流体动力学(CFD)分析.
使用Solidworks进行模拟流体动力学分析的方法
使用Solidworks进行模拟流体动力学分析的方法使用SolidWorks进行模拟流体动力学（CFD）分析的方法介绍：模拟流体动力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）是一种用数值方法解决流动问题的工程分析技术。
SolidWorks是一款强大的三维建模软件，可以进行CFD分析。
本文将介绍使用SolidWorks进行CFD分析的方法。
1. 创建模型首先，我们需要创建要进行CFD分析的模型。
可以在SolidWorks中使用各种建模工具创建所需的几何体。
确保模型尺寸和形状符合实际流动情况，并将其保存为SolidWorks文件格式。
2. 设置网格在进行CFD分析之前，需要将模型分割为小的离散网格，以便对流动进行数值计算。
SolidWorks提供网格划分工具，可以自动或手动设置网格。
确定网格的大小和分辨率是非常重要的，这将直接影响到CFD分析结果的准确性。
通常情况下，流动区域周围的边界要设置为更密集的网格。
3. 设置边界条件在进行CFD分析之前，需要设置模型的边界条件。
边界条件包括流体的入口速度和温度、出口压力等。
通过设置合适的边界条件，可以模拟不同的流动情况，如湍流、定常流动或不可压缩流动等。
在SolidWorks中，可以直接设置边界条件参数。
4. 定义流体属性在进行CFD分析之前，需要定义模拟流动中使用的流体的物理属性。
这些属性包括密度、粘度、热导率等。
通过准确定义流体属性，可以更准确地模拟流动行为。
SolidWorks提供了一系列常见流体的物性数据，也可以手动定义所需的流体属性。
5. 设置求解器和求解参数在进行CFD分析之前，需要选择适当的求解器和设置求解参数。
求解器决定了使用何种数值方法对流体动力学方程进行离散化和求解。
SolidWorks提供了多种求解器，包括基于有限体积法（FV）和有限元法（FE）的求解器。
选择合适的求解器和调整求解参数将直接影响到CFD分析的准确性和计算效率。
计算流体力学CFD的基本方法与应用
CFD的作用像在计算机上做实验，故也称数值实验, 它 不但能取代很多实验工作，而且能做实验室无法进 行的研究。
作， Patankar也在美国工程师协会的协助下，举行了大范围的培训， 皆在推广应用 CFD。 1985年的第四界国际计算流体力学会议上，Spalding 作了 CFD 在工程 设计中的应用前景的专题报告。他将工程中常见的流动、传热、化学 反应等分为十大类问题，并指出CFD都有能力加以解决。
2、CFD的发展历程
性、可靠性及工业化推广应用。
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。
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。
LES——穷人的DNS
CFD的未来，近期的展望
CFD的未来，远期的展望
• 非线性计算方法的突破 • LES模型的逐步成熟 • 大规模计算、并行计算的发展可以解决DNS、LES、非定
常计算的海量计算等问题 • 先进的湍流模型，反应动力学模型，多相流模型等的逐
步ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ善
CFD的路还很长很长
• CFD是一个新兴的学科 • CFD具有重要的应用 • CFD还有很多问题
计算流体力学CFD的基本 方法与应用
CFD (Computational Fluid Dynamics) 计算流体力学——为您打开通向高科技之门
计算流体动力学分析-CFD软件原理与应用_王福军--阅读笔记
计算流体动力学分析-CFD软件原理与应用_王福军--阅读笔记计算流体动力学(简称CFD)是建立在经典流体动力学与数值计算方法基础之上的一门新型独立学科，通过计算机数值计算和图像显示的方法，在时间和空间上定量描述流场的数值解，从而达到对物理问题研究的目的。
它兼有理论性和实践性的双重特点。
第一章节流体流动现象大量存在于自然界及多种工程领域中，所有这些过程都受质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本物理定律的支配。
本章向读者介绍这些守恒定律的数学表达式，在此基础上提出数值求解这些基本方程的思想，阐述计算流体力学的任务及相关基础知识，最后简要介绍目前常用的计算流体动力学商用软件。
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、动量守恒方程、能量守恒方程)控制卜对流动的数值模拟。
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。
