fluent经典问题整理

网格质量与那些因素有关？

网格质量本身与具体问题的具体几何特性、流动特性及流场求解算法有关。因此，网格质量最终要由计算结果来评判，但是误差分析以及经验表明，CFD计算对计算网格有一些一般性的要求，例如光滑性、正交性、网格单元的正则性以及在流动变化剧烈的区域分布足够多的网格点等。对于复杂几何外形的网格生成，这些要求往往并不可能同时完全满足。例如，给定边界网格点分布，采用Laplace方程生成的网格是最光滑的，但是最光滑的网格不一定满足物面边界正交性条件，其网格点分布也很有可能不能捕捉流动特征，因此，最光滑的网格不一定是最好的网格。 对计算网格的一个最基本的要求当然是所有网格点的Jacobian必须为正值，即网格体积必须为正，其他一些最常用的网格质量度量参数包括扭角（skew angle）、纵横比（aspect ratio、Laplacian）、以及弧长（arc length）等。通过计算、检查这些参数，可以定性的甚至从某种程度上定量的对网格质量进行评判。Parmley等给出了更多的基于网格元素和网格节点的网格质量度量参数。有限元素法关于插值逼近误差估计的理论，实际上也对网格单元的品质给出了基本的规定：即每个单元的内切球半径与外切球半径之，应该是一个适当的，与网格疏密无关的常数。

实体与虚体的区别

在建模中，经常会遇到实体、实面与虚体、虚面，虚体的计算域也可以进行计算并得到所需的结果。那么它们的区别是什么呢？

对于求解是没有任何区别的，只要你能在虚体或者实体上划分你需要的网格。关键是看你网格生成的质量如何，与实体虚体无关。

gambit的实体和虚体在生成网格和计算的时候对于结果没有任何影响，实体和虚体的

主要区别有以下几点：

1.实体可以进行布尔运算但是虚体不能，虽然不能进行布尔运算，但是虚体存在merge，split等功能。

2.实体运算在很多cad软件里面都有，但是虚体是gambit的一大特色，有了虚体以后，gambit的建模和网格生成的灵活性增加了很多。

3.在网格生成的过程中，如果有几个相对比较平坦的面，你可以把它们通过merge合成一个，这样，作网格的时候，可以节省步骤，对于曲率比较大的面，可能生成的网格质量不好，这时候，你可以采取用split的方式把它划分成几个小面以提高网格质量。

在Fluent中进行非稳态（unsteady）计算时如何设置步长？

time step size的设定是根据你的计算需要，一般是你的特征长度（比如说管道的长度）除于特征速度（比如平均速度）的值再小一到两个量级即可，如果你的time stip size太大，计算会提示你的，改小即可。

number of time steps是这样设定的：number of time steps X time step size＝实际时间积累。比如说，你计算一个射流，你需要计算到1秒时候的情况，那么（number of time steps）＝1秒／（time step size）。

至于max iterations per time step 是计算每个time step 时需要叠加的次数。如果你设置的收敛标准是默认的（一般是10e－03），那么两种情况下计算会跳到下一个time step ：一是达到收敛标准；而是计算次数达到你设置的max iterations，比如默认的30

次。因此建议这个max iterations per time step设置得高点并没有什么不好，比如80或更高。

fluent与前后处理器接口问答

1.ProE实体倒入步骤：

A:在proe中export成step文件，之后在gambit中import

注： ProE中点选保存副本图标，选择以STL格式保存副本。参见附图。

注意，实体必须画在几何空间中第一象限。（即实体上所有点的X、Y、Z坐标都为正）

附件为一个可用的STL格式文件，你可以试试导入GAMBIT。

2.如何将UG和PRO/E中的风机import到gambit中啊？

Q:要在gambit中划分风机网格，构型在UG或PRO/E中完成，但是无法将文件导出成gambit中需要的turbo文件*.tur和*.ibl格式，不知该怎么办？其他格式的文件在gambit里对风机不太好划分网格吧？

A:ug或pro/e中生成了几何模型可以以很多种形式导入gambit，如step igs stl等。至于导成*.tur和*.ibl，肯定是不可能，有兴趣的话你可以打开*.tur文件看看，里面是些点的坐标值，可以自己编写*.tur文件，也可以先将几何模型导入turbogrid，生成curve文件。

3如何将cad导入到gambit中

Q:gambit为什么读不进*.sat的文件

在AutoCAD中输出的sat格式文件，到了gambit里面输入时出错－－

ACIS error 3205：save file is from a later version of ACIS

我用的是cad2004，这条出错信息搞得我一头雾水

既然出错有编号3205，我可以在帮助文件里看到它的详细解释吗？

A:file-->import-->acis...

