CFD的應(yīng)用體會(huì)[轉(zhuǎn)]


CFD目前覆蓋的行業(yè)很廣,從航空航天、汽車、化工的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域到一些新興領(lǐng)域,如電子、環(huán)境、生物醫(yī)學(xué)等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,CFD憑借傳統(tǒng)流體研究方法所不可比擬的優(yōu)勢(shì),不難想象其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)越來(lái)越廣。

在科研工作中,CFD到底應(yīng)當(dāng)處于一個(gè)什么樣的地位?或者換言之,我們應(yīng)當(dāng)如何使用CFD,才能最大限度的發(fā)揮其作用,為我們的產(chǎn)品設(shè)計(jì)服務(wù)?

不管從哪個(gè)角度看,CFD都只能是一個(gè)工具,其產(chǎn)生的效用只與使用者有關(guān)。工具就像是一個(gè)媒介,本身不具有任何意識(shí),只會(huì)按照使用者的意思一步步進(jìn)行操作。

CFD的使用過程包括三個(gè)步驟:前處理、求解、后處理。前處理是將現(xiàn)實(shí)抽象為模型以提供給計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算機(jī)并不能認(rèn)知這個(gè)現(xiàn)實(shí)世界,所有關(guān)于現(xiàn)實(shí)的信息都是操作者提供給計(jì)算機(jī)的。其中最主要的信息為邊界信息。包括模型及邊界,這些信息準(zhǔn)確與否直接影響計(jì)算結(jié)果的可用性及精確度。求解器就像是一個(gè)黑盒子,讀入信息進(jìn)行處理,生成一堆數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)按照程序設(shè)定的算法將用戶輸入的現(xiàn)實(shí)信息進(jìn)行處理,它無(wú)法識(shí)別生成的數(shù)據(jù)對(duì)用戶是否有用,因此,對(duì)于求解器計(jì)算的結(jié)果的優(yōu)劣,用戶需要具有一定的專業(yè)知識(shí)才能判定。后處理是將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行處理,以視覺化的結(jié)果呈現(xiàn)給用戶。

與現(xiàn)實(shí)生活密切相關(guān)的CFD,其實(shí)是后處理。我們要如何對(duì)待CFD產(chǎn)生的數(shù)據(jù),換句話說,這些數(shù)據(jù)我們?cè)撊绾问褂媚兀?/p>

CFD后處理的結(jié)果通常包含以下一些內(nèi)容:

(1)變量數(shù)據(jù)。直接導(dǎo)出某一幾何位置的數(shù)據(jù)。我們可以將這些數(shù)據(jù)導(dǎo)出至其他后處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,當(dāng)然也可以對(duì)這些數(shù)據(jù)人工進(jìn)行篩選、對(duì)比,以及進(jìn)行一些必要的運(yùn)算操作。

(2)云圖。目前幾乎所有的CFD后處理軟件都帶有云圖顯示功能。云圖其實(shí)是等值線圖,只是在等值線間進(jìn)行了顏色填充而已。我們知道,等值線越密集的區(qū)域,梯度越大,因此我們可以通過云圖能直觀的看出變量的梯度情況。

(3)矢量圖。矢量圖主要反映矢量的大小和方向。矢量圖密集的地方也是梯度越大的地方。

(4)曲線圖。一些CFD后處理軟件能繪制某一幾何上變量的曲線分布。曲線圖能直觀的表現(xiàn)出變量隨幾何位置的變化情況。

(5)報(bào)告輸出。通常輸出一些力、力矩、流量等精確信息

(6)動(dòng)畫輸出。這一功能通常是用于視覺化顯示流場(chǎng)變化,難以用于現(xiàn)實(shí)生活中。

其實(shí)在使用CFD之前就應(yīng)當(dāng)進(jìn)行計(jì)劃,至少應(yīng)當(dāng)回答一下幾個(gè)問題:

(1)我們需要知道什么信息

(2)CFD能否完整的提供這些信息

(3)這些信息如何進(jìn)行處理以指導(dǎo)我們的日常工作。

只有在我們知道需要哪些信息之后,才能有效的進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)(我們可以將計(jì)算機(jī)CFD看成數(shù)值試驗(yàn)),努力減少試驗(yàn)次數(shù),使每一次試驗(yàn)都是有效的實(shí)驗(yàn),同時(shí)也方便試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)的處理。

在得到CFD計(jì)算的結(jié)果數(shù)據(jù)后,我們首先要進(jìn)行結(jié)果檢查,這其中包括流場(chǎng)的常識(shí)檢查、網(wǎng)格獨(dú)立性驗(yàn)證,只有在確信計(jì)算結(jié)果的有效性之后,才能進(jìn)行下一步操作。

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