fluent中怎么在初始解中使用一阶离散化

又是一年开学季，又有很多小伙伴要开始接触Fluent软件了。初次接触这个软件的同学，可能会一脸懵，当年我也是如此。

一方面不能理解Fluent、ANSYS、Mesh等软件的区别，另一方面即使打开了软件，可能对软件的界面完全不懂，甚至可以说不知所措。

本文就简单介绍Fluent的前世今生，同时给大家学习Fluent软件提供一点建议。

2. 话说Fluent
Fluent是什么？最简单来说，Fluent是一个计算器。

我们使用普通的计算器可以做什么？加减乘除、乘方、矩阵运算等。Fluent也是一样，只不过它主要用来计算偏微分方程组。

学习过传热学和流体力学的同学应该知道，无论传热学方程还是著名的NS方程都是偏微分方程组，Fluent软件的所有操作都是围绕求解这几方程组来设计的。

因此一句话总结，Fluent是一个用来求解流体流动、热传递及化学反应等问题的计算器。而我们学习的目的只有一个，就是学会操作这个计算器。

3. Fluent的前世今生
提到Fluent，就不得不提及ANSYS，这点就会让很多同学混乱。如果你网上一搜“Fluent下载”，很多网站会提供V6.3单独的下载版本，这是一种非常古老的版本，可能比你的年龄还要大。

实际上早些年Fluent确实是一个独立的软件，自己单独过日子，但是奈何生活拮据，最终被其他公司收购了（2005年）。而这个收购Fluent的公司就是大名鼎鼎的ANSYS。从此以后Fluent就寄人篱下，变为了ANSYS公司下的一款软件。

ANSYS公司以自己公司的名字命名了一款软件包ANSYS，而这款软件包里面囊括了非常多非常多的软件，其中就包含Fluent和其相关的软件。

至今ANSYS软件包每年还都在更新，已经更新到2022R2版本了。而Fluent V6.3版本则是2005年Fluent单独过日子时发行的最后一软件。如果你目前还使用Fluent V6.3版本，就相当于2022年你拿着17年前的小灵通硬和现在的手机比性能。

所以说Fluent是ANSYS软件包下的一款软件，如果想下载使用Fluent，就必须下载ANSYS。

4. Fluent求解计算流程
4.1 网格划分
和Fluent相关的软件不止ANSYS一个，我们还经常听说过如Mesh、ICEM、Gambit和CFD-POST这类软件。这些软件其实都是Fluent的辅助软件。在说明这些软件之前，我们先非常简单的说明一下Fluent求解偏微分方程的原理。

在传热学书籍中，我们都学习过一节“热传导问题的数值求解”，在数值求解时很重要的一步是我们要将“区域离散化”

这一步就是将物理模型划分为一个个的小节点，然后再对微分方程进行处理。

“区域离散化”这样短短五个字的步骤被称为画网格，上面提及的软件中Mesh、ICEM-CFD、Gambit都是画网格的软件。单一个画网格有如此多的软件，足以说明网格划分的重要性。

注：

Gambit和Fluent v6.3一样古老，尽量不要使用，可替代的软件很多。

网格划分是对流体域进行划分，因此首先要有流体域。所以在网格划分之前应该还有一个环节-物理建模，其实就是画图，二维或三维的都可。比如大家可能接触到的CAD、Solidworks。

4.2 求解器设置
使用Mesh或ICEM-CFD等软件对物理模型划分好网格后，需要导入到Fluent软件中进行一些列的操作，很复杂很复杂，但是本质上都围绕一个原则---求解偏微分方程组。

这部分是我们后面的重点，这里不再赘述。

4.3 后处理（画图）
现在我们已经划分好网格了，也使用Fluent求解出了偏微分方程组的数值解了，我们有了一大堆数据。这堆数据我们需要展示出来，怎么展示？？这就是后处理，其实就是根据数据画图。比如下面的图，很帅气吧

实际上Fluent软件本身就有后处理，但是有更加专业且强大的软件来处理数据，目前常用的软件CFD-POST和Tecplot。CFD-POST是ANSYS软件包包含的软件，不必单独下载，而Tecplot是单独的软件需要单独下载。

5. Fluent学习流程
上面我们介绍了很多，主要还是为了帮助大家简单理解一下Fluent是干嘛用的。对于Fluent的学习流程，每个人有不同的见解，我这里给我的我建议，供大家参考。

5.1 第一步：跟着教学视频操作
看Fluent教学视频，最好有讲解，同时附带有源文件的（注意是Fluent教学视频，而不是网格划分视频）。跟着视频操作，视频怎么做，你就怎么做，刚开始不要问为什么。

如果和视频操作一模一样还是出问题那就百度，或者在交流群（QQ2群：876525686）里面交流。

这样下来20个案例，且每个案例都能和视频一样做出来就可以进行下一步了。

20个案例一天2个，10天就能完成。你可能会觉得你一天就能完成10个案例，毕竟物理模型有了，网格文件准备好了，而且还有人手把手教。但是意外总是会不期而至，可能装软件就能让你忙活一天。而且我们还要花时间摸鱼，摸鱼划水总不能省吧。

