CFD基本名词与概念
CFD基本名词与概念
1.1.1 流体的连续介质模型流体质点(fluid particle)：几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有大量分子的微 元体。
连续介质(continuum/continuous medium)：质点连续地充满所占空间的流体或固体。
连续介质模型(continuum/continuous medium model)：把流体视为没有间隙地充满它所占据的整个空间的一种连续介质，且其所有的物理量都是空间坐标和时间的连续函数的一种假设模型：u =u (t ,x ,y ,z )。
1.1.2 流体的性质1. 惯性惯性(fluid inertia)指流体不受外力作用时，保持其原有运动状态的属性。
惯性与质量有关，质量越大，惯性就越大。
单位体积流体的质量称为密度(density)，以r 表示，单位为kg/m 3。
对于均质流体，设其体积为V ，质量为m ，则其密度为m Vρ= (1-1) 对于非均质流体，密度随点而异。
若取包含某点在内的体积V ∆，其中质量m ∆，则该点密度需要用极限方式表示，即0lim V m Vρ∆→∆=∆ (1-2) 2. 压缩性作用在流体上的压力变化可引起流体的体积变化或密度变化，这一现象称为流体的可压缩性。
压缩性(compressibility)可用体积压缩率k 来量度d /d /d d V V k p pρρ=-= (1-3) 式中：p 为外部压强。
在研究流体流动过程中，若考虑到流体的压缩性，则称为可压缩流动，相应地称流体为可压缩流体，例如高速流动的气体。
若不考虑流体的压缩性，则称为不可压缩流动，相应地称流体为不可压缩流体，如水、油等。
3. 粘性粘性(viscosity)指在运动的状态下，流体所产生的抵抗剪切变形的性质。
粘性大小由粘度来量度。
流体的粘度是由流动流体的内聚力和分子的动量交换所引起的。
粘度有动力粘度μ和运动粘度ν之分。
动力粘度由牛顿内摩擦定律导出：d d u yτμ= (1-4) 式中：τ为切应力，Pa ；μ为动力粘度，Pa ⋅s ；d /d u y 为流体的剪切变形速率。
CFD-基-础(流体力学)
第1章 CFD 基 础计算流体动力学(computational fluid dynamics ，CFD)是流体力学的一个分支，它通过计算机模拟获得某种流体在特定条件下的有关信息，实现了用计算机代替试验装置完成“计算试验”，为工程技术人员提供了实际工况模拟仿真的操作平台，已广泛应用于航空航天、热能动力、土木水利、汽车工程、铁道、船舶工业、化学工程、流体机械、环境工程等 领域。
本章介绍CFD 一些重要的基础知识，帮助读者熟悉CFD 的基本理论和基本概念，为计算时设置边界条件、对计算结果进行分析与整理提供参考。
1.1 流体力学的基本概念1.1.1 流体的连续介质模型流体质点(fluid particle)：几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有大量分子的微 元体。
连续介质(continuum/continuous medium)：质点连续地充满所占空间的流体或固体。
连续介质模型(continuum/continuous medium model)：把流体视为没有间隙地充满它所占据的整个空间的一种连续介质，且其所有的物理量都是空间坐标和时间的连续函数的一种假设模型：u =u (t ,x ,y ,z )。
1.1.2 流体的性质1. 惯性惯性(fluid inertia)指流体不受外力作用时，保持其原有运动状态的属性。
惯性与质量有关，质量越大，惯性就越大。
单位体积流体的质量称为密度(density)，以r 表示，单位为kg/m 3。
对于均质流体，设其体积为V ，质量为m ，则其密度为mVρ= (1-1)对于非均质流体，密度随点而异。
若取包含某点在内的体积V ∆，其中质量m ∆，则该点密度需要用极限方式表示，即0limV mVρ∆→∆=∆ (1-2) 2. 压缩性作用在流体上的压力变化可引起流体的体积变化或密度变化，这一现象称为流体的可压缩性。
压缩性(compressibility)可用体积压缩率k 来量度d /d /d d V V k p p ρρ=-=(1-3) 式中：p 为外部压强。
CFD到底是什么？
CFD到底是什么？——CFD并非只是软件（转流沙）CFD到底是什么？这个问题对于初学者来说非常重要。
因为若是不能正确的理解，则有可能误入歧途，更有甚者，将CFD错误的应用于工程上，导致不可弥补的灾难。
CFD是一个缩写，全称是Computational fluid dynamic，中文翻译为“计算流体动力学”。
我们从语法角度进行理解。
中心词是“动力学”，由此可知CFD是一门学科，而且是运动力学。
何谓“动力学”？学过力学的人都知道，动力学是关于运动和力之间的关系。
“动力学”的前面有“流体”二字，表示CFD研究的是流体运动与力之间的关系。
而最前面的“计算”一词，则表示CFD是一门关于如何利用计算的手段来研究流体运动与力之间的关系的科学。
与“有限元”不同。
“有限元”是一门技术，或者说是一门关于偏微分方程求解的技术。
