CFD
第1课时 CFD基础教程
第一课时
1 什么是CFD？
CFD：即计算流体力学（Computational Fluid Dynamics），是近代流 体力学，数值计算和计算机等结合产物。它以计算机为工具，应用各 种离散化的数学方法，对流体力学的各类问题进行数值实验、计算机 模拟和分析研究，以解决各种实际问题。
后处理
Tecplot、Origin、CFD-Post、ParaView、OpenDX…用
（3）海洋工程
2 CFD应用
（4）汽车工业
2 CFD应用
（4）能源工程
2 CFD应用
（5）化学工程
2 CFD应用
（5）生物工程
3 为什么需要CFD？
CFD优势： （1）不需要实验模型、风洞、仪器仪表等，周期短，可节省 大量成本， （2）计算结果丰富，可提供详细流场结构。 （3）可模拟难以进行实验的流动问题：超音速、高温高压 （4）能实现虚拟设计与制造
CFD可以做什么？ （1）复杂复杂流动问题：泵、风机、阀门等 （2）化学组分混合、燃烧、反应过程：反应器、燃烧器、锅炉 （3）传热、传质、相变过程：换热器、省煤器、过滤器、热水器 （4）多相流动问题：气液、气固、气液固、油气水 （5）流固耦合：应力分析
2 CFD应用
（1）航空航天
2 CFD应用
4 CFD发展
5 CFD模拟概述
6 CFD常用软件
前处理
CAD、Pro-E、SolidWorks、ICEM、Gambit、Delaundo、 Engrid、GMSH、gridgen、IA-FEMesh……
仿真计算
CFX、Fluent、CFX、Openfoam、COMSOL Multiphysics、FloEFD、PHOENICS、STAR-CD、STARCCM+、Polyflow、 Icepak、CFX-TASCflow……
cfd是什么意思
cfd是什么意思
CFD有四种意思。
1、是Contracts for Difference 的缩写，意思是差价合约。
差价合约可以反映股票或指数的价格变化并提供价格变动所带来的盈利或亏损，而无须实际拥有股票或指数期货。
差价合约CFD是用保证金交易的，同股票实物交易一样，盈利或亏损是由您的买入和卖出价格决定的，差价合约CFD相对传统股票实物交易具有很多优势。
2、是Computational Fluid Dynamics的缩写，即计算流体动力学。
计算流体动力学,是流体力学的一个分支，简称CFD。
CFD是近代流体力学，数值数学和计算机科学结合的产物，是一门具有强大生命力的交叉科学。
它以电子计算机为工具，应用各种离散化的数学方法，对流体力学的各类问题进行数值实验、计算机模拟和分析研究，以解决各种实际问题。
3、是China Floorball Development 的缩写，意思是中国旱地冰球发展中心。
旱地冰球中心于2013年成立，随后将旱地冰球项目推进到全国近80所高校、100多所中小学、社会俱乐部超过100家，培训旱地冰球教练员600多名，每年组织全国性质比赛超过5场。
并且在2016年4月成立上海市旱地冰球协会。
4、是Central Food Depot的缩写，意思是中央大厨房。
中央大厨房是集中式的食品补给中心，业态为实行“6-12”营业时间的熟食便利店。
“中央大厨房”工业园是在武汉市汉口精武食品工业园基础上建设的武汉市城市流通空间里的农副产品加工和物流配送基地。
计算流体力学(cfd)发展简述
计算流体力学(cfd)发展简述1 发展历程计算流体力学(CFD)是指利用计算机来模拟流体的运动以及流体和固体之间相互作用的一种数值分析方法。
CFD的发展始于20世纪50年代，随着计算机技术的发展，CFD得到了快速的发展。
2 发展阶段CFD的发展可以分为以下几个阶段：2.1 基础阶段基础阶段主要是1960年代，当时计算机刚刚起步，计算能力很弱，CFD的应用范围十分有限。
研究重点主要是二维流动、气体动力学和边界层理论。
2.2 成长阶段成长阶段是1970年代到1980年代，这一时期计算机性能提高很快，CFD的应用范围逐渐扩大，开始涉及三维流动和非定常流动。
研究重点主要是湍流模拟和自适应网格技术。