千万千万不要去看任何理论书籍，也不要看任何理论课程。这些都是后面你对软件很熟练之后才会考虑的事情。

不要受到一些大佬话语的影响，如“Fluent理论很重要“、”只会操作没有用，要先学会理论”。这些话确实没错，但是需要到达一定阶段。我们现在饿的都奄奄一息了，你非和我说这个炸鸡不健康不能吃，这·········

上面的步骤主要还是让大家先了解Fluent软件的操作流程，至少我们要知道软件怎么样才能打开，怎么样才能导入网格。学习需要正向激励，当你跟着视频完成了一个小案例，你会获得满足感，会更有动力去学习。

5.2 第二步：不看视频单独进行操作
找案例，不看视频单独进行操作。但需要对每一步进行理解。进行到这里最重要的就是理解，对操作步骤进行理解。这可能会花费很多的时间，因为很多操作网上是没有解释的，需要我们不断尝试。

这部分做10天做10个案例应该差不多了，这10个案例尽量是多种类型的，比如有换热的、多相流的、组分输运的等。

案例的找取：

可以买一本Fluent相关的书籍，基本都提供源文件及操作步骤。

当然也可以使用咱们公众号的案例，公众号每一个案例基本都提供了源文件，可以使用这些源文件对照公众号文章进行操作，同时公众号文章一些重难点的操作基本都进行了比较详细的解释，可帮助理解。

或者也可以将之前的20个案例重新操作一遍，不过需要自己百度理解每个操作。

实际上，之前20个案例的积累已经让你对基本的流程及操作能够理解了。这一步就是对一些需要琢磨的操作进行理解。比如Mesh Scale操作、湍流模型的选取原则等。

5.3 第三步：学习建模及网格划分软件
如果你的模型很简单，那学一点点即可。如果模型比较复杂，那就得下一番功夫了。学习时间30天，主要还是看大家原来的软件基础。

建模软件推荐：Solidworks、DM和Space Claim

其中Solidworks是单独的软件，需要单独下载。

而DM和Space Claim是ANSYS集成软件，不必单独下载。这些软件前期选择一款学习即可，后面自己就会慢慢都学会了。

建模软件适用性：

Solidworks是专业的建模软件，操作比较简单。如果模型比较复杂可使用这个软件。

DM和Space Claim比较适用于结构比较简单的模型，但它有个优点就是会和Fluent形成工作流，你在DM软件做一点更改，网格划分软件及Fluent会自动更改。

网格划分软件推荐：ANSYS mesh和Fluent meshing，如果网格要求比较高，可学习ICEM CFD。不要学习Gambit
网格划分软件的特点：

ANSYS mesh：上手很简单，自动化程度很强，导入模型后甚至只需要点击生成就可以划分网格。推荐大家首先使用这款软件划分网格，给自己一点信心。

Fluent meshing：是Fluent内的一款集成软件，操作相对复杂一些，比较使用于大型网格数量的划分，如果你的模型很复杂，网格数量较多，可以考虑这款软件。

ICEM-CFD：操作比较复杂，这款软件最大的特点是可以划分结构化网格。结构化网格可以提高计算精度，因此当你的模型对精度很高，或者科研项目精度很高，可以使用ICEM。但当模型比较复杂时，这款软件操作难度很大。

