Fluent是国际上比较流行的商用
CFD软件包,在美国的
市场占有率为60%,凡是和流体、热传递和化学反应等有关的工业均可使用。它具有丰富的
物理模型、先进的
数值方法和强大的前后处理功能,在
航空航天、
汽车设计、石油天然气和
涡轮机设计等方面都有着广泛的应用。
软件简介
CFD
商业软件FLUENT,是通用CFD
软件包,用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动。与FLUENT配合最好的标准网格软件是ICEM。FLUENT系列软件包括通用的CFD软件FLUENT、
POLYFLOW、FIDAP,
工程设计软件FloWizard、FLUENT for CATIAV5,TGrid、
G/Turbo,CFD教学软件FlowLab,面向特定专业应用的ICEPAK、AIRPAK、
MIXSIM软件等。
FLUENT软件包含基于压力的分离求解器、基于密度的隐式求解器、基于密度的显式求解器,多求解器技术使FLUENT软件可以用来模拟从不可压缩到
高超音速范围内的各种复杂流场。FLUENT软件包含非常丰富、经过工程确认的
物理模型,由于采用了多种求解方法和多重网格
加速收敛技术,因而FLUENT能达到最佳的
收敛速度和
求解精度。灵活的非结构化网格和基于解的
自适应网格技术及成熟的物理模型,可以模拟高超音速流场、传热与相变、
化学反应与燃烧、
多相流、旋转机械、动/变形网格、噪声、材料加工等复杂机理的流动问题。
FLUENT软件的动
网格技术处于绝对领先地位,并且包含了专门针对多体分离问题的
六自由度模型,以及针对发动机的2.5D动
网格模型。
POLYFLOW是基于
有限元法的CFD软件,专用于
粘弹性材料的
层流流动模拟。它适用于塑料、树脂等
高分子材料的
挤出成型、
吹塑成型、拉丝、层流混合、涂层过程中的流动及传热和化学反应问题。
FloWizard是高度自动化的流动模拟工具,它允许用户进行设计及在
产品开发的早期阶段迅速而准确地验证设计。它引导用户从头至尾地完成模拟过程,使模拟过程变得非常容易。
FLUENT for CATIAV5是专门为CATIA用户定制的CFD软件,将FLUENT完全集成在CATIAV5内部,用户就像使用CATIA其他分析环境一样使用FLUENT软件。
AIRPAK是面向
HVAC工程师的CFD软件,并依照ISO7730标准提供
舒适度、
PMV、PPD等衡量室内外
空气质量(
IAQ)的
技术指标。
除FLUENT外,常用的CFD软件及相关
仿真软件还有专业三维流场分析软件——CFX、三维CFD快速求解器——
CART3D、流体
系统仿真、设计与优化平台——
Flowmaster、专业的
离散元仿真分析软件——
EDEM等,专业的多相流求解软件——
FLOW-3D。
软件特点
FLUENT软件具有以下特点:
FLUENT软件采用基于完全非结构化网格的
有限体积法,而且具有基于网格节点和
网格单元的梯度算法;
定常/
非定常流动模拟,而且新增快速非定常模拟功能;
FLUENT软件中的动/变形
网格技术主要解决边界运动的问题,用户只需指定初始网格和运动
壁面的
边界条件,余下的网格变化完全由解算器自动生成。网格变形方式有三种:弹簧压缩式、动态铺层式以及局部网格重构。其局部网格重构是FLUENT所独有的,而且用途广泛,可用于
非结构网格、变形较大问题以及物体运动规律事先不知道而完全由流动所产生的力所决定的问题;在FLUENT17.0之后,新增加了嵌套网格功能。
FLUENT软件具有强大的网格支持能力,支持界面
不连续的网格、
混合网格、动/变形网格以及滑
动网格等。值得强调的是,FLUENT软件还拥有多种基于解的网格的自适应、动态
自适应技术以及动网格与网格动态自适应相结合的技术;
FLUENT软件包含三种算法:非耦合隐式算法、耦合显式算法、耦合隐式算法,是商用软件中最多的;
FLUENT软件包含丰富而先进的
湍流模型,使得用户能够精确地模拟无粘流、层流、湍流。湍流模型包含Spalart-Allmaras模型、k-ω
模型组、k-ε模型组、
雷诺应力模型(RSM)组、
大涡模拟模型(LES)组以及最新的分离涡模拟(DES)和V2F模型等。另外用户还可以定制或添加自己的湍流模型;
含有强制/自然/
混合对流的
热传导,固体/流体的热传导、辐射;
化学组份的混合/反应;
自由表面流模型,欧拉多相流模型,混合多相流模型,颗粒相模型,
空穴两相流模型,湿蒸汽模型;
融化溶化/凝固;蒸发/冷凝相变模型;
非均质渗透性、惯性阻抗、