2.3 成熟阶段成熟阶段是1990年代到今天，这一时期计算机硬件和软件技术不断发展，CFD的应用范围更加广泛，涉及多物理场耦合、多相流、化学反应等新领域。
研究重点主要是基于高性能计算和云计算的CFD技术研发。
3 技术进展CFD的进展主要体现在以下几个方面：3.1 模拟精度提高随着计算能力的提高和数值算法的改进，CFD模拟精度不断提高。
现在CFD能够预测流场的细节特征，如湍流结构、尾迹等。
3.2 多物理场耦合现代CFD技术已经可以模拟多物理场问题，如流动和传热、流动和组分分离、流动和化学反应等。
这使得CFD能够解决更多的实际工程问题。
3.3 多相流模拟多相流是指由两个或两个以上物质组成的流体，如气固、气液、液固等。
CFD技术已经可以模拟多种多相流，如液滴的运动、气固两相流的流动特性等。
3.4 并行计算随着计算机硬件和软件技术的不断发展，CFD已经可以实现大规模并行计算，大大提高了计算效率和模拟精度。
4 应用领域CFD已经成为现代工程设计的必备工具之一，主要应用于以下几个领域：4.1 航空航天工程CFD技术已经成为航空航天工程的重要设计工具，可以用于飞行器外形优化、发动机设计、气动加热等。
4.2 汽车工程CFD技术在汽车工程中的应用十分广泛，可以用于车身外观优化、发动机设计、制动系统设计等。
cfd方法
cfd方法CFD方法。
CFD（Computational Fluid Dynamics）方法是一种利用计算机对流体流动进行数值模拟和分析的方法。
它可以模拟和预测流体在各种复杂条件下的运动规律，广泛应用于航空航天、汽车工程、能源领域、环境工程等各个领域。
本文将介绍CFD方法的基本原理、应用领域以及发展趋势。
CFD方法的基本原理是基于流体力学和数值计算方法，通过对流体运动的基本方程进行离散化和数值求解，得到流场的数值解。
在CFD模拟中，流体被划分为无数个小单元，通过对每个单元的运动状态进行计算，最终得到整个流场的运动规律。
通过CFD方法，可以模拟出流体的速度场、压力场、温度场等重要参数，为工程设计和优化提供重要参考。
CFD方法在航空航天领域有着广泛的应用。
在飞机设计中，通过CFD方法可以模拟飞机的气动性能，优化机翼、机身等部件的设计，提高飞行效率和安全性。
在火箭发动机设计中，CFD方法可以模拟燃烧室内的流动情况，优化燃烧过程，提高发动机的推进效率。
同时，CFD方法也可以模拟飞行器在大气层内的飞行过程，为飞行器的控制和稳定提供重要参考。
汽车工程是CFD方法的另一个重要应用领域。
通过CFD方法，可以模拟汽车在高速行驶时的空气动力学特性，优化车身外形和气动套件设计，降低空气阻力，提高燃油经济性。
此外，CFD方法还可以模拟汽车发动机内部的燃烧过程和冷却系统的热管理，为发动机的性能和可靠性提供支持。
能源领域也是CFD方法的重要应用领域之一。
通过CFD方法，可以模拟火电厂和核电厂的燃烧过程和热力循环过程，优化锅炉和汽轮机的设计，提高能源转化效率。
同时，CFD方法还可以模拟风力发电机的叶片气动特性，优化叶片设计，提高风能利用率。
环境工程是CFD方法的另一个重要应用领域。
通过CFD方法，可以模拟大气和水体的流动、传热和污染扩散过程，为环境污染防治和环境风险评估提供重要支持。
此外，CFD方法还可以模拟城市建筑和交通系统的热环境和空气质量，为城市规划和设计提供科学依据。
计算流体力学CFD的基本方法与应用
计算流体力学CFD的基本方法与应用
一、基本介绍
流体力学计算（CFD）是使用数值模拟技术来研究物理流体（如气体
和液体）运动性质的一类技术。
它可以用于研究物理流体的流动，以及流
体的热物性和压力分布。
CFD让工程师更容易地更好地研究流体运动，以
解决实际问题。
CFD利用数学模型可以模拟各种流体及其粒子在特定条件下的运动。
它包括很多步骤，从流体参数的定义到解算器的实现以及结果的分析和可
视化，这可以帮助工程师更清楚地研究和控制流体的性质。
CFD的基本方法主要包括：建立数学模型，采用合适的差分技术以及
计算策略，构建计算带等技术。
