《cfx_基础教程》

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1、目录CFD基础简介CFX–5.7快速入门练习CEL语言多相流模型燃烧与化学反应CFX5.71-1©2004ANSYSInc.CFD基础简介CFX5.71-2©2004ANSYSInc.概要ò什么是CFD?òCFD的历史òCFD基本概念òCFX-5.7功能简介òCFX-5主要应用òCFX-5求解问题的主要过程òCFX-5求解器的能力òCFX-5用户界面CFX5.71-3©2004ANSYSInc.什么是CFD?•CFD是计算流体动力学的缩写，即ComputationalFluidDynamics。•CFD是模拟

2、包含流体流动、传热以及其它附加的物理化学现象的工具。Coalcombustioninamulti-burnerfurnace.CourtesyofInternationalCombustionLimitedCFX5.71-4©2004ANSYSInc.CFD的历史ò1970’s中期–开始理解CFD的本构方程，发展通用计算程序.ò1980’s早期-第一代通用的CFD程序诞生了,需要在大型计算机上运行，使用者需要具有专业的计算流体动力学知识。仅在研究领域使用。ò目前-计算机性能的极大提高，计算图形学的广泛使用以及

3、稳健的CFD求解器的开发使得CFD成为大多数工程师喜爱的分析工具。CFX5.71-5©2004ANSYSInc.CFD基本概念ò质量守衡定律ò控制体ò牛顿运动定律ò能量守衡ò线性和非线形的偏微分方程ò离散原理ò非线性方程ò边界条件CFX5.71-6©2004ANSYSInc.守衡ò所有设备中的流体流动都可以用质量,动量和能量守衡方程描述ò质量守衡指物质既不会产生也不会灭亡,只会保持一致ò动量守衡方程是牛顿运动定律的表述ò能量守衡方程是热力学第一定律的表述ò这三个守衡方程是CFD的理论基石！CFX5.71-7©

4、2004ANSYSInc.控制体控制表面控制体•控制体指空间的一个区域•该区域被控制面所包围•其大小和形状是任意的•可以是管,设备,旋转叶片等•适用于有限的和极小尺寸的区域•基本的守衡定律适用于这种定义的区域CFX5.71-8©2004ANSYSInc.质量守衡控制面质量质量流入质量流出总量控制体表述控制体质量增=流入的质量-流出的质量加率积分方程∂hh0=∀∫ρρdv+∫•dAcvcs∂t均布,1D,稳态流动例:0=(ρAV)−(ρAV)12CFX5.71-9©2004ANSYSInc.动量守恒动量流入动量

5、动量流出总量净力表述净力=动量增加率+流出的动量-流入的动量积分方程hhdm()v∂hhhh∑F==∫∫ρρddvv∀+v⋅Acvcsdt∂t例:均布,1D,稳态流动FP+AP−Am=("V)m−("V)x112221m=AV"ρCFX5.71-10©2004ANSYSInc.能量守衡流入热量输出功能量流入的总流出的总总量焓焓表述+流出的焓内部能量变化率流入热量-输出功=-流入的焓积分方程∂hh(QW""−=)∫ρρd+eH∀∫vA⋅dcvcs∂t2v例子:1D稳态流动e=u++gz2QW0(mH)(""−=

6、+""−mH)H=e+Pρ21m"=ρAVCFX5.71-11©2004ANSYSInc.偏微分方程ò守衡的表达式,以不同阶次偏微分方程形式描述ò以微分形式的方程而不是以积分方程开始,是因为微分方程用起来更方便ò理论解通常只有对一些简单情况,具有简单的边界条件时才能获得-例如:具有温度边界条件的矩形空间的线性导热方程CFX5.71-12©2004ANSYSInc.方程特性ò流动方程通常是复杂和非线性的-求解的是一组耦合(或相关)的方程而不仅仅是一个方程-方程具有强非线性-无法获得简单的理论结果-必须借助于近似

7、的离散方法,如有限元,有限体或有限插分原理-CFX5采用基于有限元的有限体积法CFX5.71-13©2004ANSYSInc.线性和非线性方程ò线性方程容易求解-解有保证-例如:简单的导热(导热系数为常数),势流方程,和弹性应力分析Example:2DHeatConductionh∇⋅q=0T=50hq=-kT∇fork=constant22T=100∇T=0T=0∇=T022∂T∂Tor+=022∂x∂yq=0CFX5.71-14©2004ANSYSInc.离散原理ò步骤:-确定分析区域-将控制区划分为离散

8、区域(网格)-对每一个网格应用守衡准则:>对每个网格上的微分方程积分>应用Gauss原理将体积分转换为面积分>插值所有网格和网格表面的热流相>如需要,线性化>应用边界条件>求解一组代数方程的结果>如果是非线性的,迭代直至收敛CFX5.71-15©2004ANSYSInc.非线性方程ò非线性意味着:-系数取决于结果,因此:-需要迭代,来更新非线性-无法用代数法直接求解离散方程ò求解非线方程的步骤-线性