CFD技术介绍(课堂PPT)

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4.3 PHOENICS
源自文库
Phoenics是英国CHAM公司开发的模拟传热、流动、反应、燃烧
过程的通用CFD软件，有30多年的历史。网格系统包括：直角、圆
柱、曲面（包括非正交和运动网格，但在其VR环境不可以）、多重
网格、精密网格。可以对三维稳态或非稳态的可压缩流或不可压缩
流进行模拟，包括非牛顿流、多孔介质中的流动，并且可以考虑粘
度、密度、温度变化的影响。在流体模型上面，Phoenics内置了22
种适合于各种Re数场合的湍流模型，包括雷诺应力模型、多流体湍
流模型和通量模型及k-e模型的各种变异，共计21个湍流模型，8个
多相流模型，10多个差分格式。 Phoenics的VR（虚拟现实）彩色图
形界面菜单系统是这几个CFD软件里前处理最方便的一个，可以直
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4.2 CFX
CFX是由英国AEA公司开发，是一种实用流体工程分析工具，用 于模拟流体流动、传热、多相流、化学反应、燃烧问题。其优势在 于处理流动物理现象简单而几何形状复杂的问题。适用于直角/柱面 /旋转坐标系，稳态/非稳态流动，瞬态/滑移网格，不可压缩/弱可压 缩/可压缩流，浮力流，多相流，非牛顿流体，化学反应，燃烧， NOx生成，辐射，多孔介质及混合传热过程。CFX采用有限元法， 自 动 时 间 步 长 控 制 ， SIMPLE 算 法 ， 代 数 多 网 格 、 ICCG、Line、 Stone和Block Stone解法。能有效、精确地表达复杂几何形状，任意 连接模块即可构造所需的几何图形。在每一个模块内，网格的生成 可以确保迅速、可靠地进行，这种多块式网格允许扩展和变形，例 如计算气缸中活塞的运动和自由表面的运动。 滑动网格功能允许网 格的各部分可以相对滑动或旋转，这种功能可以用于计算牙轮钻头 与井壁间流体的相互作用。
CFD软件介绍
李栋 土木工程学院
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1. CFD软件概述
CFD软件是计算流体力学（Computational fluid Dynamics）软件 的简称，是专门用来进行流场分析、流场计算、流场预测的软件。 通过CFD软件，可以分析并且显示发生在流场中的现象，在比较 短的时间内，能预测模拟对象性能，并通过改变各种参数，达到 最佳设计效果。CFD数值模拟，能使我们更加深刻地理解问题产 生的机理，为实验提供指导，节省实验所需的人力、物力和时间， 并对实验结果的整理和规律的得出起到很好的指导作用。
随着计算机硬件和软件技术的发展和数值模拟计算方法的日趋
成熟，出现了基于现有流体力学理论的商用CFD软件。商用CFD
软件使许多不擅长CFD的其它专业研究人员能够轻松地进行流动
数值计算，从而使研究人员从编制繁杂、重复性的程序中解放出
来，以更多的精力投入到考虑所计算的流动问题的物理本质、问
题的提法、边界（初值）条件和计算结果的合理解释等重要方面，
使用CFD软件，至少基于以下三点：
❖通常很难模型化的系统，而CFD分析能够展示别的手段所不能揭 示的系统的性质和现象，因为CFD对你的设计提供很强的可视能 力；
❖一旦你给定你的问题的参量，CFD能够快速的给出你想要的结果； 这样你才有可能在很短的时间内调整你设计的问题的参数，得到 最好的优化结果；
❖采用CFD是一种十分经济的做法。由于它的开发周期短，因此能 节省大量的人力物力，使产品能更快的进入市场。
CFD软件通常有三种基本功能，分别着重用于：
❖前端处理（Preprocessing）
❖计算和结果数据生成（compute an result）
❖后处理(Postprocessing)
前端处理通常要生成计算模型所必需的数据，这一过程通常
包括建模、数据录入（或者从cad中导入）、生成网格等；然后，
CFD的核心运算器（SOLVER）将根据具体模型完成计算任务，
接读入Pro/E建立的模型（需转换成STL格式），但其缺点则是网格
比较单一粗糙，针对复杂曲面或曲率小的地方的网格不能细分。另
外VR的后处理也不是很好。Phoenics的开放性很好，提供对软件现
有模型进行修改、增加新模型的功能和接口，可以用FORTRAN语言
进行二次开发。
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4.4 STAR-CD
STAR-Cd 是Simulation of Turbulent flow in Arbitrary Region的缩写， CD是computational Dynamics Ltd。是基于有限容积法的通用流体计 算软件，在网格生成方面，采用非结构化网格，单元体可为六面体， 四面体，三角形界面的棱柱，金字塔形的锥体以及六种形状的多面 体，可与CAD、CAE软件接口，如ANSYS，IDEAS，NASTRAN， PATRAN，ICEMCFD，GRIDGEN等，这使STAR-CD在适应复杂区 域方面的特别优势。
并生成结果数据；后处理过程通常是对生成的结果数据进行组织
和诠释，一般以直观可视的图像或. 动画形式给出来。
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CFD处理工具有以下一些：
用 于 前 处 理 ： Gambit，T—grid ，GridPro，GridGen，ICEM CFD等。
用于计算分析： Fluend，FIDAP，POLYFLOW等。
这样最佳地发挥了商用CFD软件开发人员和其它专业研究人员各
自的智力优势，为解决实际工程.问题开辟了道路。
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2. CFD软件基本功能
CFD不仅可以预测流体流动性质，还可以得到传质（如分离和 溶解），传热（导热、对流和热辐射），相变（如凝固和沸腾）， 化学反映（如燃烧和污染物生成），机械运动（涡轮机），以及 相关结构的压力和变形（如风中桅杆的弯曲）等等性质。
用于后处理： Ensight，IBM Open Visualization Explorer，Field View，AVS，origin，tecplot。
特殊领域的应用： Icepak，Airpak，Mixsim。
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3. 使用CFD软件基本原则
要使用CFD，首先明确研究对象性质，建立研究对象物理模型， 并在此基础上建立研究对象数学模型；然后将流体流动的物理特 性应用到模拟计算模型；最后通过CFD软件输出所需的流体性质。
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4. 目前最常用的CFD软件分类
4.1 FLUENT
FLUENT是目前国际上比较流行的商用CFD软件包，在美国 的市场占有率为60%，跟流体、热传递、化学反应等有关的工业 均可使用。它具有丰富的物理模型、先进的数值方法以及强大 的前后处理功能，在航空航天、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。其在石油天然气工业上的应 用包括：燃烧、井下分析、喷射控制、环境分析、油气消散/聚 积、多相流、管道流体流动等等。