計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)簡(jiǎn)介課件

計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)簡(jiǎn)介怎樣思想，就有怎樣的生活、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)簡(jiǎn)介FLUENT概述計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)簡(jiǎn)介計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(ComputationalFluidDynamics,簡(jiǎn)稱(chēng)CFD)是通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬計(jì)算和圖象顯示,對(duì)包含有流體流動(dòng)和熱傳導(dǎo)等相關(guān)物理現(xiàn)象的系統(tǒng)所做的分析。CFD計(jì)算的基本思想:把原來(lái)在空間與時(shí)間坐標(biāo)中連續(xù)的物理量的場(chǎng)(如速度場(chǎng),溫度場(chǎng)等),用一系列有限個(gè)離散點(diǎn)上的值的集合來(lái)代替,通過(guò)一定的原則建立起這些離散點(diǎn)上變量值之間關(guān)系的代數(shù)方程(稱(chēng)為離散方程)求解所建立起來(lái)的代數(shù)方程以獲得所求變量的近似值。根據(jù)控制方程離散方式,分為有限差分法(FDM)有限元法(FEM)有限分析法(FAM)有限體積法或者控制體積法(FVM或CⅥM)。有限體積法導(dǎo)出的離散方程可以保證守恒特性,而且離散方程的系數(shù)物理意義明確,是目前計(jì)算流體力學(xué)中應(yīng)用最廣的一種方法CFD特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)可得流動(dòng)問(wèn)題滿(mǎn)足工程需要的數(shù)值解2.可利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行各種數(shù)值試驗(yàn)局限性1是一種離散近似算法2.需充分了解所求解問(wèn)題3.程序編制、正確使用等要求較高控制方程劃分網(wǎng)格初始條件結(jié)果和分析數(shù)值算法離散格式邊界條件解控制參數(shù)CFD基本計(jì)算過(guò)程Fluent概述2.1Fluent的工程應(yīng)用背景Fluent是目前國(guó)際上比較流行的商用CFD軟件包,在美國(guó)的市場(chǎng)占有率為60%,只要涉及流體,熱傳遞,及化學(xué)反應(yīng)等的工程問(wèn)題,都可以用Fluent進(jìn)行解算。它具有豐富的物理模型、先進(jìn)的數(shù)值方法及強(qiáng)大的前后處理功能,在航天航空、汽車(chē)設(shè)計(jì)、石油天然氣、渦輪機(jī)設(shè)計(jì)等方面都有著廣泛的應(yīng)用。Fluent能夠解決的工程問(wèn)題可以歸納為以下幾個(gè)方面:采用三角形、四邊形、四面體、六面體及其混合網(wǎng)格計(jì)算二維和三維流動(dòng)問(wèn)題。計(jì)算過(guò)程中,網(wǎng)格可以自適應(yīng)。2.可壓縮與不可壓縮流動(dòng)問(wèn)題。3.穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)流動(dòng)問(wèn)題4.無(wú)粘流、層流及湍流問(wèn)題。5.牛頓流體及非牛頓流體。對(duì)流換熱問(wèn)題(包括自然對(duì)流和混合對(duì)流)。7.導(dǎo)熱與對(duì)流換熱耦合問(wèn)題。8.輻射換熱。9.慣性坐標(biāo)系和非慣性坐標(biāo)系下的流動(dòng)問(wèn)題模擬10多運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系下的流動(dòng)問(wèn)題。11化學(xué)組分混合與反應(yīng)。12.可以處理熱量、質(zhì)量、動(dòng)量和化學(xué)組分的源項(xiàng)。13用Lagrangian軌道模型模擬稀疏相(顆粒、水滴、氣泡等)14.