CFD仿真验证及有效性指南
整车CFD仿真解决方案
整车CFD仿真解决方案Siemens PLM Software 张杰Realize innovation. Unestricted© Siemens AG 2017目录•新能源汽车CFD仿真分析概览•CFD在汽车开发中各阶段的应用•基于CFD的设计空间探索•问题交流新能源汽车CFD 仿真分析内容概览3Cross validation气动噪声制动系统空气动力学乘员舱舒适性管理Thermal problemsComfortSafety (driving)Safety (visibility)Environment (save energy)Unique environmentAerodynamicsCLCrosswind CY,CS,CR Aeroacoustics Cooling SoilingWiper liftingWater managementAerodynamicsCD电池包热管理电机散热电控器散热汽车空气动力学性能概要—整车开发& CAE 驱动设计产品企划概念设计工程设计样车制造试验生产项目部性能总布置动力底盘电器CAE碰撞NVH结构CFD…试验碰撞风洞道路…CFD贯穿整车开发流程——整车性能开发项：属性模块动力性、经济性、驾驶性PED排放（Emissions）热管理（ThermoDynamic）整车重量（Weight）空气动力学（AeroDynamic）人机舒适性（Ergonomics）感知质量（Perceived Quality）NVH安全性能（Safety）操稳及平顺性（Ride & Handling）制动性能（Braking）环保性能（Environment）耐久性能（Durability）空调性能（Climate comfort）电器性能及HMI（Electric Performance & HMI）EMC水管理（water management）使用维护性（Serviceability）整车空气动力学PSF MR PS PA FSRPCPSI PTR LR LS J1OKtB气动噪声整车热管理水管理目录•新能源汽车CFD仿真分析概览•CFD在汽车开发中各阶段的应用•基于CFD的设计空间探索•问题交流CFD贯穿空气动力学开发流程——空气动力学CFD计算分析过程优化历程PC PA LR LS PSPSF目标分析CAS分析及优化整车虚拟分析及优化验证及改进优化造型阶段工程设计阶段试验验证概念设计验证分析NPDS流程下车身优化：机舱/车底↓风阻≈ 5%↓风阻≈ 1%发动机罩顶盖后扰流板后风挡侧围上车身造型优化↓风阻≈10%优化底部底部护板结构等措施CFD计算分析过程—造型CAS 面：CFD 计算分析目标达到外CAS 面Cd 目标基本确定外形模拟内容及方法半车快速模拟平底寻优思路输入外CAS 面几何模拟规模-10M 网格-K-Omega SST—造型CAS面：优化思路头部•减少高压区域•头部下压•-圆滑•角度—造型CAS面：优化思路尾部•压尾•减少尾涡侧面•轮罩—造型CAS面：CFD计算分析—二维校核上车身阻力分析—工程设计阶段：CFD 计算分析模拟规模-20-30M -K-Omega SST 目标达到整车Cd 目标优化整车(底盘和发动机舱)模拟内容及方法整车模拟(机舱+底盘)输入A 面-机舱风量少-通过底盘速度小—工程设计阶段：CFD 计算分析后扰流板优化后视镜型面设计型面优化A 处发动机底部护板建议1建议2建议3优化分析基础模型方案1方案2方案1方案2样车数据冻结局部优化车身部件优化。
飞行器空气动力特性仿真验证方法介绍
飞行器空气动力特性仿真验证方法介绍飞行器的设计与研发需要对其空气动力特性进行仿真验证。
仿真验证方法是通过数学模型和计算机模拟来预测飞行器在真实环境中的气动性能。
这种方法减少了开发周期和成本，提高了设计的准确性和可靠性。
本文将介绍一些常见的飞行器空气动力特性仿真验证方法。
一、CFD仿真验证方法CFD（Computational Fluid Dynamics）是一种利用计算机对流体流动进行数值模拟并求解的方法。
在飞行器设计中，CFD仿真验证方法是最常用的一种。
通过建立飞行器的几何模型和流场模型，将流体流动的方程离散化，并使用数值方法求解，得到飞行器在不同飞行状态下的气动特性。
CFD仿真验证方法的优点是可以预测飞行器在各种复杂气动环境中的性能，如气动失效、阻力、升力、扰动等。
同时，CFD仿真可以为飞行器设计提供详细的流场数据，帮助工程师分析和改进设计。
二、风洞试验验证方法风洞试验是一种将飞行器模型放置在特定环境中进行实际测量的实验方法。
风洞试验可以提供准确的气动数据，对飞行器的性能进行全面评估。
风洞试验验证是飞行器设计产业化前的重要环节。
风洞试验验证方法的优点是可以直接测量飞行器的气动性能，提供实验数据与CFD仿真结果进行对比。
这有助于验证仿真模型的准确性和可行性，并评估飞行器在不同飞行状态下的气动特性。
三、飞行试验验证方法飞行试验验证方法是将设计的飞行器投入实际飞行中，通过对飞行器的实时测量和数据分析，验证其空气动力特性。
飞行试验验证是飞行器设计的最终确认环节，可以直接评估飞行器在真实工作环境中的性能。
飞行试验验证方法最大的优点是可以获得真实的飞行数据。
通过实际飞行试验可以验证CFD仿真和风洞试验的结果，并对飞行器的性能进行修正和改进。
同时，飞行试验也可以评估飞行器的稳定性、机动性和抗干扰性。
四、验证方法的结合应用在实际飞行器设计中，通常会综合应用以上的仿真验证方法，以获取更准确和全面的结果。
首先，使用CFD仿真进行初步设计，预测飞行器的性能和空气动力特性。
cfd仿真过程的主要步骤
cfd仿真过程的主要步骤CFD（Computational Fluid Dynamics）仿真是一种通过计算流体的数值模拟方法来研究流体力学问题的技术。
它能够精确地预测流体的物理行为，并在实际应用中发挥重要作用。
本文将介绍CFD仿真过程的主要步骤，以帮助读者了解该技术的基本原理和应用。
第一步：建立几何模型CFD仿真的第一步是建立几何模型。
