一、仿真前

1、什么叫初始化？在Fluent中初始化的方法对计算结果有什么样的影响？初始化中的“patch”怎么理解？

    问题的初始化就是在做计算时，给流场一个初始值，包括压力、速度、温度和湍流系数等。理论上，给的初始场对最终结果不会产生影响，因为随着迭代步数的增加，计算得到的流场会向真实的流场无限逼近，但是，由于Fluent等计算软件存在像离散格式精度（会产生离散误差）和截断误差等问题的限制，如果初始场给的过于偏离实际物理场，就会出现计算很难收敛，甚至是刚开始计算就发散的问题。因此，在初始化时，初值还是应该给的尽量符合实际物理现象。这就要求我们对要计算的物理场，有一个比较清楚的理解。

    初始化中的patch就是对初始化的一种补充，比如当遇到多相流问题时，需要对各相的参数进行更细的限制，以最大限度接近现实物理场。这些就可以通过patch来实现，patch可以对流场分区进行初始化，还可以通过编写简单的函数来对特定区域初始化。

    当迭代步数算完，流场仍未收敛，此时可再次点击"计算"按钮继续计算相同次数的迭代，而无需重新初始化后设置更大的步数。

2、Fluent的各种压力概念。

    在Fluent中会出现如下几个压力：Static pressure（静压）、Dynamic pressure（动压）、Total pressure（总压）。这几个压力是空气动力学的概念，它们之间的关系为:

Total pressure（总压）= Static pressure（静压）+ Dynamic pressure（动压）

    滞止压力等于总压（因为滞止压力就是速度为0时的压力，此时动压为0）。Static pressure（静压）就是压力表测量值。

    而在Fluent中，又定义了四个压力：Absolute pressure（绝对压力）、Relative pressure（参考压力），还有：Operating pressure（操作压力）、Gauge pressure（表压）。它们之间的关系为：

Absolute pressure（绝对压力）= Operating pressure（操作压力）+ Gauge pressure（表压）

    上面几个压力实际上有些是一一对应的，只是表述上的差别，比如：Static pressure（静压）与Gauge pressure（表压）的意义相同。

    对于操作压力，若为不可压缩流动，一般为默认值101325 Pa，若为可压缩流动，则可以把操作压力设为0，把表压看作绝对压力。具体推荐设置如下表：

操作压力推荐设置

密度关系式	马赫数	操作压力
理想气体定律	>0.1	0或约等于流场平均压力
理想气体定律	<0.1	约等于流场平均压力
关于温度的函数	不可压缩	不使用
常数	不可压缩	不使用
不可压缩理想气体	不可压缩	约等于流场平均压力

3、压力远场与压力出口边界区别。

    压力远场是指离出口边界很远处的压力的值，对于出口边界影响很薄弱，出口边界这个面或边上压力值可以不为常数，而是可以发生变化，此边界只能在可压缩流动中使用。而压力出口边界的面或边上压力值为定值。由于在求解时往往压力分布无法确定，但边界上压力一般变化不大，故大多数情况都采用压力出口边界。但少数情况边界面上压力变化可能很大时，需采用压力远场。

4、在FLUENT定义速度入口时，速度入口的适用范围是什么？湍流参数的定义方法有哪些？各自有什么不同？

    速度入口的边界条件适用于不可压流动，需要给定进口速度以及需要计算的所有标量值。速度入口边界条件不适合可压缩流动，否则入口边界条件会使入口处的总温或总压有一定的波动。

    关于湍流参数的定义方法，根据所选择的湍流模型的不同有不同的湍流参数组合，具体可以参考Fluent用户手册的相关章节，也可以参考王福军的书《计算流体动力学分析—CFD软件原理与应用》的第214-216页。

