第1章绪论FLUENT是世界领先的CFD软件，在流体建模中被广泛应用。由于它一直以来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的软件设计基于CFD软件群的思想，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，以期在特定的领域内使计算速度、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。本章简要介绍CFD的基本概念及原理，并阐述FLUENT的基本特点及分析思路。CFD软件简介。FLUENT的功能和特点。FLUENT6.3流体分析过程。1.1CFD软件简介1.1.1CFD概述CFD是计算流体动力学的简写(ComputationalFluidDynamics)，其基本的定义是通过计算机进行数值计算和图像显示，分析包含流体流动和热传导等相关物理现象的系统。CFD进行流动和传热现象分析的基本思想是用一系列有限个离散点上的变量值的集合来代替将空间域上连续的物理量的场，如速度场和压力场；然后，按照一定的方式建立这些离散点上场变量之间关系的代数方程组，通过求解代数方程组获得场变量的近似值。CFD可以看成在流动基本方程(质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程)控制下对流动的数值模拟。通过这种数值模拟，得到复杂问题基本物理量(如速度、压力、温度、浓度等)在流场内各个位置的分布，以及这些物理量随时间的变化情况，确定旋涡分布特性、空化特性及脱流区等。还可据此算出相关的其他物理量，如旋转式流体机械的转矩、水力损失和效率等。此外，与CAD联合，还可进行结构优化设计等。CFD具有适应性强、应用面广的优点。由于流动问题的控制方程一般是非线性的，自变量多，计算域的几何形状和边界条件复杂，很难求得解析解，只有用CFD方法才有可能找出满足工程需要的数值解；而且，可利用计算机进行各种数值试验，例如，选择不同流动参数进行物理方程中各项有效性和敏感性试验，从而进行方案比较。另外，CFD方法不受物理模型和实验模型的限制，省钱省时，有较多的灵活性，能给出详细和完整的资料，很容易模拟特殊尺寸、高温、有毒、易燃等真实条件和实验中只能接近而无法达到的理想条件。CFD也存在一定的局限性。首先，数值解法是一种离散近似的计算方法，依赖于物理上合理、数学上适用，适合于在计算机上进行计算的离散的有限数学模型，且最终结果不能提供任何形式的解析表达式，只是有限数量离散点上的数值解，并有一定的计算误差；其次，它不像物理模型实验一开始就能给出流动现象并定性地描述，往往需要由原体观测或物理模型试验提供某些流动参数，并需要对建立的数学模型进行验证；而且程序的编制及资料的收集、整理与正确利用，在很大程度上依赖于经验与技巧。此外，因数值处理方法等原因有可能导致计算结果的不真实，例如产生数值粘性和频散等伪物理效应。最后，CFD涉及到大量数值计算，需要较高的计算机软硬件配置。CFD方法与传统的理论分析方法、实验测量方法组成了研究流体流动问题的完整体系。?CFD数值计算与理论分析、实验观测是相互联系、相互促进的关系，但不能完全替代，三者各有各的适用场合。在实际工作中，需要注意三者有机的结合。1.1.2CFD的应用领域近十几年来，CFD有了很大的发展，所有涉及流体流动、热交换、分子输运等现象的问题，几乎都可以通过计算流体力学的方法进行分析和模拟。CFD不仅作为一个研究工具，而且还作为设计工具在水利工程、土木工程、环境工程、食品工程、海洋结构工程、工业制造等领域发挥作用。典型的应用场合及相关的工程问题包括：●水轮机、风机和泵等流体机械内部的流体流动。●飞机和航天飞机等飞行器的设计。●汽车流线外形对性能的影响。●洪水波及河口潮流计算。●风载荷对高层建筑物稳定性及结构性能的影响。●温室及室内的空气流动及环境分析。●电子元器件的冷却。●换热器性能分析及换热器片形状的选取。●河流中污染物的扩散。●汽车尾气对街道环境的污染。●食品中细菌的运移。对这些问题的处理，过去主要借助于基本的理论分析和大量的物理模型实验，而现在大多采用CFD的方式加以分析和解决，CFD技术现已发展到完全可以分析三维粘性湍流及旋涡运动等复杂问题的程度。CFD的求解过程包括了建立控制方程、确定边界条件与初始条件、划分计算网格、建立离散方程、离散初始条件和边界条件?、给定求解控制参数、求解离散方程、判断解的收敛性、显示和输出计算结果等步骤。为了便于用户将主要的精力集中在基本的物理原理上，目前已经有很多优秀的CFD商用软件投入使用。1.1.3CFD商用软件为方便用户使用CFD软件处理不同类型的工程问题，一般的CFD商用软件往往将复杂的CFD过程集成，通过一定的接口，让用户快速地输入问题的有关参数。所有的商用CFD软件均包括三个基本环节：前处理、求解和后处理。与