CFD模块简介

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ICEM-CFD 四面体网格模块tetra介绍

ICEM-CFD 四面体网格模块tetra介绍
Tetra程序,批处理模式
z 运行Tetra网格器 z 运行Cutter
z 运行Smoother z 运行Coarsener
从ICEM CFD GUI中运行, 网格菜单
Tetra 11
2 July 2008
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Tetra处理每个节点需要更多的 计算时间
Tetra 25
2 July 2008
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ICEM CFD四面体网 格模块Tetra介绍
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Tetra程序综述
z 运行Tetra网格器
−产生未切割的区域
z 运行Cutter
−从材料点处实现填充( flood fill)
−产生切割区域
z 运行Smoother z 运行Coarsener
单独执行,可以交互模式 或批处理模式运行
Tetra 9
2 July 2008
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Tetra 19
2 July 2008
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机翼例子:网格参数
z 细化
− integer, number of cells in 360 degrees of an arc
Tetra 12
2 July 2008

机电一体化系统设计第三章计算流体力学(CFD)简介

机电一体化系统设计第三章计算流体力学(CFD)简介

4
数值求解
基于离散和数值方法求解Navier-Stokes方程组。
5
后处理
分析和可视化模拟结果,评估流体行为和性能。
CFD工具的选择和使用
商业软件
流行的商业CFD软件包,如ANSYS Fluent和OpenFOAM。
开源软件
开放源代码的CFD软件,如SU2和OpenFOAM。
使用技巧
合理选择工具,灵活使用模拟参数和求解方法,优化模型和网格。
机电一体化系统设计第三 章计算流体力学(CFD)简 介
本章介绍机电一体化系统设计第三章,包括计算流体力学的定义、应用范围、 模拟步骤、工具选择和使用、分析的意义和价值,以及CFD的未来发展趋势。
计算流体力学的定义
计算流体力学(CFD)是一种利用数值方法进行流体动力学问题求解的数值 模拟技术。它可以模拟流体的流动行为和相应的物理现象。
CFD的应用范围
CFD广泛应用于工程领域,如航空航天、汽车、能源、建筑等。它可以用于 流体流动分析、热传递和传质分析、气动性能仿真等方面。
CFD模拟的步骤
1
几何建模
使用CAD软件创建物体的几何模型。
2
网格划分
将几何模型划分为小的有限体积或有限元网。
3
物理建模
定义边界条件和流体参数,如速度、压力和温度。
CFD分析的意义和价值
1 性能评估
通过模拟和分析,可以评估设计的性能并提出改进意见。
2 节省成本
CFD分析可以在实际制造前模拟和优化设计,以降低产品开发和测试的成本。
3 提高效率
通过CFD优化流体系统,可以提高流体传输效率和能源利用效率。
CFD的未来发展趋势
CFD在大数据、人工智能和高性能计算的支持下,将在精度、效率和应用范 围上都取得更大突破。同时,深度学习和自动化技术将进一步改进CFD模拟 和预测的准确性。

CFD

CFD

2014-7-27
9
•第二,工业应用阶段(1975~1984年)
随着数值预测、原理、方法的不断完善,关键的问题是如何得到工业界的 认可,如何在工业设计中得到应用,因此,该阶段的主要研究内容是探讨 CFD在解决实际工程问题中的可行性、可靠性及工业化推广应用。 同时,CFD技术开始向各种以流动为基础的工程问题方向发展,如气固、 液固多相流、非牛顿流、化学反应流、煤粉燃烧等。但是,这些研究都需要 建立在具有非常专业的研究队伍的基础上,软件没有互换性,自己开发,自 己使用,新使用的人通常需要花相当大的精力去阅读前人开发的程序,理解 程序设计意图,改进和使用。1977年,Spalding等开发的用于预测二维边界 层内的迁移现象的GENMIX程序公开,其后,他们首先意识到公开计算源程序 很难保护自己的知识产权,因此,在1981年,组建的CHAM公司将包装后的 计算软件(PHONNICS-凤凰)正式投放市场,开创了 CFD商业软件的先河, 但是,在当时,该软件使用起来比较困难,软件的推广并没有达到预期的效 果。我国80年代初期,随着与国外交流的发展,科学院、部分高校开始兴起 CFD的研究热潮。
2014-7-27
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四、CFD的基本原理
任何流体运动的规律都是以质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定 律为基础的。这些基本定律可由数学方程组来描述,计算流体力学可以看 做是在流动基本方程,控制对流体的数值仿真模拟。
通过这些数值模拟,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,以及这些量随时间 变化的情况,确定是否产生涡流,涡流分布特性及脱流区域等。 计算流体力学以理论流体力学和计算数学为基础,是这两门学科的交叉 学科。主要研究把描述流体运动的连续介质数学模型离散成大型代数方程, 建立可在计算机上求解的算法。 CFD 包括对各种类型的流体(气体、液体及特殊情况下的固体),在 各种速度范围内的复杂流动在计算机上进行数值模拟的计算。它涉及用计 算机寻求流动问题的解和流体动力学研究中计算机的应用两方面问题。计 算机科学及超级计算机的发展为CFD技术的发展提供了舞台。

