Fluent 软件对风扇的模拟分析
Fluent 软件对风扇Fluent 软件对风扇
Asia Vital Compone Mar. 200对风扇的模拟分析ponents Co., Ltd.
2009
1.Fluent 求解器的选择
双击桌面的快捷方式在弹出的对话框器（如图1）点击Run 开启Fluent 求解程序Fluent 的三维单精度求解器的三维单精度求解器，，如果要对三维风拟分析就需要选择三维求解器拟分析就需要选择三维求解器。。打开的程序界所示所示。。
图2
对话框中选择3d 求解
程序程序。。表示这时用的
三维风扇模型进行模
程序界面程序界面（（如图2）
图1
2.
文件导入和网格操作
读入网格文件读入网格文件。。依次点击选择file read 网格文件。浏览到以.msh
为后缀名的网格
图3
在读入网格文件的过程中在读入网格文件的过程中，，我们可以从Flu
件的基本信息件的基本信息。。包括网格节点个数包括网格节点个数，，边界条
告信息告信息（（如图4），），提示有提示有shadow 面存在
中修改中修改。。
ad case ，导入在icem-cfd 中生成的的网格文件的网格文件，，点击ok 。（。（如图如图3）
网格文件读入后网格文件读入后，，一定要对网格进行检查一定要对网格进行检查。以得到网格信息(如图5）。）。从从Domain exten 从minimum volume （如图6）可以知道最小示有负体积的网格示有负体积的网格，，就必须重新划分网格就必须重新划分网格。图5。依次点击gird check,这个操作可extents 可以看到计算区域的大小可以看到计算区域的大小，，另外道最小的网格体积道最小的网格体积，，如果该值小于0，表。
图6
依次点击grid scale$打开网格比例对话框设置设置。。Fluent 默认的长度单位是米默认的长度单位是米，，如果网要修改网格比例尺寸要修改网格比例尺寸。。这里所导入的网格单was created in 下拉框中选择mm 单位单位（（认长度单位改为mm,再点击scale 缩放网格大解区域范围是否正确解区域范围是否正确。。
图7对话框对话框（（如图7），），对计算区域的尺寸进行对计算区域的尺寸进行如果网格输出的长度单位不是默认单位米就需网格单位为mm,需要修改比例因子需要修改比例因子。。从grid 如图8），），点击点击change length units 将默网格大小网格大小，，注意domain extents 所列出的求图8
4.显示网格
依次点击display
grid$，打开如图9所示以看到弹出一个图形窗口(如图11），），按住鼠按住鼠。可以在surfaces 列表中选择几个面来查看的网格的网格。。
图9图10所示的网格显示对话框所示的网格显示对话框，，点击display ，可按住鼠标左键可以旋转按住鼠标左键可以旋转，，按住中建进行缩放来查看来查看，，点击display 就可以看到所选择的面图11
5.选择计算模型
求解器的定义求解器的定义：：依次点击define models 对于风扇的模拟假定为不可压缩气体对于风扇的模拟假定为不可压缩气体，，稳态的的求解方式就可以了的求解方式就可以了，，点击ok 。
图12
图els solver ，定义求解器定义求解器（（如图12）.稳态的求解方式(如图13）。）。选择默认选择默认13
6.湍流模型的选择
选择define models viscous （如图14）。）。最简单的完整湍流模型是两个方程的模型最简单的完整湍流模型是两个方程的模型在FLUENT 中，标准k-ε模型自从被Laundera 场计算中主要的工具了场计算中主要的工具了。。适用范围广适用范围广、、是从实验现象中总结出来的是从实验现象中总结出来的。。湍动能输运方程方程是通过物理推理方程是通过物理推理，，数学上模拟相似原型方动为完全湍流动为完全湍流，，分子粘性的影响可以忽略分子粘性的影响可以忽略，程模拟程模拟。。如果需要更精确的模拟旋流效果可以时间要长一些时间要长一些，，收敛性要差一些收敛性要差一些。。
），），选择湍流模型为标准选择湍流模型为标准k-ε模型模型（（如图12的模型的模型，，要解两个变量要解两个变量，，速度和长度尺度速度和长度尺度。。nderandSpalding 提出之后提出之后，，就变成工程流经济经济、、合理的精度合理的精度。。它是个半经验的公式它是个半经验的公式，，运方程是通过精确的方程推导得到运方程是通过精确的方程推导得到，，耗散率原型方程得到的原型方程得到的。。应用范围应用范围：：该模型假设流，此标准κ-ε模型只适合完全湍流的流动过果可以选择κ-εRNG 模型模型，，这个模型所耗费的
7.