其中最重要的是建立数学模型，数学模型
可以帮助工程师精确表示实际问题，从而得到准确的解决方案。
二、应用
CFD在工业工程与科学研究中有广泛应用，其应用领域包括飞行技术、机械设计、环境工程、交通流量分析、水资源开发、仿真与虚拟技术等。
(1)适航性设计
CFD技术可用于飞机的性能计算和适航性设计，可以准确地迅速预测
飞机的性能参数，如噪声、燃油消耗和航空安全等。
(2)机械设计
CFD在机械工程中可以用于研究机械系统的流体性能，还可以用于优
化设计。
cfd技术的指标参数
cfd技术的指标参数摘要：一、CFD 技术简介1.CFD 的定义2.CFD 技术的发展历程3.CFD 技术在工程领域中的应用二、CFD 技术的主要指标参数1.空间分辨率2.时间分辨率3.数值稳定性4.计算效率三、空间分辨率在CFD 技术中的作用1.空间分辨率对模拟结果的影响2.空间分辨率的选择原则四、时间分辨率在CFD 技术中的作用1.时间分辨率对模拟结果的影响2.时间分辨率的选择原则五、数值稳定性在CFD 技术中的作用1.数值稳定性对模拟结果的影响2.提高数值稳定性的方法六、计算效率在CFD 技术中的作用1.计算效率对模拟结果的影响2.提高计算效率的方法七、总结1.CFD 技术指标参数的重要性2.合理选择CFD 技术指标参数的方法正文：随着科学技术的发展，计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）技术在工程领域中的应用越来越广泛。
CFD 技术是一种通过计算机模拟流体流动、传热和化学反应等过程的方法，可以为企业节省大量的研究时间和成本。
为了更好地应用CFD 技术，了解其主要指标参数是非常重要的。
本文将对CFD 技术的主要指标参数进行详细介绍。
首先，我们需要了解CFD 技术的定义。
CFD 是一种基于数值分析的方法，通过求解流体流动的Navier-Stokes 方程和能量传递的能量方程，模拟流体在多维空间内的运动和变化。
空间分辨率、时间分辨率、数值稳定性和计算效率是评价CFD 技术性能的四个主要指标参数。
空间分辨率是指CFD 模型在空间上的离散程度。
较高的空间分辨率可以提高模拟结果的精度，但同时也会增加计算时间和内存需求。
因此，在选择空间分辨率时，需要根据实际问题和计算机硬件条件来权衡。
时间分辨率是指CFD 模型在时间上的离散程度。
合理的时间分辨率可以保证模拟结果的准确性，避免数值振荡和混沌现象。
选择时间分辨率时，需要考虑模拟问题的动态特性和计算机计算能力。
cfd数值计算方法
cfd数值计算方法一、CFD数值计算方法的基础概念1.1 CFD是啥呢CFD啊，就是计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics）的简称。
这可是个相当厉害的玩意儿，就像是给流体的运动拍了个超级详细的X光片。
它通过数值计算的方法，来模拟流体的流动、传热传质等各种物理现象。
这就好比你想知道风在城市里是怎么吹的，CFD就能给你模拟出来，让你看得一清二楚。
1.2 为啥要用数值计算方法你看啊，在现实中，有些流体的情况特别复杂，就像一团乱麻。
要想通过实验来完全搞清楚，那得花费大量的时间、金钱和精力，简直就是大海捞针。
但是数值计算方法就不一样了，它像是一把神奇的钥匙，可以打开理解这些复杂流体现象的大门。
通过建立数学模型，然后在计算机上进行计算，就能够得到我们想要的结果。
这就叫“磨刀不误砍柴工”，虽然前期建模有点麻烦，但是一旦模型建好了，那就一劳永逸了。
二、CFD数值计算方法的常用算法2.1 有限差分法这个有限差分法啊，就像是把一块大蛋糕切成一小块一小块的。
它把求解区域划分成网格，然后用差分方程来近似替代偏微分方程。
这就好比把复杂的数学问题分解成一个个小问题，然后各个击破。
这种方法简单直接，就像“直来直去”的愣头青，但是在处理一些规则几何形状和简单边界条件的问题时，那可是相当管用的。
2.2 有限元法有限元法就有点像搭积木。
它把整个求解区域划分成很多个小的单元，每个单元就像一块小积木。