但是CFD却不同，CFD的范围远比有限元宽泛，CFD至少包含了一下四个部分：物理模型的简化抽象、计算方法、计算结果评价以及工程应用技术。
因此我们在学习CFD的过程中，不应当只是局限于计算求解上。
CFD的应用过程通常也是遵循以上四个过程，首先从现实物理现象中抽象出数学模型（通常是二阶非线性偏微分方程），这一步非常的重要，影响到算法的选择以及结果评估。
抽象出数学模型之后，需要寻求合适的计算方式以求解模型，求解方式可以是解析方式，也可以是数值方式。
求解完模型后，通常需要辅以试验以对求解结果正确性进行评估验证。
结果验证后，如何将计算结果应用到工程上，指导产品设计，则是CFD应用的最根本目的。
这四部分内容，其中以第一部分最为重要，以最后一步最为困难。
CFD的核心是对NS方程的处理。
然而，CFD计算软件的出现，却在一定程度上掩盖了处理细节，它以一种看似简单的方式对NS方程加以处理。
对于C FD初学者来说，计算流体理论的缺乏，使得他们对于软件的一些使用感到无所适从，而且对于软件的计算结果解读也无能为力。
就拿目前CFD行业使用最广泛的软件Fluent来举例吧。
CFD 简介
CFD的实施
CFD的实施
将偏微分控制方程通过一 些离散格式离散为代数方 程，对这些代数方程进行 迭带求解，直到满足所需 要的精度为止。大多数 CFD软件都是采用有限容 积法（FVM，Finite Volume Method)进行离散 ，也有软件采用有限元法 （FEM， Finite Element Method）进行离散。
Thanks !
CDAJ-China E-mail: info@
CFD的基本工作流程
确定物理模型
多相流，湍流，自由表面，燃烧，化学反应等
确定计算区域
准备CAD文件，并做修补
产生网格
四面体/六面体/多面体/混合网格，结构化/非结构化，整体生成网格/分块 生成网格
求解方法选择
稳态/瞬态，算法选择（SIMPLE/PISO/SIMPISO），差分格式，求解精度， 求解方程的松弛控制
计算流体动力学（CFD）简介
2005.4
CDAJ-China 西迪阿特公司
什么是CFD ？
什么是CFD
CFD是Computational Fluid Dynamics的缩写，即计算流体力学。 CFD是指对描写流动、传热、传值的控制方程采用数值方法通过计 算机予以求解的一门流体力学和数值方法相结合的交叉学科，它包 括计算传热学（CHT），属于CAE的一个分支。 在流体力学、传热传质学中，由于复杂的偏微分方程，只有少数问 题能够得到精确解（分析解），很多的实际问题只有靠实验或经验 公式进行处理，这极大的限制了流体力学在工程技术中的应用。随 着计算机技术的进步，利用计算机求解大规模偏微分方程成为可能 ，在这种情况下，CFD软件的开发和应用而得到了快速发展。 CFD在汽车、航空航天、石油化工、流体机械、能源动力、建筑环 境、生物科技、气象科学、海洋工程、农业灌溉、军事科学等工程 技术领域都有广泛应用。
CFD基本名词与概念
1.1.1 流体的连续介质模型流体质点(fluid particle)：几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有大量分子的微 元体。
连续介质(continuum/continuous medium)：质点连续地充满所占空间的流体或固体。
连续介质模型(continuum/continuous medium model)：把流体视为没有间隙地充满它所占据的整个空间的一种连续介质，且其所有的物理量都是空间坐标和时间的连续函数的一种假设模型：u =u (t ,x ,y ,z )。
1.1.2 流体的性质1. 惯性惯性(fluid inertia)指流体不受外力作用时，保持其原有运动状态的属性。
惯性与质量有关，质量越大，惯性就越大。
单位体积流体的质量称为密度(density)，以r 表示，单位为kg/m 3。
对于均质流体，设其体积为V ，质量为m ，则其密度为m Vρ= (1-1) 对于非均质流体，密度随点而异。
若取包含某点在内的体积V ∆，其中质量m ∆，则该点密度需要用极限方式表示，即0lim V m Vρ∆→∆=∆ (1-2) 2. 压缩性作用在流体上的压力变化可引起流体的体积变化或密度变化，这一现象称为流体的可压缩性。
压缩性(compressibility)可用体积压缩率k 来量度d /d /d d V V k p pρρ=-= (1-3) 式中：p 为外部压强。
在研究流体流动过程中，若考虑到流体的压缩性，则称为可压缩流动，相应地称流体为可压缩流体，例如高速流动的气体。
若不考虑流体的压缩性，则称为不可压缩流动，相应地称流体为不可压缩流体，如水、油等。
3. 粘性粘性(viscosity)指在运动的状态下，流体所产生的抵抗剪切变形的性质。
粘性大小由粘度来量度。
流体的粘度是由流动流体的内聚力和分子的动量交换所引起的。
粘度有动力粘度μ和运动粘度ν之分。
动力粘度由牛顿内摩擦定律导出：d d u yτμ= (1-4) 式中：τ为切应力，Pa ；μ为动力粘度，Pa ⋅s ；d /d u y 为流体的剪切变形速率。
CFD基础知识
流体力学基本概念1.连续介质模型无论是气体还是液体，甚至是固体，分子间都存在间隙。