1.1.2计算流体动力学的工作步骤采用CFD的方法对流体流动进行数值模拟，通常包括如下步骤:(1)建立反映工程问题或物理问题本质的数学模型。
具体地说就是要建立反映问题各个量之间关系的微分方程及相应的定解条件，这是数值模拟的出发点。
没有正确完善的数学模型，数值模拟就毫无意义。
《计算流体动力学分析——cfd软件原理与应用》
《计算流体动力学分析——cfd软件原理与应用》计算流体动力学分析（CFD）是一种强大的工程分析技术，用于分析非稳定流体流动场景下复杂性和多相性之间关系。
CFD软件是现代工程仿真的基石，它可以帮助快速分析复杂的物理现象，以及快速预测决策的影响。
本文旨在简要介绍CFD软件的原理和应用。
首先，CFD软件的原理是根据流体动力学模型设计的，它允许对流体系统的物理特性进行数值模拟。
根据基础的流体动力学原理，CFD 软件可以计算湍流和边界层流中的流动特性，包括速度、温度、压力和流场分布。
这些参数是必要的，因为它们可以提供有关流体流动、传热、传质和传播的信息，从而帮助分析工程系统的性能和稳定性。
CFD软件的另一个特点是模拟流体多相性的能力。
这种能力使用多相流体模型将非湍流流动和混合多相流动分别结合起来，以实现非常精确的分析。
例如，盐水混合流体和燃料添加剂混合流体，这些混合物可以被模拟并进行性能可靠性分析。
CFD软件还可以用来对流体流动和传热进行精细分析，可以识别出复杂流场中涡流、涡旋和其它不规则结构，以及分析流动速度和温度分布。
此外，CFD软件还可以用来模拟传热传质，模拟流体的几何变形，优化流体过程的性能，并对结构的强度和稳定性进行验证。
CFD软件的应用非常广泛，可以应用于多种领域，包括航空航天、能源开发、生物医学工程、冶金铸造和制药等。
这些应用可以用于有效地提高涡轮发动机的性能，提高压气机的使用效率，以及对火箭燃料轨道元素的分析等，以此节省能耗，提升工程性能。
此外，CFD软件还可以用于分析风场、水体和水质，以实现更快捷、更准确的仿真分析。
例如，可以模拟水体湍流和流量变化，以及水质变化，这有助于政府和环保机构实施新的环境政策和管理措施。
总之，CFD软件是一种强大的工程分析技术，可以分析复杂的物理现象，快速预测决策的影响，从而节省时间和费用，提高企业的竞争力。
它的原理和应用能够帮助工程师们更好地掌握流体流动场景，从而改善工程系统的性能和稳定性，提升企业的效率和竞争力。
ANSYS流体分析CFD
第一章 FLOTRAN 计算流体动力学(CFD)分析概述FLOTRAN CFD 分析的概念ANSYS程序中的FLOTRAN CFD分析功能是一个用于分析二维及三维流体流动场的先进的工具，使用ANSYS中用于FLOTRAN CFD分析的FLUID 141和FLUID 142 单元，可解决如下问题：∙作用于气动翼(叶)型上的升力和阻力∙超音速喷管中的流场∙弯管中流体的复杂的三维流动同时，FLOTRAN还具有如下功能：∙计算发动机排气系统中气体的压力及温度分布∙研究管路系统中热的层化及分离∙使用混合流研究来估计热冲击的可能性∙用自然对流分析来估计电子封装芯片的热性能∙对含有多种流体的(由固体隔开)热交换器进行研究FLOTRAN 分析的种类FLOTRAN可执行如下分析：∙层流或紊流∙传热或绝热∙可压缩或不可压缩∙牛顿流或非牛顿流∙多组份传输这些分析类型并不相互排斥，例如，一个层流分析可以是传热的或者是绝热的，一个紊流分析可以是可压缩的或者是不可压缩的。
层流分析层流中的速度场都是平滑而有序的，高粘性流体（如石油等）的低速流动就通常是层流。
紊流分析紊流分析用于处理那些由于流速足够高和粘性足够低从而引起紊流波动的流体流动情况，ANSYS中的二方程紊流模型可计及在平均流动下的紊流速度波动的影响。
如果流体的密度在流动过程中保持不变或者当流体压缩时只消耗很少的能量，该流体就可认为是不可压缩的，不可压缩流的温度方程将忽略流体动能的变化和粘性耗散。
热分析流体分析中通常还会求解流场中的温度分布情况。
如果流体性质不随温度而变，就可不解温度方程。
在共轭传热问题中，要在同时包含流体区域和非流体区域（即固体区域）的整个区域上求解温度方程。
在自然对流传热问题中，流体由于温度分布的不均匀性而导致流体密度分布的不均匀性，从而引起流体的流动，与强迫对流问题不同的是，自然对流通常都没有外部的流动源。
可压缩流分析对于高速气流，由很强的压力梯度引起的流体密度的变化将显著地影响流场的性质，ANSYS对于这种流动情况会使用不同的解算方法。
《计算流体动力学分析——cfd软件原理与应用》
《计算流体动力学分析——cfd软件原理与应用》计算流体动力学（CFD）是一门应用于工程领域的计算机科学，其中的目的是使用计算机来对物理现象进行研究和分析。
它主要用于研究不同流体在固定的介质中的相对位置以及流动时间，如水流动，空气流动和燃烧气体流动。
因此，CFD可以用于解决实际问题，如空气动力学，气体动力学和液体动力学。
CFD软件是一种用于实现CFD 原理的计算机程序。