然后通过在这些单元上建立插值函数，把整个问题转化为求解一个大型的线性方程组。
这方法可灵活了，就像个“百变星君”，不管是多么复杂的几何形状和边界条件，它都能应对自如。
不过呢，它的计算量可不小，就像背着重重的壳的蜗牛，走得有点慢。
2.3 有限体积法有限体积法啊，有点像把东西放在一个个小盒子里计算。
它以控制体积为单位，将守恒型的控制方程离散。
这种方法在物理意义上很明确，就像一个做事条理清晰的人。
它能很好地保证物理量的守恒性，这在流体计算中可是非常重要的一点。
金融cfd什么意思？有哪些投资优势？
金融cfd什么意思？有哪些投资优势？金融衍生品是原生性金融工具派生出来的金融工具，在形式上表现为一系列的合约，这些合约中载明了交易品种、价格、数量、交割时间及地点等要素，它的价值取决于一种或多种基础资产或指数，而cfd就是市场上其中一种比较常见的金融衍生工具。
金融cfd 什么意思？其中文名又叫做差价合约，在交易规则方面具有鲜明的特色。
一、cfd的定义金融cfd什么意思？差价合约是一种基于标的资产价格差异的金融衍生工具，它允许投资者与交易方以商品的差价交换进行投机或对冲交易，而无需实际拥有或交易该商品，通过预测标的资产，比如股票、指数、外汇、商品、贵金属等产品的未来价格走势，买入或卖出差价合约来获取交易利润。
当差价合约规定到期时，卖方会以现金形式向买方支付合约价与结算价之间的差额，如果差额为正，那么卖方需要向买方支付，相反差额为负，则是买方向卖方支付。
二、cfd的优势除了无需真正持有标的资产以外，cfd其实还具有其他方面的优势，所以我们初步知道金融cfd什么意思之后，接下来得详细了解它的特色和优势，这样也有助于投资者判断是否值得挑选。
cfd差价合约的标誌性特色无疑是利用了杠杆效应，大家只需支付合约价值的一小部分作为保证金，就可以控制更大价值的交易头寸，这和现货黄金的以小放大原理类似，但由于同时会增加潜在的风险，因此需要搭配0滑点限价平台做好风控保护。
此外，cfd通常都双向交易，意味着既可做多也能做空。
金融cfd什么意思？差价合约是一种灵活性高且收益机会充足的金融衍生品，其杠杆效应对于投资者来说具有极大的吸引力，不过考虑到这是一把双刃剑，所以大家要谨慎考虑是否符合自身的交易风格，而且一定要先找到正规优质的交易平台，比如投资现货黄金，我们往往会建议选择像大田环球这种资质经验超过十年以上的老牌金企。
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。
流体力学的数值模拟计算流体力学(CFD)的基础和局限性
流体力学的数值模拟计算流体力学（CFD）的基础和局限性流体力学（Fluid Mechanics）是研究流体（包括气体和液体）运动和力学性质的学科。
数值模拟计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）是利用计算机和数值计算方法对流体力学问题进行模拟和求解的一种方法。
CFD已经成为研究流体力学问题、设计和优化工程流体系统的重要工具。
本文将探讨CFD的基础原理和其在实践中的局限性。
一、CFD的基础原理1. 连续性方程和Navier-Stokes方程CFD的基础原理建立在连续性方程和Navier-Stokes方程的基础上。
连续性方程描述了流体的质量守恒，即流入和流出某一区域的质量流量必须相等。
Navier-Stokes方程则描述了流体的运动和力学性质。
它包含了质量守恒、动量守恒和能量守恒三个方程。
2. 网格划分在进行CFD计算之前，需要将流体区域划分为离散的小单元，即网格。
网格的形状和大小对数值模拟的精度和计算量有着重要的影响。
常见的网格划分方法包括结构化网格和非结构化网格。
3. 控制方程的离散化将连续性方程和Navier-Stokes方程进行离散化处理，将其转化为代数方程组，是CFD模拟的关键步骤。
常用的离散化方法包括有限差分法、有限元法和有限体积法等。
4. 数值求解方法求解离散化后的方程组是CFD计算的核心内容。
数值求解方法可以分为显式方法和隐式方法。