对于液体而言，液体分子不仅在空间上分布不连续，而且在各个空间节点流体物理量相对于时间也不连续。
从宏观角度理解，流体的运动又表现出明显的确定性和连续性。
在流体力学中，用宏观的流体模型来替代有空隙的分子结构。
1753年欧拉首先采用连续介质作为流体模型，将流体看成无限多流体质点所组成的粘稠而无间隙的连续介质。
这就是连续介质模型。
2.流体的基本性质流体的可压缩性-------流体的体积能够随着压力的增加而减小。
可以分为可压缩流体和不可压缩流体。
流体的膨胀性--------流体的体积随着温度的升高而增大。
一般来说，液体的膨胀系数很小，在工程运用中不考虑液体的膨胀性。
流体的黏性-------在作相对运动的两流体层的接触面上，存在着一对等值且反向的力阻碍两相邻流体层的相对运动的性质。
黏性较小是可以看做理想流体，要考虑黏性的流体称为黏性流体。
流体的导热性--------当流体内部或者流体与其他介质之间存在温差时，温度高的地方与温度低得地方存在热量的传递。
与壁面主要通过热传导传递，而层流以外的地方以热对流的形式传导。
热传导满足傅里叶导热定律，热对流按经验公式计算。
3.作用在流体上的力主要有质量力和表面力。
质量力指作用在体积V内每一液体质量上的非接触力，其大小与流体质量成正比。
表面力指作用在所取流体表面上的力，它是接触的，直接的力，产生了静压。
4.流体分析基础采用拉格朗日法和欧拉法。
拉格朗日法从分析流体的各个质点的运动入手，来研究整个流体的运动。
欧拉法从分析流体所占据的空间中各固定点处的流体运动入手，来研究整个流体的运动。
定常流和非定常流。
主要区分在质点的流动参数是否随时间的变化而改变。
人们常用迹线或流线来描述流场。
5.流体运动的基本概念层流和紊流，有旋流和无旋流，声速和马赫数，膨胀波和激波。
6.流体流动及换热的基本控制方程7.边界层理论。
CFD是什么技术
CFD是什么技术2008-09-10 09:42【CFD是什么技术】CFD是英文Computational Fluid Dynamics（计算流体动力学）的简称。
它是伴随着计算机技术、数值计算技术的发展而发展的。
简单地说，CFD相当于"虚拟"地在计算机做实验，用以模拟仿真实际的流体流动情况。
而其基本原理则是数值求解控制流体流动的微分方程，得出流体流动的流场在连续区域上的离散分布，从而近似模拟流体流动情况。
即CFD=流体力学+热学+数值分析+计算机科学。
流体力学研究流体（气体与液体）的宏观运动与平衡，它以流体宏观模型作为基本假说。
流体的运动取决于每个粒子的运动，但若求解每个粒子的运动即不可能也无必要。
计算流体动力学概述1 什么是计算流体动力学计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）是通过计算机数值计算和图像显示，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的基本思想可以归结为：把原来在时间域及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于这些离散点上场变量之间关系的代数方程组，然后求解代数方程组获得场变量的近似值CFD可以看做是在流动基本方程（质量守恒方程飞动量守恒方程、能量守恒方程）控制下对流动的数值模拟。
通过这种数值模拟，我们可以得到极其复杂问题的流场内各个位置上的基本物理量（如速度、压力、温度、浓度等）的分布，以及这些物理量随时间的变化情况，确定旋涡分布特性、空化特性及脱流区等。
还可据此算出相关的其他物理量，如旋转式流体机械的转矩、水力损失和效率等。
此外，与CAD联合，还可进行结构优化设计等。
CFD方法与传统的理论分析方法、实验测量方法组成了研究流体流动问题的完整体系，图1给出了表征三者之间关系的“三维”流体力学示意图理论分析方法的优点在于所得结果具有普遍性，各种影响因素清晰可见，是指导实验研究和验证新的数值计算方法的理论基础。
什么是CFD
什么是CFD作者: 来源: 发布日期:2005-4-10 点击次数: 1665什么是CFD？简单地说，CFD就是利用计算机求解流体流动的各种守恒控制偏微分方程组的技术，这其中将涉及流体力学（尤其是湍流力学）、计算方法乃至计算机图形处理等技术。
因问题的不同，CFD技术也会有所差别，如可压缩气体的亚音速流动、不可压缩气体的低速流动等。
对于暖通空调领域内的流动问题，多为低速流动，流速在10m/s以下；流体温度或密度变化不大，故可将其看作不可压缩流动，不必考虑可压缩流体高速流动下的激波等复杂现象。
从此角度而言，此应用范围内的CFD和数值传热学NHT（Numerical Heat Transfer）等同。
另外，暖通空调领域内的流体流动多为湍流流动，这又给解决实际问题带来很大的困难。
由于湍流现象至今没有完全得到解决，目前HVAC内的一些湍流现象主要依靠湍流半经验理论来解决。
总体而言，CFD通常包含如下几个主要环节：建立数学物理模型、数值算法求解、结果可视化。
可表述为图1所示的过程：图1 CFD的过程示意3.1 建立数学物理模型建立数学物理模型是对所研究的流动问题进行数学描述，对于暖通空调工程领域的流动问题而言，通常是不可压流体的粘性流体流动的控制微分方程。