这些软件利用数学模型和计算算法来模拟物理系统并进行分析，而无需实际进行实验。
CFD软件具有高精度的运算能力，可以在不影响质量的情况下准确地描述流体的数学模型。
其特点是可以模拟实际气体和液体的复杂流动，从而精确估计流体摩擦力、气体结构及表面流动等方面的性能。
因此，CFD软件可以帮助工程师更好地发现潜在的流体力学问题，及早发现可能出现的设计问题，减少开发时间和成本。
CFD软件的应用范围非常广泛，可以用于工业，航空航天，仪器仪表，环境技术，气象学，航海学，建筑，机械工程，热能，医疗等领域的研究和应用中。
例如，在航空航天领域，人们可以利用CFD软件来估算飞行器的马赫数和飞行机翼的起飞性能，以及飞行器在空中运动时所受的风阻力和推动力，从而提高飞行机翼或飞行机翼上设备的性能。
此外，CFD 软件还可以用来分析和设计工业设备的结构，并分析设备运行时的流体动力学行为，以便更好地控制工艺参数。
此外，CFD软件还可以用来研究环境变化和空气污染，以便及早预测空气质量变化情况。
例如，当空气污染物被释放到空气中时，CFD 软件可以预测在特定条件下，空气污染物在空气中会分布到哪里。
CFD软件也被广泛用于热能和医疗领域中，可以帮助人们更准确地分析和预测物理系统的行为。
例如，在医疗领域，CFD软件可以用于估算受伤者肺部的空气流速，以及空气流速对受伤者血液活化的影响，以确定需要采取的相应措施。
综上所述，CFD软件是一种重要而有用的计算工具，可以用于研究和解决实际应用中出现的多方面的流体动力学问题。
工程流体力学的计算方法CFD基础课件
云计算技术使得大规模CFD模拟成为 可能，同时提供了灵活的计算资源和 数据管理方式。未来，云计算技术将 进一步优化，以降低计算成本和提高 计算效率。
THANKS
CFX
工业标准的CFD软件
CFX是全球公认的工业标准的CFD软件之一，广泛应用于能源、化工、航空航天、汽车等领域。它具 有强大的求解器和先进的物理模型，能够模拟复杂的流体流动和传热问题，并提供丰富的后处理功能 。
OpenFOAM
开源CFD软件
OpenFOAM是一款开源的CFD软件，由C编写，具有高度的灵活性和可定制性。它提供了丰富的工具包和案例库，适用于各 种流体动力学模拟，包括复杂流动、传热、化学反应等问题。
粘性。
热传导
流体在温度梯度作用下会产生 热传导现象。
流体动力学基本方程
质量守恒方程
表示流体质量随时间的变化规律 。
动量守恒方程
表示流体动量随时间的变化规律。
能量守恒方程
表示流体能量随时间的变化规律。
流体流动的分类
层流流动
均匀流动和非均匀流动
流体质点仅沿流线方向作有规则的线 运动，互不混杂。
根据流动是否具有空间均匀性进行分 类。
06
CFD未来发展与挑战
高精度算法与求解器
总结词
随着计算能力的不断提升，高精度算法和求解器在 CFD领域的应用将更加广泛。
详细描述
高精度算法和求解器能够提供更精确的流场模拟结果 ，有助于更深入地理解流体动力学现象。未来，高精 度算法和求解器将进一步优化，以适应更复杂、更高 要求的CFD模拟。
多物理场耦合模拟
有限体积法的优点在于能够很好地处 理流体流动中的非线性特性和复杂边 界条件，因此在工程流体力学中得到 了广泛应用。
计算流体力学在流体运动分析中的应用
计算流体力学在流体运动分析中的应用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）是一种利用数值方法模拟流体运动的工程学科。
该技术可以模拟在实际应用中遇到的多种流动问题，如流体的速度分布、压力分布、悬浮颗粒的运动行为等。
随着计算机硬件和软件的快速发展，CFD技术已经广泛应用于各个领域，例如汽车工业、航空航天工业、电力行业、建筑工业等领域，成为了方便、快捷、可靠的分析工具。
CFD的应用可以对流体运动过程进行深入的分析，为工程师提供技术支持和设计改进方案，同时也可以减少设计周期和成本，提高设计效率和可比性。
以下是CFD在流体运动分析中常见的应用场景。
1. 流体动力学分析CFD可以模拟流体的运动状态，该技术可以用来研究各种流动问题，如流体的速度、压力、温度、密度、离散相等。
例如，CFD可以预测空气动力学原理，研究飞机的气动特性，分析建筑物的通风效果，优化发电厂的燃烧过程等。
2. 液体动力学分析与流体动力学相同，CFD技术也可以模拟液体的运动状态，根据模拟结果进行液体动力学分析，深入了解液体流动的特点，优化设计方案，改进生产过程。
例如，CFD可以用来优化油气管道的设计，分析水泵的流量和压力损失，优化船舶和海洋工程中的流体运动行为等。
3. 流体-固体耦合分析在流体和固体相互作用的系统中，CFD可以模拟流体-固体耦合分析。
例如，在水力发电站水轮机中，CFD可以模拟水流和水轮机之间的相互作用，设计出更高效的水轮机，提高水力发电的效率。
在生物医学工程领域中，CFD可以研究心脏的血流、肺部的呼吸和人体的循环流动，帮助医生更好地理解生物组织的流动特性，优化医疗设备和治疗方案。
