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本书从介绍Fluent的基本理论开始，使读者无需数学基础也能快速上手理解CFD内涵，使得CFD真正成为使用者的工具，使读者成为使用工具的主体，发挥个人主观能动性。通过分专题介绍Fluent在各个领域的用，使读者具有实践能力。
书名：精通CFD工程仿真与案例实战——FLUENT GAMBIT ICEM CFD Tecplot（第2版）
ISBN：978-7-115-45313-6
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• 著 李鹏飞 徐敏义 王飞飞
责任编辑 张 涛
• 人民邮电出版社出版发行 北京市丰台区成寿寺路11号
邮编 100164 电子邮件 315@ptpress.com.cn
网址 http://www.ptpress.com.cn
• 读者服务热线：(010)81055410
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本书详细介绍了FLUENT、GAMBIT、ICEM CFD和Tecplot基础理论、具体操作和典型的应用案例。本书是在原有第一版的基础上，增加了近几年CFD的热点应用，结合读者意见进行完善和改进后的第二版。
全书共分9章。第1章介绍了CFD基本理论及软件的基本应用，并通过简单实用的算例，说明了FLUENT的求解过程和后处理步骤。第2章介绍了CFD前处理概念和GAMBIT、ICEM CFD的使用方法。第3章介绍了CFD求解理论和FLUENT的使用方法。第4章介绍了FLUENT后处理和Tecplot使用方法。第5章是网格应用实战，以10个网格应用的典型实例为讲解主线，详细介绍GAMBIT和ICEM CFD创建四面体网格、六面体网格的功能应用，涉及局部加密法、边界层网格和块结构化网格的划分方法。第6章至第9章都是综合实战案例，通过37个典型算例，介绍FLUENT在多个领域的应用。第9章的11个算例为此次第二版图书的新加算例。
本书理论讲解详细、操作介绍直观、实例内容丰富，全面介绍了FLUENT、GAMBIT、ICEM CFD和Tecplot应用于流体工程计算的操作，具有较强的实用性。本书包含的大量实例基本涵盖了ICEM CFD和FLUENT在各大领域中的典型应用，本书的这些经典算例是对ICEM CFD和FLUENT功能应用很全面的总结。
本书可作为能源、航空航天、船舶、石油、化工、机械、制造、汽车、生物、环境、水利、火灾安全、冶金、建筑、材料等众多领域的研究生和本科生学习CFD基本理论和软件应用的教材，也可供上述领域的科研人员、企业研发人员，特别是从事CFD基础和应用计算的人员学习参考。
我在FLUENT中国工作时就认识了李鹏飞博士，合作至今已近4年。目前，他是海基公司的CFD高级培训讲师，他对技术的理解和痴迷令我印象深刻。他思想敏锐，是一位非常踏实且有才华的青年学者。几年来，他的学术论文和各种科研成果接连被国际顶级杂志刊登，其质量都很高，这印证了我对他的印象。
海基盛元信息科技公司最早把FLUENT软件引进了中国，为CFD软件在中国的推广与应用起到了重要作用。李鹏飞博士在海基公司主要负责ICEM CFD和FLUENT软件的基础和高级培训，开课有ICEM CFD与FLUENT标准培训、FLUENT高级燃烧模拟培训等课程。目前该培训课程已经成功举办五期，参加培训的学员有来自东方电气、中石油、中海油、国家电网和宝钢（简称）等大型企业的研发技术人员；还有来自清华大学、北京大学、中国科学院、中国科技大学、国防科技大学等科研机构的教师和研究生。学员们经过培训后，都反映收获很多，对李鹏飞博士的评价很高。
李鹏飞博士的研究主要涉及工业过程的节能减排，致力于通过数值模拟研究流动、传热与反应流过程细节，并弄清提高工业过程效率和节能的途径。他曾经在华中科技大学煤燃烧国家重点实验室做过相关研究，目前在北京大学湍流与复杂系统国家重点实验室做学术研究。在这些国家重点科研机构里，他参与了很多国家重大项目，如国家重大科技专项、973、863和国家自然科学基金等项目，积累了大量数值模拟的基础研发和工业应用经验。
李鹏飞博士持续对CFD保持着高度的热爱，并对FLUENT软件技术问题提出了许多很有价值的宝贵建议，当他提出要写一本CFD方面的书时，我就大力支持并鼓励他创作。现在，他与北京大学徐敏义博士、王飞飞博士一同将他们的宝贵经验和体会总结成书，在他们的CFD专著即将出版时，我祝贺他们在CFD方面取得的成绩，也祝愿他们在今后的工作生活中获得更大的成功！
是为序。
上海海基盛元信息科技有限公司
技术总监 隋洪涛博士
5年前，有出版社到北京大学联系我，说经他们调研，读者对FLUENT的技术普及图书需求很广，问我能不能准备相关书稿。我当时写过CFD方面的论文，做过CFD方面的技术培训和项目咨询，基于对CFD的理解与研究经验，我想把这项任务接下来，编写一部较全面的FLUENT技术图书。我拟了内容提纲，试写了部分章节，交给了出版社。经过评审和立项，这件事情就敲定了。由于FLUENT软件涉及学科门类多，应用范围广，为提高图书质量，我和同在北京大学进行CFD研究的徐敏义博士和王飞飞博士一起合作准备书稿，书最终于2011年年底面世。
当时市面FLUENT技术书籍还不多，也还没有介绍ICEM CFD和Tecplot内容的图书。本书介绍了较多ICEM CFD和Tecplot的内容，也引入了很多网格划分和CFD模拟在各个领域应用的案例，吸引了不少读者的兴趣，第一版图书目前已重印了9次。随着销量的增加，获得的好评也越来越多，也收到了不少读者来信。目前第一版图书已出版了5年，这期间作者一直继续从事CFD研究。我们根据这几年读者的反馈，结合我们对CFD的理解，融合目前CFD市场对热门案例的需求，我们对第一版图书进行了仔细修订。修订主要从4方面进行：（1）增加了FLUENT在更多领域应用的案例，第二版图书已经包含了FLUENT的37个算例；（2）修改完善了ICEM CFD网格划分案例；（3）对全书进行了语言润色和文字勘误修订；（4）根据读者意见对细节内容进行了修改。期望这本改版的图书能受到更多读者的欢迎。
本书仍是CFD在FLUENT领域的技术工具书，供CFD工作者了解FLUENT操作与案例使用。虽然本书第2章至第4章对网格划分、求解器和后处理进行了基础知识介绍，但这些内容主要针对FLUENT求解器，因此，严格意义上本书不是CFD专业学术专著，而是对FLUENT求解器涉及的基础理论与应用案例的汇总。学术方面，编者在湍流反应流和高效低污染燃烧领域进行了较多研究，本书修订新版后，我也将推出学术专业性和原创性更强的英文学术专著，供与该领域的学术研究者交流。
