传热模拟CFD 总结

CFD总结一

CFD是英文computational Fluid Dynamics（计算流体力学）的简称。它是伴随着计算机技术和数值计算技术的发展而发展的。简单地说，CFD相当于虚拟的在计算机内做实验，用它模拟仿真实际流体的流动情况。而其基本的原理是数值求解控制流体的微分方程，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的情况。即CFD=流体力学+热学+数值分析+计算机科学。

流体力学就不用多说了，很多专业都要用到，主要的概念有层流和湍流，牛顿流体和非牛顿流体等等。热学包括热力学和传热学。数值分析就是如何用计算机解人工很难完成的计算，如何处理无解析解得方程。计算机科学主要是计算机语言，如c、fortran）还包括一些图形处理技术，如在后处理，为了使用户对结论有一个很直观的认识，就需要若干图表。以下就对经常在CFD使用的软件做简单的介绍。

一、CFD的结构：

1、提出问题——流动性质（内流、外流；层流、湍流；单相流、多项流；可压、不可压……），流体属性（牛顿流体：液体、单组分气体、多组分气体、化学反应气体；非牛顿流体）

2、分析问题——建模——N-S方程（连续性假设），Boltzmann方程（稀薄气体流动），各类本构方程与封闭模型。

3、解决问题——差分格式的构造/选择，程序的具体编写/软件的选用，后处理的完成。

4、成果说明——形成文字，提交报告，赚取应得的回报。

二、CFD实现过程：

（一）建模——物理空间到计算空间的映射。

主要软件：

二维：

AutoCAD：

大家不要小看它，非常有用。一般的网格生成软件建模都是它这个思路，很少有参数化建模的。相比之下

AutoCAD的优点在于精度高，草图处理灵活。可以这样说，任何一个网格生成软件自带的建模工具都是非参数化的，而对于非参数化建模来说，AutoCAD应该说是最好的，毕竟它发展了很多很多年！

三维：

1、CATIA：

航空航天界CAD的老大，法国人的东西，NB，实体建模厉害，曲面建模独步武林。本身可以生成有限元网格，前几天又发布了支持ICEM-CFD的插件ICEM-CFD CAA V5。有了它和ICEM-CFD，可以做任何建模与网格划分！

2、UG：

软件本身不错，大公司用得也多，可是就这么打市场，早晚是走下坡路。按CAD建模的功能来说它排不上第一，也不能屈居第二，尤其是加上了I－DEAS更是如虎添翼。现在关键是看市场了。

3、Solidworks：

Solidworks讲的是实用主义，中端CAD软件它功能最强，Solidedge功能是不比它差，但是Solidworks的合作伙伴可能是SE的十几倍，接口也比SE多很多，相比之下Solidworks是最佳选择。Autodesk Inventor也只能算是中端软件，目前说来，我是处于观望态度，看发展再决定。总之，Solidworks目前的发展如日中天，合作伙伴多如牛毛。用起来极其顺手。这里极力向大家推荐的是ICEM-CFD DCI FOR Solidworks！有了这个东西画个全机网格也很容易了。

4、Pro/E：

5、MDT、Inventor：

（二）网格划分——连续空间的离散化。

主要软件：

1、ICEM-CFD（Ansys Inc）：

最NB的网格划分软件，主要四个模块：Tetra（水平最高）、Hexa（用起来方便）、Global （难得的笛卡尔网格划分软件）、AutoHexa（算是垃圾，有那么一点点用处）。接口贼多，几乎支持所有流行的CFD软件！！！使用方便，一个月内可以学会，两个月就可以针对课题努力了。这个软件还有后处理模块Visual3，但是目前说来还没有听过谁用过。

2、Gridgen（Poinwise Inc）：

你要学习网格理论，用它比较好，你要和它一起来完成网格，不能靠它自动给你个复杂网格。结构网格划分很好。帮助文档有些标新立异了，很多术语就是难为大家这些入门级别的，实体不叫实体，它非得说是

Database，何必呢！

3、Gambit（Fluent Inc）：

好学、好用。就是要拖着一个Exceed当靠山，功能强大。但是占用内存比较多，常常会跑死机（不是个别的问

题）。目前最新版本2.1.6，功能不见多大改善，导入几何仍然需要手动修复。

4、CFX-build（Ansys Inc）：

基于Patran的非结构网格划分软件，会Patran就会它！功能自不用说。

5、CFD-Geom（CFDRC Inc）：

好学，不过有些概念要仔细领会，最好是对拓扑与网格结构、类型比较熟悉。

6、Patran（Msc Inc）、Hypermesh（Altair Inc）：

这两个不说了FEA方面的猛将，CFD也可以借鉴。

以上按功能和在CFD领域的适用范围分类。

（三）求解器——差分方程的求解。

主要软件：

1、Fluent：

不可压流动的优秀求解器，可压流动求解稍差，市场做得好，用的人多。非结构网格求解器。它不是最好的，

但是是最通用的，具体还是要看你的问题。

2、CFX5.x：

相当于Fluent的分离求解器，Ma<2有效。基于非结构网格。没啥好说的，优点找不到，缺点也没什么。

3、CFX4.x：

化学反应和多项流结构网格求解器，不了解，大家可以补充

4、Star-CD：

5、Phoenics：

出自英国，由于决策上的失误（网格处理方面的决策），目前仍在低谷，功能强大，但使用不方便，前处理太差。

6、CFDRC：

功能比前面所有加起来的都多，解决问题极其广泛，缺点是接口较差。

7、Cosmos Floworks：