4. 离散相流体动力学分析为了准确反映实际流体运动的状态，CFD技术的应用也可以对离散相颗粒的运动进行模拟和计算，以更为深入的方式揭示流体-颗粒相互作用的机理。
例如在排污处理厂、水处理系统中，CFD技术可以模拟流体和颗粒之间的运动，优化处理方案，提高处理效率。
CFD分析理论及应用技术PPT课件
流速，压力等
边界条件
边界条件 网格
网格 网格
网格
以网格上离散的值构建差分方程的方法称为差分格式，离散网格上的差分方程是连 续空间上的微分方程的近似。使用不同的差分格式，计算的精度、稳定性都有变化。
从上风获得网格的值 上风差分(UD)格式=Upwind Differencing 一阶精度
MARS格式=Monotone
供的常数。 ·然而标准k-e模型是一种高雷诺数的模型，RNG理论提供了一个考虑低雷诺数流动 粘性的解析公式。这些公式的效用依靠正确的对待近壁区域。这些特点使得RNG k-e 模型比标准k-e模型在更广泛的流动中有更高的可信度和精度。
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带旋流修正的k-e模型（Realizable模型）
带旋流修正的 k-e 模型是近期才出现的，比起标准k-e 模型来有两个主要的不同 点。 ·带旋流修正的 k-e 模型为湍流粘性增加了一个公式。 ·为耗散率增加了新的传输方程，这个方程来源于一个为层流速度波动而作的精确 方程术语“realizable”，意味着模型要确保在雷诺压力中要有数学约束，湍流的 连续性。 带旋流修正的 k-e 模型直接的好处是对于平板和圆柱射流的发散比率的更精确的 预测。而且它对于旋转流动、强逆压梯度的边界层流动、流动分离和二次流有很好 的表现。带旋流修正的 k-e 模型和RNG k-e 模型都显现出比标准k-e 模型在强流 线弯曲、漩涡和旋转有更好的表现。 最初的研究表明带旋流修正的k-e 模型在所有k-e 模型中流动分离和复杂二次流有 很好的作用。 带旋流修正的 k-e 模型的一个不足是在主要计算旋转和静态流动区域时不能提供 自然的湍流粘度。这是因为带旋流修正的k-e 模型在定义湍流粘度时考虑了平均旋 度的影响。这种额外的旋转影响已经在单一旋转参考系中得到证实，而且表现要好 于标准k-e 模型。由于这些修改，把它应用于多重参考系统中需要注意。
流体动力学(CFD)分析
二、FLOTRAN 分析的种类
Objective
T-2. FLOTRAN 分析的种类
FLOTRAN可执行如下分析： · · · · · 层流或紊流 传热或绝热 可压缩或不可压缩 牛顿流或非牛顿流 多组份传输
这些分析类型并不相互排斥，例如，一个层流分析可以是传热的或 者是绝热的，一个紊流分析可以是可压缩的或者是不可压缩的。
Page 15
Intro-15
可压缩流分析
Objective
T-2. FLOTRAN 分析的种类
对于高速气流，由很强的压力梯度引起的流体密度的变化将显著地 影响流场的性质，ANSYS对于这种流动情况会使用不同的解算方 法。
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Intro-16
非牛顿流分析
Objective
T-2. FLOTRAN 分析的种类
Intro-23
FLUID单元的其他特征
T2-1. FLOTRAN单元的特点
Objective
FLUID单元的其他特征包括： ·用于模拟紊流的二方程紊流模式 · 有很多推导结果，诸如：流场分析中的马赫数、压力系数、总压、 剪应力、 壁面处的y-plus、以及流线函数；热分析中的热流、热 交换（膜）系数等。 · 流体边界条件，包括：速度、压力、紊流动能以及紊流能量耗散率。 用户无 需提供流场进口处紊流项的边界条件，因FLOTRAN对此 提供的缺省值适用 于绝大多数分析。 · 热边界条件，包括：温度、热流、体积热源、热交换（膜）系数。 用户可使用的坐标系有：的卡尔坐标系、柱坐标系、极坐标系和 轴对称坐标系。如果所计算的问题是轴对称的，激活旋转（swirl） 选项即可算出垂直于对称平面的速度分量。
Page 25
Intro-25
房间cfd计算分析报告
房间cfd计算分析报告一、背景介绍CFD（Computational Fluid Dynamics），即计算流体力学，是一种利用计算方法对流体流动和传热过程进行数值模拟和分析的技术。
在建筑领域，CFD被广泛应用于室内环境研究中，通过模拟建筑内空气流动和能量转移过程，评估建筑的通风、空调和能耗性能，为优化设计和提高室内舒适度提供依据。
本报告旨在通过CFD技术对某个具体房间进行流场及温度场的模拟计算，并对其通风效果进行分析和评估。
二、模型建立1. 房间几何模型：根据实际房间的平面图和立面图，利用计算机辅助设计软件建立了该房间的三维几何模型。