在进行仿真前，需要收集实际问题的相关数据，并据此创建一个三维几何模型。
这可以通过计算机辅助设计（CAD）软件或其他三维建模软件完成。
建立几何模型时需要考虑问题的尺寸、形状和边界条件等因素。
第二步：离散网格生成离散化是CFD仿真的关键步骤之一。
在此步骤中，需要将连续流体域分割成离散网格。
这些网格通常是由简单的几何形状（如立方体或六面体）构成的。
离散网格的精度和分辨率将直接影响到仿真结果的准确性。
第三步：物理建模与边界条件设定在进行CFD仿真之前，需要选择适当的物理模型和设定边界条件。
物理模型可以是基于连续介质力学的Navier-Stokes方程，也可以是基于稀薄气体动力学的Boltzmann方程等。
边界条件包括入口和出口条件、壁面条件、对称条件等。
物理建模和边界条件的选择将决定仿真的结果和准确性。
第四步：数值求解在CFD仿真中，需要使用数值方法对所选的物理模型进行求解。
常用的数值方法包括有限差分法、有限元法和有限体积法等。
这些方法将选择的物理模型转化为离散形式的数值模型，并使用迭代算法来求解流体问题。
第五步：边界条件调整和预处理在进行数值求解之前，通常需要对网格进行预处理，以提高计算效率和准确性。
此外，边界条件和物理模型也需要进行调整和验证，以确保仿真结果的合理性。
第六步：数值模拟和结果分析在对CFD仿真进行数值求解之后，可以开始进行数值模拟和结果分析。
通过对仿真结果的可视化和定量分析，可以了解流体的流动特性、压力分布、速度场等信息。
这对于解决实际问题、优化设计和改进工艺具有重要意义。
车用液力变矩器混合流道CFD仿真方法
９８９
中国机械工程第 ２７ 卷第 ７ 期 ２０１６ 年 ４ 月上半月
问题,将传统变矩 器 流 道 模 型 和 导 轮 无 叶 片 模 型
有机结合,并根据 仿 真 和 实 验 数 据 制 定 模 型 选 择
方法,建立变矩器 混 合 流 道 模 型 进 行 多 工 况 动 态
交叉扩散项;
Sk 、
片流道模型(图１b)进行仿真,以变矩器变矩比 K
开始变为 １、导 轮 扭 矩 接 近 于 ０ 时 的 速 比 作 为 导
轮开始空转的速 比 点,并 与 从 液 力 变 矩 器 试 验 数
据中确定的偶合 器 工 况 转 换 点 进 行 对 比 验 证,如
图 ２ 所示.
∂u
∂p
２
V ∇ )
u＝ －
＋ (
Sω 为用户自定义的源项.
２ 偶合工况转换点
由于变 矩 器 的 通 用 特 性,变 矩 器 导 轮 开 始 空
过程仿真,并进行试验验证.
转的速比(偶合工况转换点)
io 随泵轮转速的变化
１ 基本原理
动态工况变矩器内部液体流动是非稳态湍流
运动,可用非稳态的连 续 性 方 程 和 Nav
i
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“工作流程很重要”——说说ANSYS CFD的仿真分析步骤
文章来源：安世亚太官方订阅号（搜索：peraglobal）计算流体力学（Computational Fluid Dynamics简称CFD）是利用数值方法通过计算机求解描述流体运动的数学方程，揭示流体运动的物理规律，研究定常流体运动的空间物理特性和非定常流体运动的时空物理特征的学科。
其基本思想可以归纳为：把原来在时间域和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十这些离散点上场变量之间的关系的代数方程组，然后求解代数方程组获得场变量的近似值。
CFD 也可以称之为流体仿真，是从属于CAE（计算机辅助工程）的一个重要组成部分，从这个角度来讲，CFD 的本质仍旧是工程，所以必须要遵循通常意义上工程的一些原则。
ANSYS CFD 的基本工作流程可以认为分成三个主要的部分：⚫提出问题⚫化简问题⚫解决问题（一）提出问题提出问题，就是要明确仿真目的；这一点其实是最为重要的，但是对于一些仿真工程师来讲却是最容易被忽略的。
好多流体仿真工程师在仿真之前难以讲清楚自己的目的是什么、希望通过仿真得到什么，甚至一部分人还希望先做一个流体仿真“看一看情况”，这都是不正确的仿真起点。
任何的流体仿真都必须要有明确的目的，只有在明确的目的引导下，才能够忽略目的之外的次要因素，我们的仿真才能够顺利的进行；否则，如果我们的目的越多、想要得到（或考虑）的内容越多、我们的仿真规模就会过大，从而导致工作效率降低，无法满足工程上的需求。
常见的CFD流体仿真目的有以下几个方面：⚫得到温度的分布、温度最值的位置等（如电子散热行业等）⚫得到力、力矩或压力系数分布等（如航空航天、汽车行业等）⚫得到多相流中某一相（或多相）的分布情况（如石油行业、化工行业等）⚫得到管路中的压降（能量损失）和流量分布情况（如流体机械行业等）⚫得到流场分布来配合其他的需求⚫……当然，不同的行业仿真目的和需求通常是不一样的，因此我们忽略的次要因素也是不尽相同的。
CFD仿真验证及有效性指南
CFD仿真验证及有效性指南1.使用适当的模型和网格：模型是CFD仿真的核心，在选择模型时应考虑流动问题的特点，如湍流、边界层等。
网格的选择也是至关重要的，需要确保网格划分足够细致以捕捉流动中的细节，同时又要保持计算效率。
2.验证实验数据：要验证CFD仿真的有效性，可以使用已有的实验数据进行对比。
这些实验数据可以是来自于文献报道或自行进行的试验。
对比实验数据和CFD仿真结果可以评估仿真的准确性和可靠性。
3.系统误差分析：在仿真过程中，系统误差指代由于网格精度、求解方案或物理模型的近似导致的误差。
通过系统误差分析，可以确定系统误差的大小和对结果的影响。
减小系统误差可以提高仿真的准确性。
4.敏感性分析：敏感性分析可以评估一些关键参数（如初始条件、边界条件、物理模型等）对仿真结果的影响程度。
通过对这些参数进行敏感性分析，可以确定对结果影响较大的参数，并进一步优化仿真过程。
5.网格独立性分析：网格独立性分析用于确定所使用的网格是否足够精细。
通过在不同网格尺寸下进行多次仿真，可以比较结果的差异。
如果在不同网格下的结果趋于稳定，则认为所选择的网格尺寸是合适的。
