Fluent 2019R3更新：Solution新功能

本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了FLUENT软件在多个方面的功能和改进。包括重新绘制历史记录、调整工作区元素、改进表达式语言、优化边界和区域选择、定义新的命名表达式、Adjoint求解器的使用、Reduced Order Models的评估、Structural模型的瞬态计算、PBM模型的新聚结模型、Battery模型的新解决方法和System Coupling的模块耦合功能。这些功能和改进使得FLUENT在流体动力学模拟中更加灵活、高效和准确。

下面列出了ANSYS FLUENT 2019 R3版本Solution模式中的新功能。

1 求解器改进

重新组织了Run Calculation任务页和组(在Solution选项卡中)的布局及标签，以便于进行瞬态计算和稳定计算。用户现在可以在Run Calculation 任务页中利用UDF自定义时间步长。另外要注意的是，对瞬态时间步进方法的标记进行了大幅度修改：

• Fixed 现在被标记为Fixed类型

• 基于Period的Fixed-Periodic类型现在被标记为Fixed类型下的Period-Based方法

• 基于Frequency的Fixed-Periodic类型现在被标记为Fixed类型下的Frequency-Based方法

• Adaptive现在被标记为Adaptive类型的Error-Based方法

注：激活了动网格模型，则无法使用Adaptive

• CFL Based现在被标记为Adaptive类型的CFL-Based方法

• Variable现在标记为Adaptive类型的Multiphase-Specific方法

注：仅当选用了多相流模型之后采用激活此方法

瞬态计算Run Calculation面板存在改变：

• 用户现在可以在Run Calculation任务页中使用Report Simulation Status选项来显示仿真状态(例如，流动时间或总时间步)的信息

• 对于使用自适应时间步长的计算：
  

  
  

  
  

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• 对于error-based的时间步进，用户现在可以为初始固定时间步定义时间步长

• 现在可以为时间步长指定更新间隔，而不是每个时间步都进行更新

• 有更多选项可供选择，以便更容易地指定计算时间
  

• 指定ending/total时间（旧选项）

• 指定仿真时间（新选项）

• 指定增量时间（新选项）

• 指定增量时间步数（新默认选项）

注：默认持续时间指定方法现在是增量时间步。若需要恢复之前老版本的指定总时间的方式，可以使用以下文本命令：/solve/set/transient-controls/duration-specification-method 2

为基于密度的求解器提供了一种新的防发散选项。启用此选项后，FLUENT将对温度和/或压力值接近最大和/或最小值限制的网格内的变量应用亚松弛处理。

利用TUI命令激活防发散设置，如下图所示。

对于使用密度基显式格式的瞬态计算，用户可以采用新的TUI命令将时间积分切换为两阶Runge-Kutta法。与默认的三阶、四阶Runge-Kutta法相比，二阶方法计算速度更快（特别是对于层流流动问题）。低阶方法可能会降低稳定性，用户需要做一些额外的设置，如减小Courant数至1或更小。

如下图所示采用TUI命令：

使用密度基求解器时，为流动方程空间离散选用的Bounded Central Differencing(BCD)算法目前具有全功能。对于使用Scale-Resolving Simulation (SRS)湍流模型和/或包含声学计算的问题，采用Roe-FDS配合BCD算法是对于当前扩散Roe-FDS算法的改进，其具有更好的精度及健壮性。

2 动网格

• 当使用overset网格时，可以同时使用Spalart-Allmaras湍流模型

• 动网格模型中进行了以下改进

• 调整了网格光顺设置默认值以提高稳健性及性能。目前默认采用的光顺方法为扩散光顺。在大多数情况下，默认参数能够工作得非常好。同时，大多数网格光顺参数被放置到Advanced…设置中。

• 当使用smoothing from a reference position选项时（该选项可以在许多周期性运动中防止网格累积退化），参考位置可以存储在以HDF格式保存的case文件中。该方式保证了在case重启计算时结果网格的一致性。