固体热传导,
多孔介质模型(考虑多孔介质压力突变);
动静翼相互作用模型化后的接续界面;
磁流体模块主要模拟
电磁场和导电流体之间的相互作用问题;
连续纤维模块主要模拟纤维和气体流动之间的动量、质量以及热的交换问题;
高效率的
并行计算功能,提供多种自动/手动分区算法;内置
MPI并行机制大幅度提高并行效率。另外,FLUENT特有动态
负载平衡功能,确保全局高效并行计算;
FLUENT软件提供了友好的
用户界面,并为用户提供了
二次开发接口(
UDF);
FLUENT软件采用C/
C++语言编写,从而大大提高了对计算机
内存的
利用率。
数值解法在计算速度、稳定性和精度等各方面达到最佳。由于囊括了Fluent Dynamical International
比利时PolyFlow和Fluent Dynamical International(FDI)的全部技术力量(前者是公认的在
黏弹性和聚合物流动模拟方面占领先地位的公司,后者是基于
有限元方法CFD软件方面领先的公司 ),因此Fluent具有以上软件的许多优点。
软件优点
适用面广
包括各种优化物理模型,如计算流体流动和
热传导模型 (包括
自然对流、定常和
非定常流动,
层流,湍流,不可压缩和
可压缩流动,
周期流,
旋转流及
时间相关流等 ) ;
辐射模型,相变模型,离散相变模型,
多相流模型及化学组分输运和反应流模型等。
适用范围广,FLUENT含有多种传热
燃烧模型及
多相流模型,可应用于从可压到不可压、从低速到
高超音速、从
单相流到多相流、
化学反应、燃烧、气固混合等几乎所有与流体相关的领域;
高效省时
Fluent将不同领域的计算软件组合起来,成为CFD计算机软件群,软件之间可以方便地进行数值交换,并采用统一的前、
后处理工具,这就省却了科研工作者在计算方法、编程、前后处理等方面投入的重复、低效的劳动,而可以将主要精力和智慧用于物理问题本身的探索上。
稳定性好精度高
对每一种物理问题的流动特点,有适合它的
数值解法,用户可对显式或隐式
差分格式进行选择,以期在计算速度、稳定性和精度等方面达到最佳。经过大量算例考核,同实验符合较好;可达二阶精度。
模块组成
前处理器
早期的Fluent只是一个求解器,还需要专门的
前处理网格划分软件来输出网格。其中ANSYS公司的ICEM CFD进行网格划分,其功能十分强大。另外,诸如
Gridpro,
hypermesh,
pointwise,
ansa等前处理软件均能输出fluent支持的网格文件。另外,在fluent被
ansys收购之后,ansys将tgrid模块集成到了fluent中,因此fluent也具有划分网格的功能了。
求解器
Fluent ——基于非结构化网格的通用CFD求解器,针对非结构性网格
模型设计,是用
有限体积法求解
不可压缩流及中度可压缩流流场问题的CFD软件。可应用的范围有湍流、热传、化学反应、混合、
旋转流(rotating flow)及
激波(shocks)等。在
涡轮机及推进系统分析都有相当优秀的结果,并且对模型的快速建立及shocks处的
格点调适都有相当好的效果。
Fidap——基于
有限元方法的通用CFD求解器,为一专门解决科学及工程上有关
流体力学传质及传热等问题的分析软件,是全球第一套使用
有限元法于CFD领域的软件,其应用的范围有一般流体的流场、自由表面的问题、
紊流、
非牛顿流体流场、热传、化学反应等等。FIDAP本身含有完整的前后处理系统及流场
数值分析系统。对问题整个研究的程序,
数据输入与输出的协调及应用均极有效率。
Polyflow——针对
粘弹性流动的专用CFD求解器,用有限元法仿真
聚合物加工的CFD软件,主要应用于塑料射出成形机,挤型机和
吹瓶机的
模具设计。
Mixsim——针对搅拌
混合问题的专用CFD软件,是一个专业化的前处理器,可建立
搅拌槽及混合槽的
几何模型,不需要一般计算流力软件的冗长
学习过程。它的图形
人机接口和组件数据库,让工程师直接设定或挑选搅拌槽大小、底部形状、
折流板之配置,叶轮的型式等等。MixSim随即自动产生3维网络,并启动FLUENT做后续的
模拟分析。
Icepak——专用的热控分析CFD软件,专门仿真电子电机系统内部气流,
温度分布的CFD分析软件,特别是针对系统的散热问题作仿真分析,藉由模块化的设计快速建立模型。
后处理器
Fluent求解器本身就附带有比较强大的
后处理功能。另外,Tecplot也是一款比较专业的后处理器,可以把一些
数据可视化,这对于数据处理要求比较高的用户来说是一个理想的选择。