COMSOL Multiphysics CFD模块介绍

COMSOL Multiphysics CFD模块介绍

COMSOL Multiphysics CFD模块介绍
计算流体力学(CFD)模块是COMSOL产品套件中对于复杂流体模拟的首选工具。

利用先进的湍流模型我们可以仿真可压缩流体和不可压缩流体的自然对流或强迫对流。

CFD模块的一个重要特性便是它能够精确地模拟多物理场流,比如非等温流的共轭热传,流构耦合,伴有粘性加热的非牛顿流,和粘度伴随浓度变化的流体。

多孔介质流接口能够实现各向同性,各向异性介质,以及自动结合自由流和多孔区域的模拟。

此外还可以实现对搅拌容器的旋转构件的二维和三维流体模拟。

针对均质两相流的模块接口包括了一个由细悬浮颗粒流和宏观尺寸气泡流的泡状流组成的混合模型。

对于跟踪两相流界面,我们提供了水平集和相场两种解决方法。

CFD模块中有针对先进传输和反应流体模拟提供了结合化学反应工程模块时自动扩展的工具。

对于流构耦合,可以利用结合结构力学模块和CFD模块来解决弹性固液耦合,以及流润滑和流体弹性力学。

应用领域:
•共轭传热
•旋风分离器,过滤器和分离装置
•电子冷却
•风扇,格栅和泵
•车辆和结构的外部绕流
•管道,阀门,接口和喷嘴内的流体
•流化床和喷剂
•流构耦合(FSI)
•气泡流
•热交换和散热凸缘
•润滑和流体弹性力学
•医药/生物物理应用,如血管血流问题
•混合器和搅拌容器
•非等温流
•非牛顿流
•聚合物流和粘弹性流
•多孔介质流
•沉淀,乳液和悬浮液
•湍流。

CFD仿真模拟技术和模型介绍flunet模拟仿真计算流体力学

CFD仿真模拟技术和模型介绍flunet模拟仿真计算流体力学

CFD仿真模拟技术在流体动力学研究中的应用
随着计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)的不断发展,仿真模拟技术在流体动力学研究中的应用越来越广泛。

CFD是一种使用数值方法对流体流动进行模拟的计算技术,它可以预测流体动力学行为,为工程设计和优化提供重要依据。

本文将介绍CFD仿真模拟的基本原理、方法和应用实例。

一、CFD仿真模拟的基本原理
CFD仿真是通过计算机模拟流体流动的过程,它基于流体力学基本控制方程,如Navier-Stokes方程、传热方程等,通过数值计算得到流场的分布、变化和相互作用等细节。

CFD仿真是一种基于计算机的技术,因此它具有高效、灵活、可重复性高等优点。

二、CFD仿真模拟的方法
CFD仿真模拟的方法可以分为直接数值模拟(DNS)和基于模型的模拟(MBM)两种。

1.直接数值模拟(DNS)
DNS是通过直接求解流体控制方程的方法进行模拟。

它能够准确地模拟流体的运动规律,但计算量大,需要高性能计算机支持,且对计算资源和时间的要求较高。

通常,DNS用于研究简单流动现象或作为参考模型。

2.基于模型的模拟(MBM)。

CFD的软件结构

CFD的软件结构

CFD的软件结构为方便用户使用CFD软件处理不同类型的工程问题,一般的CFD商用软件往往将复杂的CFD过程集成,通过一定的接口,让用户快速地输入问题的有关参数。

所有的商用CFD软件均包括三个基本环节:前处理、求解和后处理。

与之对应的程序模块常简称前处理器、求解器、后处理器。

以下简要介绍这三个程序模块。

1 前处理器前处理器(preprocessor)用于完成前处理工作。

前处理环节是向CFD软件输入所求问题的相关数据,该过程一般是借助与求解器相对应的对话框等图形界面来完成的。

在前处理阶段需要用户进行以下工作:.定义所求问题的几何计算域.将计算域划分成多个互不重叠的子区域,形成由单元组成的网格.对所要研究的物理和化学现象进行抽象,选择相应的控制方程.定义流体的属性参数.为计算域边界处的单元指定边界条件.对于瞬态问题,指定初始条件流动问题的解是在单元内部的节点上定义的,解的精度由网格中单元的数量所决定。