存sat格式的较低版，如8。0版，11。0版gambit不认识

你可以采用较低的AutoCAD版本

A:可以使用igs模式导入

A:（1）Gambit只适用于创建简单的三维几何体，对于复杂形体而言，其绘图功能是远远不够的，这时Gambit允许我们引入一些其他软件创建的文件，常用的有Autocad创建的ASCI形式的文件.sat。

CAD中创建的图形要输出为.sat文件，要满足一定的条件。对于二维图形来说，它必须是一个region，也就是说要求是一个联通域。对于三维图形而言，要求其是一个ASCI

body。

（2）先把autoCAD对象构成实体，导出.sat文件，再在gambit导入，注意有版本高低问题

4 fluent中的cas文件能变成gambit里的dbs文件

Q:在我现在想将cas文件中的网格做修改，该怎么办？

A：可以，import进来就能得到

5.怎么在ansys中制作模型导入fluent？

A:存成一个gambit可以识别的格式。

可以打开gambit看看可以导入什么格式，看看ansys可以输出什么格式。

A: ansys use .cdb file存成.iges文件格式比较好，在gambit中读入。

6.hypermesh文件如何导入fluent?

Q:用fluent求解器计算流体，想利用hypermesh做前处理，可不知怎么将建好的模型导入fluent（hm不提供fluent摸板），可不可以利用其它的什么软件转一下呢？

A: hypermesh和CAE软件连接比较紧密，所以最好从CAE软件下手，而Fluent支持的CAE软件的网格格式包括Ansys、Patran和Nastran，你可以试一下。

还有一种方法就是，清楚Hypermesh网格文件的结构，又清楚Fluent网格文件的结构，随便找个编辑器手动修改。网格文件虽然可能很大，但是关键的部分都不会很多。

hypermesh里模板设成hm的generel，然后划分网格，export，再导入gambit（import hypermesh文件），在gambit里加边界条件，其他的你应该都会。

7.请问如何将fluent结果存为ansys格式

A:File－export 选择ansys

8.gridgen 的网格怎样在FLUENT 中用啊？怎样输出

A:分网前先选择分析软件，网格划分结束后，设定边界条件，然后export即可得到fluent所需的cas文件

gridgen教程里面有一个二维翼型的例子，它就是按照以fluent为求解器作的网格。

Spalart-Allmaras 模型

k-e 模型

－标准k-e 模型

－Renormalization-group (RNG) k-e模型

－带旋流修正k-e模型

k-ω模型

－标准k-ω模型

－压力修正k-ω模型

－雷诺兹压力模型

Fluent中的湍流模型

The Spalart-Allmaras 模型

对于解决动力漩涡粘性，Spalart-Allmaras 模型是相对简单的方程。它包含了一组新的方程，在这些方程里不必要去计算和剪应力层厚度相关的长度尺度。Spalart-Allmaras 模型是设计用于航空领域的，主要是墙壁束缚流动，而且已经显示出和好的效果。在透平机械中的应用也愈加广泛。

在原始形式中Spalart-Allmaras 模型对于低雷诺数模型是十分有效的，要求边界层中粘性影响的区域被适当的解决。在FLUENT中，Spalart-Allmaras 模型用在网格划分的不是很好时。这将是最好的选择，当精确的计算在湍流中并不是十分需要时。再有，在模型中近壁的变量梯度比在k-e模型和k-ω模型中的要小的多。这也许可以使模型对于数值的误差变得不敏感。想知道数值误差的具体情况请看5.1.2。

需要注意的是Spalart-Allmaras 模型是一种新出现的模型，现在不能断定它适用于所有的复杂的工程流体。例如，不能依靠它去预测均匀衰退，各向同性湍流。还有要注意的是,单方程的模型经常因为对长度的不敏感而受到批评，例如当流动墙壁束缚变为自由剪切

流。

标准k-e模型

最简单的完整湍流模型是两个方程的模型，要解两个变量，速度和长度尺度。在FLUENT中，标准k-e模型自从被Launder and Spalding提出之后，就变成工程流场计算中主要的工具了。适用范围广、经济，有合理的精度，这就是为什么它在工业流场和热交换模拟中有如此广泛的应用了。它是个半经验的公式，是从实验现象中总结出来的。