另外，由于暖通空调领域的流体流动基本为湍流流动，所以要结合湍流模型才能构成对所关心问题的完整描述，便于数值求解。
如下式为粘性流体流动的通用控制微分方程，随着其中的变量f 的不同，如f 代表速度、焓以及湍流参数等物理量时，上式代表流体流动的动量守恒方程、能量守恒方程以及湍流动能和湍流动能耗散率方程。
基于该方程，即可求解工程中关心的流场速度、温度、浓度等物理量分布。
(1)3.2 数值算法求解上述的各微分方程相互耦合，具有很强的非线性特征，目前只能利用数值方法进行求解。
这就需要对实际问题的求解区域进行离散。
数值方法中常用的离散形式有：有限容积，有限差分，有限元。
计算流体动力学(CFD)简介PPT优秀课件
（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Fluent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。
➢8
另外，TGrid和Fluent（Translators）是独立于Fluent的前处理器，其 中
➢2
根据控制方程离散方式，分为 有限差分法（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。
➢3
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
多 块网格，以及二维混合网格和三维混合网格。
图3-1 Fluent使用的网格的形状 ➢10
1.2.2 各软件之间的协同关系 如图3-2所示，最基本的流体数值模拟可以通过以上软件的合作而
完成：UG/AutoCAD属于CAD，用来生成数值模拟所在区域的几何形状； Tgrid和Gambit 是把计算区域离散化，或网格的生成，其中Tgrid可以从 已有边界网格中生成体网格，而Gambit自身就可以生成几何图形和划分 网格的；Fluent求解器是对离散化且定义了边界条件的区域进行数值模 拟；Tecplot可以把从Fluent求解器导出的特定格式的数据进行可视化， 形象地描述各种量在计算区域内的分布。
1-1——1-2：CFD的基本内容
ICEM课程大纲
CFD的基本内容
一：什么是CFD：Computational Fluid Dynamic （1）：单纯实验测试 （2）：单纯理论分析 （3）：计算流体动力学
二:CFD包含哪些学科： 1：流体力学，传热学 2：数值分析 3：计算机科学技术
CFБайду номын сангаас的基本结构组成
一：前处理器：ICEM，Gambit 几何建模、网格划分
1：icem原理介绍 2：文件存储及几何工具 3：网格参数设置 4：Blocking的划分 5：网格编辑 6：工程实例
二：求解器： Fluent，CFX 方程求解
三：后处理器： CFD-POST, Tecplot 数据分析 显示结果
CFD的应用领域
1：旋转机械 2：航天 3：汽车 4：水力 5：建筑 6：空调 7：化工 8：生物，医学等
ICEM
功能： 1：几何建模 2：网格划分 版本：14.5 至今17.0 优势：
CFD 基 础(流体力学)
第1章 CFD 基 础计算流体动力学(computational fluid dynamics ，CFD)是流体力学的一个分支，它通过计算机模拟获得某种流体在特定条件下的有关信息，实现了用计算机代替试验装置完成“计算试验”，为工程技术人员提供了实际工况模拟仿真的操作平台，已广泛应用于航空航天、热能动力、土木水利、汽车工程、铁道、船舶工业、化学工程、流体机械、环境工程等 领域。
本章介绍CFD 一些重要的基础知识，帮助读者熟悉CFD 的基本理论和基本概念，为计算时设置边界条件、对计算结果进行分析与整理提供参考。
1.1 流体力学的基本概念1.1.1 流体的连续介质模型流体质点(fluid particle)：几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有大量分子的微元体。
连续介质(continuum/continuous medium)：质点连续地充满所占空间的流体或固体。
连续介质模型(continuum/continuous medium model)：把流体视为没有间隙地充满它所占据的整个空间的一种连续介质，且其所有的物理量都是空间坐标和时间的连续函数的一种假设模型：u =u (t ,x ,y ,z )。
1.1.2 流体的性质1. 惯性惯性(fluid inertia)指流体不受外力作用时，保持其原有运动状态的属性。
惯性与质量有关，质量越大，惯性就越大。
单位体积流体的质量称为密度(density)，以r 表示，单位为kg/m 3。
对于均质流体，设其体积为V ，质量为m ，则其密度为m Vρ= (1-1) 对于非均质流体，密度随点而异。
若取包含某点在内的体积V ∆，其中质量m ∆，则该点密度需要用极限方式表示，即0lim V m Vρ∆→∆=∆ (1-2) 2. 压缩性作用在流体上的压力变化可引起流体的体积变化或密度变化，这一现象称为流体的可压缩性。
压缩性(compressibility)可用体积压缩率k 来量度d /d /d d V V k p pρρ=-= (1-3) 式中：p 为外部压强。