显式方法将未知变量推导到当前时间级，然后通过已知的变量进行计算，计算速度快但对时间步长有限制；隐式方法则将未知变量推导到下一个时间级，需要迭代求解，计算速度较慢但更稳定。
二、CFD的局限性1. 网格依赖性CFD模拟的结果在很大程度上受到网格划分的影响。
过大或过小的网格单元都会导致计算结果的不准确性。
此外，网格的形状对流场的模拟结果也有很大的影响。
如果网格不够细致，细小的涡旋等流动细节可能无法被捕捉到。
2. 数值扩散和耗散数值模拟中的离散化和近似计算会引入数值扩散和耗散。
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。
cfd计算流体力学
cfd计算流体力学CFD计算流体力学————————计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）是一门研究和分析流体运动特性的计算方法。
它利用数学模型和计算机技术来模拟流体运动的物理过程，以获取流体运动的温度、压力、流速和其他变量的解决方案。
CFD技术在航空、航天、电力、水处理、食品加工、冶金、石油化工、医学、化学和机械制造等领域有广泛应用。
## 什么是CFDCFD是一个复杂的计算技术，它可以帮助我们理解流体运动的物理原理，以及它们在一定环境中的行为。
它是通过建立数学模型，利用计算机技术，根据流体的物理运动原理，对其运动过程进行模拟，以获得其运动特性及其影响的变量。
## CFD的工作原理CFD的工作原理是利用数学方法和计算机技术，对流体在某一特定时间内的行为进行数学模拟。
CFD根据流体的物理运动原理，建立数学模型，通过计算机程序对其运动过程进行模拟，以获得其运动特性及其影响的变量。
CFD的工作方式一般分为三个步骤：1. 首先，需要对流体流动的物理场进行划分，将其分成一些小部分，即将流体场分割成一些小的方格子，称为“单元格”。
2. 然后，根据流体物理学原理，建立数学模型，对各个单元格的变量进行计算，得出不同时间步骤的变量数值。
3. 最后，将各个单元格的变量数值合成一个整体，并通过图形可视化来显示出来，从而得出整个流体场的行为特征。
## CFD的应用CFD在航空、航天、电力、水处理、食品加工、冶金、石油化工、医学、化学和机械制造等领域有广泛应用。
例如：- 航空航天领域：可以用CFD来预测飞行器的性能，如飞行速度、飞行高度、飞行载荷等；- 电力领域：可以用CFD来优化发电厂的效率；- 水处理领域：可以用CFD来优化水处理厂的设计布局；- 食品加工领域：可以用CFD来优化食品加工厂的流程设计和布局；- 冶金领域：可以用CFD来优化冶金厂的冶炼工艺；- 其他工业领域也有广泛应用。
CFD分析理论及应用技术
CFD分析理论及应用技术
CFD是一种数值分析技术，用于模拟介质（如空气、水流、油滴等）的流动状态。
它由流体力学和数值方法联合构成，利用计算机对流体运动的物理过程进行数值分析处理，以获得飞行器、汽车、电力系统、甲板和船舱等流体流动问题的解决方案。
CFD技术可以更加精确地分析复杂的流动现象，具有计算速度快、成本低、结果准确等优点。
它可以应用于多个领域，例如航空航天、环境处理、流体机械、气动学、液力学、抗振动等，为计算机辅助设计(CAD)的结果提供技术支持。
二、CFD理论
1.基本流体力学理论
CFD需要应用流体力学的基本理论，包括流体力学的基本方程，如控制方程、热传递方程、湿度传递方程等。
基本方程的求解需要分析流体的压力、速度分布、对流换热等过程，以获得正确的结果。
2.数值方法
CFD依赖于数值方法，如有限体积方法和有限元方法等，该方法把复杂的流体流动问题，抽象为离散的数值方程，通过计算机计算、迭代、求解得出流体运动的特性。
三、CFD应用
1.航空航天
CFD技术在航空航天方面有着重要的应用，例如利用CFD研究翼型的形状及特性，求解气动力的传导和发生。
CFD在汽车空调行业的应用
律以及热力学第二定律等等；
X1
X1+X2=5
5kg/s
14 23
32
X2
质量守恒方程
41 05 50
动量守恒方程
•6
理论简介
• 压力与速度的关联 ?