2. 边界条件设置：确定了房间的墙面、地面、天花板等部位的材质和边界条件，包括热边界条件和速度边界条件。
三、计算模拟1. 网格划分：通过网格划分将房间区域分为若干小单元，以便进行数值计算。
网格划分的密度和精度会直接影响计算结果的准确性和计算速度。
2. 材料参数设置：根据房间结构的实际材料参数，对墙面、地板、天花板等部位的热传导系数、热容等进行设定。
3. 边界条件设置：根据实际情况设置房间内外的温度和湿度条件，以及通风口的参数。
4. 求解方程：利用相应的CFD软件求解房间内部的流体动力学和传热方程，得出房间内部空气的流速、温度分布等。
5. 后处理：对计算结果进行后处理，生成流场图、温度场图等，并对数据进行分析和评估。
四、计算结果与分析1. 流速分布：分析了房间内不同位置的流速分布情况，发现房间内呈现明显的层流状态，并且流速分布均匀。
2. 温度分布：分析了房间内不同位置的温度分布情况，发现房间内温度整体较为均匀，没有明显的冷热区域。
3. 通风效果评估：通过计算分析，得出了房间内的通风效果评估指标，包括新风换气次数、湿度分布等，初步评估了房间的通风质量。
五、结论与建议1. 结论：通过CFD计算分析，得出了该房间的流场和温度场分布情况，表明房间内的通风效果较好，温度分布较为均匀。
FLOTRAN 计算流体动力学(CFD)分析概述试题 .doc
第一章FLOTRAN 计算流体动力学(CFD)分析概述一、FLOTRAN CFD 分析的概念二、FLOTRAN 分析的种类1、层流分析2、紊流分析3、热分析4、可压缩流分析5、非牛顿流分析6、多组份传输分析FLOTRAN CFD 分析的概念ANSYS程序中的FLOTRAN CFD分析功能是一个用于分析二维及三维流体流动场的先进的工具，使用ANSYS中用于FLOTRAN CFD分析的FLUID 141和FLUID 142 单元，可解决如下问题：•作用于气动翼(叶)型上的升力和阻力•超音速喷管中的流场•弯管中流体的复杂的三维流动同时，FLOTRAN还具有如下功能：•计算发动机排气系统中气体的压力及温度分布•研究管路系统中热的层化及分离•使用混合流研究来估计热冲击的可能性•用自然对流分析来估计电子封装芯片的热性能•对含有多种流体的(由固体隔开)热交换器进行研究FLOTRAN 分析的种类FLOTRAN可执行如下分析：•层流或紊流•传热或绝热•可压缩或不可压缩•牛顿流或非牛顿流•多组份传输这些分析类型并不相互排斥，例如，一个层流分析可以是传热的或者是绝热的，一个紊流分析可以是可压缩的或者是不可压缩的。
层流分析层流中的速度场都是平滑而有序的，高粘性流体（如石油等）的低速流动就通常是层流。
紊流分析紊流分析用于处理那些由于流速足够高和粘性足够低从而引起紊流波动的流体流动情况，ANSYS中的二方程紊流模型可计及在平均流动下的紊流速度波动的影响。
如果流体的密度在流动过程中保持不变或者当流体压缩时只消耗很少的能量，该流体就可认为是不可压缩的，不可压缩流的温度方程将忽略流体动能的变化和粘性耗散。
热分析流体分析中通常还会求解流场中的温度分布情况。
如果流体性质不随温度而变，就可不解温度方程。
在共轭传热问题中，要在同时包含流体区域和非流体区域（即固体区域）的整个区域上求解温度方程。
在自然对流传热问题中，流体由于温度分布的不均匀性而导致流体密度分布的不均匀性，从而引起流体的流动，与强迫对流问题不同的是，自然对流通常都没有外部的流动源。
ansys流体分析FLOTRAN
一、FLOTRAN CFD 分析的概念 二、 FLOTRAN 分析的种类
1、层流分析 2、紊流分析 3、热分析 4、可压缩流分析 5、非牛顿流分析 6、多组份传输分析
2001年10月1日 2019/2/24
*ANSYS培训教程 – 版本 5.5 – XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)
2001年本 5.5 – XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)
Intro-16
非牛顿流分析
Objective
T-2. FLOTRAN 分析的种类
应力与应变率之间成线性关系的这种理论并不能足以解释很多流体 的流动，对于这种非牛顿流体，ANSYS程序提供了三中粘性模式 和一个用户自定义子程序。
2001年10月1日 2019/2/24
*ANSYS培训教程 – 版本 5.5 – XJTU MSSV By: Haich Gao (011001)
Intro-6
目录
第五章
Guidelines
FLOTRAN层流和湍流分析算例
一、问题描述 二、分析方法及假定 三、几何尺寸及流体性质 四、分析过程
第1步：进入ANSYS 第2步：设置分析选择 第3步：定义单元类型 第4步：生成分析区域的几何面 第5步：定义单元形状 第6步：划分有限元网格 第7步：生成并应用新的工具栏按钮 第8步：施加边界条件 第9步：求解层流