• 现在当动网格与Mesh Motion和/或Frame Motion一起使用时，可以同时激活选项smoothing from a reference position

Advanced…设置对话框如下图所示。

3 传热

• 写入case文件时默认保存shell区域。当重新读取包含有shell区域的case时，FLUENT不需要重新创建shell区域。

4 辐射模型

• 用户可现在可以通过表达式或表格指定Polar Distribution Function，用来在Monte Carlo辐射模型中定义选中对称边界，该方法非常适用于模拟LED灯。

5 反应流问题

• 电化学反应现在可以与多相流模拟同时进行。因此可以模拟多相流中的电解和腐蚀等过程。

• 对于包含刚性化学求解器的层流有限速率模型，现在用户可以使用DEFINE_VR_RATE宏来指定反应速率。在之前的版本中，该UDF宏不能与刚性化学求解器共用。

• 用户现在可以在使用Stiff Chemistry Solver或CHEMKIN-CFD Solver时，通过指定Temperature Threshold参数，从而实现在稳态组分输运问题中，不损失计算精度的前提下降低计算开销。在网格温度低于指定值的情况下，化学反应速率将被设定为零，从而节省了求解这些化学反应的开销。

• 有限速度化学反应模型目前能与密度基求解器完全兼容。之前的版本中，刚性化学求解器与密度基不兼容。

• 使用EDC模型时，用户现在可以通过UDF宏DEFINE_EDC_MDOT自定义反应速度计算的格式与时间尺度

• 在组分定义对话框中添加了一个新的Last Species按钮，方便用户将选定的组分设置为最后一种组分

注：这个功能比较人性化，以前要调整组分到最下面，需要不断的删除添加才能实现。

• 现在支持三个温度范围的热力学数据文件。

6 污染物模型

• Soot Modeling：对soot模型的动量方程源项进行了改进。包括：

• 在CHEMKIN格式中使用任何soot表面机理

• 完全兼容燃料模型库中详细的soot表面机理

• 能够使用任何气相机制求解soot表面化学中使用的组分)

• 能够捕获soot形成过程中PAH过程

7 离散相模型

• 对于包含颗粒的的P1和DO辐射模拟，辐射换热速率现在包括DPM辐射源

• 对于包含了拉格朗日壁膜边界的问题，用户现在可以去除壁面温度限制，并且可以使用TUI输出壁面上的Leidenfrost温度

• 对于包含有wall-film边界条件的瞬态粒子追踪问题，现在在DPM Report Definition 对话框中添加了两种新的DPM报告类型：
  

• Mass in Fluid（等效于之前版本的Mass in Domain报告类型）

• Mass in Film

• 由于修正了液滴沸腾定律，因此操作界面包含以下一些修改：
  

• 在Create/Edit Materials对话框中，Vaporization Model名称修改为Vaporization/Boiling Model

• Convection/Diffusion Model对话框重命名为Model Options.

8 多相流模型

• 为了模拟低温下（如发动机冷却系统）的过冷核沸腾过程，新版本完全支持了Semi-Mechanistic Boiling模型。该模型在之前的版本中为beta功能。

• 对于包含了蒸发冷凝传质机理的问题，Saturation Temperature n(n对应于传质机理数量)可在后处理对话框Phase Interaction... 中使用

• 对于VOF多相流问题，用户可以在Solution Initialization面板中通过使用VOF Check按钮生成问题设置的概要报告。

9 Electric Potential模型

• 电势模型目前可以与多相流模型相兼容

10 图形、报告及后处理

• 用户现在可以使用完全表达式语言来定义Expression Report Definitions。提供过使用此功能，用户可以显示（使用 Report Plots）并保存（使用Report Files）所定义的表达式历史求解数据。用户还可以使用Report Definition定义基于表达式的参数输出。