u
y
流动以及结构特征
粘性系数，流体属性
• 传热机理：对流换热, 导热和辐射
qCONDUCTION
k
T x
导热系数 对流换热系数
qCONVECTION h(T Ts )
•2
0
空调CFD应用：HVAC内部流动及传热分析
HVAC内部流动及传热分析：
求解HVAC及风道内的质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程；求解指定风量下， HVAC不同模式的内部流动，判断HVAC内部流动是否合理；
HVAC内部流动及传热分析需要的输入条件：
数模： HVAC数模（包括风机、暖风芯体、蒸发器、风门状态），除霜风道； 边界条件：各个模式下的风量、风机转速、蒸发器、暖风芯的风阻曲线、空气过滤器的风 阻曲线； 传热分析： 蒸发器的制冷量、暖风芯体的发热量；
PA 湍流所产生的声功率的大小； : 湍流耗散强度；k :湍流强度；
=0.1； 0 =1.225kg/m3;
0 =340m/s;
Fluent中把宽频噪声的声功率以分贝（dB)的形式表达出来，公式如下：
P 其中： ref =10-12W/m3 是指基准声功率值；
宽频噪声和测点噪声的区别： 1）、宽频噪声是对声源声功率级大小的计算，而测点噪声是对测点位置升压级大小的计算； 2）、声功率级指的是声源本身发声的能力，声压级一般指介质中某点的声能分布情况； 3）、对于一定的声源，其声功率是不变的，而声压级都是随着测点位置的不同而变化的；
CFD基础
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 Δ，其中质量m Δ，则该点密度需要用极限方式表示，即0lim V m VρΔ→Δ=Δ (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Fluent 高级应用与实例分析2 d /d /d d V V k p pρρ=−= (1-3) 式中：p 为外部压强。
CFD简介
CFD是Computational Fluid Dynamics（计算流体力学）的简称。
简言之，就是应用计算流体力学理论与方法，利用具有超强数值运算能力的电脑，编制计算机运行程序，数值求解满足不同种类流体的运动及传热传质规律的三大守恒定律及附加的各种模型方程所组成的非线性偏微分方程组，得到确定边界条件下的数值解。
求解的数值方法有有限差分、有限体积、有限单元、有限分析、边界元、谱方法、摄动法、格子气法等。
在航空航天、土木水利、地下渗流、机械动力、能源环保、海洋、石油、化工、空调、交通、电子、生物、气象等几乎所有领域都发挥着越来越重要的作用。
其主要特点是经济性、时效性和可靠性，用较少的费用在较短的时间可以获得大量有价值的研究结果，对耗资大、周期长、难度高的实验研究来说，CFD的优点更为突出。
因此，将CFD与工程研究相结合，不仅有助于工程设计的改进，而且能减少实验的工作量．可以说，CFD是一种有效和经济的研究手段。
CFD的目标就是如何高效和高精度地数值求解各种边界条件下的流体（包括气体、液体、多相流体）动力学、热力学方程，得到所关心问题的流体的流动、物质的输运、迁移与扩散、热量和辐射的传递、多相流体的变化、材料的相变、化学反应等基本规律和特征。
显然，它受到计算机硬件、数值计算理论和方法等多方面的制约，目前还远没有达到所期望的要求。
不过，总的来说已取得了长足的进步。
CFD的真正发展也就半个多世纪，虽然在20世纪初就开始提出并建立有关流体动力学基本方程和数值求解的数学方法和理论，但随着计算机本身的发展，到20世纪60年代后期才开始有实际意义的发展。
到今天，各种优秀的数值计算方法，如MacCormack、Beam-Warming、Lax-Wendroff、Godunov、TVD、NND、ENO等成为计算空气动力学领域的主导方法，SIMPLE、SIMPER、SIMPLEC等算法成为不可压缩流的流动与传热问题的基本算法。
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瞬态计算定义
cfd瞬态计算定义CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体力学）瞬态计算是一种用于模拟流体流动过程中时间变化的数值计算方法。
它通过离散化流体流动方程，利用数值方法求解这些方程，从而得到流体在不同时间点上的状态和特性。
瞬态计算在许多领域中都有广泛的应用。
例如，在航空航天工程中，瞬态计算可以用于模拟飞机在起飞、着陆和飞行过程中的气动特性，以评估飞机的性能和稳定性。
在汽车工程中，瞬态计算可以用于模拟车辆在高速行驶、刹车和转弯等情况下的空气动力学特性，以改善车辆的操控性和燃油经济性。
瞬态计算的基本原理是将流体流动方程离散化为有限体积或有限元的形式，并利用数值方法求解这些离散化方程。
在每个时间步长上，通过迭代计算，可以得到流体在下一个时间点上的状态。
这样，就可以模拟出流体在整个时间范围内的变化过程。
瞬态计算的关键是选择合适的数值方法和网格划分。
数值方法的选择应考虑到计算精度和计算效率的平衡。
常用的数值方法包括有限体积法、有限元法和谱方法等。
网格划分的选择应考虑到流动特性的变化和计算资源的限制。
通常情况下，流动特性变化较大的区域需要更加精细的网格划分，而流动特性变化较小的区域可以使用较粗的网格划分。
瞬态计算的结果可以提供流体流动过程中的详细信息，如速度、压力、温度等。
这些信息对于设计和优化流体系统非常重要。
例如，在飞机设计中，瞬态计算可以帮助工程师评估不同机翼形状对飞机性能的影响，从而选择最佳的机翼设计。