6.验证验证案例：选择一些已知的验证案例进行仿真，比如经典的流体动力学案例，如流经圆柱体、层流流动等。
与已知的解析结果进行对比，可以验证仿真的准确性。
7.并行计算验证：CFD仿真通常需要大量的计算资源，通过并行计算可以提高仿真的效率。
进行并行计算验证可以确保并行计算的正确性，以及验证结果与串行计算的一致性。
8.实验验证：为了保证CFD仿真结果的有效性，最好还要进行实验验证。
通过在实验室或实际工程项目中进行实验，可以验证仿真结果的准确性和可靠性。
总结起来，CFD仿真的有效性验证需要综合考虑模型和网格选择、实验数据验证、系统误差分析、敏感性分析、网格独立性分析、验证验证案例、并行计算验证和实验验证等因素。
只有在这些方面充分考虑并且经过验证后，才能确保CFD仿真结果的准确性和可靠性。
汽车压缩机热害问题的CFD仿真优化及试验验证
图1 机舱网格模型图
图2 整车计算模型图
1.3 试验及仿真的边界条件
考察发动机舱内部件热保护能力的环境舱试验的工况为车速
图3 压缩机相对位置图
2.2 格栅开孔
考虑通过增加压缩机表面的对流换热来降低温度，希望通情形一正对压缩机的前格栅处开口，增加发动机舱的冷风图4 格栅开口正视图图5 格栅开口背视图
图6 原叶风扇，8叶图7 大风扇，7叶
图8 预催隔热罩形状及与压缩机的相对位置
2.6 更改预催隔热罩材料的属性
图10 压缩机最高温度分布
图9 优化后预催隔热罩形状
2.8 优化预催隔热罩同时下移压缩机
图11 压缩机周围流线分布图
综上所述：压缩机产生的热害问题主要是由预催辐射和流过排
气歧管气体的热传导造成的。
3.2 前格栅开口计算结果
3.3 更改大风扇的计算结果
图12 不同标尺下压缩机表面温度分布图
图13 不同标尺下压缩机表面温度分布图
图14 不同标尺下压缩机表面温度分布图
图15 压缩机表面最高温度分布位置图图16 不同标尺下压缩机表面温度图17 压缩机温度分布云图和周围流线图
3.4 压缩机下移50mm计算结果
3.5 增加预催隔热罩的计算结果
压缩机的最高温度为如图15所示，在预催增加隔热罩后，压3.6 更改预催隔热罩材料属性
为了降低辐射效果，尝试通过改变预催隔热罩的材料属性，增
图18 压缩机温度分布图和周围流线图
表1 压缩机表面仿真分析的最高温度统计
情形一情形二情形三情形四情形五情形六情形七情形八热害试验。
CFD仿真在内燃机研究中的应用
CFD仿真在内燃机研究中的应用一、内燃机研究中的CFD仿真应用1.燃烧过程分析：内燃机在燃烧室内发生燃烧过程，CFD仿真可以模拟燃烧室内的燃烧过程，包括燃烧速率、燃烧效率、温度和压力分布等。
通过仿真可以优化燃烧室结构、燃烧参数，提高燃烧效率和降低污染物排放。
2.气缸内流动分析：气缸内的流动特性对内燃机性能有着重要影响，包括进气流动、压缩流动、燃烧和排气流动等。
CFD仿真可以模拟气缸内的流动过程，分析气缸内的压力、温度、速度分布，优化气缸几何形状和进气系统设计。
3.散热系统分析：内燃机在工作过程中会产生大量的热量，如果散热系统设计不合理会导致内燃机过热，影响性能和寿命。
CFD仿真可以模拟散热系统内的流动和传热过程，分析冷却效果，优化散热系统设计。
4.污染物排放分析：内燃机在燃烧过程中会产生一些有害的气体和颗粒物，包括一氧化碳、氮氧化物、颗粒物等。
CFD仿真可以模拟燃烧过程中的排放物传输和分布，优化燃烧参数和排放控制设施，降低污染物排放。
5.整机性能优化：CFD仿真还可以模拟内燃机整机的工作过程，包括燃气轮机、柴油机、汽油机等，分析整机性能，优化设计参数，提高效率和降低能耗。
二、CFD仿真在内燃机研究中的优势1.提高研究效率：CFD仿真可以在计算机上进行模拟，不需要建立实际试验台，节约了时间和成本，提高了研究效率。
2.提高精度：CFD仿真可以对内燃机的流动和燃烧过程进行精确的模拟，分析结构细节和流场特性，提高了研究的精度。
3.可视化效果：CFD仿真可以将流动过程可视化，通过动画和图表展示出燃烧效果、流动变化等，便于工程师直观地了解内燃机的工作原理。
4.多参数分析：CFD仿真可以同时考虑多种因素对内燃机性能的影响，包括几何形状、材料选取、燃烧参数等，优化设计方案。
5.可再现性：CFD仿真可以对同一实验进行多次重复模拟，可以验证结果的可靠性和一致性，提高了科学研究的可信度。
综上所述，CFD仿真在内燃机研究中具有重要的应用价值，可以帮助工程师更好地理解内燃机的工作原理和流体特性，优化设计和提高性能。
计算流体力学仿真技术在航空航天中的应用
计算流体力学仿真技术在航空航天中的应用1.引言近年来，计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）仿真技术越来越成为航空航天工程中不可或缺的一部分，被广泛应用于飞机、火箭等设备的设计、优化和性能预测中。
CFD仿真技术以其高效、精确、安全等优点，成为许多航空航天领域的研究人员和工程师的必备工具，对航空航天技术的发展起到了重要推动作用。
2.CFD技术在飞行器设计中的应用2.1 基本原理CFD技术用于飞行器设计的过程中，需要先对流体力学基本方程组进行求解，其中包括连续方程、Navier-Stokes方程等。
在此基础上，结合本构关系式、湍流模型等，对飞行器的气动特性进行计算分析，得到其气动力和风阻特性等物理参数，并将其用于优化设计。
2.2 气动特性分析CFD仿真技术可以分析飞行器各部分的气动特性，如外翼、掠翼等，研究其槽道流场、气流分布、升力系数等，为飞行器的气动设计提供依据。
通过仿真分析，可以得到飞行器在不同速度下的飞行状态和气动参数，为优化飞行器飞行性能提供设计指导。
2.3 优化设计CFD技术还可以用于优化飞行器的气动外形，从而减小飞行器的风阻和气力阻拦，提高飞行器的飞行性能。
根据不同的优化目标，如提高飞机的升力与阻力比，减少振荡，降低飞机的空气阻力等，进行模拟计算，评估设计方案，并通过仿真分析的结果进行优化调整，得到更加优化的设计方案。
3.CFD技术在火箭发动机设计中的应用3.1 基本原理火箭发动机是航空航天领域中最重要的元器件之一，其设计是航空航天领域研究的热点和难点。