感谢北京大学湍流与复杂系统国家重点实验室、华中科技大学能源与动力工程学院、海基科技公司、ANSYS公司、Tecplot公司、南京佳力图机房环境技术股份有限公司和大连海事大学对笔者的支持。本书的编写汇总了不少ICEM CFD、FLUENT和Tecplot的各方技术资料，也参考了ICEM CFD、FLUENT和Tecplot的官方教程，在此向ANSYS和Tecplot公司表示感谢。感谢人民邮电出版社，他们卓有成效的工作，使本书成了FLUENT畅销书。也许可以说，本书对促进CFD与FLUENT软件在中国的技术应用是有一些影响的。编者也会继续跟踪CFD在各领域的最新进展，并及时将这些内容介绍给读者。
一如既往，期望读者对改版图书提出意见和反馈。
李鹏飞
于华中科技大学
计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD），是通过计算机模拟流体流动、传热、化学反应等物理现象的技术。通过CFD技术，可利用计算机分析并显示流场中的现象，能在较短时间内预测流场。CFD模拟能帮助理解流体力学问题，为实验提供指导，为设计提供参考，节省人力、物力和时间。随着计算机硬件和算法的发展，CFD技术的应用越来越广泛。
本书是针对从事CFD工作的科研人员和企业研发人员的需要编写的，内容涉及基础操作、高级应用和大量应用案例。本书的实例均来源于各领域的实际研发项目，既涉及基础研究，又包括工程实用算例，应用性和借鉴性较强。无论是初学者还是已有经验的CFD工作人员都会从本书中有所收获。
本书第1章至第4章分别详细介绍了GAMBIT和ICEM CFD前处理、FLUENT求解和Tecplot后处理的基本技术和操作方法。第5章至第9章分别介绍了网格和综合求解案例。网格实例方面，本书通过10个典型的网格实例，给用户提供学习各类网格划分方法的技术。这些算例都是精心挑选的，应用方法全面。通过学习这些算例，读者将掌握GAMBIT和ICEM CFD最核心和关键的功能，并能依靠这些方法解决绝大多数实际网格问题。综合求解实例方面，本书通过37个经典算例，介绍FLUENT在各个领域中的应用。这些实例涵盖了FLUENT在各大领域中的应用，是对FLUENT求解功能应用最全面的总结。读者可以通过这些经典算例的学习，迅速地掌握所在领域中FLUENT应用方法和技巧，并帮助解决实际项目问题。
各章介绍的实例可以从本书的配套光盘中找到，光盘中有典型实例讲解视频。
本书第一版由李鹏飞、徐敏义、王飞飞编写，第二版由李鹏飞修订及编写。第二版对第一版内容进行了修订与更新，并大幅增加了CFD在各个领域应用的算例。本书的编写得到上海海基盛元信息科技有限公司研发总监隋洪涛博士的帮助和支持。感谢北京大学湍流与复杂系统国家重点实验室、华中科技大学能源与动力学院、大连海事大学轮机工程学院和大连理工大学工程力学系师生在CFD技术上的帮助。
虽然本书的第二版经过了内容修订，但由于篇幅和时间有限，书中疏漏和错误在所难免。技术上，如果读者有更多CFD项目模拟需求，可以通过邮件（pfli@hust.edu.cn）联系本书笔者。本书编辑和投稿联系邮箱为：zhangtao@ptpress.com.cn。
作者
计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）是通过计算机进行数值模拟，分析流体流动和传热等物理现象的技术。通过CFD技术，可利用计算机分析并显示流场中的现象，从而能在较短的时间内预测流场。CFD模拟能帮助理解流体力学问题，为实验提供指导，为设计提供参考，从而节省人力、物力和时间。
根据流体力学知识，自然界不涉及化学反应的单相流动现象都可以用两个方程来描述：连续性方程（即质量守恒方程）和Navier-Stokes方程（即动量守恒方程）。理论上，如果已知某一时刻流场的参数（如速度分布），将之设为初值，然后代入这两个方程中直接求解，即可求得任一时刻、任一地点流场的参数。然而，基于Navier-Stokes方程本质的非线性以及边界条件处理的困难，除少数简单的问题外，解析和数值求解Navier-Stokes方程都是极具挑战性的任务。证明Navier-Stokes方程解的存在性与光滑性仍是美国克雷数学研究所（Clay Mathematics Institute）悬赏100万美元征解的世纪难题。
实际上对于湍流，如果直接求解三维非稳态的控制方程，对计算机的内存和CPU要求非常高，目前还无法应用于工程计算。工程中，为降低计算过程对内存和CPU的要求，一般需将非稳态的Navier-Stokes方程对时间做平均处理，期望得到对时间做平均化的流场。但Navier-Stokes方程对时间做平均处理后，控制方程组并不封闭（即方程组的未知数大于方程数），因此需要人为构造额外的方程，使方程组封闭，这个构造额外方程的过程就是建立湍流封闭模式，即建立湍流模型的过程。这样处理后的时均化的控制方程，采用目前的计算机求解，求解速度已可以接受，可应用于工程问题的计算。这就是当前商业软件（如FLUENT、CFX和STAR-CD等）广为采用的CFD处理方法。
计算流体力学是流体力学的一个分支。当前，研究流体力学问题有3类方法，即实验分析、理论分析和CFD模拟。
实验测量的结果较为真实可信，它是研究流体力学问题的基础。CFD新算法的提出和理论分析的结果都需要具体实验的验证。目前，实验测量仍是研究流体力学问题的重要方法。然而，实验测量耗时长、成本高，而且往往由于测量方法的限制，测量设备难免会对真实流场造成干扰，从而使从实验设备（如风洞）中获得某些细部数据较为困难。
理论分析的结果一般具有普遍性，从而为实验设计和新CFD算法提供了理论基础。目前，流体力学问题，尤其是湍流问题，机理方面的进展十分缓慢。但每一次湍流新理论的提出都伴随着湍流研究的新进展，例如，普朗特的边界层理论，克罗格洛夫（kolmogorov）的-5/3理论等。但是，要对湍流这个复杂的随机流动过程提出新的机理方面的解释，也十分困难。
CFD克服了实验测量和理论分析的某些缺点，且具有优势，如CFD方法成本低，耗时短，获得流场中的数据比较容易。在计算机上进行一次CFD分析，就好比在计算机上进行了一次虚拟的流体力学实验。如果采用的CFD方法合理，CFD分析就可在省时又省力的情况下对流动过程进行准确预测。然而，目前CFD方法还没有标准，即对某种流动现象采用什么模型、什么网格、什么方法处理，还没有形成标准化的处理方法（只有推荐方法）。因此，一方面应该把CFD看成一种研究手段、一个工具，将CFD技术与实验测量、理论分析结合起来，发挥分析人员的主观能动性，才可能比较顺利地解决问题；另一方面，CFD分析人员应该加强CFD基本理论的学习和应用经验的积累，提高职业水平，合理充分地使用好这个强大的工具。
总而言之，流体力学的3类分析方法（理论分析、实验测量和CFD模拟）各有优势，不能武断地认为CFD未来的发展会取代实验和理论分析，CFD虽然克服了实验和理论分析方面的某些劣势，但其也只是研究流动问题的手段之一，三者应该相辅相成、相互补充，同为研究流动问题服务。