5.4 第四步：进行你的项目
进行你的项目，在项目中会学习到很多，如后处理，后处理前期不必单独学习。即使项目很简单，你也会遇到各种问题。

遇到问题怎么办？

最简单直接的办法--百度，但大多数情况下百度不能解决问题，因为软件太小众了；另一种办法就是和同学交流，可以面对面，这是最好的办法，但更常用的是*流。

上述两种办法虽然可行，但很多问题还是无法解决。其实最有效的办法是查Fluent帮助文档，这一步就可以逐渐接触到理论了。

帮助文档既包含操作的步骤，设置的适用条件，还包括理论基础等，但奈何帮助文档是英文的，需要大家比较好的英文基础，其实看习惯慢慢就看明白了。

常用到的帮助文档我们QQ群里面都有，大家可以自行下载。QQ群：876525686

5.5 第五步：专项学习
所谓专项学习就是只学习某一个大的操作或模型，而不必走完Fluent流程。

比如想学习蒸发冷凝模型，那就需要先了解蒸发冷凝模型的设置，这些设置的理论依据，查帮助文档，了解蒸发冷凝模型的理论等。

慢慢的，为了搞清楚模型的设置依据，我们就自然而然的接触到理论部分，而不是一上来就强迫自己啃那些天书。

6. 总结
到这里基本上初学者的流程就走完了，我们已经由泛泛而学慢慢转向为精学。现在我们简单总结一下：

第一步：看Fluent教学视频，最好有讲解，同时附带有源文件的。时间：10天20个案例

第二步：找案例，不看视频单独进行操作。时间：10天10个案例

第三步：学习建模及网格划分软件。时间：20天，两款软件（建模一款+网格划分一款）

第四步：进行你的项目。时间：不限，看自己的项目情况

第五步：专项学习。时间：不限，可以与第四步交叉进行。

以上只是我自己的心得，大家可以参考一下，找到自己的学习方法最重要。

原文链接：

四十一、Fluent初学者学习流程看Fluent教学视频，最好有讲解，同时附带有源文件的（注意是Fluent教学视频，而不是网格划分视频）。跟着视频操作，视频怎么做，你就怎么做，刚开始不要问为什么。
https://mp.weixin.qq.com/s/cIxPOcTYEcRPMxHI3th_wQ
以上案例的cas和dat文件均可以免费获取，需要的朋友，只需要点赞关注收藏一键三连后私信我即可哦

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Fluent User Guide中关于对流项离散格式的选取是这样说的：

1. 当流动的方向和网格是对齐的（如用四边形或六面体网格模拟方形管道中的层流流动），一阶迎风格式是可以接受的。

2. 当流动的方向和网格是不对齐的（如流动倾斜的穿过网格截面线），一阶的迎风格式会增大数值离散误差（数值扩散），对于三角形和四面体网格，流动是不会和网格对齐的，一般应该使用二阶格式以获得更准确的结果。

3. 对于四边形和六面体网格，使用二阶离散格式也能获得更好的结算结果，特别是复杂流动条件下。

4. 总得来说，一阶离散格式一般收敛性要好于二阶离散格式，但会产生准确性稍差的计算结果，特别是在三角形或四面体网格时。

5. 对于大多数的案例，可以直接使用二阶格式开始计算。但有一些案例中，可能需要从一阶格式开始计算，迭代计算一些步数后，调整为二阶格式。(如计算一个高马赫数流动问题，它的初始值和预期的最终解差异较大，通常需要先使用一阶格式迭代计算一些步数，再切换成二阶格式继续计算直到收敛。)

作为一个非科班出身的CFD工程师，一开始常常被CFD软件里各种概念搞的晕头转向。最近终于静下心来看了看CFD理论的书，理清了一些概念。就此写一遍博文，顺便整理一下所学内容。
I 求解器：
FLUENT中求解器的选择在如下图所示界面中设置：
FLUENT中的求解器主要是按照是否联立求解各控制方程来区分的，详见下图：
II 算法：
算法是求解时的策略，即按照什么样的方式和步骤进行求解。FLUENT中算法的选择在如下图所示的界面中设置：
这里简单介绍一下SIMPLE、SIMPLEC、PISO等算法的基本思想和适用范围。
SIMPLE算法：基本思想如前面讲求解器的那张图中解释分离式求解器的例子所示的一样，这里再贴一遍：
1.假设初始压力场分布。
2.利用压力场求解动量方程，得到速度场。
3.利用速度场求解连续性方程，使压力场得到修正。 4.根据需要，求解湍流方程及其他方程
5.判断但前计算是否收敛。若不收敛，返回第二步。
简单说来，SIMPLE算法就是分两步走：第一步预测，第二步修正，即预测－修正。
SIMPLC算法：是对SIMPLE算法的一种改进，其计算步骤与SIMPLE算法相同，只是压力修正项中的一些系数不同，可以加快迭代过程的收敛。
PISO算法：比SIMPLE算法增加了一个修正步，即分三步：第一步预测，第二步修正得到一个修正的场分布，第三步在第二步基础上在进行一侧修正。即预测－修正－修正。PISO算法在求解瞬态问题时有明显优势。对于稳态问题可能SIMPLE或SIMPLEC更合适。
如果你实在不知道该如何选择，就保持FLUENT的默认选项好了。因为默认选项可以很好解决70％以上的问题，而且对于大部分出了问题的计算来说，也很少是因为算法选择不恰当所致。
III 离散方法：
离散方法是指按照什么样的方式将控制方程在网格节点离散，即将偏微分格式的控制方程转化为各节点上的代数方程
组。FLUENT中离散方法的选择在如下图所示的界面中设置：
简单介绍常用的几种离散方法：
一阶迎风格式/ Fisrst order upwind：一阶迎风格式考虑了流动方向，可以得到物理上看起来合理的解。但当对流作用占主导而扩散作用很小的时候，一阶迎风格式夸大了扩散的影响，容易偏离真正的场分布。一阶格式具有一阶精度截差，当网格密度不足时，一阶格式的求解精度有限。
二阶迎风格式/ Second order upwind:二阶格式在一阶基础上考虑了物理量在节点间分布曲线的曲率的影响，具有二阶精度截差。
QUICK格式：QUICK格式的对流项具有三阶精度截差，而扩散项具有二阶截差。QUICK格式可以减少假扩散误差，精度较高，但主要用用结构网格（二维的四边形网格，三维的六面体网格）。

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