cfd软件及其在建筑风工程中的应用”

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1、--CFD软件及其在建筑风工程中的应用1CFD方法简介CFD，即计算流体动力学(ComputationalFluidDynamics，简称CFD)是通过计算机数值计算和图形显示，对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统所做的分析。CFD的基本思想可以归结为：把原来在时间域及空间域上连续的物理量的场，如速度场和压力场，用一系列有限个离散点上的变量值的集合来代替，通过一定的原则和方式建立起关于这些离散点上场变量之间关系的代数方程组，然后求解代数方程组获得场变量的近似值[1]。CFD可以看作是在流动基本方程(质量守恒方程、动量守

2、恒方程、能量守恒方程)控制下对流动的数值模拟。通过这种数值模拟，我们可以得到极其复杂问题的流场内各个位置上的基本物理量(如速度、压力、温度、浓度等)的分布，以及这些物理量随时间的变化情况，确定旋涡分布特性、空化特性及脱流区等。还可据此算出相关的其他物理量，如旋转式流体机械的转矩、水力损失和效率等。此外，与CAD联合，还可进行结构优化设计等。计算流体动力学是20世纪60年代起伴随计算机技术迅速崛起的学科。经过半个世纪的迅猛发展，这门学科已相当成熟，成熟的一个重要标志是近十几年来，各种CFD通用性软件包陆续出现,成为商品化软件，为

3、工业界广泛接受，性能日趋完善,应用范围不断扩大。至今，CFD技术的应用早己超越传统的流体力学和流体工程的范畴，如航空、航天、船舶、动力、水利等，而扩展到化工、核能、冶金、建筑、环境等许多相关领域中去。----2几种主要的CFD商业软件介绍[2]鉴于CFD在流场流动数值模拟方面的重要性，目前世界上开发了大量的商业化通用软件，而又各有特点。下面介绍一下一些比较知名的CFD软件。2.1STAR-CDSTAR-CD是由英国帝国学院提出的通用流体分析软件，由1987年在英国成立的CD-adapco集团公司开发。这一软件名称的前半段系英语

4、SimulationofTurbulentflowinArbitraryRegion的缩写，连字符后的CD是开发商ComputationalDynamicsLtd的简称。这是基于有限体积法的一个通用软件。STAR-CD采用基于完全非结构化网格和有限体积方法的核心解算器，具有丰富的物理模型、最少的内存占用、良好的稳定性、易用性、收敛性和众多的二次开发接口。CD-adapco集团公司与全球许多著名的高等院校、科研机构、大型跨国公司合作，不断丰富和完善STAR-CD的各种功能。STAR-CD独特的全自动六面体/四面体非结构化网格技术

5、，满足了用户对复杂网格处理的需求，因此它首先在汽车/内燃机领域获得了成功，并迅速扩展到航空、航天、核工程、电力、电子、石油、化工、造船、家用电器、铁路、水利、建筑、环境等几乎所有重要的工业和研究领域，在全世界拥有数千用户。2.2Phoenics软件----Phoenics软件包是流行较早的商业化工模拟软件，其特点是计算能力强、模型简单、速度快，便于模拟前期的参数初值估算，以低速热流输运现象为主要模拟对象，尤其适用于单相模拟和管道流动计算。其包含有一定数量的湍流模型、多相流模型、化学反应模型。不足之处在于：计算模型较少，尤其是两

6、相流模型，不适用于两相错流流动计算；所形成的模型网格要求正交贴体(可以使用非正交网格但易导致计算发散)；使用迎风一阶差分求值格式进行数值计算，以压力矫正法为基本解法，因而不适合高速可压缩流体的流动模拟；此外，它的后处理设计尚不完善，软件的功能总量少于其他软件。其最大优点是对计算机内存、运算速度等指标要求相对较低。其边界条件以源项形式表现于方程组中是它的一大特点。由于缺乏使用群体和版本更新速度慢，以及其他新兴软件的不断涌现，使得其实际应用受到很大限制，目前应用较少。2.3FLUENT软件Fluent公司是享誉全球的CFD软件供应

7、商和技术服务商。公司总部设在美国新汉普郡州(NewHampshire)的利巴嫩(Lebanon)，下属机构遍及全球。自FLUENT软件面世以来，以其丰富的物理模型、先进的数值方法及技术人员高质量的技术支持和服务，FLUENT软件很快成为CFD市场的领先者。1988年Fluent公司正式成立。Fluent公司的销售及技术服务网络遍及世界各地。公司的客户涉及航空航天、旋转机械、航海、石油化工、汽车、能源、计算机/电子、材料、冶金、生物、医药等领域。Fluent公司与许多具有领先地位的硬件和软件厂商保持着密切的合作伙伴关系。这些合作

8、关系可以保证FLUENT软件及时地应用最新的研究成果。Fluent公司在其发展历程中，始终领导着商用CFD软件的发展方向，不断推出面向客户工程需求的软件工具。其产品作为世界公认的CAE工业标准，获得了包括ISO9001和Ticket等诸多权威质量认证。Fluent公司的宗旨是