计算流体力学近30年来得到了飞速发展，其与计算物理、计算化学、计算力学一样，都是计算科学领域的学科。随着近几十年计算机技术的进步，计算机处理速度有了飞速的提高，从而使计算机对工程现象进行数值模拟分析逐渐成为可能。流体力学工作者也注意到了计算条件的飞速发展，并开发和发展了适合当前计算机处理速度的湍流模型和计算方法。目前，学术界和工业界都已公认CFD是解决流动和传热相关问题强有力的工具。因此，CFD学科的发展与计算机处理速度的进步是密不可分的。正是计算速度的大幅提升，刺激了CFD技术的快速发展，也由于CFD数值处理方法的进步，使利用超级计算机、工作站等计算设备求解实际工程问题成为了可能。
流体动力学应用如今已遍及航空航天、船舶、能源、石油、化工、机械、制造、生物、水处理、火灾安全、冶金、环境等众多领域。从高层建筑结构通风到微电机散热，从发动机、风扇、涡轮、燃烧室等机械到整机外流气动分析，可以认为只要有流动存在的场合，都可以利用计算流体力学进行分析。具体的工程应用场合包括但不限于以下行业。
这些问题过去主要靠经验与实验获得设计参考，而今可采用CFD技术提供更快捷和全面的解决方案，而且CFD技术的应用领域还在迅速扩展，可以认为只要有流动、传热、化学反应、多相流、相变存在的过程，都可以尝试利用CFD进行模拟分析。
采用CFD解决某一实际问题分为3步：前处理、求解、后处理。下面对这3个过程进行具体说明。
前处理的目的是将具体问题转化为求解器可以接受的形式。这里，求解器可以接受的形式就是计算域和网格，即前处理需要建立计算域并划分网格。这两者虽然只是求解过程的准备工作，但都很耗时，且对求解结果的精确度起决定性影响。
计算域，即CFD分析的区域，一般为流动区域。对计算域进行合理处理可以极大地减小计算量，如果是具有对称性的流动，可以设置一个含对称面（或对称轴）的计算域处理。又如，如果只关心流场的某一细部，通过设置合理边界条件和该细部的计算域，可只对该细部的计算域进行CFD分析，无须求解整个流场。
网格，即对计算域划分的单元。网格的数目和质量对求解过程有重要的影响。网格的数目应该够多，以确保能合理描述流动过程；但网格的数目不应过分地多，以免浪费计算资源。在网格的质量方面，应该尽量使用结构化网格。对于二维流动的模拟，应尽量使用四边形网格；对于三维流动的模拟，应尽量使用六面体网格，以提高求解精度。网格划分通常要占到CFD总体模型与参数设置时间的40%以上。对实际模型划分高质量的结构化网格，需要进行专门的网格划分训练和经验积累。网格划分技术并不神秘，只要经过训练，人人都可以成为复杂模型结构化网格划分的高手。
对计算域划分好网格后，可定义边界条件。边界条件定义好后即完成前处理，此时可以输出网格文件给求解器计算了。
求解器读取前处理生成的文件后，设置好各种模型和参数，就可以开始进行迭代计算了。
在求解器界面中，读入前处理生成的文件后，应首先检查该文件的网格质量是否符合求解器的要求，网格是否出现负体积。确认网格没有问题后，应检查计算域单位（如尺寸单位、参数单位等）。然后设置求解器，如是定常还是非定常问题、显式还是隐式格式等。再设置各类模型，如湍流模型、多相流模型、组分传输模型、化学反应模型、辐射模型等。再设置流体的物性，如密度、比热、导热率、粘性等。再具体设置计算域的边界条件。然后设置压力与速度耦合方式、离散格式、欠松弛因子。最后对计算域进行初始化，并设置关键位置的求解参数监视器，就可以开始进行迭代计算了。
后处理过程即对已经计算收敛的结果继续处理，以获得直观清晰的、便于交流的数据和图表。后处理可以利用商业求解器自带的功能进行，如FLUENT和CFX都自带了较为完善的后处理功能，可以获得计算结果的矢量图、等值线图、迹线图等。后处理也可以利用专业的后处理软件完成，如常用的TECPLOT、origin、FIELDVIEW和EnSight等后处理软件。
GAMBIT是FLUENT公司早年开发的前处理软件。GAMBIT能处理主流CAD数据类型的几何文件，生成四面体、六面体、棱锥和棱柱形的结构化与非结构化网格，能生成边界层网格。对于复杂几何体，GAMBIT能将几何体进行分区，以在每个区内生成高质量的结构化网格。
GAMBIT通过它的用户界面（GUI）来接受用户的输入。GAMBIT GUI能使设计人员简单而又直接地实现建立模型、网格化模型、指定模型区域大小等基本步骤，这对于很多建模过程来说已经足够了。GAMBIT软件可对自动生成的Journal文件进行编辑，以自动控制修改或生成新几何与网格；可以导入由Pro/E、UG、CATIA、SolidWorks、ANSYS、PATRAN等大多数CAD/CAE软件所建立的几何和网格，导入过程可利用自动公差修补几何功能，以保证GAMBIT与CAD软件接口的稳定性和保真性，从而保证几何体识别质量，减小工程师的工作量；具备几何修正功能，在导入几何时会自动合并重合的点、线、面；具备几何修正工具条，在消除短边、缝合缺口、修补尖角、去除小面、去除单独辅助线和修补倒角时更加快速、自动、灵活，而且准确保证几何体的精度；G/TURBO模块可以准确而高效地生成旋转机械中的各种风扇以及转子、定子等几何模型和计算网格；可以划分包括边界层等CFD特殊要求的高质量网格；GAMBIT中专用的网格划分算法可以保证在复杂的几何区域内直接划分出高质量的四面体、六面体网格或混合网格；可高度智能化地选择网格划分方法，可对极其复杂的几何区域划分出与相邻区域网格连续的、完全非结构化的混合网格；可为FLUENT、POLYFLOW、FIDAP、ANSYS等求解器生成和导出所需要的网格和格式。自从ANSYS将FLUENT整合进ANSYS大软件包后，GAMBIT软件已停止了更新，但GAMBIT在国内的用户数较多。
ICEM是Integrated Computational Engineering and Manufacturing的缩写。ICEM CFD Engineering公司于1990年成立，专注于解决网格划分问题。2000年ANSYS公司收购ICEM CFD，并于2004年推出了界面简洁、操作方便的ICEM CFD/AI*Environment。它具有基于Windows形式的界面，支持当前流行的CAD数据类型，能进行几何结构的修补和简化，具有强大的网格划分功能，可输出多达100种求解器支持的网格文件。ICEM CFD出色的网格划分功能体现在其对非结构化四面体网格和结构化六面体网格的处理。在非结构化四面体网格处理方面，ICEM CFD能根据几何尺寸的主要轮廓自动生成四面体网格，并自动生成三棱柱边界层网格。在结构化六面体网格处理方面，ICEM CFD通过自顶而下或自下而上的方式创建复杂的拓扑结构，通过创建与几何体形状近似的拓扑结构来创建高质量的六面体结构化网格。ICEM CFD是目前最优秀的网格划分工具之一，也是今后更多CFD工作者会选择的网格划分软件，本书也会重点介绍ICEM CFD网格划分相关基础与算例。