多孔介質(zhì)流動(dòng)。15.一維風(fēng)扇、熱交換器性能計(jì)算16.兩相流問(wèn)題。17.復(fù)雜表面形狀下的自由面流動(dòng)。2.2軟件包相關(guān)知識(shí)2.2.1fluent:軟件的組成Fluent軟件設(shè)計(jì)基于CFD軟件群的思想,從用戶(hù)需求角度出發(fā),針對(duì)各種復(fù)雜流動(dòng)和物理現(xiàn)象,采用不同的離散格式和數(shù)值方法,以期在特定的領(lǐng)域內(nèi)使設(shè)計(jì)速度、穩(wěn)定性和精度等方面達(dá)到最佳組合,從而可以高效率地解決各個(gè)領(lǐng)域的復(fù)雜流動(dòng)計(jì)算問(wèn)題?；谏鲜鏊枷?Fluent開(kāi)發(fā)了適用于各個(gè)領(lǐng)域的流動(dòng)模擬軟件,用于模擬流體流動(dòng),傳熱傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)和其他復(fù)雜的物理現(xiàn)象,各模擬軟件都采用了統(tǒng)一的網(wǎng)格生成技術(shù)和共同的圖形界面,它們之間的區(qū)別僅在于應(yīng)用的工業(yè)背景不同,因此大大方便了用戶(hù)。Fluent的軟件包有以下幾個(gè)部分組成(1)前處理器,Ambit用于網(wǎng)格的生成,它是具有超強(qiáng)組合建構(gòu)模型能力的專(zhuān)用CFD前置處理器。Fluent系列產(chǎn)品皆采用Fluent公司自行研mbit前處理軟件來(lái)建立幾何形狀及生成網(wǎng)格。另外,TGrid和Fluent(Translators)是獨(dú)立于Fluent的前處理器,其中TGrid用于從現(xiàn)有的邊界網(wǎng)格生成體網(wǎng)格,Filters可以轉(zhuǎn)換由其他軟件生成的網(wǎng)格從而用于Fluent計(jì)算。與Filters接口的程序包括ANSYS、-DEAS、NASTRAN、PATRAN等。(2)求解器:它是流體計(jì)算的核心,根據(jù)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的不同,求解器主要分以下幾種類(lèi)型①Fluent4.5:基于結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的通用CFD求解器。②Fluent6.2.16:基于非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的通用CFD求解器③Fidap:基于有限元方法,并且主要用于流固耦合的通用CFD求解器。④Polyflow:針對(duì)粘彈性流動(dòng)的專(zhuān)用CFD求解器。⑤Miⅸxsim:針對(duì)攪拌混合問(wèn)題的專(zhuān)用CFD軟件。⑥Icepak:專(zhuān)用的熱控分析CFD軟件。(3)后處理器:Fluent求解器本身就附帶有比較強(qiáng)大的后處理功另外,Tecplot也是一款比較專(zhuān)業(yè)的后處理器,可以把一些數(shù)據(jù)可視化,這對(duì)數(shù)據(jù)處理要求比較高的用戶(hù)來(lái)說(shuō)是一個(gè)理想的選擇在以上介紹的Fluent軟件包中,求解器Fluent6.2.16是應(yīng)用范圍最廣的,所以在以后的章節(jié)中我們會(huì)對(duì)它進(jìn)行詳細(xì)的介紹。這個(gè)求解器既可使用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,也可使用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。對(duì)于二維問(wèn)題,可以使用四邊形網(wǎng)格和三角形網(wǎng)格;對(duì)于三維問(wèn)題,可以使用六面體、四面體、金字塔形以及契形單元,具體的網(wǎng)格見(jiàn)圖3-1。Fluent62.16可以接受單塊和多塊網(wǎng)格,以一堆混網(wǎng)枚和三件洞△網(wǎng)枚三角形網(wǎng)格邊形網(wǎng)格四面體中三維網(wǎng)格:金字塔形網(wǎng)楔形網(wǎng)格3-1Fluent使用的網(wǎng)格的形狀51、天下之事常成于困約，而敗于奢靡?！懹?/p>