计算流体动力学(CFD)简介.ppt

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1、一、计算流体动力学（CFD）简介二、FLUENT概述计算流体动力学（ComputationalFluidDynamics，简称CFD）是通过计算机数值模拟计算和图象显示，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计算的基本思想：把原来在空间与时间坐标中连续的物理量的场（如速度场，温度场等），用一系列有限个离散点上的值的集合来代替，通过一定的原则建立起这些离散点上变量值之间关系的代数方程（称为离散方程），求解所建立起来的代数方程以获得所求变量的近似值。一计算流体动力学（CFD）简介根据控制方程离散方式，分为有限差分法

2、（FDM）有限元法（FEM）有限分析法（FAM）有限体积法或者控制体积法（FVM或CVM）。有限体积法导出的离散方程可以保证守恒特性，而且离散方程的系数物理意义明确，是目前计算流体力学中应用最广的一种方法。优势1.可得流动问题满足工程需要的数值解2.可利用计算机进行各种数值试验局限性1.是一种离散近似算法2.需充分了解所求解问题3.程序编制、正确使用等要求较高CFD特点CFD基本计算过程控制方程数值算法划分网格离散格式初始条件边界条件结果和分析求解控制参数2.1Fluent的工程应用背景Fluent是目前国际上比较流行的商用CFD软件

3、包，在美国的市场占有率为60%，只要涉及流体，热传递，及化学反应等的工程问题，都可以用Fluent进行解算。它具有丰富的物理模型、先进的数值方法及强大的前后处理功能，在航天航空、汽车设计、石油天然气、涡轮机设计等方面都有着广泛的应用。Fluent能够解决的工程问题可以归纳为以下几个方面：1.采用三角形、四边形、四面体、六面体及其混合网格计算二维和三维流动问题。计算过程中，网格可以自适应。2.可压缩与不可压缩流动问题。3.稳态和瞬态流动问题。4.无粘流、层流及湍流问题。5.牛顿流体及非牛顿流体。6.对流换热问题（包括自然对流和混合对流）

4、。二Fluent概述7.导热与对流换热耦合问题。8.辐射换热。9.惯性坐标系和非惯性坐标系下的流动问题模拟。10.多运动坐标系下的流动问题。11.化学组分混合与反应。12.可以处理热量、质量、动量和化学组分的源项。13.用Lagrangian轨道模型模拟稀疏相（颗粒、水滴、气泡等）。14.多孔介质流动。15.一维风扇、热交换器性能计算。16.两相流问题。17.复杂表面形状下的自由面流动。2.2软件包相关知识2.2.1Fluent软件的组成Fluent软件设计基于CFD软件群的思想，从用户需求角度出发，针对各种复杂流动和物理现象，采用不

5、同的离散格式和数值方法，以期在特定的领域内使设计速度、稳定性和精度等方面达到最佳组合，从而可以高效率地解决各个领域的复杂流动计算问题。基于上述思想，Fluent开发了适用于各个领域的流动模拟软件，用于模拟流体流动，传热传质、化学反应和其他复杂的物理现象，各模拟软件都采用了统一的网格生成技术和共同的图形界面，它们之间的区别仅在于应用的工业背景不同，因此大大方便了用户。Fluent的软件包有以下几个部分组成。（1）前处理器，Cambit用于网格的生成，它是具有超强组合建构模型能力的专用CFD前置处理器。Fluent系列产品皆采用Fluen

6、t公司自行研发的Cambit前处理软件来建立几何形状及生成网格。另外，TGrid和Fluent（Translators）是独立于Fluent的前处理器，其中TGrid用于从现有的边界网格生成体网格，Filters可以转换由其他软件生成的网格从而用于Fluent计算。与Filters接口的程序包括ANSYS、I-DEAS、NASTRAN、PATRAN等。（2）求解器：它是流体计算的核心，根据专业领域的不同，求解器主要分以下几种类型。①Fluent4.5：基于结构化网格的通用CFD求解器。②Fluent6.2.16：基于非结构化网格的通用

7、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：针对粘弹性流动的专用CFD求解器。⑤Mixsim：针对搅拌混合问题的专用CFD软件。⑥Icepak:专用的热控分析CFD软件。（3）后处理器：Fluent求解器本身就附带有比较强大的后处理功能。另外，Tecplot也是一款比较专业的后处理器，可以把一些数据可视化，这对于数据处理要求比较高的用户来说是一个理想的选择。在以上介绍的Fluent软件包中，求解器Fluent6.2.16是应用范围最广的，所以在以后的章节中我们会对它进行详细的

8、介绍。这个求解器既可使用结构化网格，也可使用非结构化网格。对于二维问题，可以使用四边形网格和三角形网格；对于三维问题，可以使用六面体、四面体、金字塔形以及契形单元，具体的网格见图3-1。Fluent6.2.16可以接受单