CFD基础及简介

看过大多数的教程及介绍基本都是从此处开始的,所以首先对CFD做一个简短的介绍及了解。

什么是CFD?

      一般作为工科生,对“CAD”“CAE”"CAM"等都应该不陌生,这里的CFD也同样是一种利用计算机来求解流体流动、传热及相关传递现象的系统分析方法和工具。英文叫Computational Fluid Dynamic,主要由流体力学、数学、计算机科学交叉而成的一门学科。

为什么会有CFD?

      流体流动的物理特性一般都以偏微分方程的形式描述,这些方程能反映流体的流动过程,通常称其为“控制方程”,宏观尺度的流动控制方程通常为Navier-Stokes.方程,也就是常说的“N-S方程”,对于该方程的解析求解至今仍是世界难题。在人类的算力达不到要求时,计算机的出现,解决了大部分的问题,因此也有了CFD的发展。

应用领域?

  1. 飞行器空气动力学。
  2. 船舶水动力学。
  3. 动力装置:如内燃机或气体透平机器的燃烧过程。
  4. 旋转机械:旋转通道及扩散器内的流动等。
  5. 电器及电子工程:包含微电路的装置散热等。
  6. 化学过程工程:混合及分离,聚合物模塑过程等。
  7. 建筑物内部及外部环境:风载荷及供暖通风等。
  8. 海洋工程:近海结构载荷。
  9. 水利学及海洋学:河流、海洋等。
  10. 环境工程:污染物及废水排放等。
  11. 气象学:天气预报等。
  12. 生物工程:通过动脉及静脉的血液流动等。

工程应用基本步骤?

      在一般的应用过程中,基本分为三个相互独立的阶段,分别为:计算前处理,计算求解,计算后处理。

      简单点说,计算前处理相当于我给你一个现实世界,你得让电脑知道这是什么,实际上电脑只认识代码,这时候就需要经过抽象现实世界,建立对应的模型,方便计算机计算。而在这一部分,主要的步骤有一下几点:

  1. 计算域几何模型构建:也就是在这一空间域内物理量会发生变化
  2. 计算网格划分:对计算域进行有限体积法划分网格
  3. 设定计算区域属性:指定计算域的工作介质属性,计算区域的运动状态等
  4. 设定计算模型及边界条件:选择一个什么样的模型来进行计算以及对应的边界条件
  5. 设定求解控制参数:通常是为了加快收敛过程速度及提高计算精度
  6. 设定输出参数:在数据的计算过程中,并不是所有的物理量都需要输出,这时候我们只需要选择我们需要的数据进行输出即可

       计算求解:作为过程中的核心部分,计算机通过接收前处理中所给予的数据,利用内置的求解算法进行求解计算,得出一系列需要的物理量。


     后处理:可以理解为在计算求解过程中,求出了一系列的物理数据,但我们需要将这些再进行转化,变成人们最容易获得信息的形式,比如云图,矢量图等,展示给需要借鉴或者有需求的用户。

ANSYS常用软件族:

前处理:ICEM CFD

求解器:Fluent/CFX

后处理模块:CFD-POST



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