01 Fluent教程 | 浅谈CFD分析的基本步骤

1 明确建模目标

    拿到一个仿真需求之后，我们首先要明确建模目标，主要从以下六个方面展开评估：

1. 期望得到哪些结果，这些结果将如何应用？

1. 例如是否可以使用用户自定义函数（C语言编写）？

1. 我们哪些建模方案可供选择？

2. 分析中需要包含哪些物理模型？

3. 必须做出哪些简化假设？

4. 可以做出哪些简化假设？

5. 是否需要专用的建模功能？

2. 需要达到何种精度等级？

3. 对结果获取的时效性有何要求？

4. 如何从完整物理系统中分离出研究部分，例如仿真计算中是否可以关闭部分模型、是否可以针对部分结构单独仿真？

5. 计算域的起始与终止边界如何确定？

1. 这些边界处是否具备边界条件信息？

2. 边界条件类型能否适配该信息？

3. 能否将计算域拓展至存在合理数据的位置？

6. 能否将问题简化或近似为二维或轴对称问题，以此来减少工作量与计算时间？

2 创建模型几何与网格

第二步便是要进行前处理操作，主要需考虑以下问题：

1. 准备采用的画网格软件是什么：ICEM、ANSA、Fluent Meshing？

2. 应选用四边形/六面体网格、三角形/四面体网格，还是混合网格？

1. 几何与流动的复杂程度如何？

2. 是否需要非共形交界面？

3. 计算域各区域需要何种网格分辨率？

1. 网格分辨率能否满足几何特征需求？

2. 能否预判高梯度区域？

3. 是否通过网格自适应提升分辨率？

4. 计算机内存是否充足？

1. 所需网格单元数量为多少？

2. 将启用多少种模型？

3 设置求解器与物理模型

生成网格后，便进入求解器设置部分，该部分主要是通过建模目标里面考虑的问题，进行以下操作：

1. 导入并检查网格

2. 选择数值求解器（如密度基、压力基、非定常求解器等）

3. 选用合适的物理模型

1. 湍流、燃烧、多相流模型等

4. 定义材料属性

1. 流体、

2. 固体、

3. 混合物

5. 设定操作条件

6. 为所有边界区域指定边界条件

7. 提供初始解

8. 设置求解器控制参数

9. 设置收敛监控项

10. 初始化流场网格无关性验证该怎么做，这个在其他系列中有过详细介绍，感兴趣的可以去看一下

4 计算与监控求解过程

1. 离散化的守恒方程通过迭代方式求解。

1. 通常需要多次迭代才能获得收敛解。

2. 满足以下条件时即达到收敛：

1. 求解变量在相邻迭代间的变化可忽略不计

2. 残差可用于监控该变化趋势

3. 实现整体物理量守恒

3. 收敛解的精度取决于：

1. 物理模型的适用性与精度

2. 网格分辨率与网格无关性

3. 问题设置合理性

5 查看与保存结果

查看结果以校验求解质量并提取有效数据。

1. 可视化工具可用于解答以下问题：

1. 整体流动形态如何？

2. 是否存在流动分离？

3. 激波、剪切层等结构出现在何处？

4. 关键流动特征是否被有效捕捉？

2. 数值报告工具可计算以下定量结果：

1. 力与力矩

2. 平均换热系数

3. 面积分与体积分物理量

4. 通量平衡

6 修正模型

求解收敛后，分析结果时需思考以下问题：

1. 物理模型是否适用？

1. 流动是否为湍流？

2. 流动是否为非定常？

3. 是否存在可压缩效应？

4. 是否存在三维效应？

2. 边界条件是否正确？

1. 计算域尺寸是否足够？

2. 边界条件是否适用？

3. 边界数值是否合理？

3. 网格质量是否达标？

1. 能否通过网格自适应优化结果？

2. 网格自适应后解是否显著变化，或解是否满足网格无关性？

3. 是否需要提升边界处网格分辨率？

推文参考来源：ANSYS_Fluent_Users_Guide