由于人们已经知道了k-e模型适用的范围，因此人们对它加以改造，出现了RNG k-e模型和带旋流修正k-e模型

1.RNG k-e模型

RNG k-e模型来源于严格的统计技术。它和标准k-e模型很相似，但是有以下改进：

•RNG模型在e方程中加了一个条件，有效的改善了精度。

•考虑到了湍流漩涡，提高了在这方面的精度。

•RNG理论为湍流Prandtl数提供了一个解析公式，然而标准k-e模型使用的是用户提供的常数。

•然而标准k-e模型是一种高雷诺数的模型，RNG理论提供了一个考虑低雷诺数流动粘性的解析公式。这些公式的效用依靠正确的对待近壁区域

这些特点使得RNG k-e模型比标准k-e模型在更广泛的流动中有更高的可信度和精度。

2.带旋流修正的 k-e模型

带旋流修正的 k-e模型是近期才出现的，比起标准k-e模型来有两个主要的不同点。

•带旋流修正的 k-e模型为湍流粘性增加了一个公式。

•为耗散率增加了新的传输方程，这个方程来源于一个为层流速度波动而作的精确方程

术语“realizable”，意味着模型要确保在雷诺压力中要有数学约束，湍流的连续性。

带旋流修正的 k-e模型直接的好处是对于平板和圆柱射流的发散比率的更精确的预测。而且它对于旋转流动、强逆压梯度的边界层流动、流动分离和二次流有很好的表现。

带旋流修正的 k-e模型和RNG k-e模型都显现出比标准k-e模型在强流线弯曲、漩涡和旋转有更好的表现。由于带旋流修正的 k-e模型是新出现的模型，所以现在还没有确凿的证据表明它比RNG k-e模型有更好的表现。但是最初的研究表明带旋流修正的 k-e模型在所有k-e模型中流动分离和复杂二次流有很好的作用。

带旋流修正的 k-e模型的一个不足是在主要计算旋转和静态流动区域时不能提供自然的湍流粘度。这是因为带旋流修正的 k-e模型在定义湍流粘度时考虑了平均旋度的影响。这种额外的旋转影响已经在单一旋转参考系中得到证实，而且表现要好于标准k-e模型。由于这些修改，把它应用于多重参考系统中需要注意。

标准 k-ω模型

标准k-ω模型是基于Wilcox k-ω模型，它是为考虑低雷诺数、可压缩性和剪切流传播而修改的。Wilcox k-ω模型预测了自由剪切流传播速率，像尾流、混合流动、平板绕流、圆柱绕流和放射状喷射，因而可以应用于墙壁束缚流动和自由剪切流动。标准k-e模型的一个变形是SST k-ω模型，它在FLUENT中也是可用的，将在10.2.9中介绍它。

剪切压力传输（SST） k-ω模型

SST k-ω模型由Menter发展，以便使得在广泛的领域中可以独立于k-e模型，使得在近壁自由流中k-ω模型有广泛的应用范围和精度。为了达到此目的，k-e模型变成了k-ω公式。SST k-ω模型和标准k-ω模型相似，但有以下改进：

•SST k-ω模型和k-e模型的变形增长于混合功能和双模型加在一起。混合功能是为近壁区域设计的，这个区域对标准k-ω模型有效，还有自由表面，这对k-e模型的变形有效。

•SST k-ω模型合并了来源于ω方程中的交叉扩散。

•湍流粘度考虑到了湍流剪应力的传波。

•模型常量不同

这些改进使得SST k-ω模型比标准k-ω模型在在广泛的流动领域中有更高的精度和可信度。

雷诺压力模型（RSM）

在FLUENT中RSM是最精细制作的模型。放弃等方性边界速度假设，RSM使得雷诺平均N-S方程封闭，解决了关于方程中的雷诺压力，还有耗散速率。这意味这在二维流动中加入了四个方程，而在三维流动中加入了七个方程。

由于RSM比单方程和双方程模型更加严格的考虑了流线型弯曲、漩涡、旋转和张力快速变化，它对于复杂流动有更高的精度预测的潜力。但是这种预测仅仅限于与雷诺压力有关的方程。压力张力和耗散速率被认为是使RSM模型预测精度降低的主要因素。

RSM模型并不总是因为比简单模型好而花费更多的计算机资源。但是要考虑雷诺压力的各向异性时，必须用RSM模型。例如飓风流动、燃烧室高速旋转流、管道中二次流。

计算成效：cpu时间和解决方案

从计算的角度看Spalart-Allmaras模型在FLUENT中是最经济的湍流模型，虽然只有一种方程可以解。由于要解额外的方程，标准k-e模型比Spalart-Allmaras模型耗费更多的计算机资源。带旋流修正的k-e模型比标准k-e模型稍微多一点。由于控制方程中额外的功能和非线性，RNGk-e模型比标准k-e模型多消耗10～15%的CPU时间。就像k-e模型，k-ω模型也是两个方程的模型，所以计算时间相同。

