CFD仿真验证及有效性指南
验证CFD技术的实验设计
验证CFD技术的实验设计
作者：马婉思黄惠慧李天赠
来源：《中国科技博览》2019年第13期
[摘要]我们以台上盆为例，通过结合CFD技术对防溅水洗手盆展开研究，通过快速的计算结果反馈，实现洗手盆防溅水性能的优化，指导防溅水洗手盆的工业设计。在研究的过程中，我们应用CFD技术对洗手盆的使用过程进行数值模拟。为验证数据的可靠与可行性，我们设计了验证CFD技术的实验方案。本着可循环利用和持续发展的设计理念，我们设计了一套实验装置。
[关键词]CFD技术；洗手盆；验证实验。
中图分类号：G711 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）13-0105-01
一、CFD技术的概念
计算流体力学（Computational Flu-id Dynamics简称CFD）是流体力学的一个分支，在整个流体力学中的地位也十分突出。数值模拟是根据具体对象建立相应的数学模型，然后采用数值分析方法计算求解。常用的数值方法包括解析法、差分法、蒙特卡罗法、有限元法等。CFD模拟就是为得到更加准确地进出流场的宏观现象，从而对水流的运动进行微观描述的现象。随着现代科学技术水平的不断提高，各个行业及领域均得到快速发展，同样，在工业设计的多个环节中受到广泛关注。
二、CFD技术的应用——以洗手盆为例
2.1产品背景
洗脸盆是人们日常生活中不可缺少的卫生洁具，它是现代生活进化到一定程度的产物。调查发现，在一些公共场合，很多水龙头都没有安装起泡器或损坏后继续使用，另外，在洗手、刷牙、倒水时，仍然会遇到水流溅出的问题。而这正是进一步挖掘用户潜在需求、突破洗手盆以往定式的一个切入点。为了更好的生活体验，我们开展了对防溅水洗手盆的研发。
CFD气流仿真模拟技术在洁净厂房项目中的应用
Part 1、影响厂房洁净室品质的直接因素
1.1
换气次数
送风房间的气流充满整个洁净室房间，稀释空气中的含尘浓度，并最终将污染空气排放至室外，保证室内空气品质。工程中房间换气次数是一个经验值。与房间的体积、层高、送风方式及室内压差要求密切相关［１］。ＧＢ５００７３—２０１３《洁净厂房设计规范》、ＧＢ５０４７２—２００８《电子工业洁净厂房设计规范》和ＩＳＯ１４６４４国际规范等对不同行业、不同洁净度等级的房间换气次数都有着具体要求，如表１所示［２－３］。
表１３本规范对不同洁净等级风量及换气次数要求
1.2
工作区截面的风速
工业洁净厂房洁净等级为１００级及更高级别的洁净室对洁净区单向流断面风速有着严格的要求。对于医药厂房Ａ级洁净室单向流的断面风速，它是保证Ａ级洁净级别的重要参数。
1.3
气流组织
洁净室按气流组织主要有单向流、非单向流、辐流、混合流。对于百级或更高级别洁净室要求的洁净室气流组织必须为单向流，利用“活塞”般的挤压作用，迅速把室内污染物排出。
1.4
房间压差
为保证房间洁净度要求，洁净室维持一定的正压，防止室外空气进入洁净室。
1.5
温湿度
为防止静电的产生，电子洁净室厂房对洁净室温湿度有着严格的控制要求。在生物制药洁净室中，温湿度对产品工艺生产和细菌繁殖等有重要的影响。
1.6
自净时间
指在全室被污染的情况下，空气净化系统运行使室内空气颗粒浓度迅速下降到静态设计要求的范围内的时间。空气自净与洁净室的气流速度有很大的关系。垂直单向流洁净室的自净时间在３０～１２０ｓ左右［１］。
Part 2
气流组织设计要求
cfdpost q准则
cfdpost q准则
CFDPost是ANSYS Fluent软件中的一个后处理工具，用于对计算流体动力学（CFD）模拟结果进行分析和可视化。在使用CFDPost 进行后处理时，有一些准则需要遵循，以确保结果的准确性和可靠性。
我们需要确保模拟结果的收敛性。收敛性是指模拟结果在迭代过程中趋于稳定的能力。在使用CFDPost进行后处理之前，我们应该先检查模拟是否已经收敛。可以通过观察残差曲线来判断模拟是否收敛。如果残差曲线在一定迭代次数后趋于平稳，那么可以认为模拟已经收敛。