ANSYS程序中的FLOTRAN CFD分析功能是一个用于分析二维及三 维流体流动 场的先进的工具，使用 ANSYS 中用于 FLOTRAN CFD分析的FLUID 141和FLUID 142 单元，可解决如下问题： 作用于气动翼(叶)型上的升力和阻力 超音速喷管中的流场 弯管中流体的复杂的三维流动 同时，FLOTRAN还具有如下功能： 计算发动机排气系统中气体的压力及温度分布 研究管路系统中热的层化及分离 使用混合流研究来估计热冲击的可能性 用自然对流分析来估计电子封装芯片的热性能 对含有多种流体的(由固体隔开)热交换器进行研究
基于CFD的机械流体力学分析与优化研究
基于CFD的机械流体力学分析与优化研究随着科技的发展，CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体动力学）成为机械流体力学分析和优化研究的重要工具。
CFD基于数值模拟和计算方法，可以对各种工程流体问题进行模拟和分析，从而为工程设计和优化提供重要支持。
一、CFD的基本原理与应用范围CFD基于流体力学和数值计算理论，通过离散控制方程组来描述流体动力学问题，结合几何网格和边界条件，利用计算机进行数值求解。
CFD可以模拟流体的运动、传热和物质输运等现象，并给出相应的物理量分布，如速度、压力、温度等。
CFD可以应用于各个领域的机械流体力学分析与优化研究。
在航空航天领域，CFD可以模拟飞机的气动性能，优化机翼和机身的形状以减小阻力，提高飞行效率。
在能源领域，CFD可以模拟火力发电中的燃烧过程，优化炉膛结构和燃烧参数，提高燃烧效率和减少污染物排放。
在汽车工程领域，CFD可以模拟车辆的空气动力学性能，设计优化流线型车身和降低风阻，提高车辆的燃油经济性。
二、CFD在工程设计中的应用实例1. 精确预测空气动力学特性CFD可以帮助工程师预测并优化机械设备的空气动力学特性。
例如，在汽车设计中，CFD可以模拟车辆行驶时的气流情况，预测阻力和升力等参数，优化车身外形以降低风阻和提高操控稳定性。
2. 模拟湍流现象湍流是很多机械流体问题中的一种常见现象，如飞机起降时的气流湍动、燃烧室内的涡流等。
CFD可以模拟湍流现象，分析流体的湍流特性，并通过优化设计减小湍流的影响，提高工程设备的性能。
3. 分析热传导和流体传热CFD可以模拟流体的传热现象，分析热传导和流体传热效率。
例如，在核电站的换热器设计中，CFD可以模拟冷却剂在管道内的流动，优化管道结构和安装方式，提高换热效率和工作稳定性。
三、CFD的优势与挑战CFD作为一种计算工具，具有以下优势：首先，可以模拟复杂的流体流动现象，避免实验中的复杂操作和高成本。
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。
反应器设计中的流体动力学分析
反应器设计中的流体动力学分析在化学工程和相关领域中，反应器的设计是至关重要的环节。
而流体动力学分析在这一过程中扮演着举足轻重的角色，它对于确保反应器的高效运行、优化反应条件以及提高产品质量和产量都具有不可替代的作用。
要理解反应器设计中的流体动力学，首先得明确什么是流体动力学。
简单来说，流体动力学就是研究流体（包括液体和气体）在各种条件下的流动行为和规律的科学。
在反应器中，流体的流动特性会直接影响到反应物的混合、传热、传质等过程，从而对反应的速率、选择性和转化率产生深远的影响。
以常见的搅拌式反应器为例，流体在搅拌桨的作用下形成复杂的流动模式。
如果搅拌桨的设计不合理，就可能导致流体的流动不均匀，出现死区或者短路现象。
死区是指流体流动缓慢甚至几乎停滞的区域，在这些区域，反应物无法充分混合，反应效率低下；而短路则是指流体未经充分反应就快速流出反应器，同样会降低反应的转化率。
通过流体动力学分析，可以预测这些不良流动现象的出现位置和程度，并据此优化搅拌桨的形状、尺寸、转速等参数，以实现更均匀、更高效的流体混合。
另一种常见的反应器类型是管式反应器。
在管式反应器中，流体沿着管道流动，其流动状态通常可以分为层流和湍流。
层流时，流体的流动层次分明，速度分布呈抛物线形；而湍流时，流体的速度和压力等参数呈现出随机的脉动和混合。
在设计管式反应器时，需要根据反应的特点和要求来选择合适的流动状态。
例如，对于一些快速反应，通常希望流体处于湍流状态，以促进反应物的快速混合和传热。
流体动力学分析可以帮助确定达到所需流动状态所需的管径、管长、流速等条件，以及评估可能出现的压降和能量损失。
在进行流体动力学分析时，数学模型的建立是关键的一步。
常见的模型包括连续性方程、动量方程和能量方程等。
这些方程描述了流体的质量守恒、动量守恒和能量守恒原理。
然而，由于实际反应器中的流动情况非常复杂，这些基本方程往往需要进行简化和假设才能求解。
例如，对于低雷诺数的流动，可以忽略惯性力的影响；对于等温反应，可以不考虑能量方程。
