3.1 如何成為一個CFD仿真工程師之仿真思維

CFD常識介紹:

CFD是什么?

CFD是計算流體動力學(Computational Fluid Dynamics)的英文縮寫,其利用計算機求解流體流動過程中的質量傳遞、能量傳遞、動量傳遞以及化學反應問題。CFD是一種方法或者工具,解決對象是流體力學問題,利用手段是數值計算。

CFD應用場合? 

只要存在流體流動的場合均可應用CFD。隨著計算機技術及計算機計算能力的發展,CFD以及廣泛應用于航空航天、造船、汽車、食品、能源、石油化工、生物醫學等領域,而且還在不斷的向其他行業擴展。

CFD如何應用于工程?

要將CFD應用于工程,需要做很多的工作,一般來講,CFD工程應用都可以分為三個階段:前處理、計算求解以及計算后處理。

前處理

 定義流動計算域:建立流體流動區域。告訴計算機流體流動發生的場合。

計算域離散:將流動計算區域離散成網格單元,網格實現了將一個大問題化解為多個小問題,將連續的問題化解為離散的問題,將微分方程轉化為代數方程

指定計算控制方程:告訴計算機所要解決的流體流動遵循的物理規則。

定義邊界流動條件:特定流動問題有特定的流動邊界條件。

定義初始時刻流動條件:告訴計算機,零時刻計算域處于何種狀態。

求解參數定義: 如指定串行或并行計算、計算過程監測、離散算法指定等。

輸出參數定義:定義計算過程中一些計算參數輸出。

計算求解

計算求解通常由計算機自動完成,一般不需要人工干預。在前處理指定完畢后,求解器讀取所有的求解參數進行自動求解計算,直至求解完成。

計算后處理

通過計算后處理將計算求解得到的數據以直觀的方式展示出來,便于解讀和工程應用。數據展現的方式包括:

·    數據表:每一個網格節點上的物理量數據,通常為壓力、速度等原始變量。

·     曲線圖:反映物理量變化規律

·     云圖:反映物理量空間分布

·     矢量圖:反映矢量空間分布

·     動畫:以動畫形式反應物理量隨時間變化

以上內容引自CFD大牛 流沙哥,簡單介紹了下CFD仿真的概念和怎么做CFD仿真,以下內容為原創手敲,

私以為進行仿真首先要有仿真思維,通常情況下,面對現實的工程問題我們可以進行實驗驗證,但是實驗存在影響因素不清晰和部分實驗數據難以測準的問題,在進行流動仿真和熱仿真時可以進行參數化分析,針對單一變量校準模型后分析不同變量對模型結果產生的影響。

仿真主要就是在設計完成的三維模型上抽象出一個網格模型(目前無網格技術還沒有普及開),針對網格模型加不同的邊界,結構仿真最終得到應力、應變和位移;流動仿真得到壓力、速度和溫度等。

例如在一個房間內開啟空調,想知道大概多久可以達到人體舒適溫度,

這樣一個過程抽象出來就是建立一個房間的模型,內部簡單布置一下和實驗場合相似的家具,建立通風口,設定流量和溫度入口邊界,如果房間的門是打開的可以給定一個open的出口邊界,通常情況下就門和窗戶是密閉的也會有空氣通過縫隙流通,要不然隨著氣體的流入整個房間內壓力是升高的,如果考慮房間內窗戶的熱輻射還需要加上玻璃位置的輻射換熱,如果考慮墻壁向外的熱傳導也需要加上墻壁的結構模型,仿真模型的簡或者繁與搭建模型的初衷和想要達到的求解精度有關系。

而且建議實驗工程師和設計工程師都了解一些仿真的東西,因為一個東西設計出來以后性能是如何的,在投入大量人力物力進行實驗驗證之前是可以進行很多輪次的仿真分析的,有人可能會說仿真的精度你都保證不了,做仿真有什么意義,什么東西都不是速成的,尤其是仿真模型的建立,有一個初建和校準的過程,還有就是參數影響敏感度的分析,其實說軟件操作就可以復現產品狀態的話不現實,但這是我們未來的目標,無人工廠智能制造離不開計算機輔助工程,也許未來我們可以實現無線辦公,辦公的間隙一回頭可以看見大海、山川和家人的笑臉,當然扯遠了,仿真不只對仿真工程師有用,他是產品的一種驗證手段,設計和實驗人員也需要了解仿真技術。

再回到正題,仿真思維是指的從現實問題中抽象出仿真模型,歡迎大家在帖子下面留言,你遇到了什么問題,想要解決什么難題,如果是和CFD相關的可以留言,看是否可以幫你抽象出一個仿真模型。

 

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