，则需要设置时间步长和迭代次数等，如图1-54所示。
图1-53 稳态问题的Run Calculation面板
图1-54 瞬态问题的Run Calculation面板
十三、结果查看
为了得到形象直观的图形结果，模拟计算完后还需进行后处理。FLUENT本身具备一定的后处理功能及图形可视化技术，能够显示相关物理参数的云图、等值线图、速度矢量图、流动轨迹图等，同时还能求得力、力矩及对应的力矩系数、流量等，并生成简要的计算报告。在左侧的控制树中选择Graphics and Animations，中间弹出Graphics and Animation面板，如图1-55所示。在这里，可以进行云图、等值线图、速度矢量图、流动轨迹图等后处理操作。
十四、结果保存
最后，需要保存工程和数据文件。选择File→Write→Case&Date命令，将当前定义的全部信息及计算结果保存为案例文件和数据文件，如图1-56所示。
图1-55 Graphics and Animations面板
图1-56 保存设置文件
1.2.5 FLUENT 15.0基础实例演示
【案例简介】
本例模拟二维Z形管道中流体的流通情况。图1-57所示为Z形管的几何模型尺寸图，其中管道直径为0.2m，下侧管道长度为1m，竖直段管道长度为0.5m，上侧长度为0.5m。流体介质为水，来流速度为10m/s，从下侧进入，从上侧流出。
【思路分析】
首先在ANSYS自带的ICEM模块中进行几何建模及网格划分，并对模型的各个边界进行命名，导入FLUENT设置求解模型、设置边界条件等，然后进行解算。具体的计算流程如图1-58所示。
——参见附带光盘中的“END\Ch1\1-2.msh、1-2.cas、1-2.dat”文件。
——参见附带光盘中的“AVI\Ch1\1-2.avi”文件。
图1-57 Z形管模型尺寸示意图
图1-58 Z形管流模拟流程图
一、几何建模
1.在Workbench 15.0的工具箱Toolbox→Component Systems中，双击ICEM CFD或将其直接拖入项目视图区Project Schematic，生成项目A；同理，在Workbench 15.0的工具箱Toolbox→Component Systems中，双击Fluent或直接将其拖入项目视图区Project Schematic，生成项目B；单击选中项目A中的Model（A2），拖动至项目B中的Setup（B2），使两项连接，如图1-59所示，双击项目A中的Model，进入ICEM CFD工作界面，如图1-60所示。
图1-59 ICEM CFD+Fluent示意图
图1-60 ICEM工作界面
2.本例通过点、线、面的方式来创建模型，图1-61所示为点线创建示意图，因为本例为对称问题所以按照如下操作创建模型。首先创建所需要的点，如图1-62所示，单击Geometry选项卡中的点创建按钮，然后选择Create Point面板下的按坐标创建点，依次输入（0，0，0）、（1，0，0）、（0，0.2，0）、（1，0.5，0）、（0.8，0.2，0）、（0.8，0.7，0）、（1.5，0.5，0）、（1.5，0.7，0），共8个点，单击Apply按钮确定。
图1-61 点线创建示意图
图1-62 点创建工具
3.线的创建。如图1-63所示，单击Geometry标签下边的线创建按钮，依次选择点，创建线。这里选择点1和点2，单击Apply按钮确定后生成线1；按照同样的方法，分别创建剩余的线，其中右侧的一条线为对称边界。
4.面的创建。选择Geometry选项卡，单击
按钮进入创建面的操作。如图164所示，单击
按钮，在Method下拉列表中选择From Curves，单击
按钮，选择所有的边。
图1-63 线创建工具
图1-64 面创建工具
5.对面进行Part的命名。定义外部面为fluid，命名后单击模型树中Geometry下的Surface按钮，检查是否出现面，如图1-65所示。
图1-65 创建的面
6.点、线特征的重新生成。在对线进行命名之前，我们要先删除点、线的几何特征，然后通过修复工具重新生成点、线特征。选择Geometry选项卡，单击
按钮，然后单击图1-66所示的
按钮，按键盘中的A键（即选择全部点），单击Apply按钮；采用同样的操作，删除线。最后单击Geometry选项卡中的
按钮，进入修复几何的操作，如图1-67所示，在弹出的面板中单击
按钮，其他保持默认后单击Apply按钮，重新生成Curve和Point特征。
图1-66 删除点工具
图1-67 修复工具
7.对线进行Part的命名。右击模型树中的Parts，单击Create Part按钮，输入IN，如图1-68所示，然后选择下侧进口的边；同理，选择出口的边，命名为OUT；选择其余的边，命名为WALLS。
二、流场网格划分
1.定义全局网格尺寸。如图1-69所示，单击Mesh选项卡中的
按钮，然后在Global Mesh Setup面板的Max element中修改为0.005，其余保持默认，单击Apply按钮确定。
图1-68 Part的命名
图1-69 全局尺寸网格的定义
2.定义边界层。单击Mesh选项卡中的