计算流体动力学测试
计算流体动力学测试计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）是一种将流体力学基本方程数值化求解的方法，通过对流体流动进行模拟与分析，可以预测流体力学领域中的各种现象和性能。
这种方法广泛应用于工程和科学领域，为流体力学问题的研究和工程实践提供了强大的工具。
CFD测试是对计算流体动力学方法进行验证和验证的过程，通过与实验结果或解析解进行比较，评估CFD方法的准确性和可靠性。
本文将介绍CFD测试的一般步骤和应用。
一、CFD测试的一般步骤1. 确定几何模型：CFD测试的第一步是确定要研究的流动区域的几何模型。
这需要从实际问题中抽象出几何形状，并进行建模和网格化。
2. 建立数学模型：在确定几何模型之后，需要建立数学模型来描述流体力学现象。
这包括定义流体的性质、流体的基本方程以及边界条件。
3. 网格划分：CFD方法基于有限体积、有限差分或有限元等数值离散方法，需要将流动区域划分为离散的网格。
网格划分的质量和密度对计算结果的准确性和稳定性有重要影响。
4. 边界条件设定：在进行CFD模拟时，需要设定流动区域的边界条件，包括流速、压力、温度等。
合理的边界条件设定可以模拟真实流动情况，提高模拟结果的准确性。
5. 求解数学模型：通过数值方法对建立的数学模型进行求解，得到流场的数值解。
求解方法可以采用迭代法、矩阵求解方法等。
6. 结果分析与验证：对CFD求解结果进行分析和验证，与实验或解析解进行比较。
可以评估CFD方法的准确性和可靠性，并进行结果的后处理和可视化。
二、CFD测试的应用1. 空气动力学：CFD测试在航空航天领域的应用非常广泛。
可以对飞行器的气动特性进行模拟和研究，优化设计、提高飞行性能。
2. 流体工程：CFD测试在液体流动和管道流动等流体工程领域有着广泛的应用。
可以模拟复杂的流动现象，优化流体传输设备，提高效率和安全性。
3. 燃烧和传热：CFD测试对燃烧和传热现象的模拟和研究也有重要的应用。
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层流分析
T-2. FLOTRAN 分析的种类
Objective
层流中的速度场都是平滑而有序的，高粘性流体（如石油等）的低 速流动就通常是层流。
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紊流分析
T-2. FLOTRAN 分析的种类
Objective
紊流分析用于处理那些由于流速足够高和粘性足够低从而引起紊流 波动的流体流动情况，ANSYS中的二方程紊流模型可计及在平均 流动下的紊流速度波动的影响。 如果流体的密度在流动过程中保 持不变或者当流体压缩时只消耗很少的能量，该流体 就可认为是 不可压缩的，不可压缩流的温度方程将忽略流体动能的变化和粘 性耗散。
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第一章
FLOTRAN 计算流体动力 学(CFD)分析概述
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目标
Module Objective
在完成本章学习后，我们应该对流体动力学分析的基本概念 有所了解，并知道它的基本分类。
Lesson Objectives
第一讲、FLOTRAN CFD 分析的概念 第二讲、 FLOTRAN 分析的种类 第三讲、层流分析 第四讲、紊流分析 第五讲、热分析 第六讲、可压缩流分析 第七讲、非牛顿流分析 第八讲、多组份传输分析
六、 FLOTRAN分析过程中应处理的问题
七、对一个FLOTRAN分析进行评价
八、验证结果
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目录
Guidelines
第三章 FLOTRAN设置命令
一、FLOTRAN求解控制命令
二、FLOTRAN执行及输出控制命令 稳态控制参数设置
三、FLOTRAN执行及输出控制命令 瞬态控制参数设置
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ANSYS/FLOTRAN 流体动力学(CFD)分析
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目录
Guidelines
第一章 FLOTRAN 计算流体动力学(CFD)分析概述
一、FLOTRAN CFD 分析的概念 二、 FLOTRAN 分析的种类
1、层流分析 2、紊流分析 3、热分析 4、可压缩流分析 5、非牛顿流分析 6、多组份传输分析
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热分析