一般来讲,单元越多、尺寸越小,所得到的解的精度越高,但所需要的计算机内存资源及CPU时问也相应增加。

为了提高计算精度,在物理量梯度较大的区域,以及我们感兴趣的区域,往往要加密计算网格。

在前处理阶段生成计算网格时,关键是要把握好计算精度与计算成本之间的平衡。

目前在使用商用CFD软件进行CFD计算时,有超过50%以上的时间花在几何区域的定义及计算网格的生成上。

我们可以使用CFD软件自身的前处理器来生成几何模型,也可以借用其他商用CFD或CAD/CAE软件(如PATRAN、ANSYS、I-DEAS、Pro/ENGINEER助提供的几何模型。

此外,指定流体参数的任务也是在前处理阶段进行的。

2 求解器求解器(solver)的核心是数值求解方案。

常用的数值求解方案包括有限差分、有限元、谱方法和有限体积法等。

总体上讲,这些方法的求解过程大致相同,包括以下步骤:.借助简单函数来近似待求的流动变量.将该近似关系代入连续型的控制方程中,形成离散方程组.求解代数方程组各种数值求解方案的主要差别在于流动变量被近似的方式及相应的离散化过程。

CFD简介

CFD简介

CFD技术基础
A. 零方程模型 这种模型的涡粘性系数ut用
代数方程式表示。
ut
l
2 m
u y
式中Lm普朗特混合长度(Prandtl's mixing length), u是平均速度。
CFD技术基础
上式为零方程模型的基本形式, 它有许多变化形式, 如Cebeci-Smith 模 型, 松驰涡粘模型和Baldwin模型等, 这种模型分为内层模型和外层模型, 内外层分界在离壁面的垂直距离约为 (10-20%)δ处。
CFD技术基础
• 古典的边界层理论(BL)
• NS方程的抛物化 (PNS)近似 方式与古典的边界层理论类似, 但 需考虑横向和正压梯度。
• 对PNS方法的改进方法, 部份节 初始条件与边界条件
CFD技术基础
初始条件
对于非定常问题(即关心解随时间 的变化), 初始条件一般由所考虑的具体 问题给定。对于定常问题(即不随时间 变化的解), 需要以某种初始条件出发, 通过(伪)时间迭代, 以收敛到定常解。
CFD技术简介
CFD技术基础
主要基于以下几个理由:
改善叶轮机械的设计方法;
更准确地性能预测和进行优化 水力设计;
市场竞争的压力, 需要加速新产 品的开发速度;
CFD技术基础
叶轮机械内部流动的复杂性主 要是由于: • 完全的湍流; • 复杂的几何形状; • 转轮的旋转;
CFD技术基础
由于复杂的几何形状和旋转, 在计算 中将面临以下几个难点:
非结构网格(Unstructured grid)
CFD技术基础
如果每个网格单元为三角形(如 跳跳棋棋盘格), 则称为非结构网 格。之所以称为非结构网格, 是因 为各网格点之间的排序属于无序 排列。各网格节点用单指标j标识, 另外还需指针指标标明点与点之 间的连接。