5、不能使用自由出流（outflow）的几种情况。

    (1) 包含压力进口条件；

    (2) 可压缩流动；

    (3) 密度变化的非稳定流动。

6、axis与symmetry。

    axis是轴对称（单位弧度），二维的对称轴必须是X轴。symmetry是镜像对称（平面对称，单位厚度)。symmetry是将平面对称的问题减小一半，可以是三维的。而axis必须是X方向的，而且计算区域必须位于X轴的上方。

7、如何选择单、双精度解算器？

    Fluent的单双精度求解器适合于所有的计算平台，在大多数情况下，单精度求解器就能很好地满足计算精度要求，且计算量小。但在有些情况下推荐使用双精度求解器：

    (1) 如果几何体包含完全不同的尺度特征（如一个长而壁薄的管），用双精度；

    (2) 如果模型中存在通过小直径管道相连的多个封闭区域，不同区域之间存在很大的压差，用双精度。

    (3) 对于有较高的热传导率的问题或对于有较大的长宽比的网格，用双精度。

8、网格无关性验证的一般做法？

    网格无关性验证，即判断网格数量是否无关于仿真结果。数值仿真时，网格数量直接影响着计算结果的准确性。网格过少会导致仿真结果不准确，网格过多又会使计算过慢，所以应选取一个适合的网格数量。

    首先，将网格尺寸按照从大到小的顺序，分别划分出数量由少到多的不同网格。之后，分别导入Fluent以相同的条件进行仿真。仿真完成后，对比某一个物理量的仿真结果，或是某一方向上物理量的分布。一般，随着网格数量逐渐变多，某物理量的仿真结果会越来越接近，物理量的分布也会逐渐变得一致。这时，在误差允许的情况下，选择能够得到准确结果的数量较少的网格数，进行后续的仿真。这就是网格无关性验证的一般方法。

二、仿真时

1、"turbulent viscosity limited to viscosity ratio of 1.000000e+005 in *** cells"的问题。

    湍流粘度比过大，说明计算过程中湍流水平极高，已经达到了实际工况不可能的情况，Fluent对其进行限制。大概率是因为计算过程发散导致，因此需使计算收敛。

    出现这个问题可能是因为：(1) 网格质量差（四面体/六面体网格的偏度(skewness)>0.85，三角形/四边形网格的偏度>0.9）；(2) 湍流边界条件设置不当，或没有好的初始值。

    出现这个警告，一般来讲，最可能的就是网格质量的问题，尤其是Y+值的问题；在划分网格的时候要注意，第一层网格高度非常重要，可以使用NASA的Viscous Grid Space Calculator来计算第一层网格高度。

    如果网格质量没有明显问题，可以尝试重新设置湍流边界条件，而非使用默认的湍流动能、湍流黏度比等参数（默认值均为1，此值可能会在一些工况下显得很大，从而提示此问题）。

2、运行计算时出现“reversed flow ...”的问题。

    这个问题的意思是出现了回流，这个问题相对于湍流粘性比的警告要宽松一些，有些情况可能只在计算的开始阶段出现这个警告，随着迭代的进行会消失，如果计算一段时间之后，警告消失了，那么对计算结果是没有什么影响的，如果这个警告一直存在，可能需要作以下处理：
    (1) 如果是模拟外部绕流，出现这个警告的原因可能是边界条件取得距离物体不够远，如果边界条件取的足够远，该处可能在计算的过程中的确存在回流现象；对于可压缩流动，边界最好取在10倍的物体特征长度之处；对于不可压缩流动，边界最好取在4倍的物体特征长度之处。
    (2) 如果出现了这个警告，不论对于外部绕流还是内部流动，可以使用pressure-outlet边界条件代替outflow边界条件改善这个问题。

3、通过流量确定仿真收敛。

    在report → flux → mass flow rate中，把所有进出口都选上，计算后会显示进出口流量之差，如果它的值小于总进口流量的1%，并且其他检测量在继续迭代之后基本不发生波动，可以认为仿真的解已经收敛。