CFD技术可以通过对火箭发动机内气流分析，得到其燃烧流场、燃气动力学等关键参数，并运用颗粒轨迹等方法，模拟粒子在流场中的运动轨迹。
3.2 热力学分析火箭发动机的工作过程中，热力学参数的变化对发动机的性能有着决定性的影响。
CFD技术可以对火箭发动机的热力学特性进行分析，如燃烧过程、热流特性、压缩机效率及动力损失等，为火箭发动机的设计和性能预测提供理论基础。
creo flow analysis 流体仿真一点心得和案例
creo flow analysis 流体仿真一点心得和案例我在使用Creo Flow Analysis（CFD）流体仿真方面有一些心得和案例，希望能对你有所帮助。
首先，Creo Flow Analysis是一款功能强大且易于使用的流体仿真工具，它可以帮助工程师分析和优化流体流动行为，以改善产品设计。
一点心得是，在进行流体仿真之前，需要详细了解仿真目的和问题，以便选择合适的计算模型和边界条件。
同时，需要准备准确的CAD几何模型，并合理划分网格以进行仿真计算。
准备工作做好后，可以开始设置流体属性和边界条件，如流体类型、速度、温度等。
例如，我曾经使用Creo Flow Analysis对一个工业风扇进行了仿真分析。
在仿真中，我利用Creo Flow Analysis建立了风扇的几何模型，并设置了旋转的叶片以及进出口流体的入口速度和压力。
通过迭代计算，我得到了风扇的流量、压力分布以及叶片的受力情况。
这些结果有助于我评估风扇的性能和设计缺陷，并提出改进的建议。
在使用Creo Flow Analysis进行仿真时，我还发现一些注意事项。
首先，合理选择网格划分方法和网格密度，以确保仿真结果的准确性。
其次，需要仔细选择求解器和求解参数，以保证计算的稳定性和有效性。
最后，对仿真结果进行验证，可以与实测数据进行比对，以确认仿真结果的可信度。
总的来说，Creo Flow Analysis是一款功能强大且易于使用的流体仿真工具，在产品设计和优化中发挥了重要作用。
通过合理选择计算模型和边界条件，进行准确的CAD几何模型准备和网格划分，以及仔细选择求解器和验证仿真结果，可以得到可靠的仿真分析结果，并为产品设计提供有力支持。
CFD仿真验证及有效性指南
CFD仿真验证及有效性指南摘要本文提出评估CFD建模和仿真可信性的指导方法。
评估可信度的两个主要原则是：验证和有效。
验证，即确定计算模拟是否准确表现概念模型的过程，但不要求仿真和现实世界相关联。
有效，即确定计算模拟是否表现真实世界的过程。
本文定义一些重要术语，讨论基本概念，并指定进行CFD仿真验证和有效的一般程序。
本文目的在于提供验证和有效的重要问题和概念的基础，因为一些尚未解决的重要问题，本文不建议作为该领域的标准。
希望该指南通过建立验证和有效的共同术语和方法，以助于CFD仿真的研究、发展和使用。
这些术语和方法也可用于其他工程和科学学科。
前言现在，使用计算机模拟流体的流动过程，用于设计，研究和工程系统的运行，并确定这些系统在不同工况下的性能。
CFD模拟也用于提高对流体物理和化学性质的理解，如湍流和燃烧，有助于天气预报和海洋。
虽然CFD模拟广泛用于工业、政府和学术界，但目前评估其可信度的方法还很少。
这些指导原则基于以下概念，没有适用于所有CFD模拟的固定的可信度和精确度。
模拟所需的精确度取决于模拟的目的。
建立可信度的两个主要原则是验证和有效（V&V）。
这里定义，验证即确定模型能准确表现设计者概念模型的描述和模型解决方案的过程，有效即确定预期模型对现实世界表现的准确度的过程。
该定义表明，V&V的定义还在变动，还没有一个明确的最终定义。
通常完成或充分由实际问题决定，如预算限制和模型的预期用途。
复合建模和计算模拟没有任何包括准确性的证明，如在数学分析方面的发展。
V&V的定义也强调准确度的评价，一般在验证过程中，准确度以对简化模型问题的基准解决方法符合性确定；有效性时，准确度以对实验数据即现实的符合性确定。
通常，不确定性和误差可视为与建模和仿真准确度相关的正常损失。
不确定性，即在任一建模过程中由于缺乏知识导致的潜在缺陷。
知识缺乏通常是由对物理特性或参数的不完全了解造成的，如对涡轮叶片表面粗糙度分布的不充分描述。
CFD仿真
3.1气体泄漏扩散的模拟方法目前在研究气体扩散领域应用较多的模拟方法主要有三种，即：物理模拟方法、数学模拟方法和CFD 数值模拟方法。
当然在实际的模拟仿真过程中，经常是两种或是三种方法同时使用，以此来验证模拟的准确性。
3.1.1物理模拟方法物理模拟是模拟的基础方法，[31]指在不同与实体的规模上将某一过程再现，并分析其物理特性和线性尺度对实体的影响，进而对所研究实体或过程进行直接实验。
将实际地形物理按比例的缩小模型置于实验体(如风洞、水槽等)内，在满足基本相似条件(主要包括几何、运动、热力、动力和边界条件相似)的基础上，模拟真实过程的主要特征，如空气动力规律和扩散规律。
物理模型建立的理论基础是相似理论。
进行进行物理模拟研究，必须解决如何设计和制作模型以及将模型实验的结论在实体上应用等问题。
相似原理是研究、支配力学相似系统的性质及如何用模型实验解决实际问题的一门科学，是进行模型实验研究的依据。
根据相似理论，物理模型若能与原型保持相似，则由物理模型经过实验得到的规律，原型也同样适用。
建立物理模型要遵循很多相似条件，如几何相似、运动相似、动力相似及热相似等。
在建立模型时，由于所有相似条件不可能完全满足，所以针对研究的具体要求，要适当做出取舍，恰当选取相似参数是实现物理模拟的关键。
物理模拟主要用于数值计算模式难于处理的复杂地形以及受到建筑物影响时的扩散研究。
与现场实验相比，特别是复杂条件下的现场试验相比，物理模拟实验条件易控制、可重复，且可节省人力、物力，可进行较全面和规律性实验，是大气扩散研究的重要手段。
3.1.2数学模拟方法数学模拟方法是解决简单扩散问题的常用方法，此方法是[31]通过用数学模型、在一定条件下来研究一个物理或化学过程，或通过模型描述一个复杂的物理或化学过程的某些特点。