自1984年以来，GRIDGEN的用途已从起初的航空领域发展到自动化、动力、化学流程和其他行业。GRIDGEN的编程人员在1994年成立了Pointwise公司，推出了商用化后继产品GRIDGEN，迄今已有15版。GRIDGEN可以生成多块结构化网格、非结构化网格和混合网格，可以采用CAD的输出几何文件生成网格，如CATIA、UG等CAD数据，其他CAD数据可经由IGES转化导入。用户可以自行确定几何形状，生成后的网格可以写成十几种计算流体软件包的数据格式，包括了著名商用CFD软件格式，如PHOENICS、FLUENT、STAR-CD、CFX等。对于自编CFD程序，GRIDGEN给出了标准PLOT3D数据格式（结构化格式）和非结构化网格数据格式。
FLUENT是用于模拟流体流动、热传导及其他物理和化学耦合过程的计算机程序。它提供了完全的网格灵活性，用户可以使用非结构与结构化网格，例如，用二维三角形或四边形网格、三维四面体/六面体/金字塔形网格来解决具有复杂外形的流动，甚至可以用混合型非结构网格。它允许用户根据解的具体情况对网格进行修改（细化/粗化）。
FLUENT是用C语言编写的，因此具有很大的灵活性。除此之外，为了高效地执行、交互地控制，以及灵活地适应各种计算机与操作系统，FLUENT使用Client/Server结构，因此，它允许同时在用户桌面工作站和高性能服务器上分布式地运行程序。
在FLUENT中，解的计算与显示可以通过交互界面和菜单界面来完成。高级用户可以通过写宏和菜单函数自定义和优化界面。
FLUENT解算器具有如下模拟能力。
上述各功能使得FLUENT具有广泛的应用，包括但不限于以下几个方面。
在目前的CFD市场上，FLUENT以其在非结构网格的基础上提供丰富的物理模型而著称，业内公认的数值算法和鲁棒性较好的求解器保证了计算结果的精度，新的NITA算法大大缩短了求解瞬态问题所需的时间，成熟的并行计算能力适用于Windows、Linux或UNIX平台，而且既适用于单机的多处理器，又适用于网络连接的多台计算机。动态加载平衡功能自动监测并分析并行性能，通过调整各处理器间的网格平衡分配各CPU的计算负载。
FLUENT的湍流模型应用一直处于商业CFD软件的前沿，它提供了丰富的湍流模型，其中有经常使用的湍流模型，也包含针对强旋流和各相异性流的雷诺应力模型等。随着计算机处理速度的显著提高，FLUENT已经将大涡模拟（LES）纳入其标准模块，并且开发了更加高效的分离涡模型（DES），FLUENT提供的壁面函数和加强型壁面处理的方法可以很好地处理壁面附近的流动问题。
FLUENT的气动声学模型也备受关注。FLUENT有多种方法计算由非稳态压力脉动引起的噪声。瞬态大涡模拟（LES）预测的表面压力可以使用FLUENT内嵌的快速傅立叶变换（FFT）工具转换成频谱。Fflow-Williams&Hawkings声学模型可以用于模拟从非流线型实体到旋转风机叶片等各式各样噪声源的传播，宽带噪声源模型允许在稳态结果的基础上进行模拟，这是快速评估设计是否需要改进的非常实用的工具。
FLUENT的动网格模型可以满足内燃机、阀门、弹体投放和火箭发射等包含有运动部件的模拟需求。它提供了几种网格重构方案，根据需要用于同一模型中的不同运动部件，仅需要定义初始网格和边界运动。动网格与FLUENT提供的其他模型（如雾化模型、燃烧模型、多相流模型、自由表面预测模型和可压缩流模型）相兼容。搅拌槽、泵和涡轮机械中的周期性运动也可以使用FLUENT中的动网格模型（Moving Mesh）进行模拟，滑移网格和多参考坐标系模型被证实非常可靠，和其他相关模型（如LES模型、化学反应模型和多相流模型等）有很好的兼容性。
FLUENT提供了一系列应用广泛的对流、热传导及辐射模型。对于热辐射，P1和Rossland模型适用于介质光学厚度较大的环境，基于角系数的surface to surface模型适用于介质不参与辐射的情况，DO（Discrete Ordinates）模型适用于包括玻璃的任何介质，DTRM（Discrete Ray Tracing Module）模型也同样适用。太阳辐射模型使用光线追踪算法，包含了一个光照计算器，它允许光照和阴影面积的可视化，这使得气候控制的模拟更加有意义。
FLUENT也提供了其他与传热紧密相关的汽蚀模型、可压缩流体模型、热交换器模型、壳导热模型、真实气体模型和湿蒸汽模型等。相变模型可以分析流体的融化和凝固。离散相模型（DPM）可用于模拟液滴和湿粒子的蒸发及煤粉燃烧。附加源项和完备的热边界条件使得FLUENT的传热模型成为满足各种模拟需要的、成熟可靠的工具。
化学反应模型方面，湍流状态下的化学反应模型在FLUENT软件诞生以来就一直占据着很重要的地位。多年来，FLUENT强大的化学反应模拟能力已帮助工程师完成了对各种复杂燃烧过程的模拟。涡耗散概念模型、PDF组分输运模型以及有限速率化学模型已经加入到FLUENT的主要模型中，目前包含：涡耗散模型，火焰面模型以及能模拟气体燃烧、煤燃烧、液体燃料燃烧的非预混模型。预测NOx生成的模型也被广泛地应用。
许多工业应用涉及发生在固体表面的化学反应，FLUENT表面反应模型可以用来分析气体和表面组分之间的化学反应以及不同表面组分之间的化学反应，以确保表面沉积和反应现象能被准确预测。对催化转化、气体重整、污染物控制装置及半导体制造等领域的模拟都受益于这一技术。
FLUENT的化学反应模型可以和大涡模拟（LES）及分离涡（DES）湍流模型联合使用，将这些非稳态湍流模型耦合到化学反应模型中，可预测火焰的稳定性及燃尽特性。
多相流混合物在各种工业中较为常见，FLUENT软件是多相流模拟方面的先驱，其丰富的模拟能力可以帮助工程师洞察设备内某些难以探测的现象。Eulerian多相流模型通过分别求解各相流动方程的方法分析相互渗透的各种流体或各相流体，对于颗粒相流体采用特殊的物理模型进行模拟。占用资源较少的混合模型也可用于模拟颗粒相与非颗粒相的混合。FLUENT也可用来模拟三相混合流（液、颗粒、气），如泥浆气泡柱和喷淋床的模拟；可模拟相间传热和相间传质的流动，使得对均相及非均相的模拟成为可能。
FLUENT标准模块中还包括离散相模型（DPM），可用于模拟离散相颗粒的运动，如喷雾干燥器、煤粉炉、液体燃料喷雾等。可以考虑射入的粒子及液滴与连续相流体之间发生的热、质量和动量的交换。
VOF（Volume of Fluid）模型可用于预测界面分明的自由表面流动，如海浪，水在空气中的射流运动等。汽蚀模型已被证实可以很好地应用到水翼艇、泵及液滴喷雾的模拟。沸腾现象可以通过用户自定义函数来实现。