• 改进了报告显示，在有需要时可重生或恢复

• 若用户关闭了图形窗口，可以使用Report Plot对话框或在对象的右键上下文菜单中使用Plot命令重新生成图形

• 若用户打开之前保存的case/data文件，并定义了Report图形，并且相应的报表文件历史记录可用，则可以使用Plot命令重新绘制文件中的可用历史记录

• 当将case从稳态转换到瞬态（或相反）时，Fluent会自动切换报告文件和图表，以使用适当的报告间隔（瞬态模拟的时间步长）。同样，报表图的x轴也相应地进行调整(瞬时流动时间)

• FLUENT工作区的元素(图形窗口、控制台和任务页)可以在计算过程中调整大小和重新排列，使用户可以调整焦点以更好地查看想要查看的区域

• FLUENT表达式语言的强大及灵活性对表达式报表定义特性进行了改进

• 在3D问题中，默认情况下不再为大量内部区域（通常命名为default-interior）创建区域表面。这可以防止无意中选中这些表面而增加显示时间。

11 Cell Zones及边界条件

• 用户可以在Outline View上下文菜单中使用Multi Edit... 同时编辑多个具有相同类型的边界

• 对于压力出口边界条件，用户可以选择选项Prevent Reverse Flow。当激活此选项后，Fluent会在边界上构造人工壁面以阻止流体流入计算区域

• 边界及区域目前默认情况下以类型进行组织，方便用户选择

• 模型树中的边界可以根据它们的邻接区域进行分组，这样用户可以看到哪些边界属于同一单元区域

• 用户可以在模型树中直接重命名边界和单元区域，方法是选择边界，然后单击边界名称（连着点击两下）

12 表达式

• 用户在定义新的命名表达式时，可以在变量下拉列表中选择向量分量

• 命名表达式现在可以包括报表定义

• 定义的变量可以作为参数进行参数化处理

• 现在可以按表达式中的名称使用输入参数

• 现在可以使用FLUENT表达式语言的语法定义Report definitions。

13 Adjoint求解器

• 新加一个基于梯度的优化器，其可以自动创建一系列的设计迭代，优化网格形状以在多种操作条件下达到多个目标

• 现在可以对伴随求解器使用混合稳定策略，在计算开始时不使用稳定方案或耗散格式， 对于剩余的计算采用残差极小化方案。默认情况下使用这种混合策略。

• 当使用Design Tool并 previewing the morphing时，现在可以

• 增加缩放量以突出变形效果

• 以.stl文件输出预览的网格（该方式对于大模型非常好用）

• 当定义设计类型为bounded-by-surfaces时，可以：

• 规定有界曲面的变形符合导入的表面

• 删除导入的表面

14 Reduced Order Models

• 除了ROM Viewer外，还可以在FLUENT中对ROM进行评估。当使用FLUENT进行评估时，用户可使用FLUENT的后处理工具进一步分析ROM中可用的场变量

15 Structural模型

• 对于瞬态计算，采用一种新的直接时间积分法求解有限元半离散运动方程： Backward Euler法

• 用户可以创建结构点或面用于监视和报告固体区域的特定单元格中的数据，即使单元区域作为双向FSI模拟的一部分正在发生移动/变形

16 PBM模型

• 添加了一种新的聚结模型（Prince及Blanch）该模型非常适合于模拟气泡塔中的聚结现象

• 为聚集和破碎核的校准添加了聚集和破坏因子

17 Battery模型

• 增加了一种名为Circuit Network的新的电池解决方法，该方法允许用户在模拟电势空间分布且发热不重要的情况时节省时间和计算资源。

• 当使用参数估计工具时，FLUENT现在会在工作目录中生成额外的文件，以帮助评估和调试合适的结果

• 添加了新的用户访问函数Get_p2d_Postprocessing_Info，能够获取Newman's P2D model的结果细节

• Enable Joule Heat Source选项被替换成下面两个选项：

• Enable Joule Heat in Tab/Busbar Zones

• Enable Joule Heat in Active Zones

18 System Coupling

• Maxwell及Fluent(with Fluent Meshing)模块现在可以通过System Coupling实现耦合