此种方法所借助的数学模型的方式没有固定限制，可以是一系列代数式或微分、积分方程，也可以简化为一个关系式。
其中常见的数学模型：高斯模型、箱及相似模型、浅层模型、Sutton 模型以及唯象模型。
CFD模拟仿真理论知识：理解与应用
CFD模拟仿真理论知识：流体仿真应用
本文将介绍CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体动力学）模拟仿真理论知识的原理、方法和应用。
通过本文对CFD的深入理解，并了解如何运用这一理论解决实际问题。
一、CFD模拟仿真理论知识概述
CFD是一种通过计算机模拟和分析流体流动、传热、化学反应等自然现象的学科。
它广泛应用于航空航天、能源、建筑、环境科学、生物医学等领域。
CFD模拟仿真理论知识是CFD的核心，它包括流体动力学基本原理、数值计算方法和计算机程序设计等。
二、CFD模拟仿真基本原理和方法
1.基本原理：CFD基于牛顿第二定律和连续介质假设，通过数值方法求解流体控制方程，如Navier-Stokes方程，以获得流场的定量描述。
2.数值计算方法：常用的CFD数值计算方法包括有限差分法（Finite Difference Method，FDM）、有限元法（Finite Element Method，FEM）、有限体积法（Finite V olume Method，FVM）等。
这些方法将连续的流体流动问题离散为一系列离散点上的数值计算问题，通过求解这些离散点上的数值，得到流场的近似解。
3.计算机程序设计：为了实现CFD模拟仿真的自动化，我们需要编写计算机程序。
常用的编程语言包括Fortran、C++、Python等。
程序应包含建模、离散化、求解和后处理等步骤。
三、CFD模拟仿真难点与挑战。
ansys cfd 入门指南 计算流体力学基础及应用
ansys cfd 入门指南计算流体力学基础及应用【ansys cfd 入门指南计算流体力学基础及应用】1. 介绍计算流体力学（CFD）是一种利用计算机对流体流动和传热过程进行数值模拟和分析的技术。
在工程、航空航天、汽车、船舶、能源等领域中有着广泛的应用。
本文将详细介绍ansys cfd入门指南，帮助大家了解流体力学的基础知识和ansys cfd的应用。
2. 流体力学基础流体力学是研究流体运动的科学，它包括流体的基本性质、流体运动的基本规律和流体力学方程等内容。
在ansys cfd入门指南中，我们首先要了解流体的基本性质，如密度、粘度和压力等概念；其次是流体流动的基本规律，如连续性方程、动量方程和能量方程；最后是流体力学方程，如纳维-斯托克斯方程和能量方程的数学形式。
3. ansys cfd简介ansys cfd是一款强大的计算流体力学软件，它能够对流体流动、传热和传质等问题进行数值模拟和分析。
ansys cfd具有友好的用户界面和丰富的后处理功能，可以满足工程实际应用的需求。
在ansys cfd入门指南中，我们将学习如何使用ansys cfd进行流体力学仿真分析，包括建模、网格划分、求解和后处理等步骤。
4. ansys cfd的应用ansys cfd在工程领域有着广泛的应用，如风力发电机组的气动设计、汽车发动机的冷却系统优化、船舶的流体力学性能分析等。
在ansys cfd入门指南中，我们将结合实际案例，介绍如何使用ansys cfd解决实际工程问题，包括模型建立、边界条件设置、求解过程和结果分析等内容。
5. 个人观点和总结我认为ansys cfd入门指南对于学习流体力学和应用ansys cfd的人来说是非常有价值的。
通过系统学习流体力学的基础知识和ansys cfd 的使用方法，可以更好地理解流体力学的原理和应用。
ansys cfd作为一款先进的计算流体力学软件，可以为工程领域的问题提供可靠的数值模拟和分析方法，为工程设计和优化提供有力的支持。
电动汽车机舱散热问题cfd仿真分析优化及试验验证
汽车工程学报 Chinese Journal o汽f A车u工to程m学oti报ve Engineering
Vol.9 No.6 Nov. 20第199 卷
电动汽车机舱散热问题 CFD 仿真分析优化及试验验证
李喆隆，李 涛，李现今
（北京新能源汽车股份有限公司，北京 100176）
目 前， 分 析 电 动 汽 车 机 舱 散 热 问 题 有 两 种 方 式：环境舱试验和 CFD 仿真。环境舱试验包括整车 热平衡试验和整车降温试验。由于现阶段机舱内散 热器能力的盈余，电动汽车热平衡试验发现的问题 往往是电机、绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）和电池的零部件内局部 过热。机舱内冷凝器是否有足够的散热能力，会在 电动汽车降温试验中体现出来。该试验方法 的优点 是可信度高，能够为研发提供直接的整改依据；缺 点是成本高、周期长，不能在设计初期及时发现问 题。CFD 仿真的优点是成本低、周期短，能够在研 发早期发现关键问题，缩短整车开发周期。然而要 想完全模拟电动汽车降温试验，需要三维机舱热流 场、整车一维能量流、空调箱和乘客舱的三维热流 场共同的瞬态耦合计算，目前国内几乎难以完整开 展。通过模拟机舱内稳态的流场来获得关键信息是 当前可行的技术路线。目前，大部分国内车企采用 仿真与试验相结合的方式来解决机舱散热问题。
LI Zhelong，LI Tao，LI Xianjin
（Beijing Electric Vehicle Co.，Ltd.，Beijing 100176，China）