我们需要对模拟结果进行验证和验证。验证是指将模拟结果与已知的实验数据进行比较，以确定模拟结果的准确性。验证是指将模拟结果与其他模拟结果进行比较，以确定模拟的可靠性。在使用CFDPost进行后处理时，我们应该对模拟结果进行验证和验证。可以通过比较实验数据和模拟结果的图表来验证模拟结果的准确性，也可以通过比较不同网格、不同物理模型和不同边界条件下的模拟结果来验证模拟的可靠性。
第三，我们需要对模拟结果进行解释和分析。在使用CFDPost进行后处理时，我们可以对模拟结果进行解释和分析，以获得对流场和传热现象的深入理解。可以通过绘制流线图、压力分布图、温度分
布图等来展示模拟结果。此外，还可以通过绘制剖面图、曲线图等来分析模拟结果在不同位置和不同时间上的变化趋势。通过解释和分析模拟结果，我们可以揭示流场和传热现象的规律和特点。
我们需要对模拟结果进行报告和展示。在使用CFDPost进行后处理时，我们可以生成报告或展示文档，以便与他人共享模拟结果。可以使用CFDPost提供的报告和展示功能，将模拟结果以图表、表格和文字的形式进行呈现。报告和展示应该包括模拟的目的、方法、结果和结论，以及对模拟结果的解释和分析。通过报告和展示，我们可以向他人清晰地传达模拟结果，促进交流和合作。
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。
纳米流体传热CFD模拟仿真
纳米流体传热CFD模拟仿真
一、引言
纳米流体传热是当前研究热点之一，由于其独特的传热特性和应用前景，受到了广泛关注。计算流体动力学（CFD）模拟作为一种有效的研究手段，在纳米流体传热领域发挥着重要作用。本文将介绍纳米流体传热CFD模拟的基本原理、方法、应用及未来发展方向。二、纳米流体传热CFD模拟的基本原理
CFD模拟是一种基于计算机的数值模拟方法，通过建立流体流动和传热过程的数学模型，利用数值计算方法求解这些模型，从而获得流体的速度场、温度场等参数。在纳米流体传热研究中，CFD模拟可以用来研究纳米流体的流动和传热特性，揭示其传热机制和规律。
三、纳米流体传热CFD模拟的方法
1.建立数学模型
在纳米流体传热CFD模拟中，首先需要建立描述流体流动和传热过程的数学模型。这些模型通常包括连续性方程、动量方程、能量方程等。对于纳米流体，还需要考虑颗粒的布朗运动等因素对传热过程的影响。
2.数值求解方法
建立数学模型后，需要采用适当的数值求解方法进行计算。常用的数值求解方法包括有限差分法、有限元法、有限体积法等。这些方法通过离散化方程，将连续的物理问题转化为离散的数学问题，然后利用计算机进行数值计算。
cfda 生物制药工艺验证指南
cfda 生物制药工艺验证指南
（最新版）
目录
一、CFDA 生物制药工艺验证指南简介
二、生物制药工艺验证的重要性
三、生物制药工艺验证的三个阶段
四、生物制药工艺验证的具体要求
五、生物制药工艺验证的常见问题与解答
正文
一、CFDA 生物制药工艺验证指南简介
CFDA 生物制药工艺验证指南是为了保证生物制药工艺的可靠性、稳
定性和一致性，确保生产出合格的产品而制定的。本指南主要针对生物制药行业中的工艺验证，为生物制药企业提供了详细的工艺验证标准和方法。
二、生物制药工艺验证的重要性
生物制药工艺验证是保证产品质量和安全性的关键环节。在生物制药过程中，工艺的稳定性和一致性对于产品质量起着决定性的作用。通过工艺验证，可以确保生产过程中各个环节的稳定性和一致性，从而降低生产风险，确保产品质量。
三、生物制药工艺验证的三个阶段
生物制药工艺验证主要分为三个阶段：工艺设计、工艺确认和持续工艺确认。
1.工艺设计阶段：该阶段的主要任务是设计合理的生产工艺，并对工艺进行初步评估，以确定其可行性和可操作性。
2.工艺确认阶段：该阶段的主要任务是通过试验和数据分析，验证生
产工艺的稳定性和一致性，确保工艺能够生产出合格的产品。
3.持续工艺确认阶段：该阶段的主要任务是对生产工艺进行持续的监测和改进，以保证工艺的稳定性和一致性。
四、生物制药工艺验证的具体要求
生物制药工艺验证的具体要求包括以下几个方面：
1.工艺验证的范围：需要验证的工艺包括生产工艺、质量控制工艺、包装工艺等。
2.工艺验证的程序：包括工艺设计、工艺确认和持续工艺确认三个阶段。
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。