指数cfd
指数cfd
指数CFD是指以股票指数作为基础资产的差价合约（Contracts for Difference）。
CFD是一种金融衍生品，它允许投资者通过与经纪商进行交易来参与股票指数的价格波动。
与实际购买和持有股票指数不同，CFD只是基于资产价格的差价进行交易。
通过交易指数CFD，投资者可以在股票市场上获得多样化的投资机会，而无需实际购买股票。
投资者可以选择做多或做空股票指数，从中获利。
做多表示投资者预期指数上涨，而做空表示预期指数下跌。
指数CFD的优势包括灵活性和杠杆效应。
由于是差价合约，投资者可以在价格上涨或下跌时都能够盈利。
此外，CFD允许使用杠杆，这意味着投资者可以用相对较少的资金控制更大的头寸。
然而，需要注意的是，杠杆也增加了投资风险，并可能导致更大的损失。
对于想要使用指数CFD进行投资的人来说，建议先了解所选择的指数的特点和市场动向。
同时，投资者应该制定明确的风险管理策略，并注意市场的波动性和风险。
请注意，CFD交易涉及高风险，投资者应该在充分理解相关风险的情况下进行决策，并在必要时寻求专业的金融建议。
CFD简介
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/可压缩流体，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BlockStone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*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。
CFX引进了各种公认的湍流模型。
例如：k-e模型，低雷诺数k-e模型，RNGk-e模型，代数雷诺应力模型，微分雷诺应力模型，微分雷诺通量模型等。
CFX的多相流模型可用于分析工业生产中出现的各种流动。
包括单体颗粒运动模型，连续相及分散相的多相流模型和自由表面的流动模型。
3FLUENT编辑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%。
举凡跟流体，热传递及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、管道流动等等。
Fluent的软件设计基于CFD软件群的思想，从用户需求角度出发，针对各种复杂流动的物理现象，FLUENT软件采用不同的离散格式和数值方法，以期在特定的领域内使计算速度、稳定性和精度等方面达到最佳组合，从而高效率地解决各个领域的复杂流动计算问题。
cfd 原理
cfd 原理CFD，即计算流体动力学，是一种通过数学模型和数值方法来研究流体运动和传热传质问题的工程领域。
在工程设计和研究中，CFD技术被广泛应用于飞机、汽车、船舶、建筑等领域，以优化产品设计、提高性能、降低成本。
CFD原理的基础是流体动力学和数值计算方法。
流体动力学是研究流体运动规律的一门学科，其基本方程是质量守恒、动量守恒和能量守恒方程。
数值计算方法是将偏微分方程离散化为代数方程，通过计算机来求解流体运动的数值解。
CFD技术将流体动力学理论和数值计算方法相结合，通过数值模拟来研究流体流动、传热传质等问题。
在CFD模拟中，流体被分解为无限小的体积元，通过数值方法求解体积元之间的动量、能量、质量传递。
通过将流体域网格化，建立数学模型和物理模型，可以模拟复杂的流体流动现象。
CFD技术可以实现对流体流动、传热传质等物理现象的定量分析和预测，为工程设计提供重要依据。
CFD在工程领域的应用非常广泛。
比如在飞行器设计中，CFD技术可以模拟飞机在不同飞行状态下的气动性能，优化机翼形状、提高升力和降阻力。
在汽车工程中，CFD可以模拟车辆在高速行驶时的气动性能，优化车身外形、降低风阻；在船舶工程中，CFD可以模拟船舶在水中的流动情况，优化船体形状、提高速度和稳定性。
除了工程设计应用，CFD技术还被广泛用于环境保护、气象预报、火灾模拟等领域。
通过CFD技术可以模拟大气环流、污染物扩散、火灾蔓延等现象，为环境保护和灾害预防提供科学依据。
总的来说，CFD技术在工程领域的应用已经非常成熟，为工程设计和科学研究提供了重要的工具和方法。
随着计算机技术的不断发展和CFD模拟方法的不断改进，相信CFD技术在未来会有更广阔的应用前景，为工程领域的发展做出更大的贡献。
CFD 基 础(流体力学)分析
第1章 CFD 基 础计算流体动力学(computational fluid dynamics ，CFD)是流体力学的一个分支，它通过计算机模拟获得某种流体在特定条件下的有关信息，实现了用计算机代替试验装置完成“计算试验”，为工程技术人员提供了实际工况模拟仿真的操作平台，已广泛应用于航空航天、热能动力、土木水利、汽车工程、铁道、船舶工业、化学工程、流体机械、环境工程等 领域。
本章介绍CFD 一些重要的基础知识，帮助读者熟悉CFD 的基本理论和基本概念，为计算时设置边界条件、对计算结果进行分析与整理提供参考。
1.1 流体力学的基本概念1.1.1 流体的连续介质模型流体质点(fluid particle)：几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有大量分子的微元体。