FLUENT提供了专门的工具来生成几何模型及网格创建。GAMBIT允许用户使用基本的几何构建工具创建几何，它也可用来导入CAD文件，然后修正几何以便于CFD分析。为了方便灵活地生成网格，FLUENT还提供了TGrid，这是一种采用最新技术的体网格生成工具。这两款软件都具有自动划分网格及通过边界层技术、非均匀网格尺寸函数及六面体为核心的网格技术快速生成混合网格的功能。对于涡轮机械，可以使用G/Turbo，术语及参数化的模板帮助用户快速地完成几何创建及网格划分。
FLUENT的后处理可以生成有实际意义的图片、动画、报告，这使得CFD的结果非常容易地被转换成工程师和其他人员可以理解的图形，表面渲染、迹线追踪仅是该工具的几个特征，却使FLUENT的后处理功能独树一帜。除此之外，FLUENT的数据结果还可以导入到第三方的图形处理软件或者其他后处理软件做进一步分析。
用户自定义函数能使用户自定义某些FLUENT功能。功能强大的资料库和详尽的帮助文档提供了全方位的技术支持。FLUENT的全球咨询服务可提供各类客户的技术咨询服务。另外，一些附加应用模块，比如质子交换膜（PEM）、固体氧化物燃料电池、磁流体、连续光纤拉制等模块也包含在FLUENT软件包中。
总而言之，对于模拟复杂流场结构的不可压缩/可压缩流动，FLUENT是理想的软件。对于不同的流动领域和应用，FLUENT公司还提供了其他几种解算器，其中包括NEKTON、FIDAP、POLYFLOW、IcePak及MixSim。
CFX也是ANSYS公司模拟工程传热与流动问题的商用程序。作为世界上唯一采用全隐式耦合算法的大型商业软件，算法上的独特性、丰富的物理模型和前/后处理的完善性，使得ANSYS CFX在结果精确性、计算稳定性、计算速度和灵活性上都有着优异的表现。除了一般的流动问题外，ANSYS CFX还可以模拟诸如燃烧、多相流、化学反应等复杂流场。ANSYS CFX还可以和ANSYS Structure及ANSYS Emag等软件配合，实现流体分析和结构分析、电磁分析等的耦合。
ANSYS CFX也被集成在ANSYS Workbench环境下，方便用户在单一操作界面上实现对整个工程问题全流程的模拟。
CART3D的核心技术由NASA Ames研究中心开发，包括几何输入、表面处理和相交、网格生成及流动模拟。其被完全集成在ANSYS ICEM CFD 仿真环境中。
通过应用最新的计算图形学、计算几何学和计算流体动力学技术，CART3D提供了自动和高效的几何处理与流体分析功能。该软件与求解N-S方程的CFD分析比较，其最大优势在于分析速度提高了至少10倍。
CART3D区别于其他CFD程序的最重要的特征就是“快”。其专注于气动分析、整体气动升阻力及力矩计算和六自由度投掷分析；其核心技术由NASA Ames 研究中心开发，充分体现了权威性；CART3D可以输入多种几何模型；可以读入外部网格文件；基于部件的表面处理，使各部件可以单独移动旋转，程序自动确定部件之间的相交并提出模拟的外部湿表面；空间网格自动生成，对表面描述的复杂性不敏感；有限体积法中心差分求解无粘欧拉方程；并行效率优异，并行加速与CPU数目成近似直线关系；适合多攻角、多马赫数、多侧滑角批处理计算，方便生成气动数据库。CART3D在飞行器气动外流分析领域具有很强的专业性。
AIRPAK是面向建筑和设计等领域的专业人工环境系统分析软件，特别是在HVAC领域，它是目前国际上HVAC领域比较流行的商用CFD 软件。它可以精确地模拟所研究对象内的空气流动、传热和污染等物理现象，它可以准确地模拟通风系统的空气流动、空气品质、传热、污染和舒适度等问题，并依照ISO 7730标准提供舒适度、PMV、PPD等衡量室内空气质量（IAQ）的技术指标，从而减少设计成本，降低设计风险，缩短设计周期。
AIRPAK采用FLUENT求解器，从而得到准确的结果；其具备自动网格划分功能，具有自动化的非结构化、结构化网格生成能力；支持四面体、六面体以及混合网格，因而可以在模型上生成高质量的网格；可以对设计性能进行专业评估。模型广泛：强迫对流、自然对流和混合对流模型；热传导模型、流体与固体耦合传热模型、热辐射模型；层流、湍流，稳态及瞬态问题。其具有强大的报告和可视化工具：提供了专业全面的数值模拟结果，可以模拟不同空调系统，不同气流组织形式下室内的温度场、湿度场、速度场、空气龄场、污染物浓度场、PMV场、PPD场等，以对房间的气流组织、热舒适性和室内空气品质进行全面综合评价。
ICEPAK是专门为电子产品工程师定制开发的专业电子热分析软件。借助ICEPAK的分析和优化结果，用户可以减少设计成本，提高产品的一次成功率，改善电子产品的性能，提高产品设计的可靠性，缩短产品的上市时间。
ICEPAK软件提供了丰富的物理模型，可以模拟自然对流、强迫对流和混合对流、热传导、热辐射、流——固的耦合换热、层流、湍流、稳态、非稳态等流动现象。另外，ICEPAK还提供了其他分析软件不具备的许多专业特定功能，如模型真实的几何、真实的风机曲线、真实的物性参数等。ICEPAK也提供了其他分析软件包不具备的能力，包括精确的模拟非矩形设备、接触阻力、各向异性热传导率、非线形风扇曲线、散热设备、外部热交换器等。
STAR-CD是由CD-adapco公司开发的。在完全不连续网格、滑移网格和网格修复等关键技术上，STAR-CD经过了超过200名知名学者的补充与完善。20多年来，STAR-CD一直是计算流体力学模拟的通用平台，并获得了良好的声誉。STAR-CD V4引入了结构分析计算的求解能力，成为了分析流动、传热和应力模拟的一体化通用软件。值得一提的是，CD-adapco公司推出的新一代CFD软件STAR-CCM+（Computational Continuum Mechanics），其采用连续介质力学数值技术，不仅可进行流体分析，还可进行结构等其他物理场的分析。
STAR-CD是目前世界上使用广泛的专业计算流体力学（CFD）分析软件之一，由综合性CAE软件和服务提供商CD-adapco集团开发。
STAR-CD的解析对象涵盖基础热流解析，导热、对流、辐射（包含太阳辐射）热问题，多相流问题，化学反应/燃烧问题，旋转机械问题，流动噪声问题等。在其V4版本中，STAR-CD将解析对象扩展到流体/结构热应力问题、电磁场问题和铸造领域。作为最早引入非结构化网格概念的软件，STAR-CD保持了对复杂结构流域解析的优势，其最新的基于连续介质力学的求解器具有内存占用少、收敛性强、稳定性好的特点。
STAR-CD作为重要工具，可进行许多工程项目，例如，高速铁路、汽车开发设计、低排放内燃机、能源化工、动力机械、船舶设计、家电电子、飞行器设计、空间技术等，并为客户取得良好的效益。
STAR-CCM+搭载了CD-adapco独创的最新网格生成技术，可以完成复杂形状数据输入、表面准备、表面网格重构、自动体网格生成（包括多面体网格、六面体核心网格、十二面体核心网格、四面体网格）等生成网格所需的一系列作业。
STAR-CCM+使用CD-adapco倡导的多面体网格，相比于原来的四面体网格，在保持相同计算精度的情况下，可以使计算性能提高3～10倍。
