【Flow Simulation】流体分析培训(2016)

Lesson 1 分析流程
课程要点：
1. 熟悉操作界面和流程 2. 了解相关流体力学知识 3. 内流场和外流场的区别
流体分析步骤： 1. 准备用于分析的模型； 2. 使用向导功能设定流体仿真； 3. 加载边界条件； 4. 明确计算目标； 5. 运行分析； 6. 后处理结果。
分析实例：歧管 问题描述：空气以0.05m^3/s的流量进入歧管入口，并从六个出口流出， 分析管路内的流体分布以及沿管路红色箭头方向的压力分布。 流体材料： 空气
本人培训内容的宗旨是：有限元工程应用第一，软件平台选择第二，同时提倡 学习者掌握扎实的力学基础。
培训的主要方向是企业工程师如何掌握有效的有限元分析技术，以及企业如何 真正有效使用有限元分析技术快速提升产品性能，提倡工程师将有限元分析脱离课 本，以工程实用技术作为支撑。
Solidworks Flow Simulation课程安排
液体：无形状，有一定的体积；不易压缩，存在自由（液）面。 气体：既无形状，也无体积，易于压缩。
研究任务：
研究流体所遵循的宏观运动规律； 流体和周围物体之间的相互作用。 例如：网球、汽车风阻、水泵、风扇等
研究方法
理论分析：根据实际问题建立理论模型、涉及微分体积法、速度势法、保角变换法 。 实验研究方法：根据实际问题利用相似理论建立实验模型，选择流动介质，设备包 括风洞、水槽、水洞、激波管、测试管系等。尽管通过实验的结果一般上来说是比 较可靠的，但是会受到模型尺寸以及边界条件等限制。 数值计算方法 ：根据理论分析的方法建立数学模型，选择合适的计算方法，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，可以解决理论分析解决不了的复杂流动的问题，和 实验相比所需的费用和时间也比较少。
计算机性能提高 计算力学 工程应用
加权残数法 ……
理论研究
数值方法
成本都是企业和工程师必须考虑的一个主要因素，很多人对分析的认识存在极 大的误区，认为仿真分析的成本就是电脑硬件成本和工程师的成本，其实仿真分析 的成本包含以下几个方面（中国企业的实际情况暂时不考虑软件的成本）：
1. 电脑硬件成本； 2. 工程师的工资和培训成本； 3. 工作计算的时间成本； 4. 实验场地和设备的硬件成本； 5. 实验人员的工资和培训成本。
出口：Static Pressure
入口：0.05 m^3/s
封盖创建 向导
网格
内流场和外流场
内流Internal：流体被物理几何体封闭，由内部体积为典型分析构成。 例如：流管, 阀, 发动机…
外流External：物理几何体浸没在流体中求解域必须远大于实际几何体。 分析典型倒置意义，对象被固定住并且流体在上面吹它。 例如：翅膀, 导弹, 潜水艇…
计算流体动力学概述
计算流体动力学：Computational Fluid Dynamics /CFD
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： 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。
什
在这个分支图中的难点：
么
1. 如何结合企业目前的实验状况
是
制定一套可行性分析方案；
仿
2. 如何建立起软件计算和实验/理
真
论计算数据的桥梁，形成结果
分
的分析对比；
析
3. 如何通过实验数据和仿真数据
为企业研发产生新的价值。
固体力学 流体力学
热力学 动力学
……
计算力学发展
有限单元法
有限差分法 边界元法
课程
内容
前言
流体分析基础
第 01 课
分析流程
第 02 课
网格控制
第 03 课
电子散热
第 04 课
外EFD缩放
第 07 课
多孔介质
第 08 课
旋转参考系
第 09 课
参数研究
课程要点：
1. 流体动力学分析基础 2. 名词解释
引言
流体力学： 宏观力学。是一种研究宏观运动规律的学科。 研究对象：流体(Fluid)。包括液体和气体。
层流和湍流
层流Laminar :流动是有规则的，有层次的，稳定的； 湍流Turbulent : 流动是无规则脉动的，有强烈的掺混性和涡旋性。
雷诺实验 （O.Reynolds,1883 ）
层流区
过渡区
紊流区
德雷顿（H.Dryden,1934） 热线测速仪
内流场封闭检查
在流体与固体网格界定时，有两个主要因素需要重视： 1. 在内部分析中，不能存在与外界连通的开口； 2. 点接触与线接触都被视为无效接触，在内部和外部分析中均需避
Volume Goal：一个用户指定空间内的计算域的物理 参数计算，无论是在液体或固体（如固体传热考虑） Equation Goal：是一个目标明确的方程（基本数学 函数）与指定的目标变量。例如：压降，温差等
目标设置
计算求解
结果云图
Lesson 2 网格控制
课程要点：
1. 自动网格控制 2. 手动网格控制 3. 局部网格控制
Flow Simulation 培训
张晔，硕士毕业，研究生期间跟随导师研究电子封装产品的数值仿真和实验验 证，研究计算力学相关内容，目前是一名自由人，对数值仿真有浓厚的兴趣，帮助 有需要的企业整合实验仿真研发体系，优化产品结构，培训企业工程师的有限元工 程应用技巧。目前接触的企业多数是江浙沪为主的南方企业，兼任一家钢结构公司 的分析技术顾问，一家赛车研发团队的仿真和实验负责人以及几家Solidworks一级代 理商的外援工作。
分析实例：喷嘴 问题描述：空气以5e-6m^3/s的流量从喷嘴喷入，并从顶部出口将气体 排出，通过网格控制，分析内部流体分布。 流体材料： 空气
免。
边界条件
总压=静压+动压 静压：流体静止状态下形成的压强，可通过设备直接测量。 动压：流体的动能，一般不能被直接测量。
定义目标
Global Goal：一个在整个计算域的物理参数计算。 Point Goals：一个用户对模型的指定点物理参数计算。 Surface Goal：一个用户对模型的指定面物理参数计 算。