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
CFD数值仿真在高速列车中的应用及验证
CFD数值仿真在高速列车中的应用及验证
王东屏 兆文忠
（大连交通大学 机械工程学院 大连，辽宁 116028）
摘 要：简要介绍了应用流体仿真软件对高速列车的工程应用。高速列车的设计给CFD提出了许多需要解决的新问题。用CFD仿真可以详细了解高速列车的空气动力特性，从而设计出阻力小、噪音低等各方面性能完善的高质量列车。其中，采用Airpak软件对列车空调通风系统进行数值仿真；采用FLUENT软件对列车水箱中水的晃动问题、列车外流场、二维流线型列车头部模型的远场气动噪声进行了数值仿真。并对空调通风系统的仿真结果与实验研究进行了对比，计算和试验符合较好，水箱晃动计算的压力波提供的水箱壁屈曲分析与实际情况基本吻合，为Fluent的工程应用提供了众多有意义的范例，证实了FLUENT软件在解决工程技术问题上有极高应用价值，也说明CFD应用于指导设计和优化分析工程问题的巨大潜力。
关键词：数值仿真；工程应用；实验验证
引言
近年来，随着计算机计算能力的不断提高，以及计算流体力学(CFD)本身理论和方法的不断改进，计算精度的逐步提高，CFD已经被越来越多地应用到各个工程领域中。通过计算机模拟获得某种流体在特定条件下的有关信息,是工程设计人员用于分析问题和解决问题强有力的工具。
铁路运输是现代化交通系统中的骨干，它具有比航空运输经济、比公路运输安全、比水路运输快捷方便，以及受气候等外界影响小、对环境污染轻等其它运输方式无法比拟的优势，因而近几十年来得到迅猛发展。提高运行速度，缩短旅行时间，是当今世界铁路发展的总趋势。因此，高速列车的设计研究是发展铁路事业的唯一出路。
CFD仿真 时间上阶段的划分
CFD仿真时间上阶段的划分
CFD 仿真过程时间上阶段的划分主要有三个阶段：
1.预处理需要建立一个包含几何形状的流动区域。必须通过排除对流场没有显著影响的任何几何特征来简化模型。但是，应该指出，几何变化较大时会对模拟的准确性产生不利影响。
流动区域的离散化（网格生成）也发生在这个预处理阶段。一般来说，这是模拟中耗费精力最大且耗时最长的部分，因为分析师必须努力寻求最佳网格。
在 CFD 仿真中，解决方案的准确性主要取决于网格点的数量。通常在高梯度区域需要的网格点更多。另一方面，网格尺寸越大，计算成本（时间和内存）越大。
2.执行过程包括设置求解器和数字运算。在求解器设置中，分析人员通过选择合适的物理和数值模型（包括材料属性、域属性、边界条件、初始条件、数值法和收敛标准）来定义求解器设置。
3.结果的后处理能够将流场可视化、概括所需的流动特性以及验证和确定仿真模型。记录也是后处理阶段的重要组成部分。
CFD软件的精度与可信度提高方法
CFD若要想在工程中得到广泛的应用，必须克服两大难点：准确性与可信性。在工程上，尤其是一些关键的工程中，谁也不敢轻易的应用一些精度与可信度得不到保证的数据。有人会说，在固体计算领域，利用数值计算方法进行辅助设计已经很普遍了啊，用CFD支持设计存在哪些额外的困难呢？
与固体应力计算使用有限单元法不同，目前主流的CFD软件几乎都是采用的有限体积法（除了CFX采用混合有限元法与有限体积法外，FLUENT、STAR-CD、Phonecis.Flow-3D等都是采用的有限体积法）。在计算量上来说，相同网格数量的模型，有限体积法消耗的内存要少于有限元法。在有限单元网格中存在的高次单元，其单元节点位于网格边的中点及网格体的中心，但是有限体积法中的高阶格式，其并非在网格单元中添加节点，而是更多的利用周围的节点。正因为如此,有限体积法计算精度要低于有限元法（在相同网格数量情况下）。影响CFD计算精度及可信度的原因自然不可能全怪罪于算法，更多的是问题存在于使用者及客观环境。
CFD软件是一个黑盒子，利用CFD软件解决工程问题，软件使用者对于数据流向并不清楚，实际上对于非CFD专业的人事来说，也不必完全清楚CFD的内部运作方式，但如何有效的利用当前的软件，如何最大限度的发挥当前软件的计算性能，将计算结果精度及可信度提高，仍然是非常重要的，也是每一个从事CFD工程应用的人必须注意的。最需要注意的部分包括下面一些内容。