PHOENICS是世界上第一套计算流体与计算传热学的商用软件，它是Parabolic Hyperbolic Or Elliptic Numerical Integration Code Series的缩写，这意味着流动和传热现象都可以使用PHOENICS软件来模拟计算。除了通用计算流体/计算传热学软件应该拥有的功能外，PHOENICS软件还有自己独特的功能。
TECPLOT是绘图和数据分析的通用软件，是进行数值模拟、数据分析和测试的理想工具。作为功能强大的数据显示工具，TECPLOT通过绘制XY、2-D和3-D数据图以显示工程和科学数据结果。
它主要有以下功能。
随着功能的扩展和完善，在工程和科学研究中TECPLOT 的应用日益广泛，用户遍及航空航天、国防、汽车、石油等工业以及流体力学、传热学、地球科学等领域。
FIELDVIEW是由全球著名的后处理软件商Intelligent Light开发的一款功能强大的CFD/FEA专业后处理软件，它可帮助用户采用交互方式研究CFD/FEA解算结果，快速提取重要流动特征和关键数据，并具有强大的结果演示及发布功能。
FIELDVIEW是世界上使用广泛的CFD/FEA后处理软件之一，适用于UNIX、Linux、Windows等多种操作系统，拥有众多商业CFD软件的接口，行业应用遍布汽车、航空航天、能源、化工与家电等。
FIELDVIEW除了拥有一般CFD后处理工具的全部功能，比如云图、矢量图、等值线图、等值面、流线、脉线、粒子轨道线和函数计算等功能之外，还拥有一般CFD后处理工具所没有或者较弱的诸多高级功能，比如关键帧动画、流场特征提取、动态切割、扩展编程FVX、数据演示及发布工具ATView 等。FIELDVIEW操作简单，支持OpenGL模式，画面精美。
为了使FEA模拟领域的用户也能分享其强大的功能，FIELDVIEW从版本V12开始加入了对Ls-Dyna软件数据的支持，在后续的版本中还将进一步完善对FEA软件的支持，以期在流固耦合等前沿问题的可视化分析方面获得突破，使整个CAE后处理领域的解决方案更加完善。
EnSight 是由美国 Computational Engineering International（CEI）公司开发的后处理软件，专注于开发和支持CAE计算结果与科学数据可视化。
可使用 EnSight 来查看、理解、交流各种计算机处理数据结果。在工业、科研、产品设计等领域，EnSight 提供了丰富的解决方案。EnSight 可处理百万甚至上亿的结点单元，具有并行处理与渲染的优势，并支持VR系统环境以及实时协同等功能。
EnSight主要产品包括EnSight、EnSight Gold 和 EnSight DR。
作为通用的可视化工具，EnSight 提供的功能包括以下几个方面。
EnSight 支持大量的工程软件。
成功安装ANSYS FLUENT后，选择开始/所有程序/ ANSYS / Fluid Dynamics / FLUENT命令启动FLUENT，此时将弹出如图1-1所示的启动界面。在Dimension选项组中选中2D选项，在Working Directory组合框中选择设定的工作目录，然后单击OK按钮，启动FLUENT求解器。
图1-1 FLUENT启动界面
图1-2所示为FLUENT的主界面，根据各菜单和按钮功能的不同，可将该主界面分为菜单栏、工具栏、显示窗口、导航栏、任务页面和控制台。
图1-2 FLUENT主界面
菜单栏中包含了一系列同类型操作的下拉菜单按钮（见图1-3）。单击菜单上的按钮，或按住Alt键的同时按菜单栏上有下画线的字母，可以弹出下拉菜单。
图1-3 菜单栏
工具栏中包含了常用的读/写文件和显示操作的快捷按钮，如图1-4所示。
图1-4 工具栏
显示窗口显示的是正在进行操作的工况。计算域、网格、迭代过程、后处理结果等都可以在显示窗口中直观地显示，如图1-5所示。
图1-5 显示窗口
导航栏位于FLUENT界面的左侧，其包含了一系列任务页，包括Problem Setup的项目按钮和Solution的项目按钮，还包含Results的项目按钮，如图1-6所示。
图1-6 导航栏
FLUENT控制台是控制程序执行的主窗口。用户和控制台之间有两种交流方式，即文本界面（TUI）和图形界面（GUI）。控制台包括终端仿真程序和菜单按钮的图形界面。
本节将通过一个实际的FLUENT算例来展示FLUENT求解流动过程的基本操作。
本节的算例涉及弯道混合管。管道混合部件在各类工业应用中很常见。实际工业过程通常需要由给定的管道入口处的速度和温度预测管道中的局部流场和温度，这可以通过CFD模拟预测。
通过对这个开篇基础算例的学习，用户将学习到以下几点。
算例问题描述：
该算例的计算域如图1-7所示。冷流体以26℃的温度进入大直径的管道，在弯道处与初始温度为40℃的热流体混合。管道尺寸单位为英寸，流体物性和边界条件以国际单位为主。主进口处的雷诺
图1-7 计算域
数为2.03×105，因此流动为湍流。
图1-7中，Ux为x方向的速度，Uy为y方向的速度，T为温度，I为湍流强度，Density为流体密度，Viscosity为流体的粘度，Conductivity为流体的导热率，Specific Heat为流体的比热容。
将光盘内的文件夹elbow复制到工作文件夹中。单击ANSYS FLUENT快捷方式图标（
）启动FLUENT。这时FLUENT Launcher（见图1-8）将会启动，通过FLUENT Launcher可以选择启动相应的FLUENT求解器。
图1-8 FLUENT Launcher
这时进行以下操作。
（1）在Dimension选项组中选中2D选项。因为本算例的计算域是二维的，因此选择2D求解器。
（2）在Processing Options选项组中选中Serial选项。本算例不采用并行计算。
（3）确保Display Mesh After Reading、Embed Graphics Windows和Workbench Color Scheme复选框都被勾选。
（4）确保没有勾选Double Precision复选框。本算例使用单精度求解器，不需勾选该复选框。
注：
通过单击Default按钮，可以恢复默认设置。
单击Show More按钮即可出现如图1-9所示的更多选项。这时应在Working Directory组合框中输入工作目录的路径，或通过单击
按钮来选择路径。
操作完成后，单击OK按钮，启动ANSYS FLUENT。
图1-9 FLUENT Launcher的展开界面
读入名为elbow.msh的网格文件。
操作为File/Read/Mesh。
在工作目录文件夹中找到上一步骤中复制过来的elbow文件夹，读入文件夹内的elbow.msh文件。读入网格文件后，控制台中出现以下提示。
> Reading "C:\TUTFILES\ELBOW\ELBOW.MSH"...