连续介质(continuum/continuous medium)：质点连续地充满所占空间的流体或固体。
连续介质模型(continuum/continuous medium model)：把流体视为没有间隙地充满它所占据的整个空间的一种连续介质，且其所有的物理量都是空间坐标和时间的连续函数的一种假设模型：u =u (t ,x ,y ,z )。
1.1.2 流体的性质1. 惯性惯性(fluid inertia)指流体不受外力作用时，保持其原有运动状态的属性。
惯性与质量有关，质量越大，惯性就越大。
单位体积流体的质量称为密度(density)，以r 表示，单位为kg/m 3。
对于均质流体，设其体积为V ，质量为m ，则其密度为m Vρ= (1-1) 对于非均质流体，密度随点而异。
若取包含某点在内的体积V ∆，其中质量m ∆，则该点密度需要用极限方式表示，即0lim V m Vρ∆→∆=∆ (1-2) 2. 压缩性作用在流体上的压力变化可引起流体的体积变化或密度变化，这一现象称为流体的可压缩性。
压缩性(compressibility)可用体积压缩率k 来量度d /d /d d V V k p pρρ=-= (1-3) 式中：p 为外部压强。
计算流体动力学(CFD)简介
步骤3：创建边
为了了解每个控制点的名称，单击窗口右下角即图3-16中的 按 钮，从而可以得到如图3-17所示的对话框。
图3-16 Gambit Control
图3-17 Specify Display Attributes对话框
第二十五页，共66页。
单击Label选项前面的按钮，Label被选中，并且Label后面的On也要 选中，然后单击Apply按钮，就可以看到前面绘制的各个控制点名称（如
一 计算流体动力学（CFD）简介
计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，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。
第十二页，共66页。
选择“开始”→“程序”→Fluent Inc Products→Gambit2.2.30→Set environment，单击Set environment，进入如图3-4所示的对话框。单击 “是”按钮就设置好了Gambit的环境变量。另外，注意以上两种环境变
量设置好后需要重启系统，否则仍会提示找不到环境变量。
Gambit，如图3-5所示。
图3-5 Gambit的运行
第十四页，共66页。
2.4 Fluent的简单实例 2.4.1 实例简介
下面介绍模拟如图3-6所示管道内速度场的操作过程。其中，管道的 宽度远远大于它的高度，所以侧壁对整个速度场的影响比较小，可以对速 度场的模拟进行简化。简化以后的数值模拟区域如图3-7所示，这仅仅是
CFD基本知识培训
静压云图
一、流体力学基本概念
8. 迹线和流线
z迹线：在一段时间内，流体质点在空间运动的轨迹线。
它给出一质点在不同时刻的速度方向。
S18_hotend气流迹线.avi
z流线：在同一时刻，不同流体质点组成的曲线。
它给出该时刻不同流体质点的速度方向。
计算流体动力学
壁面导热系数，对流传热系数，辐射换热系数
详细内容见分析报告）
结果分析（详细见分析报告）：
注：图中斜线（/）前的数值表示此处的体积流量L/s，斜线后的数值表示此处的体积流量占总体积流量的百分数。
图中红色箭头表示流动方向。
如表示此处的流体流量是62.6L/s，占总体积流量的100％。
CFD
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。
STAR－cd的强项在于汽车工业，汽车发动机内的流动和传热。
编辑本段GAMBIT
专用的CFD前置处理器，FLUENT系列产品皆采用FLUENT公司自行研发的Gambit前处理软件来建立几何形状及生成网格，是一具有超强组合建构模型能力之前处理器，然后由Fluent进行求解。也可以用ICEM
CFD进行前处理，由TecPlot进行后处理。
编辑本段Fidap
基于有限元方法的通用CFD求解器，为一专门解决科学及工程上有关流体力学传质及传热等问题的分析软件，是全球第一套使用有限元法于CFD领域的软件，其应用的范围有一般流体的流场、自由表面的问题、紊流、非牛顿流流场、热传、化学反应等等。
FIDAP本身含有完整的前后处理系统及流场数值分析系统。对问题整个研究的程序，数据输入与输出的协调及应用均极有效率。
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，单元体可为六面体多面体，还可与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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1.1.1 流体的连续介质模型流体质点(fluid particle)：几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有大量分子的微 元体。