CFD简介

CFD简介

式中 Cμ、σk、σε、C1ε、C2ε为常数。
CFD技术基础
二.N.S.方程的物理近似解
我们可以将雷诺应力方程和湍 流模型结合起来求解。在某些条件 下,我们也可以将N.S.方程做不同 程度的简化,以便简便,快速地求 出问题的解。
CFD技术基础
• 古典的边界层理论(BL)
• NS方程的抛物化 (PNS)近似方式 与古典的边界层理论类似,但需考虑 横向和正压梯度。 • 对PNS方法的改进方法,部份抛物化 方法 • 无粘近似
CFD技术基础
上式为零方程模型的基本形式,它 有许多变化形式,如Cebeci-Smith 模型, 松驰涡粘模型和Baldwin模型等,这种模 型分为内层模型和外层模型,内外层分 界在离壁面的垂直距离约为(10-20%)δ 处。
CFD技术基础
B、 一方程模型
由于混合长度理论为半经验理论, 需要较多地依靠经验,另外在许多场合, 零方程模型不能较准确描述湍流情况, 促使人们转向寻求更高级的封闭形式。 提出了一个湍流动能输运方程,用以确 定涡粘性系数,这个湍流动能输运方程 是一个微分方程而不是代数方程,故称 为一方程模型。
改进设计
改进设计加大了蜗壳基圆半径,但 蜗壳的过流面积不变。同时叶轮保持不 变。
CFD技术基础
CFD技术基础
CFD技术基础
Regime I
Regime II
CFD技术基础
CFD技术基础
笛卡尔网格:各向同性网格和各向异性网格
混合网格:常见的为混合非结构网格,即部 分区域采用结构化网格,部分区域采用非结 构化网格。
分区结构网格(Block-structured-grid)
CFD技术基础
首先将总体区域分成若干个子区域,再 对每个子区域分别建立网格,并在每个网格 上对方程求解。格子区域的解在内边界处的 耦合则通过耦合条件即插值来实现。

CFD软件介绍

CFD软件介绍

CFD是所有计算流体力学的软件的简称。

CFD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,可以分析和显示发生在流场中的现象。

在短时间内能预测性能并通过修改各种参数来达到最佳设计效果。

CFD 软件结构由前处理、求解器、后处理组成。

即前处理,计算和结果数据生成以及后处理。

前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(或从CAD中导入),生成网格等;做完了前处理后,CFD的核心求解器将根据具体的模型,完成相应的计算任务,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,以直观可视的图形形式输出。

下表为CFD软件三大模块的功能划分。

CFD软件的三大模块前处理求解器后处理作用a. 几何模型b. 划分网格a. 确定CFD 方法的控制方程b. 选择离散方法进行离散c. 选用数值计算方法d. 输入相关参数速度场、温度场、压力场及其它参数的计算机可视化及动画处理。

CFD软件可求解很多种问题,比如定常流动、非定常流动、层流、紊流、不可压缩流动、可压缩流动、传热、化学反应等。

对每一种物理问题的流动特点,都有适合它的数值解法,用户可对显式或隐式差分格式进行选择,以便在计算速度、稳定性和精度等方面达到最佳效果。

CFD软件之间可以方便地进行数值交换,并采用统一的前处理和后处理工具,这就省了工作者在计算机方法、编程、前后处理等方面投入的重复低效的工作。

目前常见的CFD软件有:FLUENT、CFX、PHOENICS、STAR-CD等,其中FLUENT 是目前国际上最常用的商用CFD软件包,凡是与流体、热传递及化学反应等有关的均可使用,在美国的市场占有率为60%。

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能力,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。

ABAQUSCFD及流固耦合视频教程与操作实例

ABAQUSCFD及流固耦合视频教程与操作实例

2 abaqus流固耦合简介
2 abaqus流固耦合简介
(5)定义输出变量
2 abaqus流固耦合简介
可用求解器(6.10版)
2 abaqus流固耦合简介
可供耦合的求解器
动力隐式求解器(模型1) 动力显式求解器(模型2) 热传递(模型3) 动力温度位移耦合求解器,不含温度求解(模型4)
3、流固耦合操作与实例
4、热流耦合操作与实例
1、建立几何模型 PCB板尺寸 7.8X11.6X0.16 cm 芯片尺寸 3X3X0.7 cm 发热块尺寸 1.8X1.8X0.3cm 核心尺寸 0.75X0.75X0.2cm 空气尺寸 27.8X20X12.56 cm
4、热流耦合操作与实例
• 单元类型DC3D8 • 初始温度293K • 体热通量50mW/s/mm3 • 瞬态热传递分析步,初始增量0.01s;CFD分析;总仿真
3、流固耦合操作与实例
实例题目:管道流体双向耦合的动力学模拟分析[1]
分析对象:管道(固)润滑油(流) 分析平台:ABAQUS 6.12 分析类型:双向流固耦合 分析目标:得到管道位移过大的主要影响因素
参考文献
[1]潘海丽,张亚新.管道流体双向耦合的动力学模拟分析[J].中国石油和化工标准与质量,2013,(6).
1 abaqus/CFD模块简介
1.2 abaqus/cfd的介绍 采用基于混合有限体积和有限元元的计算方法 只能采用非可压缩流、基于压力的求解器 可选择层流和湍流 从6.10版开始引入 前后处理及求解都可以在软件中完成
1 abaqus/CFD模块简介
1 abaqus/CFD模块简介
1.3 入门实例
ABAQUS/CFD及流固耦合视频教程和操作实例

