CFD——计算流体动力学

2017-03-03  by:CAE仿真在线  来源:互联网

CFD——计算流体动力学

其结构为:

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)

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。

解决问题——计算格式的构造/选择:有限元、有限差分、有限体积、谱方法等;程序的具体编写/软件的选用,后处理的完成。

成果说明——形成文字,提交报告,赚取应得的回报。

CFD实现过程:

1.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!因此,在处理二维复杂流动问题时,大家最好首先想一向可不可以用AutoCAD实现。

CAXA:

使用方便,支持与AutoCAD之间的直接转换。属于低端CAD软件。

三维:

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,2003年又发布了支持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!该软件的缺点是价格太贵,对计算机要求过高。

UG&I-deas:

总觉得EDS脑袋进水了,收了I-deas这么久了,也才发布个几百M的UG NX 2.0,还被大家争论来争论去说它如何的不好用!其实,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。

Solidworks:

这哥们讲的是实用主义,中端CAD软件它绝对是老大,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,要是你,你会选哪个?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(呵呵,我的手,其它兄弟的我不知道)。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就个把天!

Pro/E:

参数化建模的老祖


2.网格划分——连续空间的离散化。

主要软件:

ICEM-CFD(Ansys Inc):

最NB的CFD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哪个兄弟用过,我也没用过。在我看来,该软件还有一个特殊的优点就是对CGNS格式支持得相当的好,一旦CGNS标准化,它就更加如鱼得水了。

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*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!

Gambit(Fluent Inc):

好学、好用。就是要拖着一个Exceed当*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。

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,Patran有多猛,搞FEA/CAE的兄弟都知道。

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。

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。

3。求解器——差分方程的求解。

主要软件:

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。帮助文档我已经全部翻译了。

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。

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。

Star-CD:

源于英国,日本也搞,我不喜欢有日本人的气味!西交大用得比较多。

Phoenics:

英国佬的,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。

CFDRC:

我最喜欢的求解器,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,帮助文档有些做得较为马虎,错别字,错误的公式较多,要看懂它需要一定的基础。

Cosmos Floworks:

Solidworks的一个插件,真是委屈它了,这世道美女都找有钱的主,它找的是Solidworks,和其它求解器相比,它是花瓶。

CFDesign:

Cosmos Floworks的金兰姐妹,下嫁Pro/E,与Cosmos相比,各有千秋。

Numeca:

针对涡轮机械的,好东西,市场没搞好,目前不得志。

说Numeca是针对涡轮机械的太委屈它了!!!前些天把它的帮助文档过了一遍,发现它真是块金子!!!因为它的差分格式不是Fluent和CFX可以比拟的,在网格划分方面也非常的有特色,像搞航天的学生们,老板如果不给买好软件,可以考虑买这个。

Ansys Flotran:



4.后处理——求解结果的可视化与整理。

主要软件:

Tecplot:

短小精悍,首选。可以自己编程处理数据,非常强大!实验数据处理用它也绝对是首选。

CEI Ensight:

这个属于对中国禁运的软件之一。不过由于网络精神的存在,老美也不要奇怪中国人怎么会用它。特点是界面难看,使用复杂,啥都能做,难学。对于空间流场的显示没有任何一个其它的后处理软件可以与其相比。

FieldView:

还可以,国外用得比较多,没Tecplot平易近人。有些思路莫名其妙。俺不喜欢的说。

AVS Express:

没指望学它,用它可以编个Tecplot!

还有一个——Matlab,不说了吧,这可是最灵活也是功能最强大的后处理软件了,很多计算与实验数据我都用它做。

5。报告处理:Scientific Workplace、MathType(公式编辑器,很需要);Word、Acrobat………………


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