比较一下k-e模型和k-ω模型，RSM模型因为考虑了雷诺压力而需要更多的CPU时间。然而高效的程序大大的节约了CPU时间。RSM模型比k-e模型和k-ω模型要多耗费50～60%的CPU时间，还有15～20%的内存。

除了时间，湍流模型的选择也影响FLUENT的计算。比如标准k-e模型是专为轻微的扩散设计的，然而RNG k-e模型是为高张力引起的湍流粘度降低而设计的。这就是RNG

模型的缺点。

同样的，RSM模型需要比k-e模型和k-ω模型更多的时间因为它要联合雷诺压力和层流。

卡门涡街

卡门涡街是粘性流体绕过圆柱体流动时产生的。当流体的速度增大后，雷诺数也增大。因此圆柱体后半部分的压强梯度增加，以致引起边界层的分离。随着来流雷诺数的不断增加，圆柱体后半部分边界层中的流体微团受到更大的阻滞，分离点一直向前移动。当雷诺数增大到大约40时，在圆柱体的后面便产生一对旋转方向相反的对成旋涡。雷诺数超过40后，对称旋涡不断增长并出现摆动，直到re约等于60时，这对不稳定的对称旋涡分裂，最后形成几乎稳定的、非对称性的、多少有些规则的旋转方向相反的交替旋涡，称为卡门涡街。

以下是不同雷诺数下卡门涡街的实验图。

网格划分应注意的问题：

网格类型的选择要考虑的因素：1.建模时间;2.计算花费 ;

一般对于同一几何体三角形/四面体网格元素比四边形/六面体的数目要少。但是后者却能允许较大的纵横比，因此对于狭长形的几何体选择该种网格类型。3.数字发散;引起发散的原因是由于系统的截断误差，如果实际流场只有很小的发散，这时的发散就很重要。对于fluent来说，二次离散有助于减少发散，另外优化网格也是降低发散的有效途径。如果流动和网格是平行的话，对于网格和几何体的要求：

1，对于轴对称的几何体，对称轴必须是x轴。

2，gambit 能生等角的或非等角的周期性的边界区域。另外，可以在fluent中通过make-periodic文本命令来生成等角的周期性的边界区域。

网格质量：

1．节点密度和聚变。对于由于负压强梯度引起的节点脱离，以及层流壁面边界层的计算精度来说，节点浓度的确定是很重要的。对于湍流的影响则更重要，一般来说任何流管都不应该用少于5个的网格元素来描述。当然，还要考虑到计算机的性能。

2．光滑性。相邻网格元素体积的变化过大，容易引起较大的截断误差，从而导致发散。Fluent 通过修正网格元素的体积变化梯度来光滑网格。

3．元素形状。主要包括倾斜和纵横比。一般纵横比要小于5：1。

4．流场。很倾斜的网格在流动的初始区域是可以的，但在梯度很大的地方就不行。由于不能实现预测该区域的存在，因此要努力在整个区域划分优良的网格。

网格质量本身与具体问题的具体几何特性、流动特性及流场求解算法有关。

因此，网格质量最终要由计算结果来评判，但是误差分析以及经验表明，CFD计算对计算网格有一些一般性的要求，例如光滑性、正交性、网格单元的正则性以及在流动变化剧烈的区域分布足够多的网格点等。对于复杂几何外形的网格生成，这些要求往往并不可能同时完全满足。例如，给定边界网格点分布，采用Laplace方程生成的网格是最光滑的，但是最光滑的网格不一定满足物面边界正交性条件，其网格点分布也很有可能不能捕捉流

动特征，因此，最光滑的网格不一定是最好的网格。

对计算网格的一个最基本的要求当然是所有网格点的Jacobian必须为正值，即网格体积必须为正，其他一些最常用的网格质量度量参数包括扭角（skew angle）、纵横比（aspect ratio、Laplacian）、以及弧长（arc length）等。通过计算、检查这些参数，可以定性的甚至从某种程度上定量的对网格质量进行评判。Parmley等给出了更多的基于网格元素和网格节点的网格质量度量参数。有限元素法关于插值逼近误差估计的理论，实际上也对网格单元的品质给出了基本的规定：即每个单元的内切球半径与外切球半径之比，应该是一个适当的，与网格疏密无关的常数。

结构化网格和非结构化网格

结构化网格是指网格区域内所有的内部点都具有相同的毗邻单元，即网格体系中节点排列有序、邻点间的关系明确。该网格可以用直角坐标系或圆柱（球）坐标系下的坐标值表示出来其网格位置（x,y,z)及大小的。

结构化网格优点：

利用这种网格进行数值计算的误差很小，容易收敛，它可以很容易地实现区域的边界拟合，适于流体和表面应力集中等方面的计算。网格生成的速度快，生成的质量好，数据结构简单。但它只能用于模拟几何结构较为简单的几何形体。