三、后处理

1、网格的Y+值及其作用。

    在仿真结束后，在 "报告"→"绘图"→"XY图"→右上方"Y轴函数"→下拉框"Turbulence"和"Wall Yplus"，"表面"选择壁面wall，即可查看网格的Y+值。

    Y+是与壁面函数有关的一个参数。通过对边界层的研究，可将边界层分为三个区域：粘性底层(0 < Y+ < 5)、缓冲层(5 < Y+ < 30)和完全湍流层(Y+ > 30)。

    这里用两个无量纲物理量u+和y+来定义边界层内的规律：

    u+表示无量纲速度，u表示边界层内流体速度，τw为壁面切应力。

    y+表示到壁面处的无量纲距离，y表示边界层某点到壁面的距离，v表示流体运动粘度m^2/s。

    对边界层这三个区域进行了大量的实验，结果表面这三个区域内u+和y+的规律不同。对于粘性底层(0<y+<5)，u+与y+近似呈线性关系；对于完全湍流层，u+与y+近似呈对数关系，被称为对数律；对于缓冲层，线性关系曲线和对数律曲线在缓冲层有交点，交点所对应的y+值在11附近。

    Fluent利用壁面函数来计算边界层内的流体流动、传热传质等问题。壁面函数是一种由实验规律得到的半经验公式，被用来连接壁面和完全湍流区域之间的粘性影响区域。它以对数律为基础来计算边界层规律，忽视了粘性底层和缓冲层。因此我们画边界层网格时不能画出粘性底层和缓冲层，而要直接画到完全湍流层。也就是说使用壁面函数时不但不需要在边界层内细化网格，反而必须要保证第一层网格处于对数律能够应用的范围。一般情况下，将Y+ = 15处作为可以使用对数律的分界线，所以第一层网格要尽可能保证y+ > 15。

    为了留出一定的余量，保证计算结果的准确性，Fluent要求Y+必须大于15，如果y+小于15，Fluent就无法保证求解的准确性。y+的下限为15，y+的上限则取决于雷诺数：

    对于高雷诺数：如轮船，飞机等，对数律范围扩大，y+上限可以取到几千，减少网格数量；对于低雷诺数：如涡轮叶片等，Y+上限可以取到100；对于很低的雷诺数：对数律范围很窄，为了保证Y+ > 15，可能会使边界层网格层数很少，计算结果变差，因此不建议使用壁面函数。

    更详细的了解边界层理论，可参考：

一文说清楚Fluent壁面函数(Y+)和近壁面处理 - 知乎 (zhihu.com)

2、FLUENT中常用的文件格式类型：dbs，msh，cas，dat，trn，jou，profile等有什么用处？  

    在Gambit目录中，有三个文件，分别是default_id.dbs，jou，trn文件，对Gambit运行save，将会在工作目录下保存这三个文件：default_id.dbs，default_id.jou，default_id.trn。 

    jou文件是Gambit命令记录文件，可以通过运行jou文件来批处理Gambit命令；

    dbs文件是Gambit默认的储存几何体和网格数据的文件；

    trn文件是记录命令行窗口（transcript）信息的文件。Fluent程序退出后，会生成一个TRN格式的文本文件，文件名以“fluent-日期-时间-随机数字”格式命名。TRN文件中记录了Fluent命令行中所有显示过的文本信息。此文件可在Fluent设置的"Preference - General - 取消勾选 Automatic Transcript"停止生成。

    msh文件可以在Gambit划分网格和设置好边界条件之后export中选择msh文件输出格式，该文件可以被Fluent求解器读取。 

    case文件包括网格，边界条件，解的参数，用户界面和图形环境。 

    data文件包含每个网格单元的流动值以及收敛的历史纪录（残差值）。Fluent自动保存文件类型，默认为date和case文件。

    profile文件边界轮廓用于指定求解域的边界区域的流动条件。例如，它们可以用于指定入口平面的速度场。 

    读入轮廓文件，点击菜单File/Read/Profile...弹出选择文件对话框，你就可以读入边界轮廓文件了。 写入轮廓文件，你也可以在指定边界或者表面的条件上创建轮廓文件。例如：你可以在一个算例的出口条件中创建一个轮廓文件，然后在其它算例中读入该轮廓文件，并使用出口轮廓作为新算例的入口轮廓。要写一个轮廓文件，你需要使用Write Profile面板(Figure 1)，菜单：File/Write/Profile。