1-1——1-2:CFD的基本内容

1-1——1-2:CFD的基本内容
(1):友好的操作界面 (2):丰富的几何输入接口及输出接口 (3):比较完善的几何建模工具 (4):多种多样的网格形式—可以形成混合网格 (5): 可实现复杂的多流域问题 (6):快速生成网格的功能 (7):更多的网格质量测量标准及网格快速修复 (8):能够生成结构网格 缺点: 难学
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:

ICEM-CFD 四面体网格模块tetra介绍

ICEM-CFD 四面体网格模块tetra介绍
Tetra,批处理和交互模式比较
z Use batch mode with ‘clean’ geometry
− no leakage expected
z 交互模式允许用户察看和修复问题
− 如果Tetra找到封闭体,Tetra就会显示曲面网格 − leakage indicated when a jagged line appears in display
Tetra 20
2 July 2008
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自然尺寸和细化
z Example, two rods in close proximity z 网格参数::
− 在每个实体上指定当地尺寸 • This is ‘reference size’ times the ‘size’ specified on curves and surfaces
Tetra 3
2 July 2008
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所有程序综述
z 创建或读入几何图形 z 将实体分配到几何图形数据库 z 定义网格全局尺寸和在所选实体上的尺寸 z 产生网格 z 提高网格质量(光滑,等) z 输出到分析软件
2 July 2008
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使用点和曲线,例子
角上的点
Result with points and curves
边缘和曲面上的曲线
Tetra 7
Result without points and curves
球和立方体的例子

CFD 介绍

CFD 介绍

CBU张志计算流体动力学 CFD内容1.流体力学的基础2.流体解析的意义和概要3.应用范围介绍4.杂谈一二1.流体力学的基础2.流体解析的意义和概要3.应用范围介绍4.杂谈一二流动中的力量✓飞机为什么能够飞行?✓水槽中的水为什么越接近排水口流速就越快?✓游泳衣的材料设计为什么要模仿鱼类?✓新干线的外形设计又有什么玄机?✓。

流体是什么?✓流体,是与固体相对应的一种物体形态,是液体和气体的总称。

✓气体远比液体有更大的流动性。

✓流体VS固体固体的变形在弹性极限内变形和作用力之间服从胡克定律。

流体则是角变形速度和剪切应力有关,层流和紊流状态它们之间的关系有所不同,在层流状态下,二者之间服从牛顿内摩擦定律。

…流体的动量和粘性流体的历史1.流体力学的基础2.流体解析的意义和概要3.应用范围介绍4.杂谈一二CFD是什么?作为连续介质的流体流体运动的Lagrangian的表示流体运动的Euler的表示Lagrangian表示 vs Euler表示•问题定义 1.确定模拟的目的2.确定计算域 •前处理和求解过程3.创建代表计算域的几何实体4.设计并划分网格5.设置物理问题(物理模型、材料属性、域属性、边界条件 …)6.定义求解器 (数值格式、收敛控制 …)7.求解并监控 •后处理过程8.查看计算结果9.修订模型 Problem Identification1.Define goals2.Identify domainPre-Processing3.Geometry4.Mesh5.Physics6.Solver Settings Solvepute solution Post Processing8.Examine results 9.Up d a teM ode lCFD 模拟预览CFD的目的实施解析的步骤求解过程基于压力的求解器和基于密度的求解器计算参数初始化收敛的判断求解精度1.流体力学的基础2.流体解析的意义和概要3.应用范围介绍4.杂谈一二应用范围应用案例:航空航天应用案例:兵器应用案例:船舶应用案例:汽车/车辆101001000Frequency [Hz]0102030405060708090100110120130140S P L [d B ]Freestream Velocity = 140 km/h Experimental data SAS model应用案例:能源动力应用案例:天然气/石油化工应用案例:环境建筑通风应用案例:MEMS/生物医药1.流体力学的基础2.流体解析的意义和概要3.应用范围介绍4.杂谈一二结构分析(CAE)流体分析(CFD)处理对象固体结构本身流体流经的区域(气体或液体,…)力学模型及数学模型弹、塑性体固体力学方程组(平衡/动力学方程)位移、应力…粘性流体(牛顿流体域非牛顿流体)三维N-S方程组(动量方程能量方程连续性方程)湍流方程... 速度、压力、温度…求解方法有限单元法(FEM)多数为有限体积法(FVM)网格性质固定于介质-拉格朗日方法不固定于介质(固定于计算域)-欧拉方法方程属性线性/非线性非线性网格数量几万-几十万百万-千万计算成本低高1、CAE vs CFD2、流体仿真软件的现状可以针对目前常用的流体计算软件特点,将其分为以下几类:(1)CFD计算软件:传统流体计算软件,其主要特点在于:前后处理比较繁琐,但是可以做出精细的模型,拥有丰富的物理模型,软件即可用于工程亦可用于科研。