T-2. FLOTRAN 分析的种类
四、分析过程
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第10步：观察层流分析的结果 第11步：确定流体粘性如何影响流场特性 第12步：进行湍流分析 第13步：对新的出口区划分网格 第14步：施加湍流分析的载荷 第15步：改变FLOTRAN分析选项和流体性 第16步：进行求解 第17步：将流体速度结果以向量图和路径图的方式进行显示 第18步：绘制压力等值线图
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一、FLOTRAN CFD 分析的概念
T-1. FLOTRAN CFD 分析的概念
Objective
ANSYS程序中的FLOTRAN CFD分析功能是一个用于分析二维及三 维流体流动 场的先进的工具，使用ANSYS中用于FLOTRAN CFD分析的FLUID 141和FLUID 142 单元，可解决如下问题：
三、几何尺寸及流体性质
四、分析过程
第1步：进入ANSYS
第2步：设置分析选择
第3步：定义单元类型
第4步：生成分析区域的几何面 第5步：定义单元形状
第6步：划分有限元网格
第7步：生成并应用新的工具栏按钮
第8步：施加边界条件
第9步：求解层流
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Intro-7
目录
第五章 FLOTRAN层流和湍流分析算例（续）
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二、FLOTRAN 分析的种类
T-2. FLOTRAN 分析的种类
Objective
FLOTRAN可执行如下分析： · 层流或紊流 · 传热或绝热 · 可压缩或不可压缩 · 牛顿流或非牛顿流 · 多组份传输 这些分析类型并不相互排斥，例如，一个层流分析可以是传热的或
者是绝热的，一个紊流分析可以是可压缩的或者是不可压缩的。
十二、设置有助于FLOPTagRe A4 N求解稳定的参RAN设置命令（续）
Guidelines
十三、设定FLOTRAN自由度松弛系数 十四、设定FLOTRAN流体性质松弛因子
十五、设置FLOTRAN分析的自由度限值
十六、选择FLOTRAN各自由度相应的求解器
十七、对FLOTRAN各求解器的控制
四、FLOTRAN输出及保存文件控制
五、FLOTRAN输出收敛监测量的控制
六、FLOTRAN流体类型及其特性的可变性控制
七、FLOTRAN流体性质参数设定
八、FLOTRAN分析的坐标系统的指定
九、FLOTRAN分析参考条件的设置
十、指定FLOTRAN分析的旋转坐标系统
十一、指定FLOTRAN分析的重力加速度
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目录
第二章 FLOTRAN分析基础
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一、FLOTRAN单元的特点
1、FLUID141单元 2、FLUID142单元 3、FLUID单元的其他特征
二、使用FLOTRAN单元的一些限制及注意事项
三、 FLOTRAN分析的主要步骤
四、 FLOTRAN分析中产生的一些文件
五、提高收敛性和稳定性的常用的工具
十八、设置FLOTRAN湍流模型的一些常数
十九、重新设定FLOTRAN各分析参数的值
二十、控制FLOTRAN面积积分的阶次
二十一、FLOTRAN多组份疏运分析的设置及控制
二十二、定义FLOTRAN的重启动（续算）控制
二十三、设置并执行一个零迭代FLOTRAN分析
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目录
第四章 FLOTRAN边界条件
· 作用于气动翼(叶)型上的升力和阻力
· 超音速喷管中的流场
· 弯管中流体的复杂的三维流动
同时，FLOTRAN还具有如下功能：
· 计算发动机排气系统中气体的压力及温度分布
· 研究管路系统中热的层化及分离
· 使用混合流研究来估计热冲击的可能性
· 用自然对流分析来估计电子封装芯片的热性能
· 对含有多种流体的(由固体P隔age开11)热交换器进行研究
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一、边界条件的类型 二、进口/出口边界条件
三、对称边界条件
四、固定壁面
五、移动壁面
六、内流
七、外流
八、周期边界
九、热边界条件
十、边界条件总结
十一、边界条件的菜单形式
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目录
第五章 FLOTRAN层流和湍流分析算例
Guidelines
一、问题描述
二、分析方法及假定