Abstract：The average head temperature of the pilot and copilot was found to be higher than the target value in the air conditioning performance test of an electric vehicle prototype，demonstrating a lack of cooling capability of the vehicle. A 3-D CFD simulation of electric vehicle under-hood flow was conducted to investigate the flow distribution and the cause of insufficient cooling capability. Through adding a condenser deflector and adjusting the grill opening，the air intake volume of the grill section was increased largely during electric vehicle idling，which meant more fresh air would go through the condenser and the hightemperature circumfluence was reduced during both electric vehicle idling and moving. In the final test after the modification，the average head temperature of the pilot and copilot was 5 ℃ lower than before and even lower than the target value. Hence，under-hood components packaging is critical to the cooling capability of electric vehicles. Keywords：electric vehicle；under-hood flow；cooling capability；computational fluid dynamics；air mass flow
鼓式燃气换热器简化CFD模型开发及其试验验证
2
2021 6
计算机辅助工程 ComputeaAided Engineeaing
Vol. 30 No. 2 JunH2021
文章编号：1006 - 0871(2021)02-0045-05 DOI: 10. 13340/j. caw 2021.02. 008
鼓式燃气换热器简化CFD模型开发及其试验验证
(k/f vr - ' 76 +)ff5)+-h (4)
式中:-为内能和动能的和,J/kg;k-f为有效导热系
数,W/(m ・K)；V
,K；h, J*
天然气中CH4体积 数超过92%),通 抑制屏前
反应，采用Eddy-Dissipation
现屏后燃烧过
的
通量，单位
J/kg ； kg/(m2・s)；
-c为化学反应热,W/m3。方程右侧括号内的3项
气器
换热管
烟气进行热交换。燃气
引
机
燃气 气的 气
入， 燃气经过屏式全预混燃烧器 燃烧屏上
燃后快速燃烧，产 的 烟气流经鼓式燃烧
、
气器和换热管，并通过烟囱排出。整个过
气和烟气只通过金属壁面进行能量交换，没
有
。
循环风机出口 （冷空气进口）
换执管 /
烟气出口 4
（通往烟囱）
高温 •集气器
混合燃气进口
屏式全预 混燃烧器
,用 Discrete Ordinates t
射换热。测
示由于热传导、
黏
引起的
烟气
CH和CO的 ,
0，因 能
。
通
完全燃烧条
气
燃
现有CFD模型都只针对特
的流动，若用
关于CFD验证确认中的不确定度和真值估算
关于CFD验证确认中的不确定度和真值估算张涵信;查俊【摘要】本文回顾了CFD验证、确认中不确定度的概念和研究方法,CFD的不确定度尚无表达式可以使用.本文也讨论了现在正在进行的实验验证,对各个参加验证的软件,如何作出定量的精度评价也缺乏原则.针对这些情况,我们在不改变不确定度定义的前提下,对不确定度作了新的解读,即不确定度可解读为计算值或实验值与真值准确到前n位,从而可给出不确定度的表达式和真值估算的原则.并根据大样本数据的统计理论,对真值认为接近数学期望,从而给出准确到n位真值的计算方法.这个方法,可用于计算结果的检验,例如当模型一定时,可用此法寻求计算方法的真值,对算法进行检验;如算法一定模型改变时,也可用于检验模型的可靠性.利用这种方法,在没有实验结果的情况下,也可评价各计算软件的质量.这个方法当然也可以运用处理实验数据.因为CFD中计算模型是人为建立的,虽然可以检验它的解是否正确,但与物理情况是否一致,并未得到回答.因此,开展实验验证是必需的.【期刊名称】《空气动力学学报》【年(卷),期】2010(028)001【总页数】7页(P39-45)【关键词】CFD;不确定度;真值估算【作者】张涵信;查俊【作者单位】中国空气动力研究与发展中心,四川绵阳,621000;国家计算流体力学实验室,北京,100191【正文语种】中文【中图分类】V211.30 引言随着计算机技术、计算格式及网格技术等的发展,计算流体力学(CFD)取得了长足的进步,在基础研究及工程的应用方面日趋广泛。
然而CFD方法的的可信度(不确定度)或可靠性一直是关心的问题。
AIAA在1998年发布的《Guide for the Verification and Validation of CFD Simulations》中对误差(error)和不确定度(uncertainty)给出了如下见解:误差是建模和模拟过程中可认知的缺陷,不是由于知识缺乏导致的。
第七章CFD仿真模拟
第七章CFD仿真模拟在当今的工程和科学领域，CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体动力学）仿真模拟已经成为了一项不可或缺的工具。
它能够帮助我们深入理解流体流动的复杂现象，预测和优化各种涉及流体的系统性能，从而节省时间、降低成本，并提高设计的可靠性。
CFD 仿真模拟的基本原理是基于数学模型和数值方法来求解流体流动的控制方程。
这些控制方程描述了流体的质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本物理定律。