CFD简介

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。

6-CFD基础及软件应用汇总

6-CFD基础及软件应用汇总
CFD的根本思想: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,通过肯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可以看做是在流淌根本方程(质量守 恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程)掌握下 对流淌的数值模拟。通过这种数值模拟,我们 可以得到极其简单问题的流场内各个位置上的 根本物理量(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状况,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星,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,还可进展构造优化设计等。
矢量图:直接给出二维或三维空间里矢量〔如速度〕的 方向及大小,一般用不同颜色和长度的箭头表示速度矢 量。矢量图可以比较简洁地让用户觉察其中存在的旋涡 区。
等值线图:用不同颜色的线条表示相等物理量(如温度) 的一条线。
流线图:用不同颜色线条表示质点运动轨迹。
云图:使用渲染的方式,将流场某个截面上的物理量 (如压力或温度)用连续变化的颜色块表示其分布。
理论分析方法 优点:所得结果具有普遍性,各种影响因素清 晰可见,是指导试验争论和验证新的数值计算 方法的理论根底。 局限性:它往往要求对计算对象进展抽象和简 化,才有可能得出理论解。对于非线性状况, 只有少数流淌才能给出解析结果。
CFD方法抑制了前面两种方法的弱点,在计算机上 实现—个特定的计算,就似乎在计算机上做一次物理试 验。
可利用计算机进展各种数值试验,例如,选择 不同流淌参数进展物理方程中各项有效性和敏 感性试验,从而进展方案比较
它不受物理模型和试验模型的限制,省钱省时, 有较多的敏捷性,能给出具体和完整的资料, 很简洁模拟特殊尺寸、高温、有毒、易燃等真 实条件和试验中只能接近而无法到达的抱负条 件。

CFD模块简介

CFD模块简介
CFD 模块的物理场接口 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
不同空间维度和求解类型的物理场接口 . . . . . . . . . . . . . . . . 18
教学案例 — 台阶流. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
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简介
工程师和研究人员可以使用 CFD 模块来理解、预测和设计封闭和开放系统中 的流动。在给定的成本下,相对于经验式的流体研究,这些类型的仿真更加适 用于研发新的更优质产品,改进设备和工艺的操作条件。作为研究的一部分, 仿真能够对流动类型、压降、浸没物体上的作用力、温度分布以及流体组分变 化进行精确的预测。
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图 3:医疗设备喷嘴模型的压力场和流场。
图 4:喷嘴在不同平均流动速率下入口和出口之间的压力差。
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CFD 模块包含大量的工具来计算定量结果。例如,软件内置了面平均和体平 均、最大值和最小值等算子、派生值 (基于解的函数和表达式)以及生成表单 和 x-y 绘图。本模块中还预置了阻力系数和升力系数等派生值,以及其它与 CFD 有关的值。 一般来说,定性研究形成基本认识,能够启发新的想法。有了新的想法之后, 就可以引导重要的产品和工艺的改进,常常形成突破。另一方面,定量研究是 优化和控制的基础,能够极大地改进产品和生产过程,但是通常情况下研究人 员会通过其它一系列较小的步骤来实现。
Part number: CM010004
目录
简介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