一、精度
1 .算法导致的精度问题
一般来说，高阶算法的精度要高于低阶精度。但是收敛性却相反，采用高阶算法要比低阶算法收敛更困难一些。在一些高速流动情况中，采用迎风格式比中心差分格式能更好的收敛，在扩散占优的流动中则相反。以FLUENT为例，其具有一阶迎风格式与二阶迎风格式、幕律格式、QUlCK 格式，以及三阶MUSCL格式。通常一阶迎风格式用于初步求解，较少用于最终计算结果的获得；QUICK格式在结构网格中具有三阶精度且收敛性较好，但是在非结构网格中只有二阶精度；二阶迎风格式在实际工程中用得非常多；三阶MUSCL格式用得较少，收敛性不是很好。
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。
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。
汽油机进气道造型仿真浅析
汽油机进气道造型仿真浅析
1. 引言
1.1 背景介绍
汽油机是一种常见的内燃机，其工作原理是通过混合空气和燃油
进行燃烧，从而驱动汽车运行。而汽油机进气道作为汽油机中至关重
要的一部分，对于发动机性能和燃烧效率起着至关重要的作用。
在汽油机工作过程中，进气道的设计对于空气和燃油混合的均匀
性和流动性起着决定性作用。一个优秀的进气道设计可以提高燃烧效率，降低油耗和排放。对于汽油机进气道的形状和结构进行仿真研究，具有重要的理论和实践意义。
本文将通过对汽油机进气道造型的仿真浅析，探讨进气道设计的
原理、仿真方法和工具、影响因素分析等方面，从而为进一步优化汽
油机性能提供参考。通过仿真技术，我们可以更加直观地了解进气道
内流场的分布情况，发现设计中的问题并提出改进建议，从而提高汽
油机的工作效率和性能。
1.2 研究意义
汽油机进气道在汽车发动机中扮演着至关重要的角色，直接影响
到气缸内的燃烧效率和动力输出。优化进气道的设计对于提高发动机
的性能具有重要意义。通过仿真分析进气道的设计方案，可以在不断
试验的过程中节约时间和成本，并且能够更好地理解进气道内部流动
的特性。
研究汽油机进气道的设计与仿真，不仅可以帮助工程师更好地理
解进气道内气流的特性，从而提高汽车发动机的性能和燃油效率；还
可以为减少尾气排放、降低噪音和提高驾驶舒适度提供重要参考。随
着电动汽车的兴起，研究汽油机进气道的设计也可以帮助设计更加高
效的混合动力系统，以满足不同汽车市场的需求。
对汽油机进气道的造型进行仿真分析具有重要的研究意义，可以
为汽车发动机的性能提升和环保减排提供技术支持。
CFD正确性判断的初步方法
转CFD正确性判断的初步方法
上一篇 / 下一篇 2011-04-27 11:13:54 / 个人分类：CFD
查看( 1999 ) / 评论( 16 ) / 评分( 27 / 0 )可以对CFD进行初步验证，以下是一些常用的判断方法：
（1）流体从高压区域流向低压区域（压力驱动流动）
（2）静压随速度增加而减小（无粘流伯努利方程）
（3）摩擦损失导致流动方向上总压减小（粘性流动）
（4）在没有热传递的流动中，沿流动方向上熵增加（热力学第二定律）
（5）近壁区域速度要小于远离壁面区域速度（边界层理论）
（6）在恒定截面直通道流动中，经过足够长距离后流动应达到完全发展
（7）在反向压力梯度作用下，边界层会快速分离（边界层外部沿流动方向压力增加）
（8）拐角处流动通常会分离
（9）若流动分离，通常存在循环（回流）
（10）存在弯曲流线流动中，流线外部压力大，内部压力小（离心力作用) （11）由于重力作用，随液体深度增加压力增大
（12）热量从高温区域流向低温区域
（13）由于重力影响，热流体上升，冷流体下降
（14）湍流产生于存在剪切流动的区域。一些速度梯度大的区域。
如果是有很多漩涡的旋转机械怎么判断？比如说旋涡泵，最近做这个效率总是不对，差很多。
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。
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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