定义流体的物理性质
选择define materials$(如图17）定义材料就是空气就是空气，，可以保持默认的材料属性可以保持默认的材料属性（（在fluent database 中选择系统自带的材料库图17义材料的物理属性定义材料的物理属性义材料的物理属性，，在Fluent 中默认的流体如图18）所示所示。。如果要选择其他的材料可以材料库材料库。。
图18
8.单位制的设定
为便于定义边界条件和直观显示求解结果
units ，选择角速度的单位为rpm （图20），），定义流量的单位为定义流量的单位为cfm （如图图19结果结果，，需要对单位制进行改变需要对单位制进行改变。。选择define 如图19），），定义压力的单位为定义压力的单位为mmh2o （如21）。
图20图21
边界条件就是流场变量在计算边界上应该满足
一起并称为定解条件一起并称为定解条件，，只有在边界条件和初始唯一的唯一的。。FLUENT 的初始条件是在初始化过程定。选择define boundary conditions 以看到在icem-cfd 中定义的part 名称出现在shadow 结尾的zone,这是表示两个流体区域之（如图24），），这样流场的信息才能在网格中传这样流场的信息才能在网格中传无法传递无法传递。。在不考虑传热的情况下可以将所有图22该满足的数学物理条件该满足的数学物理条件。。边界条件与初始条件和初始条件确定后和初始条件确定后，，流场的解才存在流场的解才存在，，并且是化过程中完成的化过程中完成的，，边界条件则需要单独进行设（如图22）,在弹出的对话框在弹出的对话框（（如图23)中可现在zone 下拉列表中下拉列表中。。可以看到有一些以-区域之间的交界面区域之间的交界面，，需要改成interior 边界条件格中传递格中传递，，否则会被当作壁面条件否则会被当作壁面条件，，流场信息将所有的shadow 改为interior 边界条件边界条件。。
图23
图24
设定压力入口边界条件
设定压力入口边界条件：：Fluent 默认所有的需要将入口设定为压力入口边界需要将入口设定为压力入口边界。。从zone
，在type 中选择pressure-inlet ，在弹出的对入口当作一个大气压入口当作一个大气压，，湍流指定方式设为
里的压力指定是按照表压来设定的里的压力指定是按照表压来设定的，，如果是度，即为5%。水力直径的计算公式水力直径的计算公式：：
润湿周流通截×=4e d 图25
所有的面网格均为wall 边界条件边界条件，，风扇模拟时one 中选择选择表示入口的inlet （如图25）出的对话框中设定如图26所示的边界条件所示的边界条件。。设为intensity and hydraulic diameter 。这如果是一个大气压可以设为
0。湍流为中等强水力半径
润湿周边流通截面积×=4
设定压力出口边界条件
设定压力出口边界条件：：风扇模拟时需要将择选择表示入口的outlet （如图27），），在话框中设定如图28所示的边界条件所示的边界条件。。计算最流指定方式设为intensity and hydraulic di 设定的设定的，，如果是一个大气压可以设为0。湍流定方式和压力入口相同定方式和压力入口相同。。
图27
需要将出口设定为压力出口边界需要将出口设定为压力出口边界。。从zone 中选在type 中选择pressure-outlet ，在弹出的对计算最大流量的时候出口当作一个大气压计算最大流量的时候出口当作一个大气压，，湍lic diameter 。这里的压力指定是按照表压来湍流为中等强度
湍流为中等强度，，即为5%。水力直径的指
定义旋转流体区域
fluid-rotor 为转动区域reference Frame(该方式将旋转运动处理为方向方向，，旋转轴设定的时候要根据网格显示的轴，将rotation-axis direction 中的y 在Fluent 中处理旋转机械流动问题时