383 nodes.
154 nodes.
1300 2D interior faces, zone 3.
100 2D wall faces, zone 4.
8 2D velocity-inlet faces, zone 5.
4 2D velocity-inlet faces, zone 6.
8 2D pressure-outlet faces, zone 7.
34 2D wall faces, zone 8.
918 triangular cells, zone 9.
Building...
mesh
materials,
interface,
domains,
zones,
fluid-9
wall-8
pressure-outlet-7
velocity-inlet-6
velocity-inlet-5
wall-4
internal-3
Done.在导航栏的General一栏进行网格检查操作，操作为General/Check。ANSYS FLUENT将在控制台中报告网格检查的结果。
该提示中，Domain Extents显示的是计算域在x和y方向上的尺寸（单位为m）。应尤其注意，Volume statistics下的minimum volume不能为负值，若出现负值，则说明该网格有负体积，需重新进行网格划分。
Domain Extents:
x-coordinate: min (m) = 0.000000e+000, max (m) = 6.400001e+001
y-coordinate: min (m) = -4.538534e+000, max (m) = 6.400000e+001
Volume statistics:
minimum volume (m3): 2.782191e-001
maximum volume (m3): 3.926230e+000
total volume (m3): 1.682930e+003
Face area statistics:
minimum face area (m2): 8.015718e-001
maximum face area (m2): 4.118252e+000
Checking number of nodes per cell.
Checking number of faces per cell.
Checking thread pointers.
Checking number of cells per face.
Checking face cells.
Checking cell connectivity.
Checking bridge faces.
Checking right-handed cells.
Checking face handedness.
Checking face node order.
Checking closed cells.
Checking contact points.
Checking element type consistency.
Checking boundary types.
Checking face pairs.
Checking wall distance.
Checking node count.
Checking nosolve cell count.
Checking nosolve face count.
Checking face children.
Checking cell children.
Checking storage.
Done.进行General/Scale操作后，弹出Scale Mesh对话框，如图1-10所示，然后进行以下操作。
图1-10 计算域缩放设置对话框
（1）确保Scaling选项组中的Convert Units选项被选中。
（2）在Mesh Was Created In下拉列表中选择in，即设定创建网格时的单位为英寸。
（3）单击Scale按钮，进行网格尺寸转换操作。此时应注意只单击一次Scale按钮，若多次单击Scale按钮，网格尺寸可能进行了多次转换。
（4）在View Length Unit In下拉列表中选择in（英寸）作为操作时显示的长度单位。
（5）单击Close按钮关闭Scale Mesh对话框。
此时，计算域网格尺寸被正确设定，且后续操作中遇到的长度单位都设置为英寸。
在菜单栏中的Mesh下拉菜单中选择Smooth/Swap命令，弹出Smooth/Swap Mesh对话框（见图1-11），然后进行网格光顺化操作。
图1-11 网格光顺化设置对话框
（1）单击Smooth按钮，再单击Swap按钮，并重复该操作，直到控制台中提示Number Swapped的数为0。
（2）单击Close按钮关闭Smooth/Swap Mesh对话框。
（1）进行General / Display操作，弹出Mesh Display对话框（见图1-12），保持默认设置，然后单击Display按钮，网格将在窗口中显示，如图1-13所示。
图1-12 网格显示对话框
图1-13 网格显示
（2）用户可以通过鼠标中键（滚轮）画出一个长方形区域，以进行放大或缩小图形显示的操作。以右下方向画出长方形为放大图形显示的操作，以左上方画出长方形为缩小图形显示的操作。
（1）保持导航栏中General下的默认选项，如图1-14所示。
图1-14 导航栏中General中的选项
（2）在导航栏内进行Models / Viscous / k-epsilon操作，弹出Viscous Model对话框。设置湍流模型为k-ε模型（见图1-15），然后保持Viscous Model对话框内的默认参数设置，单击OK按钮关闭该对话框。
图1-15 湍流模型设置对话框
（3）在导航栏内进行Model / Energy操作，弹出Energy对话框，勾选Energy Equation复选框，如图1-16所示。
图1-16 Energy对话框
单击导航栏中的Material选项，双击任务页面中的Fluid选项，弹出Create/Edit Materials对话框（见图1-17）。在Name文本框中输入water，在Properties选项组中设置如表1-1所示的物性。
图1-17 材料物性设置
表1-1 物性参数设置
| Density (kg/m3) | 1 000 |
| Cp (Spedfic Heat) (j/kg-k) | 4 216 |
| Thermal Conductivity (w/m-k) | 0.667 |
| Viscosity (kg/m-s) | 0.000 8 |
（1）单击Change/Create保存数据。当FLUENT询问是否覆盖air的物性时，单击No按钮。此时，water作为一种物质已经加入到了物性列表中，这样Fluid中便有了两种物质，即water和air。
（2）单击Close按钮关闭对话框。
进行Define / Cell Zone Conditions操作，弹出Cell Zone Conditions设置面板。
① 在Cell Zone Conditions设置面板内选择fluid-9选项，如图1-18所示。
图1-18 Cell Zone Conditions设置面板
② 单击Edit按钮，弹出Fluid对话框，如图1-19所示。
图1-19 Fluid对话框
③ 在Fluid对话框中的Material Name下拉列表下选择water，然后单击OK按钮。