非结构化网格：节点的位置无法用一个固定的法则予以有序地命名，即与网格剖分区域内的不同内点相连的网格数目不同。

两种网格形式的比较：

在fluent中，对同一个几何造型，如果既可以生成结构化网格，也可生成非结构化网格，当然前者要比后者的生成复杂的多，那么应该选择哪种网格，两者计算结果是否相同，哪个的计算结果更好些呢？

一般来说，结构网格的计算结果比非结构网格更容易收敛，也更准确。结构化网格计算速度快一些，但是网格划分需要技巧和耐心。非结构化网格容易生成，但相对来说速度要差一些。不过应该影响不大。

有限差分方法

有限差分方法(FDM)是计算机数值模拟最早采用的方法，至今仍被广泛运用。

该方法将求解域划分为差分网格，用有限个网格节点代替连续的求解域。有限差分法以Taylor级数展开等方法，把控制方程中的导数用网格节点上的函数值的差商代替进行离散，从而建立以网格节点上的值为未知数的代数方程组。该方法是一种直接将微分问题变为代数问题的近似数值解法，数学概念直观，表达简单，是发展较早且比较成熟的数值方法。

分类

对于有限差分格式，从格式的精度来划分，有一阶格式、二阶格式和高阶格式。从差分的空间形式来考虑，可分为中心格式和逆风格式。考虑时间因子的影响，差分格式还可以分为显格式、隐格式、显隐交替格式等。目前常见的差分格式，主要是上述几种形式的

组合，不同的组合构成不同的差分格式。差分方法主要适用于有结构网格，网格的步长一般根据实际地形的情况和柯朗稳定条件来决定。

构造差分的方法

构造差分的方法有多种形式，目前主要采用的是泰勒级数展开方法。其基本的差分表达式主要有三种形式：一阶向前差分、一阶向后差分、一阶中心差分和二阶中心差分等，其中前两种格式为一阶计算精度，后两种格式为二阶计算精度。通过对时间和空间这几种不同差分格式的组合，可以组合成不同的差分计算格式。

有限元方法（FEM）

有限元方法（FEM）的基础是变分原理和加权余量法。

其基本求解思想是把计算域划分为有限个互不重叠的单元，在每个单元内，选择一些合适的节点作为求解函数的插值点，将微分方程中的变量改写成由各变量或其导数的节点值与所选用的插值函数组成的线性表达式，借助于变分原理或加权余量法，将微分方程离散求解。

采用不同的权函数和插值函数形式，便构成不同的有限元方法。

有限元方法最早应用于结构力学，后来随着计算机的发展慢慢用于流体力学的数值模拟。在有限元方法中，把计算域离散剖分为有限个互不重叠且相互连接的单元，在每个单元内选择基函数，用单元基函数的线形组合来逼近单元中的真解，整个计算域上总体的基函数可以看为由每个单元基函数组成的，则整个计算域内的解可以看作是由所有单元上的

近似解构成。

根据所采用的权函数和插值函数的不同，有限元方法也分为多种计算格式。从权函数的选择来说，有配置法、矩量法、最小二乘法和伽辽金法，从计算单元网格的形状来划分，有三角形网格、四边形网格和多边形网格，从插值函数的精度来划分，又分为线性插值函数和高次插值函数等。不同的组合同样构成不同的有限元计算格式。对于权函数，伽辽金(Galerkin)法是将权函数取为逼近函数中的基函数；最小二乘法是令权函数等于余量本身，而内积的极小值则为对代求系数的平方误差最小；在配置法中，先在计算域内选取N个配置点。令近似解在选定的N个配置点上严格满足微分方程，即在配置点上令方程余量为0。插值函数一般由不同次幂的多项式组成，但也有采用三角函数或指数函数组成的乘积表示，但最常用的多项式插值函数。

有限元插值函数分为两大类，一类只要求插值多项式本身在插值点取已知值，称为拉格朗日(Lagrange)多项式插值；另一种不仅要求插值多项式本身，还要求它的导数值在插值点取已知值，称为哈密特(Hermite)多项式插值。单元坐标有笛卡尔直角坐标系和无因次自然坐标，有对称和不对称等。常采用的无因次坐标是一种局部坐标系，它的定义取决于单元的几何形状，一维看作长度比，二维看作面积比，三维看作体积比。在二维有限元中，三角形单元应用的最早，近来四边形等参元的应用也越来越广。对于二维三角形和四边形电源单元，常采用的插值函数为有Lagrange插值直角坐标系中的线性插值函数及二阶或更高阶插值函数、面积坐标系中的线性插值函数、二阶或更高阶插值函数等。