在汽车设计中，瞬态计算可以帮助工程师评估不同车身外形对车辆空气阻力的影响，从而改善车辆的燃油经济性。
CFD瞬态计算是一种重要的数值模拟方法，可以用于模拟流体流动过程中时间变化的特性。
它在航空航天、汽车工程等领域中有广泛的应用，可以帮助工程师评估和优化流体系统的性能。
通过选择合适的数值方法和网格划分，瞬态计算可以提供准确可靠的结果，为工程设计和优化提供有力支持。
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•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。
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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。
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五CFD的方法
• 现代科学研究的三大基本方法及其关系
流体力学 研究方法 数值模拟
动力 条件
实验研究
理论分析
计算流体力学
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计算机技术 飞速发展
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（1）理论分析（Analytical）：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。但它往往要求对计算对象进行抽象和 简化，才有可能得出理论解。对于非线性情况，只有少数 流动才能给出解析结果。
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（ 2 ）实验研究（ Experimental ）：结果真实可信，它是 理论分析和数值计算方法的基础。然而，实验往往受到 模型尺寸、流场扰动、人身安全和测量精度的限制，有 时可能很难通过试验方法得到结果。此外，实验还会遇 到经费投入、人力和物力的巨大耗费及周期长等许多困 难。 （3）数值模拟（Numerical）：恰好克服了前面两种方法 的缺点，在计算机上实现一个特定的计算，就好像在计 算机上做一次物理实验。
CFD控制方程
• 能量守恒方程(energy conservation equation)：微元体中能 量的增加率等于进入微元体的净热流量加上体力与面力对微 元体所做的功。
k ( T ) div( uT ) div grad T S T c t p
CFD控制方程
• 组分质量守恒方程(species mass-conservation equations) ：系统内某种化学组分质量对时间的变化率，等于通过系统界 面净扩散流量与通过化学反应产生的该组分的生产率之和。
( c s ) div( ucx ) div( Ds grad( c s )) S s t
三、CFD的起源
作为流体力学的一个分支产生于第二次世界大战前后，在20 世纪60年代 左右逐渐形成了一门独立的学科。总的来说随着计算机技术及数值计算方法的
发展，我们可以将其划分为三个阶段：
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• 第一，初始阶段（1965～1974）
这期间的主要研究内容是解决计算流体力学中的一些基本的理论问题，如 模型方程（湍流、流变、传热、辐射、气体－颗粒作用、化学反应、燃烧 等）、数值方法（差分格式、代数方程求解等）、网格划分、程序编写与实 现等，并就数值结果与大量传统的流体力学实验结果及精确解进行比较，以 确定数值预测方法的可靠性、精确性及影响规律。 同时为了解决工程上具有复杂几何区域内的流动问题，人们开始研究网格 的变换问题，如Thompson, Thams和Mastin提出了采用微分方程来根据流 动区域的形状生成适合坐标体系，从而使计算流体力学对不规则的几何流动 区域有了较强的适应性，逐渐在CFD中形成了专门的研究领域：“网格形成技 术 ”。
CFD控制方程
• 质量守恒方程：单位时间内流体微元体中质量的增加，等 于同一时间间隔内流入该微元体的净质量。
( u ) ( v) ( ) 0 t x y z
CFD控制方程
• 动量守恒方程：微元体中流体的动量对时间的变化率等于外 界作用在该微元体上的的各种力之和。
计算流体动力学
CFD
一、CFD基本概念
★计算流体力学（Computation Fluid Dynamics ，简称CFD）就是在电子计算机上数值求解流体与气体 动力学基本方程的学科，通过计算机数值计算和图像显 示，对包含有流体力学流动和热传导等到相关物理现象 的系统所做的分析。
★控制方程：质量守恒方程、动量守恒方程、能量 守恒方程、组分质量守恒方程
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六、CFD的应用
CFD可以应用于：
( u ) p xx yx zx div( uu) Fx t x x y z ( v) p xy yy zy div( vu) Fy t y x y z ( ) p xz yz zz div( u ) Fz t z x y z
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•第三，快速发展阶段（1984至今）