CFD软件介绍

CFD软件介绍
是由使用者本人根据研究的具体问题建立的相应二维
或三维模拟模型,然后再按其外形结构和具体过程特点 进行数学网格化处理并生成CFD 计算网格文件(几何文 件)的过程,它是CFD 模拟计算的工作基础。一般 地,CFD 软件平台都可以实现与CAD 的对接,以增强其 处理复杂几何形状问题的能力。
• 前处理模块(CFD-Pre) 主要是提供模拟过程基 础平台及计算环境,与几何文件(mashing file) 连接,建立具体问题的流体进出口边界及其边界 条件,提供模拟介质的特性参数及数据库等。
• 后处理模块(CFD-post) 向使用者提供模拟运算 数据的存储、交换导出和各种参数图,并与基本 图形处理工具( Grap hical View and Plot ting) 实行连接,是模拟计算结果处理好坏的重要环节, 可以为使用者提供模拟几何模型上不同位置的 参数分布图,并可以打印输出。
Fluent 介绍
耗费大
• 任何流体的运动都应遵守质量守恒、动 量守恒和能量守恒。
• 它们都可用欧拉方程、N-S方程来表述。
计算流体力学
(a)为三通的物理模型 (c) 三通内流体的速度矢量图
(b) 为三通的计算网格
(d) 三通后直管的速度矢量图 数值计算:根据理论分析的方法建立数学模型,选 (e) 三通内流体的流线图 择合适的计算方法,包括有限差分法、有限元法、特 征线法、边界元法等,利用商业软件和自编程序计算, 得出结果,用实验方法加以验证。
• 示范 • 步骤
?后处理模块cfdpost向使用者提供模拟运算数据的存储交换导出和各种参数图并与基本图形处理工具graphicalviewandplotting实行连接是模拟计算结果处理好坏的重要环节可以为使用者提供模拟几何模型上不同位置的参数分布图并可以打印输出