进行Define / Boundary Conditions操作，弹出Boundary Conditions设置面板。
（1）在Boundary Conditions设置面板（见图1-20）内选择velocity-inlet-5选项。
图1-20 边界条件设置面板
（2）单击Edit按钮，弹出Velocity Inlet对话框，在Velocity Magnitude(m/s) 文本框中输入0.2，如图1-21所示。
图1-21 速度进口边界条件设置对话框
（3）在Specification Method下拉列表中选择Intensity and Hydraulic Diameter选项。
（4）在 Turbulent Intensity (%)文本框中输入5，在Hydraulic Diameter (in)文本框中输入32。
（5）选择Thermal选项卡，在Temperature (k) 文本框中输入293，如图1-22所示。
（6）单击OK按钮关闭对话框。
图1-22 速度进口边界温度设置对话框
提示：
如果用户不确定velocity-inlet-5这个边界代表哪一个进口，可以进行Display / Mesh操作，在弹出的Mesh Display对话框内单独选择该边界显示，这样即可确认该边界代表的位置。
重复velocity-inlet-5边界的设置方法，并且输入如表1-2所示的数据。
表1-2 入流边界条件设置
| Velocity Magnitude(m/s) | 1 |
| Turbulent Intensity (%) | 5 |
| Hydraulic Diameter (in) | 8 |
| Temperature (k) | 313 |
按照如图1-23和图1-24所示的参数设置Pressure-outlet-7的边界条件。
图1-23 压力出口设置对话框
图1-24 Thermal选项卡
对于wall-4的壁面，保持如图1-25所示的默认设置即可。
图1-25 壁面边界条件设置对话框
对于wall-8的壁面，也保持默认设置。
（1）在Solution Initialization设置面板内的Compute from下拉列表中选择all-zones选项，如图1-26所示。
图1-26 求解初始化面板
（2）单击Initialize按钮对计算域变量进行初始化。
（1）在Monitors设置面板内选择Residuals – Print，Plot。然后单击Edit按钮，如图1-27所示。
图1-27 监视器设置面板
（2）弹出Residual Monitors对话框（见图1-28），保持默认设置即可，然后单击OK按钮。
图1-28 残差监视器设置对话框
默认设置中所有的变量都被监视，并在迭代过程中确认其是否满足收敛条件。收敛将在满足变量的收敛标准后实现。默认的收敛标准是除能量残差的收敛标准为10−6外，其他变量的收敛标准都必须降低到10−3以下。
保存工况文件，文件名默认为elbow.cas。
（1）在Run Calculation设置面板内的Number of Iterations数值框内输入500，如图1-29所示。
图1-29 求解运行设置面板
（2）单击Calculate按钮开始迭代。
迭代将在进行约60步后收敛，并且弹出如图1-30所示的迭代提示对话框，单击OK按钮即可。计算过程残差如图1-31所示。
图1-30 迭代提示对话框
图1-31 计算过程残差
保存数据文件，文件名默认为elbow.dat。
使用一阶离散格式求解的结果可能并不精确，对速度和温度场的预测可能误差较大。采用二阶离散格式可以提高解的精确性。
在Solution Methods设置面板内（见图1-32），在Spatial Discretization选项组中的Momentum、Turbulent Kinetic Energy、Turbulent Dissipation Rate和Energy下拉列表中选择Second Order Upwind选项，即选择二阶离散格式。
图1-32 求解方法设置面板
在Solution Controls设置面板内将Energy的欠松弛因子设置为0.8，如图1-33所示。
图1-33 求解控制设置面板
继续进行500步迭代，如图1-34所示，在Number of Iterations数值框内输入500，单击Calculate按钮。迭代将在继续约60步后收敛，计算过程残差如图1-35所示。
图1-34 求解运行设置面板
图1-35 计算过程残差
当改变了求解模型或参数后，应继续进行迭代，并确保迭代完成后的残差满足收敛要求。
保存第二次计算的二阶离散格式的工况和数据文件，文件名分别为 elbow2.cas和elbow2.dat。此时迭代计算已经完成，下一步可以进行后处理操作。
（1）进行Display / Graphics and Animations操作，在Graphics and Animations设置面板内（见图1-36）选择Contours选项，然后单击Set Up按钮。
图1-36 后处理设置面板
（2）在Contours对话框内（见图1-37）勾选Filled复选框，在Contours of下拉列表内选择Velocity选项，然后单击Display按钮，将出现如图1-38所示的速度云图。
图1-37 云图设置对话框
图1-38 速度云图
（1）在Contours对话框内（见图1-39），在Contours of下拉列表内选择Temperature选项，然后单击Display按钮，将出现如图1-40所示的温度云图。
图1-39 云图设置对话框
图1-40 温度云图
（2）单击Close按钮关闭对话框。
（1）在如图1-41所示的Graphics and Animations设置面板内选择Vectors选项，然后单击Set Up按钮。
图1-41 后处理设置面板
（2）在Vectors对话框内（见图1-42）的Scale文本框中输入3，单击Display按钮，显示窗口中将显示如图1-43所示的速度矢量图。
图1-42 矢量图设置对话框
图1-43 速度矢量图
（3）使用鼠标中键（滚轮）向右下方画出一个方框，以框选一个区域，该区域将被放大，放大后显示的局部速度矢量图如图1-44所示。使用鼠标中键向左上方画出方框将使显示区域缩小。
图1-44 速度矢量图的局部放大效果
（4）单击Close按钮关闭对话框。
（1）进行Display / Plots操作，在Plots设置面板中选择XY Plot选项，然后单击Set Up按钮，如图1-45所示。
图1-45 Plots设置面板
（2）在Solution XY Plot对话框中（见图1-46）的Y Axis Function下拉列表中选择Temperature选项。在Surfaces列表中选择pressure-outlet-7选项，然后单击Plot按钮，即可出现如图1-47所示的出口温度的XY点图。
图1-46 XY点图设置对话框
图1-47 XY点图显示
通过这个开篇算例，用户学习了模拟流场和温度场的基本方法，对用FLUENT求解CFD过程有了直观的印象，这对今后深入学习CFD是很有帮助的。本算例涉及的读/写工况和数据文件的方法、设置求解参数的方法、设置物性的方法、设置边界条件的方法、设置求解控制参数的方法以及后处理的方法等都是用FLUENT求解中比较基本且常用的方法，熟悉这些设置方法是非常必要的。通过对后面章节的学习，用户还可以了解到更多理论和应用实例，如：不仅会学习如何设置参数，还会学习到为什么这样设置参数，怎样才能让模拟更容易收敛，怎样才能让模拟的结果更准确。