通过将连续的流体域离散化为大量的小单元，并在这些单元上对控制方程进行数值求解，我们就能够获得流体的速度、压力、温度等物理量的分布情况。
为了进行有效的 CFD 仿真模拟，首先需要对所研究的问题进行合理的建模。
这包括确定计算域的范围、边界条件的设定以及流体物理性质的定义等。
例如，如果我们要研究飞机机翼周围的气流，那么计算域就需要包含机翼以及周围一定范围的空间。
边界条件可以设定为来流速度、压力等，而流体的物理性质则需要根据实际情况确定，比如空气的密度、粘度等。
在建模完成后，选择合适的数值方法也是至关重要的。
常见的数值方法有有限差分法、有限体积法和有限元法等。
有限差分法是将控制方程在空间和时间上进行差分近似，从而得到离散的代数方程组。
有限体积法则是将计算域划分为一系列控制体积，通过对控制体积上的物理量进行积分来建立离散方程。
有限元法是将计算域离散为有限个单元，通过对单元上的函数进行插值来求解方程。
不同的数值方法具有不同的特点和适用范围，需要根据具体问题进行选择。
在进行 CFD 仿真模拟时，网格的生成也是一个关键步骤。
网格的质量和密度会直接影响到计算的精度和效率。
细密的网格能够提供更精确的结果，但计算成本也会相应增加；而过于粗糙的网格则可能导致计算结果的误差较大。
因此，需要在精度和效率之间进行权衡，根据问题的复杂程度和对精度的要求来生成合适的网格。
除了上述步骤，求解器的选择和参数设置也是影响 CFD 仿真模拟结果的重要因素。
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CFD仿真验证及有效性指南摘要本文提出评估CFD建模和仿真可信性的指导方法。
评估可信度的两个主要原则是：验证和有效。
验证，即确定计算模拟是否准确表现概念模型的过程，但不要求仿真和现实世界相关联。
有效，即确定计算模拟是否表现真实世界的过程。
本文定义一些重要术语，讨论基本概念，并指定进行CFD仿真验证和有效的一般程序。
本文目的在于提供验证和有效的重要问题和概念的基础，因为一些尚未解决的重要问题，本文不建议作为该领域的标准。
希望该指南通过建立验证和有效的共同术语和方法，以助于CFD仿真的研究、发展和使用。
这些术语和方法也可用于其他工程和科学学科。
前言现在，使用计算机模拟流体的流动过程，用于设计，研究和工程系统的运行，并确定这些系统在不同工况下的性能。
CFD模拟也用于提高对流体物理和化学性质的理解，如湍流和燃烧，有助于天气预报和海洋。
虽然CFD模拟广泛用于工业、政府和学术界，但目前评估其可信度的方法还很少。
这些指导原则基于以下概念，没有适用于所有CFD模拟的固定的可信度和精确度。
模拟所需的精确度取决于模拟的目的。
建立可信度的两个主要原则是验证和有效（V&V）。
这里定义，验证即确定模型能准确表现设计者概念模型的描述和模型解决方案的过程，有效即确定预期模型对现实世界表现的准确度的过程。
该定义表明，V&V的定义还在变动，还没有一个明确的最终定义。
通常完成或充分由实际问题决定，如预算限制和模型的预期用途。
复合建模和计算模拟没有任何包括准确性的证明，如在数学分析方面的发展。
V&V的定义也强调准确度的评价，一般在验证过程中，准确度以对简化模型问题的基准解决方法符合性确定；有效性时，准确度以对实验数据即现实的符合性确定。
通常，不确定性和误差可视为与建模和仿真准确度相关的正常损失。
不确定性，即在任一建模过程中由于缺乏知识导致的潜在缺陷。
知识缺乏通常是由对物理特性或参数的不完全了解造成的，如对涡轮叶片表面粗糙度分布的不充分描述。
知识缺乏的另一个原因是物理过程的复杂性，如湍流燃烧。
误差即在建模和仿真的任一过程中可发现的缺陷，这不是由于缺乏知识导致的。
错误误差可分为可知的和不可知的。
一个可知误差的例子是，物理模型简化过程中，圆在数字模拟和物理近似时的误差。
不可知误差有失误和错误，如程序错误。
在V&V的定义中，把“预测”一词的意义从一般用法限制为考虑CFD模型验证过程。
预测的定义为使用CFD模型预测一个未经CFD模型证实的状态下的物理系统。
该定义是预测的一般意义的缩小，因为它用实验数据消除了过去的比较。
如果没有这个限制，那就只表明验证数据库中的实验数据与以前数据的符合。
V&V 的进行应视为历史表述，即可重复地证明模型在解决指定问题时能达到给定的精度。
从这个角度看，显然V&V过程没有直接要求预测的准确性。
验证的基本策略是识别和量化计算方案的误差。
在CFD模拟中，主要有四个误差来源，即空间离散化收敛不足，时间离散化收敛不足，迭代收敛的不足，计算机编程。
验证测试中最重要的是系统地精细网格尺寸和时间步长，目的是估计数值解的离散化。
当网格尺寸和时间步长接近零时，离散化误差渐近于零。
渐近区域出现后，可用Richardson的外推法估计零网格间距和时间步长。
大多数情况下，CFD方程是高度非线性的，绝大多数求解这些方程的方法都要求迭代。
迭代通常发生在2种情况下：1）所有的边界值问题（即整个计算域）；2）在每个时间步长内的初始边界值问题。
在验证测试中，求解对收敛标准大小的灵敏度应是变化的，应该建立一个与仿真目标相一致的值。
在验证过程中，把计算方案和高精度方案相比较，是用来量化计算方案的误差的最准确、可靠的方法。
但仅有相对较小的简化问题的高精度方案是已知的。
高精度方案可以分为三种类型：解析解，常微分方程（ODEs）的基准数值解，偏微分方程(PDEs)的基准数值解。
分别由解析计算、常微分方程计算和偏微分方程计算，显然更是基准解准确性的一个问题。
有效性的基本策略是识别和量化概念和计算模型的误差和不确定性。
推荐的有效性方法是使用结构单元的方法。
该方法将复杂的工程系统划分为三个逐步简单的阶段：子系统情况，基准情况，单元问题。
该方法的策略是评估计算结果的准确度，（准确度）与在复杂状态多层次下的实验数据（量化的不确定性估计）相比得到。
过程的每一步表示一个不同层次的流体物理耦合和几何复杂度。
一个完整系统包括验证CFD工具所必需的实际硬件或系统。