CFD模拟仿真理论知识:理解与应用

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。

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图 3:医疗设备喷嘴模型的压力场和流场。
图 4:喷嘴在不同平均流动速率下入口和出口之间的压力差。
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CFD 模块包含大量的工具来计算定量结果。例如,软件内置了面平均和体平 均、最大值和最小值等算子、派生值 (基于解的函数和表达式)以及生成表单 和 x-y 绘图。本模块中还预置了阻力系数和升力系数等派生值,以及其它与 CFD 有关的值。 一般来说,定性研究形成基本认识,能够启发新的想法。有了新的想法之后, 就可以引导重要的产品和工艺的改进,常常形成突破。另一方面,定量研究是 优化和控制的基础,能够极大地改进产品和生产过程,但是通常情况下研究人 员会通过其它一系列较小的步骤来实现。
CFD 仿真应用
流场的物理特性可以通过一组无量纲参数来表征,例如雷诺数、马赫数和 Grashof 数。通过分析这些参数,可以得到关于流场的大量信息。
例如,雷诺数表示惯性力和粘性力 (内摩擦)的比值。对于非常小的雷诺数 值,可以忽略惯性力,并且流动可逆,在某种意义上来说反向边界条件会导致 反向流动,其中实时发生能量耗散。随着雷诺数增大,粘性效应会被限制在边 界、内部剪切层和尾流等区域,这些区域的大小和其他特征由雷诺数决定。最 后,对于很大的雷诺数值,流动变为完全湍流。与层流相反,高雷诺数流体可 以在湍流流场的任何位置发生粘性耗散,但是只作用在非常小的流体结构上, 一连串的涡流使能量从大尺度的流动结构转移到小尺度的流动结构上。由于求 解这些流动模型所需的要求太高,工业级湍流问题的直接数值仿真现在的可行 性较小,通常使用湍流模型来分析此类问题。对于非常小的雷诺数,CFD 模块 提供了 ' 蠕动流 ' 接口;对于中间过渡的雷诺数范围,使用 ' 层流 ' 接口;对于 非常大的雷诺数值,使用 ' 湍流 ' 接口。
模型几何 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 域方程和边界条件 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 结果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
CFD 模块的物理场接口 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
不同空间维度和求解类型的物理场接口 . . . . . . . . . . . . . . . . 18
教学案例 — 台阶流. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
图 1:Ahmed 仿真模型的流动带状图和速度场大小。仿真得到了流场和压力 场,计算了阻力系数,可将其作为湍流模型的验证和有效性的标准案例。 CFD 模块的常用功能包括模拟二维和三维空间中的稳态和瞬态流体流动。模块 中预置的一系列物理场接口包含多种不同形式的流体方程,可以用来建立和求 解各种流体流动问题。这些物理场接口使用速度、压力等物理变量,以及粘度 等物理属性来定义流体模型。在模块中包含的流体流动接口涵盖广泛的流体问 题,例如单相层流和湍流、多相流、非等温流和反应流等。 这些物理场接口建立在动量、质量和能量守恒定律。这些定律以偏微分方程的 形式描述,在模块中求解特定的初始值和边界条件下的结果。使用流体流动的 稳定有限元公式结合阻尼牛顿法求解这些方程,对于瞬态问题可以使用不同的 瞬态求解算法。计算结果通过 CFD 相关的预定义绘图、任意定义的物理量表
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CFD 模块物理场接口
本模块的物理场接口基于流体的动量、质量和能量守恒定律,不同的流动模型 包含这些守恒定律的各种不同形式的组合。这些物理定律转换为偏微分方程, 结合特定的初始值和边界条件进行求解。 物理场接口中定义了一系列特征,包括流体属性的定义、边界条件、初始值和 可能的约束。每一个特征描述守恒方程中的某一项或一个条件。这样的一项或 者一个条件能够定义在组件的几何实体中,例如域、边界、边 (三维组件)或 者点。 图 5 所示为 ' 模型开发器 ',包括 ' 层流 ' 接口及其特征节点 ' 流体属性 1' 的设 定窗口,其中 ' 流体属性 1' 节点在选定的几何域中增加了组件方程中显示的标 记项。另外,' 流体属性 1' 特征可以链接到 ' 材料 ' 特征节点来获得物理属性, 例如密度和粘度,在本例中为水的流体属性。'Water, liquid' 的流体属性可以设 置为物理变量的函数,例如压力和温度。类似,' 壁 1' 节点表示在流体域的壁 面上增加边界条件
CFD 模块简介
CFD模块简介
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版本 : COMSOL 5.1
联系信息
请点击 /contact 访问联系 COMSOL 页面,提交一般咨询,联系技术 支持,或查询联系地址和电话。您同时还可以点击 /contact/offices 访 问全球销售办公室页面,查询地址和联系信息。
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简介
工程师和研究人员可以使用 CFD 模块来理解、预测和设计封闭和开放系统中 的流动。在给定的成本下,相对于经验式的流体研究,这些类型的仿真更加适 用于研发新的更优质产品,改进设备和工艺的操作条件。作为研究的一部分, 仿真能够对流动类型、压降、浸没物体上的作用力、温度分布以及流体组分变 化进行精确的预测。
如果您需要联系技术支持,可以点击 /support/case 访问 COMSOL Access 页面在线填写申请表。
其他链接 :
• 技术中心 : /support • 产品下载 : /product-download • 产品升级 : /support/updates • COMSOL 社区 : /community • 活动 : /events • COMSOL 视频中心 : /video • 技术支持知识库 : /support/knowledgebase
通过不同流动类型的教学案例和标准案例,CFD 模块的 APP 库描述了流体流 动接口以及它们的不同特征。您在案例库中能够找到工业级仪器和设备的模 型,贴近实际的教学模型,以及验证流体流动接口有效性的标准模型。如果您 要访问这些资源,请切换到 “ 教学案例 —— 台阶流动 ” 章节。
本文档用于指导您快速开始 CFD 建模。其中包含模块的典型应用案例,对每 一个流体流动物理场接口进行简要介绍,以及两个介绍详细建模流程的教学案 例, “ 教学案例 — 台阶流动 ” 和 “ 教学案例 — 净化水反应器 ”。
教学案例 — 水净化反应器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
模型几何 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 域方程和边界条件 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 关于软件操作的注意事项 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 结果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 参考文献 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
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使用多种工具进行定性分析,例如表面绘图、流线、带状图、箭头、粒子追踪 和动画,以及上述特征的任意组合。
图 2:太阳能电池面板周围的湍流流场,CFD 模块。 除了定性的 “ 全景 ” 之外,CFD 模块仿真还能够精确定量地预测流场的属 性,例如特定压差下的平均流动,受流体作用的物体的阻力系数和升力系数, 或者通风房间中的空气质量。 在图 3 和 图 4 中,计算了医疗设备喷嘴的压降。喷嘴系统的剪切应力和流体力 会破坏医疗仪器中的血细胞,因此在控制流动时必须考虑这些效应。
Part number: CM010004
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简介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
CFD 仿真应用 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .及派生值 (例如,表面平均压力和阻力系数)等在图形窗口中表征模拟 得到的结果。
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