对于有限元方法，其基本思路和解题步骤可归纳为：

(1)建立积分方程，根据变分原理或方程余量与权函数正交化原理，建立与微分方程初边值问题等价的积分表达式，这是有限元法的出发点。

(2)区域单元剖分，根据求解区域的形状及实际问题的物理特点，将区域剖分为若干相互连接、不重叠的单元。区域单元划分是采用有限元方法的前期准备工作，这部分工作量比较大，除了给计算单元和节点进行编号和确定相互之间的关系之外，还要表示节点的位置坐标，同时还需要列出自然边界和本质边界的节点序号和相应的边界值。

(3)确定单元基函数，根据单元中节点数目及对近似解精度的要求，选择满足一定插值条件的插值函数作为单元基函数。有限元方法中的基函数是在单元中选取的，由于各单元具有规则的几何形状，在选取基函数时可遵循一定的法则。

(4)单元分析：将各个单元中的求解函数用单元基函数的线性组合表达式进行逼近；再将近似函数代入积分方程，并对单元区域进行积分，可获得含有待定系数(即单元中各节点的参数值)的代数方程组，称为单元有限元方程。

(5)总体合成：在得出单元有限元方程之后，将区域中所有单元有限元方程按一定法则进行累加，形成总体有限元方程。

(6)边界条件的处理：一般边界条件有三种形式，分为本质边界条件(狄里克雷边界条件 )、自然边界条件(黎曼边界条件)、混合边界条件(柯西边界条件)。对于自然边界条件，一般在积分表达式中可自动得到满足。对于本质边界条件和混合边界条件，需按一定法则对总体有限元方程进行修正满足。

(7)解有限元方程：根据边界条件修正的总体有限元方程组，是含所有待定未知量的封闭方程组，采用适当的数值计算方法求解，可求得各节点的函数值。

有限体积法（FVM）

有限体积法（FVM）又称为控制体积法。

其基本思路是：将计算区域划分为一系列不重复的控制体积，并使每个网格点周围有一个控制体积；将待解的微分方程对每一个控制体积积分，便得出一组离散方程。其中的未知数是网格点上的因变量的数值。为了求出控制体积的积分，必须假定值在网格点之间的变化规律，即假设值的分段的分布的分布剖面。

从积分区域的选取方法看来，有限体积法属于加权剩余法中的子区域法；从未知解的近似方法看来，有限体积法属于采用局部近似的离散方法。简言之，子区域法属于有限体积发的基本方法。

有限体积法的基本思路易于理解，并能得出直接的物理解释。离散方程的物理意义，就是因变量在有限大小的控制体积中的守恒原理，如同微分方程表示因变量在无限小的控制体积中的守恒原理一样。有限体积法得出的离散方程，要求因变量的积分守恒对任意一组控制体积都得到满足，对整个计算区域，自然也得到满足。这是有限体积法吸引人的优点。有一些离散方法，例如有限差分法，仅当网格极其细密时，离散方程才满足积分守恒；而有限体积法即使在粗网格情况下，也显示出准确的积分守恒。

就离散方法而言，有限体积法可视作有限单元法和有限差分法的中间物。有限单元法必须假定值在网格点之间的变化规律（既插值函数），并将其作为近似解。有限差分法只考虑网格点上的数值而不考虑值在网格点之间如何变化。有限体积法只寻求的结点值，这与有限差分法相类似；但有限体积法在寻求控制体积的积分时，必须假定值在网格点之间的分布，这又与有限单元法相类似。在有限体积法中，插值函数只用于计算控制体积的积分，得出离散方程之后，便可忘掉插值函数；如果需要的话，可以对微分方程中不同的项采取不同的插值函数。

turbulent viscosity limited to viscosity ration of 1e05 in *** cells

我在计算时除一直出现turbulent viscosity limited to viscosity ration of 1e05 in *** cells，怎么办？

解决方法：

这个好像在fluent里有个规定，如果超过了你的limit，那么fluent在计算的时候取统一数值计算，这个数值好像就是limit值，而不是你真实计算出来数值（这个数值使计算的中间值）。在fluent里有个limit修改你的turbulent viscosity数量级( 在

solve-control-limitsli里面将这个上限加大就可以了)，可以使这个信息消除，当然也同时改变了fluent计算过程中的数值取用，但是有的时候修改了以后会导致结果发散。

细化网格有三种办法

细化网格有三种办法：1、boundary layer 2、size function 3、grid adaption

Boundary layer是Gambit自带的网格辅助工具，用来加密局部网格密度。操作时可以以面或线为起始，指定一定的比例和网格模式来对计算边界的网格局部改善质量。如在湍流中可以对边壁做Boundary layer，使粘度和速度梯度很好的计算。