    bat文件是Fluent启动后生成的一个脚本文件，文件名一般以“cleanup-...”开头。此脚本文件的目的是保证Fluent程序正常退出（使用界面右上方的关闭按钮退出）后，可将所有的对应进程全部结束掉，从而释放系统资源。脚本文件在Fluent程序退出阶段自动执行。关闭Fluent后，此文件即可删除。

四、其它

1、在计算区域内的某一个面（2D）或一个体（3D）内定义体积热源或组分质量源。如何把这个zone定义出来？而且这个zone仍然是流体流动的。

    在Gambit中先将需要的zone定义出来，对于要随流体流动我觉得这个可以用动网格来处理   在动网格设置界面 将这个随流体流动的zone设置成刚体这样既可以作为zone不影响流体流通   也可以随流体流动。只是其运动的UDF不好定义，最好根据其流动规律编动网格UDF。

2、2D飞机翼型——典型的可压缩外部流动仿真

    在Fluent中，当马赫数在0.3以上时，就不能忽略气体的压缩性。所以对于此类可压缩仿真，应选择密度基求解器，并打开能量方程。

    对于外部机翼流动问题，推荐使用单方程的Spalart-Allmaras湍流模型。在材料设置中，将空气的密度项设为"ideal-gas"，粘度项设为sutherland方程，系数均为默认即可。

    关于操作压力，在Fluent中，对流马赫数大于0.1的流动，操作压力推荐为0。

    仿真结束后，显示机翼表面网格的y+值，判断网格是否可以接受。对于Spalart-Allmaras模型，y+值的要求要么y+ = 1，要么y+大于等于30。如果网格大部分都大于30，说明此网格可以接受。

3、什么叫PDF方法？Fluent中模拟煤粉燃烧的方法有哪些？

    概率密度函数输运输运方程方法(PDF方法)是近年来逐步建立起来的描述湍流两相流动的新模型方法。所谓的概率密度函数(Probability Density Function,简称PDF)方法是基于湍流场随机性和概率统计描述，将流场的速度、温度和组分浓度等特征量作为随机变量，研究其概率密度函数在相空间的传递行为的研究方法。PDF模型介于统观模拟和细观模拟之间，是从随机运动的分子动力论和两相湍流的基本守恒定律出发，探讨两相湍流的规律，因此可作为发展双流体模型框架内两相湍流模型的理论基础。它实质上是沟通E-L模型和E-E模型的桥梁，可以用颗粒运动的拉氏分析通过统计理论，即PDF方程的积分建立封闭的E-E两相湍流模型。

    非预混湍流燃烧过程的正确模拟要求同时模拟混合和化学反应过程。FLUENT提供了四种反应模拟方法：即有限率反应法、混合分数PDF法、不平衡（火焰微元）法和预混燃烧法。火焰微元法是混合分数PDF 方法的一种特例。该方法是基于不平衡反应的，混合分数PDF法不能模拟的不平衡现象如火焰的悬举和熄灭，NOx的形成等都可用该方法模拟。但由于该方法还未完善，在FLUENT只能适用于绝热模型。

    对许多燃烧系统，辐射式主要的能量传输方式，因此在模拟燃烧系统时，对辐射能量的传输的模拟也是非常重要的。在FLUENT中，对于模拟该过程的模型也是非常全面的。包括DTRM、P-1、Rosseland、DO辐射模型，还有用WSGG模型来模拟吸收系数。