采用Multiple Reference Frame （多
参考系坐标模型参考系坐标模型））方式方式。。MRF 模型的
基本思想是把风道内流场简化为叶轮
在某一位置的瞬时流场在某一位置的瞬时流场，，将非定常问
题用定常方法计算题用定常方法计算。。转子区域的网格
在计算时保持静止在计算时保持静止，，在惯性坐标系中
以作用的科氏力和离心力进行定常计
算；而定子区域是在惯性坐标系里进
行定常计算行定常计算。。在两个子区域的交界面
处交换惯性坐标系下的流体参数处交换惯性坐标系下的流体参数，，保
证了交界面的连续性面的连续性，，达到了用定常
计算来研究非定常问题的目的计算来研究非定常问题的目的。。在采
用MRF 方式处理旋转流动机械问题时
，需要建立一个包围转动部件的圆形
（2D ）或者旋转体(3D)的流体区域的流体区域。。
并建立转动部件和其他流体区域的网
格连接使得流动信息能够传递到其它
，转速为4000rpm,运动方式为moving 处理为稳态MRF)，根据右手法则来判定旋转显示的扇叶来判断旋转方向显示的扇叶来判断旋转方向。。这里旋转轴为y 设为1，其余设为0
扇叶面的边界条件
扇叶面的边界条件：：定义扇叶壁面为移动壁相对速度为0的选项的选项，，如图30所示所示。。在设定时右手法则来判定旋转方向右手法则来判定旋转方向。。设定好一个扇叶
同的扇叶面上同的扇叶面上，，如图31选择copy$，刚才设置的blade-dibu ，在to zones 选择其如图32）。
图30图移动壁面移动壁面，，转速和旋转流体区域相同转速和旋转流体区域相同，，选择设定时要注意旋转轴的原点和方向设定时要注意旋转轴的原点和方向，，可以用个扇叶面后可以将此边界条件copy 到其他相然后再copy bcs 面板中下的from zone 选择选择其他的边界面选择其他的边界面，，点击copy ，完成操作完成操作（（31图32
10.
设定残差收敛标准
边界条件设定完后
边界条件设定完后，，在求解计算之前需要设定
收敛和稳定收敛和稳定。。选择solve monitors Resid 结果结果，，勾选options 下的plot 选项选项，，这样会在断是否收敛断是否收敛。。在convergence criterion 下设得到更好的结果可以修改收敛标准得到更好的结果可以修改收敛标准，，比如由
图33要设定监视器条件要设定监视器条件，，便于观察求解结果是否Residual ，如图33所示所示。。为了直观显示收敛样会在一个图形窗口中显示残差曲线样会在一个图形窗口中显示残差曲线，，便于判下设定了默认的收敛残差为
0.001，如果需要如由0.001改为0.0001。图34
边界条件设定完后
边界条件设定完后，，在求解计算之前可以设
收敛和稳定收敛和稳定。。选择solve monitors surfa surface monitors （如图36）中设置两个监绘制监视曲线绘制监视曲线，，如果勾选write 可以将曲线保体的监视条件体的监视条件。。
图35可以设定监视器条件可以设定监视器条件，，便于观察求解结果是否surface$，如图35所示所示。。在弹出的对话框两个监视窗口两个监视窗口，，勾选plot 选项表示要在窗口中曲线保存为文件曲线保存为文件。。点击define$可以定义具图36
在此监视风扇出口的压力和压力出口的流量择图示选项就设定完所需监视的条件择图示选项就设定完所需监视的条件。。
图37流量流量（（如图37，38所示),从下拉列表框中选图38
定义完监视器后定义完监视器后，，选择solve initialize 可以开始求解计算可以开始求解计算（（如图40）。
图39 initialize$（如图39），），点击点击init 后就图40
选择solve iterate$(如图41），），设定迭代步设定迭代步图41迭代步数就可以求解计算了迭代步数就可以求解计算了（（如图42）。
图42