CFD数值模拟原理-1.ppt

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1、CFD数值模拟原理南京工业大学材料工程叶旭初第一章绪论§1-1CFD数值模拟1、工程研究的任务发展满足国民经济各部门所需要的新产品和对现有的生产过程进行改造。2、工程开发研究（1）实验室内进行模型的开发研究进行大量的可能采用的实际方法作比较试验，确定较优的方法；—解决可能性问题。（2）工程二次开发就是得出所有必要的资料，确保在实验室的初步研究成果能转化为生产力。—解决可行性问题。（3）第一套生产装置的建立开发、设计第一套生产装置，检测（或生产性试验）。用其结果来检查初始设计过程中的“假设参数”以及所依赖的数学模型的正确性，合理性。周期较长

2、，投资大，工业化放大的可靠性不高。3、现代工程研究方法随着近代科学技术的进步，在绝大部分的研究领域内，人们对常见现象的理论研究已达到了一个崭新的境界，如力学、新材料设计的超分子建筑学、统计物理学、流体力学、传热学、化学反应流等数学物理方程、理论模型或经验模型，在大量的实验研究及工程应用中得到证实。方案设计详细设计试验验证投产工程模拟分析评估改进理想的新产品现代设计过程4、过程装置问题特征流动、传热、传质、化学反应—复杂5、学习方法（1）了解原理—描述问题的基本方程（2）数值方法与编程（3）通用软件的掌握与正确使用6、CFD技术发展概况一、

3、CFD与CFD技术“CFD”-ComputationalFluidDynamics(计算流体动力学)CFD技术-现广义地将对工程中的流体流动、传热、燃烧、化学反应、多相流等的数值模拟（Simulation）同称为CFD技术CFD的特点：CFD是仿真技术中的一种，其特点都是以描述该类物理或化学现象的理论方程为基础（代数、微分方程等），采用计算机，运用一定的数学方法加以离散与求解，最终得到一系列对工程实践具有指导意义的规律性的研究结果。分析、评估在给定条件下的工程设计合理性，并确定修正措施。一般来说，影响模拟的可靠性的因素：（1）描述方程本身

4、是否能客观地反映出该类物理或化学现象的本质、共性；（2）数值方法的正确性；（3）计算机硬件、软件本身的可靠性（4）使用人正确掌握。二、工程数字（信息）化设计（1）传统的工程设计程序设计工程师工艺工程师原、燃料；配料方案设备工程师设计任务经济分析师工程计划专用设备开发联系工作单联系工作单联系工作单联系工作单制图特点（1）每个入的工作领域、工作方法不同；（2）彼此沟通困难，设计成本提高。实施工程相关的理论与知识各设计环节相关的工程应用软件2、数字化设计理念-数字化模拟设计各设计环节相互衔接路径数字化设计理念的最高境界：对设计的每个环节都能用应

5、用软件进行模拟分析，形成一个虚拟的实际工业过程，并对各个环节实现优化，最终细化设计、建设，以得到一个理想的工业化生产线。特点：加强了各个设计环节的关联，返工的概率及设计成本降低。3、工程设计过程工程知识工艺设计创意设计操作与维持工厂建设详细设计工程基础知识流体动力学传热学化学热力学水力学优化经济分析建筑企业管理委托3、装置设计过程工程知识初步设计创意设计操作与维护原型(样机)设计详细设计工程基础知识几何学材料学流体动力学传热学应力分析耐久性分析优化经济分析机械制造制造典型的工程模拟软件4、过程模拟CFX-4CFX-Visualise5、C

6、FD模拟技术Pro/ENGINEERCATIACADDS5UnigraphicsEuclid3CFX-BuildCFX-5CHEMICAL/PROCESSMECHANICALNATIVECADDATACFX-TASCflowROTATINGCFX-TASCtoolCFX-TurboGridCFX-BladeGenANSYS10FLUENT工程应用软件的销售增长情况01/0202/0303/046、CFD技术的主要发展阶段(1)初始阶段(1965~1974)1965，Harlow:交叉网格;1967,Spalding:抛物线偏微分方程P-S

7、解法；1969，SIMPLE;1974,Thoms:适体座标-网格生成技术。(2)初步工业应用阶段(1975~1984)1977，Spalding:GENMIX程序；1979，开发PHOENICS通用软件，1981，CHAM公司推广，80年代初，三维流动。(3)快速发展期(1985年～)1985：SpaldingCFD现状报告；八十年代后期：发展前后处理器；1983年：FLUENT;1991年：海洋表面流：Flow-3D;1989年：Partankar:在美国：煤粉燃烧八十年代末~九十年代初：CFD进入相关行业并广泛应用；特征：专业版，专

8、业人才如爆炸、风机（我国西安交大、上海交大）、港口、天气、海浪预报的专业版等。使用、UNIX操作系统的工作站(大型计算机)，投资大。7.通用软件如CAD技术、CAE(工程计算机辅助分析软件)、