因此所有的几何和流体物理效应同时发生；通常，完整系统包括多学科的物理现象。
子系统情况下，代表实际硬件初步分解为简化或局部流动路径。
与完整系统相比，这些情况的每一个通常代表有限的几何或流体特征。
基准情况代表完整系统连续分解的另一等级。
这些情况下，要组合单独的硬件以代表各子系统的重要特征。
基准情况比子系统的几何结构更简单，因为通常在基准情况只有2个单独的流体物理和2个流动特征相耦合。
单位问题代表完整系统的全部分解。
制造和检验高精度、专用硬件。
单位问题的特点是非常简单的几何形状，一个流动的物理特征，和一个主要的流动特性。
该阶段的另一特点是以不同数量的实验信息为初始条件和边界条件来求解每个阶段的偏微分方程。
此外，不同阶段对实验测量不确定度的评估有很大差别。
1.简介1.1背景计算流体力学（CFD）是一种新兴的技术。
它是随着现代数值计算的产生，理论和实验科学的经典分支的合并。
在过去40年中，计算流体力学取得非凡进展。
这一进展大部分是由数字运算速度惊人的增长所推动的。
自1955 年以来，计算的成本降低了约五个数量级[1]。
数字计算的力量已经改变了流体力学的研究和工程，正如它用于几乎所有人类致力于的领域。
流体流动过程的计算机模拟，现在用于设计，研究和工程系统运行，并确定各种条件下的性能。
使用的系统可以是现有的或也可以是在设计状态、非设计状态、故障模式状态，或事故状态下的推荐系统。
CFD模拟也用于提高对流体的物理和化学的理解，如湍流和燃烧，并有助于天气预报和海洋。
此外，这种模拟也用于制定公共政策、准备安全程序、确定法律责任。
CFD模拟的研究人员、开发人员和用户，以及那些受仿真结果影响的人，都充分关注结果的可信度。
虽然CFD模拟已广泛用于工业，政府和学术界，但目前还缺少一致的可靠性评估程序。
评估可靠度的主要原则是验证和有效（V&V）。
这里定义，验证即确定模型能准确表现设计者概念模型的描述和模型解决方案的过程，但不要求模拟与真实世界的关系。
有效即确定计算模型是否反映现实世界的过程。
验证要确定问题是否得到了正确的解决，而有效则要确定正确的问题是否已经解决了。
V&V 需要一个一致的合理的框架，以获得CFD建模和仿真的最大优势。
1.2范围V&V的基本策略是评估计算仿真中的误差和不确定度。
所需的方法是一个复杂的过程，因为它必须评估CFD的三个根本的误差和不确定性，即理论、实验和计算。
鉴于这些不同的观点，在V&V的术语中不一致和冲突是常见的。
此外，由于流体力学由非线性现象主导，多个非线性强烈耦合是常见的。
这也给带现象的建模和求解由此产生的非线性偏微分方程来了显着的困难。
本文主要基于由计算机模拟社团和美国国防部国防建模与模拟办公室[2-4]制定的术语。
但是，关于V&V的方法，计算科学还没有提出一般和全面程序的出版物。
要求现任政府设立V&V方法是合理的。
本文的目的是推动V&V基本术语和方法的建立，以用于CFD模拟。
重要强调的是，本文件提出了CFD模拟的V&V规范，而不是标准。
AIAA标准程序分为三个层次：指南、推荐做法、标准。
本文为第一级，指南。
AIAA计算流体力学标准委员会一致认为，CFD现状还没发展到可以写标准。
委员会定期修订本文件，采取编制本文件时相同的方法。
那是，其他AIAA技术委员会和任何对CFD发展感兴趣的个人将广泛参与修订。
一些档案期刊已发展了关于流体模拟的数值精度控制的编辑政策[5-8]。
数值精度是V&V的一个方面，但也有更多的方面，如这些指南讨论的。
虽然它是希望这些指南可以提高期刊的论文质量，出版物的相关问题并没有具体讨论本文件涉及的范围。
还应明确指出的是，这些指南所述的程序不是任何AIAA期刊或在AIAA主办的任何会议手稿的必要条件。
本指南断定，还没有适用于所有CFD模拟的同一可信度或准确性。
模拟的准确度取决于模拟的使用目的。
在效果上，不需要所有的模拟都表现出较高的准确度。
例如，绝对或高精度模拟通常不是工程活动需要的，其模拟只需可用，不要求完美。
所需的准确度，必须由每个模拟的使用确定。
影响准确度的典型现实是成本、进度、和模拟的安全性影响。
1.3概述第2节定义了一些基本术语，例如模型、误差、不确定和预测。
还讨论了选择定义的原因和定义的影响。
第3节介绍了验证的方法，这是适用于流体力学偏微分方程的离散解。
推荐的程序适用于有限差分法，有限元法，有限体积法，谱方法，边界元法。
提出分析求解的使用和基准数值解的验证，以及相关的空间和时间步长收敛和迭代收敛的问题。
第4节讨论了有效的方法。
CFD模拟的有效是许多与实验数据相比的等级组成的公理。
该方法中，有效的层次元素是单位问题，基准情况，子系统情况，和完整系统。
有效方法不仅强调复杂工程系统的实用方法，还指出了有效和校准之间的相似和区别，并讨论了有效实验的设计和进行的要求。
2.概念和术语建模和计算模拟基本概念和术语的建立，有一个长期的努力。
数十年前运筹学（OR）社区就开始了基本原理的认同和辨识，早在CFD社区[ 2,9-14]关注以前。
在编写本指南的过程中，下述组织研究了定义和概念：国防部(DoD)[ 3,4 ]，电气和电子工程师学会[15,16]，美国核学会[17 ]和国际标准组织[ 19,18 ]。
下面的小节定义和讨论在CFD建模与仿真中的重要术语。
建模与仿真模型，建模和模拟的术语，在很多学科中广泛使用。
因此，这些术语在具体的上下文和某一学科有不同的定义[ 16,20 ]。
本指南中使用的术语定义如下：模型：表示一个物理系统或过程，以提高我们的理解、预测、或控制其行为的能力。
建模：构建或修改模型的的过程。
模拟：模型的运动或使用。
（也就是说，一个模型在模拟中使用。
）运筹学社区已定义了建模和仿真的基本阶段已经确定的或社。
图1显示了计算机模拟社团(SCS)采用的基本阶段和过程[2]。
请注意，本文所提供的所有术语的定义与图1所示的SCS结构一致。
目前的指南在许多方面都超越了图1，但我们的扩展与SCS的一般观点一致。
图1列出了两种类型的模型:一个概念模型和一个计算机模型. 概念模型是由所有的信息，数学建模数据，和数学方程描述的物理系统或兴趣的过程组成。