Size Function也是Gambit里带的网格工具，比Boundary layer更具体，操作性更强。通过这个操作可以把局部网格质量提高。首先通过source一个需要被提高网格质量的源点，线或面，然后在Attachment指定网格区域。做好Boundary layer后在网格的时候Gambit有个选项可以使用Boundary layer也可以忽略。如一个椭圆柱曲率大的地

方用大size的网格会很粗糙，也可能边壁区域做不出网格，采用Size function 可以很好的解决类似的问题。

Grid adaption 是在Fluent里细化或者粗化网格，可以把某些计算区域的网格细化以提高计算准确性，也可以把某些计算区域的网格粗化以节约不必要的计算机资源。通过这个操作可以对根据边界区域，计算出来的梯度，等值线，计算区域，体积，和函数等参数对网格Adapt。把网格导入到fluent里面，把要细化的区域在region里面勾画出来，然后在grid adaption选定所选的区域，然后点击adapt，每点一次，把网格间距缩小1/2。细化后，自动把分界面外的网格也细化了，不过是网格面积是原来的1/2，从而可以达到一个好的过渡。

离散格式

插值方式常称为离散格式。

就我们比较熟悉的离散格式来介绍一下。

中心差分格式：就是界面上的物理量采用线性插值公式来计算，即取上游和下游节点的算术平均值。它是条件稳定的，在网格Pe数小于等于2时稳定。在不发生振荡的参数范围内，可以获得较准确的结果。

如没有特殊声明，扩散项总是采用中心差分格式来进行离散。

一阶迎风格式: 即界面上的未知量恒取上游节点（即迎风侧节点）的值。这种迎风格式具有一阶截差，因此叫一阶迎风格式。无论在任何计算条件下都不会引起解的振荡，是

绝对稳定的。但是当网格Pe数较大时，假扩散严重，为避免此问题，常需要加密网格。研究表明，在对流项中心差分的数值解不出现振荡的参数范围内，在相同的网格节点数条件下，采用中心差分的计算结果要比采用一阶迎风格式的结果误差小。

混合格式：综合了中心差分和迎风作用两方面的因素，当|Pe|<2时，使用具有二阶精度的中心差分格式；当|Pe|>=2时，采用具有一阶精度但考虑流动方向的一阶迎风格式。该格式综合了中心差分格式和一阶迎风格式的共同的优点，其离散系数总是正的，是无条件稳定的。计算效率高，总能产生物理上比较真实的解，但缺点是只有一阶精度。

二阶迎风格式：二阶迎风格式与一阶迎风格式的相同点在于，二者都通过上游单元节点的物理量来确定控制体积界面的物理量。但二阶格式不仅要用到上游最近一个节点的值，还有用到另一个上游节点的值。它可以看作是在一阶迎风格式的基础上，考虑了物理量在节点间分布曲线的曲率影响。在二阶迎风格式中，只有对流项采用了二阶迎风格式，而扩散项仍采用中心差分格式。二阶迎风格式具有二阶精度的截差。

QUICK格式：是“对流项的二次迎风插值”，是一种改进离散方程截差的方法，通过提高界面上插值函数的阶数来提高格式截断误差的。对流项的QUICK格式具有三阶精度的截差，但扩散项仍采用二阶截差的中心差分格式。对于与流动方向对齐的结构网格而言，QUICK格式将可产生比二阶迎风格式等更精确的计算结果。QUICK格式常用于六面体（二维中四边形）网格。对于其它类型的网格，一般使用二阶迎风格式。

对圆柱体划分网格的一些经验总结:

最近一段时间在做锥形分离器内流场的研究。在对其流场进行数值模拟的过程中，在Gambit中试验了一些关于圆柱体的网格划分方法，并将其导入Fluent中进行了计算进行

了对比。在此将个人的一些经验体会与大伙分享。

刚开始划分网格的时候，我天真地认为圆柱体是非常容易划分网格的。但是这折腾了几天后，才发现，圆柱体要得到网格质量好的网格并不容易。经过试验，我总结出了三种划分圆柱体网格的方法。现在一个直径D=300，高度为1000的圆柱体为例进行网格的划分。此圆柱体是直接按照center模式生成体。

方法一：

在二维坐标系下建立一个长1000，宽150的长方形，对此长方形进行网格划分，并设定一条长边为对称轴（注意，采用轴对称模型时，Fluent默认X轴为对称轴）。再将此网格导入Fluent中采用轴对称模型进行计算。此方法优点是：能够划分出高质量的结构性网格，并能在圆柱体的不同部位根据流动情况控制网格的尺寸和长宽比；能够很容易的在近壁面处加入边界层；即使网格尺寸比较小，网格数量也可以得到控制。缺点：二维轴对称模型决定了Fluent中计算结果都是关于轴对称的，并且Fluent中二维轴对称模型如何将二维网格转化为三维网格计算的机理不太清楚，对其计算结果的正确性不好评估。