连续介质(continuum/continuous medium)：质点连续地充满所占空间的流体或固体。
连续介质模型(continuum/continuous medium model)：把流体视为没有间隙地充满它所占据的整个空间的一种连续介质，且其所有的物理量都是空间坐标和时间的连续函数的一种假设模型：u =u (t ,x ,y ,z )。
1.1.2 流体的性质1. 惯性惯性(fluid inertia)指流体不受外力作用时，保持其原有运动状态的属性。
惯性与质量有关，质量越大，惯性就越大。
单位体积流体的质量称为密度(density)，以r 表示，单位为kg/m 3。
对于均质流体，设其体积为V ，质量为m ，则其密度为m Vρ= (1-1) 对于非均质流体，密度随点而异。
若取包含某点在内的体积V ∆，其中质量m ∆，则该点密度需要用极限方式表示，即0lim V m Vρ∆→∆=∆ (1-2) 2. 压缩性作用在流体上的压力变化可引起流体的体积变化或密度变化，这一现象称为流体的可压缩性。
压缩性(compressibility)可用体积压缩率k 来量度d /d /d d V V k p pρρ=-= (1-3) 式中：p 为外部压强。
在研究流体流动过程中，若考虑到流体的压缩性，则称为可压缩流动，相应地称流体为可压缩流体，例如高速流动的气体。
若不考虑流体的压缩性，则称为不可压缩流动，相应地称流体为不可压缩流体，如水、油等。
3. 粘性粘性(viscosity)指在运动的状态下，流体所产生的抵抗剪切变形的性质。
粘性大小由粘度来量度。
流体的粘度是由流动流体的内聚力和分子的动量交换所引起的。
粘度有动力粘度μ和运动粘度ν之分。
动力粘度由牛顿内摩擦定律导出：d d u yτμ= (1-4) 式中：τ为切应力，Pa ；μ为动力粘度，Pa ⋅s ；d /d u y 为流体的剪切变形速率。
运动粘度与动力粘度的关系为Fluent 高级应用与实例分析2 μνρ= (1-5) 式中：ν为运动粘度，m 2/s 。
在研究流体流动过程中，考虑流体的粘性时，称为粘性流动，相应的流体称为粘性流体；当不考虑流体的粘性时，称为理想流体的流动，相应的流体称为理想流体。
根据流体是否满足牛顿内摩擦定律，将流体分为牛顿流体和非牛顿流体。
牛顿流体严格满足牛顿内摩擦定律且μ保持为常数。
非牛顿流体的切应力与速度梯度不成正比，一般又分为塑性流体、假塑性流体、胀塑性流体3种。
塑性流体，如牙膏等，它们有一个保持不产生剪切变形的初始应力0τ，只有克服了这个初始应力后，其切应力才与速度梯度成正比，即0d d u yττμ=+ (1-6) 假塑性流体，如泥浆等，其切应力与速度梯度的关系是d 1d nu n y τμ⎛⎫=< ⎪⎝⎭， (1-7) 胀塑性流体，如乳化液等，其切应力与速度梯度的关系是d 1d nu n y τμ⎛⎫=> ⎪⎝⎭， (1-8) 1.1.3 流体力学中的力与压强1. 质量力与流体微团质量大小有关并且集中在微团质量中心的力称为质量力(body force)。
在重力场中有重力mg ；直线运动时，有惯性力ma 。
质量力是一个矢量，一般用单位质量所具有的质量力来表示，其形式如下：x y z f f i f j f k =++ (1-9)式中：x f ，y f ，z f 为单位质量力在各轴上的投影。
2. 表面力大小与表面面积有关而且分布作用在流体表面上的力称为表面力(surface force)。
表面力按其作用方向可以分为两种：一是沿表面内法线方向的压力，称为正压力；另一种是沿表面切向的摩擦力，称为切向力。
对于理想流体的流动，流体质点只受到正压力，没有切向力；对于粘性流体的流动，流体质点所受到的作用力既有正压力，也有切向力。
作用在静止流体上的表面力只有沿表面内法线方向的正压力。
单位面积上所受到的表面力称为这一点处的静压强。
静压强具有两个特征：①静压强的方向垂直指向作用面； ②流场内一点处静压强的大小与方向无关。
第1章 CFD 基础 33. 表面张力在液体表面，界面上液体间的相互作用力称为张力。
在液体表面有自动收缩的趋势，收缩的液面存在相互作用的与该处液面相切的拉力，称为液体的表面张力(surface tension)。
正是这种力的存在，引起弯曲液面内外出现压强差以及常见的毛细现象等。
试验表明，表面张力大小与液面的截线长度L 成正比，即T L σ= (1-10)式中：σ为表面张力系数，它表示液面上单位长度截线上的表面张力，其大小由物质种类决定，其单位为N/m 。
4. 绝对压强、相对压强及真空度标准大气压的压强是101325Pa(760mm 汞柱)，通常用p atm 表示。
若压强大于大气压，则以该压强为计算基准得到的压强称为相对压强(relative pressure)，也称为表压强，通常用p r 表示。
若压强小于大气压，则压强低于大气压的值就称为真空度(vacuum)，通常用p v 表示。
如以压强0Pa 为计算的基准，则这个压强就称为绝对压强(absolute pressure)，通常用p s 表示。
这三者的关系如下：r s atm p p p =- (1-11)v atm s p p p =- (1-12)在流体力学中，压强都用符号p 表示，但一般来说有一个约定：对于液体，压强用相对压强；对于气体，特别是马赫数大于0.1的流动，应视为可压缩流，压强用绝对压强。