按钮，弹出Part Mesh Setup对话框，如图1-70所示，选择WALLS后面的prism以及下边的Apply inflation parameters to curves选项，填写图中所示参数，分别表示为第一层高度、增长率以及边界层数，最后单击Apply按钮确定。
图1-70 定义边界层
3.网格的生成。单击Mesh选项卡中的
按钮，弹出图1-71所示的Compute Mesh面板，单击
按钮，单击Compute按钮，进行网格的生成。生成的网格如图1-72所示。
图1-71 网格计算
图1-72 生成的网格
4.选择File→Mesh→Save Mesh As命令，保存生成的网格为1.uns。选择Output选项卡，单击
按钮，选择求解器，如图1-73所示，单击OK按钮确定。单击Output选项卡中的
按钮，在弹出的对话框（见图1-74）中单击NO按钮不保存当前项目文件，在随后的对话框中选择之前保存的1.uns。随后弹出图1-75所示对话框，在Grid dimension栏中选择2D选项，即输出为二维网格；在Output file栏中设置路径和名称，单击Done按钮即可导出文件名为1.msh的网格文件。
图1-73 选择求解器
图1-74 Save对话框
图1-75 保存网格对话框
三、FLUENT求解设置
1.在Workbench 15.0的项目视图区，选择Project Schematic工程中的B2，双击Setup，出现Fluent Launcher窗口，保持默认，如图1-76所示，单击OK按钮，进入模型计算设置的工作界面。
2.添加重力。在General面板中，选中Gravity复选框，在Y（m/s2）文本框中输入-9.8，其他保持默认，如图1-77所示。
图1-76 Fluent Launcher窗口
图1-77 添加重力
3.进行Model设置。选择左侧控制树中的Models，双击Models下方的ViscousLaminar，选择k-epsilon（2eqn）选项，如图1-78所示，其余保持默认设置。
图1-78 模型选择
4.进行流体材料设置。在Materials面板中单击Create/Edit按钮，如图1-79所示，在弹出的Create/Edit Materials对话框中单击Fluent Database按钮（见图1-80），添加所需要的材料water-liquid（h2o<l>），如图1-81所示。
图1-79 Materials面板
图1-80 Create/Edit Materials对话框
图1-81 Fluent Database Materials对话框
5.设置区域条件。单击左侧模型树中的Cell Zone Conditions选项，选择Zone列表中的fluid选项，单击Edit按钮，在Material Name下拉列表中选择waterliquid选项，如图1-82所示。
图1-82 Fluid区域条件设置
6.设置边界条件。在左侧的控制树中选择Boundary Conditions选项，选中in选项，在Type中选择velocity-inlet选项，然后单击Edit按钮，弹出图1-83所示的对话框。将Velocity Magnitude设置为0.01，然后在Specification Method下拉列表中选择Intensity and Hydraulic Diameter选项，系数分别为2.6和0.2，单击OK按钮退出。把out的Type修改为outflow，如图1-84所示。
图1-83 速度进口设置
7.接下来单击Solution控制面板中的Solution Methods，展开Solution Methods面板，选择SIMPLE选项，如图1-85所示，Solution Controls及Monitors的设置保持默认。
图1-84 修改out的边界条件
图1-85 Solution Methods面板
8.接下来进行初始化。选择左侧控制树中的Solution Initialization，初始化方法选用Hybrid Initialization，单击Initilize按钮完成设置，如图1-86所示。
9.选择左侧控制树中的Run Calculation选项，在中间的Run Calculation面板中，设置Number of Iterations（迭代步）为1000步，单击Calculate按钮开始解算，如图1-87所示。
图1-86 选择初始化方法
图1-87 Run Calculation面板
四、结果后处理及分析
1.在左侧控制树中选择Graphics and Animations选项，在中间的Graphics and Animations面板中双击Contours选项，弹出图1-88所示的Contours对话框。选择Contours of下拉列表中的Pressure选项，选择Options下方的Filled复选框，单击Display按钮，得到图1-89所示的计算完成后的压力云图；在Contours of下拉列表中选择Velocity选项，显示速度云图，如图1-90所示。
图1-88 Contours对话框
图1-89 压力云图
图1-90 速度云图
2.选择File→Export→Case & Date命令，如图1-91所示，输出工程文件和数据文件。
图1-91 保存Case & Date