方法二：

在三维坐标系下建立圆柱体。先在Geometry>volume>Create Real cylinder中以Center形式生成一个直径为300，高度为1000的圆柱体。对其中一个圆面的圆周划分网格节点，取点的间距interval size为10。然后再对这个圆周面划分elements为Quad，Type为Pave的网格，网格大小interval size取10。（需要注意的是，在划分圆周网格节点的时候，选择的interval size要使得相应interval count为偶数，否则没有办法生成Pave面网格）。生成一个圆面上的面网格后，可以用Quad Map生成圆柱侧面的网格，然后再

生成体网格。

后来发现，可以一开始在圆面上生成Quad Map网格，然后直接用Hex\\wedge Cooper模式生成体网格。两者的效果是差不多的。

方法二生成网格的问题在于圆面中心区域网格的质量不好控制。同时，从圆柱侧面看，可以发现侧面上的网格都是正方形的，即网格长度不能控制（关键是生成侧面网格时如果直接生成面网格或体网格，因为已经生成圆面的网格大小的影响，无法对长度进行控制），导致网格数量较多。

生成的网格总体质量还是不错的。但因为我所做的课题要求对中心区域的网格质量要求较高，因此我还是在想办法提高中心区域的网格质量。

方法三：

既然要控制中心区域的网格质量和网格的长度。我想了个办法，生成一个圆柱体后，我再以+x +y +z方向生成一个长、宽、高分别为160、160、1200的长方体，再在+x –y +z方向生成一个长、宽、高分别为160、160、1200的长方体，将这两个长方体合并成一个长方体。然后用合成的长方体去切圆柱体。即在split volume 面板中使用volume 圆柱体 split with 长方体，条件只选则connected（其余两项如果选择了会怎样，大家只要尝试一下，并看看生成的体怎么样就可以了）。上述操作其实就是把圆柱体劈成两个半圆柱体。此时我们就可以通过切开圆柱体的那个中间的面上边控制网格的质量和长度了。

对于圆柱体上下端面网格的处理，因为端面被分成了两个半圆面。对半圆面上的半圆弧和直径上的边分别划分好网格节点，再生成面网格，就会发现圆面中心区域的面网格的

质量好了很多，规整了很多。同时，我在想，如果将圆端面分成四个扇形面，可能可以将网格控制得更好更精细。

在将圆柱体劈成两半的那个面的长边上划分网格节点，就可以控制圆柱体侧面上网格面的长度，从而控制体网格的长度。这是方法二做不到的。

经过测试，发现生成的网格质量比方法二有提高，并且我特别关注的中心区域网格质量很好。

方法四：

此方法是在圆柱的端面上生成一种从圆心向四周辐射开去的面网格。生成这种网格时需要圆心存在一个点，并且要将这个点的属性更改。

具体过程如下：在生成圆柱体后。在在生成体的面板中选择生成一个长方体，长方体的长、宽、高分别为160、160、1200，生成方式采用+x +y +z方式。生成体后，在split volume面板中选择volume 圆柱体 split with 长方体，条件只选则connected。然后我们便得到了一个端面为3/4圆面的体和一个端面为1/4圆面的体。此方法实际是为了方便的在圆柱体端面上划分出圆心。此圆心是我们生成辐射状网格必须的。我们打开生成面网格的面板Mesh>Face，打开十个按钮中第一行第四个按钮set face vertex type，在face中选择1/4圆面的那个体的扇形端面，在Type中选择Trielement，然后在Vertices中选择次面上那个圆心点，点击Apply。然后我们便可以对次面生成面网格，我们会发现在选中这个面的时候，网格类型自动选择为elements为Quad/Tri，Type为wedge primitive，选择合适的尺寸。便可以生成从圆心辐射向外的面网格。

同样的方法处理完3/4圆面的那个体的扇形端面。然后我们可以便可以先在两个体的侧面生成Quad Map网格，因为在面上生成网格，网格的长度可以通过边上的网格节点来控制。最后生成体网格。

此方法生成的网格非常漂亮，但能从网格上直接看出在圆柱端面的中心的网格实际是一很长很窄的扇形，因此可以判断中心处的网格质量很差，但外围的网格质量非常好。检查网格时证明的我的推测是正确的，中心区域网格质量非常差，网格扭曲度达到了0.9-1，但外围的网格质量都非常好。

此方法实际更适合对中心是空心的圆柱体进行网格划分。