压强的单位较多，一般用Pa ，也可用bar ，还可以用汞柱、水柱，这些单位换算如下：1Pa=1N/m 21bar=105Pa1p atm =760mmHg=10.33mH 2O=101325Pa5. 静压、动压和总压对于静止状态下的流体，只有静压强。
对于流动状态的流体，有静压强(static pressure)、动压强(dynamic pressure)、测压管压强(manometric tube pressure)和总压强(total pressure)之分。
下面从伯努利(Bernoulli)方程(也有人称其为伯努里方程)中分析它们的意义。
伯努利方程阐述一条流线上流体质点的机械能守恒，对于理想流体的不可压缩流动其表达式如下：22p v z H g gρ++= (1-13) 式中：/p g ρ称为压强水头，也是压能项，为静压强；2/2v g 称为速度水头，也是动能项；z 称为位置水头，也是重力势能项，这三项之和就是流体质点的总的机械能；H 称为总的水头高。
将式(1-13)两边同时乘以g ρ，则有212p v gz gH ρρρ++= (1-14) 式中：p 称为静压强，简称静压；212v ρ称为动压强，简称动压；gH ρ称为总压强，简称4Fluent高级应用与实例分析总压。
对于不考虑重力的流动，总压就是静压和动压之和。
1.1.4 流体运动的描述1. 流体运动描述的方法描述流体物理量有两种方法，一种是拉格朗日描述；一种是欧拉描述。
拉格朗日(Lagrange)描述也称随体描述，它着眼于流体质点，并将流体质点的物理量认为是随流体质点及时间变化的，即把流体质点的物理量表示为拉格朗日坐标及时间的函数。
设拉格朗日坐标为(a,b,c)，以此坐标表示的流体质点的物理量，如矢径、速度、压强等等在任一时刻t的值，便可以写为a、b、c及t的函数。
若以f表示流体质点的某一物理量，其拉格朗日描述的数学表达式为=(1-15)(,,,)f f a b c t例如，设时刻t流体质点的矢径即t时刻流体质点的位置以r表示，其拉格朗日描述为r r a b c t=(1-16)(,,,)同样，质点的速度的拉格朗日描述是=(1-17)v v a b c t(,,,)欧拉描述，也称空间描述，它着眼于空间点，认为流体的物理量随空间点及时间而变化，即把流体物理量表示为欧拉坐标及时间的函数。
设欧拉坐标为(q1,q2,q3)，用欧拉坐标表示的各空间点上的流体物理量如速度、压强等，在任一时刻t的值，可写为q1、q2、q3及t的函数。
从数学分析知道，当某时刻一个物理量在空间的分布一旦确定，该物理量在此空间形成一个场。
因此，欧拉描述实际上描述了一个个物理量的场。
若以f表示流体的一个物理量，其欧拉描述的数学表达式是(设空间坐标取用直角坐标)f F x y z t F r t==(1-18)(,,,)(,)如流体速度的欧拉描述是=(1-19)(,,,)v v x y z t第1章 CFD 基础 52. 拉格朗日描述与欧拉描述之间的关系拉格朗日描述着眼于流体质点，将物理量视为流体坐标与时间的函数；欧拉描述着眼于空间点，将物理量视为空间坐标与时间的函数。
它们可以描述同一物理量，必定互相相关。
设表达式(,,,)f f a b c t =表示流体质点(a ,b ,c )在t 时刻的物理量；表达式(,,,)f F x y z t =表示空间点(x ,y ,z )在时刻t 的同一物理量。
如果流体质点(a ,b ,c )在t 时刻恰好运动到空间点(x ,y ,z )上，则应有(,,,)(,,,)(,,,)x x a b c t y y a b c t z z a b c t =⎧⎪=⎨⎪=⎩(1-20)(,,,)(,,,)F x y z t f a b c t = (1-21)事实上，将式(1-16)代入式(1-21)左端，即有(,,,)[(,,,),(,,,),(,,,),](,,,)F x y z t F x a b c t y a b c t z a b c t t f a b c t == (1-22) 或者反解式(1-16)，得到(,,,)(,,,)(,,,)a a x y z t b b x y z t c c x y z t =⎧⎪=⎨⎪=⎩(1-23)将式(1-23)代入式(1-21)的右端，也应有(,,,)[(,,,),(,,,),(,,,),](,,,)f a b c t f a x y z t b x y z t c x y z t t F x y z t == (1-24) 由此，可以通过拉格朗日描述推出欧拉描述，同样也可以由欧拉描述推出拉格朗日 描述。
3. 随体导数流体质点物理量随时间的变化率称为随体导数(substantial derivative)，或物质导数、质点导数。
按拉格朗日描述，物理量f 表示为(,,,)f f a b c t =，f 的随体导数就是跟随质点(a ,b ,c )的物理量f 对时间t 的导数/f t ∂∂。
例如，速度(,,,)v a b c t 是矢径(,,,)r a b c t 对时间的偏导数，(,,,)(,,,)r a b c t v a b c t t∂=∂ (1-25) 即随体导数就是偏导数。