敢问路在何方？浅谈Fluent工程师的进阶之路

Fluent软件的学习包含基础部分和进阶部分，通常我们学习Fluent软件，都是从一个最简单的三通管开始的。

图1 Fluent的标准初学案例——三通管混合换热

ANSYS Fluent官方的基础培训课程表，通常只包括以下几个方面：

●几何与 格的前处理

●基本界面操作

●边界条件及材料设定

●求解设定及收敛条件

●仿真后处理

关于Fluent基础物理模型的培训，也只包含3个最为常用的物理场景：

●基础湍流模型

●基础传热模型

●瞬态问题分析

通常情况下，学完了以上的课程，可以认为我们掌握了基本的Fluent技能，可以解决一般性的、简化后的流体分析问题，具备了初级的流体仿真能力。

图2 基础Fluent培训课表

当然，仅仅具备这些基础的流体仿真技能还是远远不够的，Fluent软件的本质仍旧属于工程，仿真的目的是为了解决实际的工业问题。因此，如果我们使用Fluent进行计算的情形不能应用在产品上，不能为研发、设计提供支持，那么这一切将毫无意义。

随着Fluent软件十几年的发展，目前已经广泛应用于航空、航天、能源、电力、石油、化工、机械、传播、电子、生物等多个行业。对于绝大多数的工业品，也都对应有相对成熟的流体仿真方案。

但是，几乎所有的Fluent行业应用，都不能仅仅依靠基础的流体技术来完成，必须要借助进阶的Fluent模型才能够满足不同产品的特有需求。这也对我们Fluent 工程师提出了更高的要求，只有掌握高级的Fluent模型和适合产品的仿真方法，才能真正的成为一名合格的仿真工程师。

那么，在各个行业中，有哪些Fluent的进阶模型是需要我们学习和掌握的呢？不同的工业品对应的仿真思路和方法又有哪些侧重？接下来就简单的做以介绍。

图3Fluent工程师的进阶之路

进阶之路一：多相流模型

FLUENT中的多相流模型广泛的应用于石油、化工、核工业、能源等行业，涉及到的工业品有鼓泡塔、旋风分离器、流化床、核工业品等。如果我们已经从事或希望在以后的工作中从事这一类产品的仿真工作，那么多相流模型就是必不可少的技能。

多相流可以帮助我们研究难以探测的设备，理解复杂的相间现象。欧拉多相流模型利用流体方程的分离方法，可以有效求解流体或相间的相互渗透；拉格朗日多相流（DPM）模型适用于离散相的仿真计算，如喷雾干燥器、煤炭燃烧、液体燃料注入等；VOF模型可以追踪不相溶相间的界面，但并不过多的增加计算的规模；相变模型（Phase Changes）可以计算蒸发/冷凝、融化/凝固等现象，很多都是当下最为热门的仿真需求。

图3 Fluent中的多相流仿真

进阶之路二：多重参考系和动 格模型

FLUENT的多重参考系和动 格模型是非常强大的，允许我们模拟任意的、复杂的相对运动，如内燃机、阀门、漂浮船只、火箭发射等场景，都可以使用Fluent进行仿真。如果我们希望以后在航空、航天、汽车、能源等行业继续仿真的工作，那么掌握多重参考系和动 格技术，则是一个明智的选择。搅拌器、水泵、离心机、压气机等旋转机械在各个行业的应用都离不开仿真的支持。因此，多重参考系与动 格模型，也是一条实用的Fluent工程师进阶之路。

图4 Fluent中的旋转机械仿真

进阶之路三：声学模型

气动声学对许多工业应用而言，都是一个关注的重点，FLUENT则可以计算由不稳定压力波引起的噪声。如果我们的工程师希望以后在电机、风机等旋转机械领域拓展自我的技术特长，或是工作在汽车、航空、航天等涉及到NVH的行业，那么对于气动声学（噪声）的仿真需求，仍旧是非常巨大的。

图5 Fluent中的声学仿真

进阶之路四：热辐射与高级传热模型

虽然换热模型是Fluent中最为基础的求解设置，但是对于行业内的一些复杂问题，仍旧要求我们工程师掌握更多的进阶技能才能准确完成任务。无论是传统的电子散热行业，还是当下最受欢迎的新能源电池行业，或是相对冷门的室内环境优化（如农学等），对于仿真的需求还是相对较高的。因此，掌握高级的传热模型和热辐射技术，也是Fluent工程师进阶的一条快速道路。

图6 Fluent中的高级传热仿真

★ 进阶之路五：燃烧与化学反应

Fluent中的燃烧与化学反应模型可以仿真绝大多数的气体、煤、液体燃料等进行燃烧的过程，也具备仿真气体和固体表面（给定材料）之间的反应的能力。与此同时，Fluent还能够对NOx、SOx和其它污染物的形成进行准确的预测。这些燃烧与化学反应的仿真方法在多个行业都有广泛的应用，如石油、石化、能源、电力、汽车、航空等。

大量的相关产品在设计之初，也都希望拥有仿真的支持，比如LNG储罐的泄露、锅炉燃烧效率、喷雾器的燃烧、颗粒表面沉降等。当然，这些问题对应的难度也相对较大，往往需要与多相流模型、高级湍流模型、热辐射模型等联合使用。

图7 Fluent中的燃烧与化学反应仿真