CFD在工程设计的应用以及应用效果的研究取得了丰硕的成果，在学术界 得到了充分的认可。 同时 Spalding 领导的 CHAM 公司在发达国家的工业界进行了大量的推广 工作， 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，然而，工业界并没有表现出太多的热情。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，在该报告中，他将工程中常见的流动、传热、化学反应等过程分为十 大类问题，并指出CFD 都有能力加以解决，分析了工业界不感兴趣，是因为 软件的通用性能不好，使用困难。如何在 CFD的基础研究与工程开发设计研 究之间建立一个桥梁?如何将研究结果为高级工程设计技术人员所掌握，并最 大限度地应用于工程咨询、工程开发与设计研究?这正是本时期应用基础研究 所追求的目标。此后，随着计算机图形学、计算机微机技术的快速进步， CFD 的前后处理软件得到了迅速发展，如 GRAPHER ， GRAPHER TOOL ， ICEM－CFD等等。
二、CFD软件介绍
序号 软件名称 FLUENT 简介 功能和应用领域
通用软件
ABAQUS
CFX
LS-DYNA
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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 航空航天、燃料电池、生物医药、钢 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 铁冶金、船舶、电子电气、汽车、机 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 械、化工、电力、环境、石油、建筑、 问题。主要的软件模块有： Icepak专用的热控分析CFD软件；Airpak专用的供暖通风和 空调玻璃、搅拌 空气调节软件；Mixsim是面向搅拌装置设计的专业流体分析软件；Blade Modeler是涡轮 机械叶片设计软件；CoolSim是虚拟数据中心制冷审核服务软件。 ABAQUS 等是一套功能强大的工程模拟的有限元软件，其解决问题的范围从相对简单 橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋 的线性分析到许多复杂的非线性问题。 ABAQUS 包括一个丰富的、可模拟任意几何形 混凝土、可压缩超弹性泡沫材料及土 状的单元库。并拥有各种类型的材料库，可以模拟典型工程材料的性能。作为通用的模 壤和岩石问题、热传导、质量扩散、 拟工具， ABAQUS 除了能解决大量结构问题，还可以模拟其他工程领域的许多问题。 热电耦合分析、声学分析、岩土力学 ABAQUS 有两个主求解器模块 - ABAQUS/Standard和 ABAQUS/Explicit 。ABAQUS 还包 分析、压电解质分析、航空、汽车、 含一个全面支持求解器的图形界面 ，即人机交互前后处理模块 - ABAQUS/CAE 。 船舶、土木、电子、材料成型加工、 ABAQUS对某些特殊问题还提供了专用模块加以解决。ABAQUS/Standard是各种线性和 石化 非线性工程模拟能够有效、精确、可靠地实现。ABAQUS/Explicit（显示积分）为模拟 广泛的动力学问题和准静态问题提供精确、强大和高效的有限元求解技术。 ABAQUS/CAE能够快速有效的创建、编辑、监控、诊断和后处理先进的ABAQUS分析， 将建模、分析、工作管理以及结果显示于一个一致的、使用方便的环境中。 CFX是通用计算流体力学分析软件。CFX是全球第一个在复杂几何、网格、求解这三个 航空航天、旋转机械、能源、石油化 CFD传统瓶径问题上均获得重大突破的商业CFD软件。借助于其独一无二的技术特点， 工、机械制造、汽车、生物技术、水 领导着新一代高性能CFD商业软件的整体发展趋势。精确的数值方法和大多数CFD软件 处理、火灾安全、冶金、环保等 不同的是，CFX采用了基于有限元的有限体积法，在保证了有限体积法的守恒特性的基 础上，吸收了有限元法的数值精确性。CFX拥有包括流体流动、传热、辐射、多相流、 化学反应、燃烧等问题丰富的通用物理模型；还拥有诸如气蚀、凝固、沸腾、多孔介质、 相间传质、非牛顿流、喷雾干燥、动静干涉、真实气体等大批复杂现象的实用模型。 CFX的前处理模块ICEM CFD是一个高度智能化的、为专业CFD分析软件提供高质量网 格的软件，具有两大特点：先进的网格剖分技术和一劳永逸的CAD模型处理工具 LS-DYNA 是世界上最著名的通用显式动力分析程序，能够模拟真实世界的各种复杂问 汽车工业: 碰撞分析、气囊设计、乘 题，特别适合求解各种二维、三维非线性结构的高速碰撞、爆炸和金属成型等非线性动 客被动安全、部件加工；航空航天： 力冲击问题，同时可以求解传热、流体及流固耦合问题。LS-DYNA是功能齐全的几何 鸟撞、叶片包容、飞机结构冲击动力 非线性（大位移、大转动和大应变）、材料非线性（140多种材料动态模型）和接触非 分析、碰撞、坠毁、冲击爆炸及动态 线性（50多种）程序。它以Lagrange算法为主，兼有ALE和Euler算法；以显式求解为主， 载荷、火箭级间分离模拟分析、宇宙 兼有隐式求解功能；以结构分析为主，兼有热分析、流体-结构耦合功能；以非线性动 垃圾碰撞、特种复合材料设计；制造 力分析为主，兼有静力分析功能（如动力分析前的预应力计算和薄板冲压成型后的回弹 业 ：冲压、锻造、铸造、切割；市 计算）。在工程应用领域被广泛认可为最佳的分析软件包，与实验的无数次对比证实了 政工程：地震安全、混凝土结构、爆 7