CFD——計算流體動力學(建模計算)

CFD——計算流體動力學,因歷史原因,國內一直稱之為計算流體力學。
其結構為:

提出問題——流動性質(內流、外流;層流、湍流;單相流、多項流;可壓、不可壓……),流體屬性(牛頓流體:液體、單組分氣體、多組分氣體、化學反應氣體;非牛頓流體)

分析問題——建模——N-S方程(連續性假設),Boltzmann方程(稀薄氣體流動),各類本構方程與封閉模型。

解決問題——差分格式的構造/選擇,程序的具體編寫/軟件的選用,后處理的完成。

成果說明——形成文字,提交報告,賺取應得的回報。

CFD實現過程:

1.建模——物理空間到計算空間的映射。

主要軟件:

二維:

AutoCAD:

大家不要小看它,非常有用。一般的網格生成軟件建模都是它這個思路,很少有參數化建模的。相比之下AutoCAD的優點在于精度高,草圖處理靈活。可以這樣說,任何一個網格生成軟件自帶的建模工具都是非參數化的,而對于非參數化建模來說,AutoCAD應該說是最好的,畢竟它發展了很多很多年!

三維:

CATIA:

航空航天界CAD的老大,法國人的東西,NB,實體建模厲害,曲面建模獨步武林。本身可以生成有限元網格,前幾天又發布了支持ICEM-CFD的插件ICEM-CFD CAA V5。有了它和ICEM-CFD,可以做任何建模與網格劃分!

UG:

總覺得EDS腦袋進水了,收了I-deas這么久了,也才發布個幾百M的UG NX 2.0,還被大家爭論來爭論去說它如何的不好用!其實,軟件本身不錯,大公司用得也多,可是就這么打市場,早晚是走下坡路。按CAD建模的功能來說它排不上第一,也不能屈居第二,尤其是加上了I-DEAS更是如虎添翼。現在關鍵是看市場了。

Solidworks:

這哥們講的是實用主義,中端CAD軟件它絕對是老大,Solidedge功能是不比它差,但是Solidworks的合作伙伴可能是SE的十幾倍,接口也比 SE多很多,要是你,你會選哪個?Autodesk Inventor也只能算是中端軟件,目前說來,我是處于觀望態度,看發展再決定。總之,Solidworks目前的發展如日中天,合作伙伴多如牛毛。用起來極其順手(呵呵,我的手,其它兄弟的我不知道)。這里極力向大家推薦的是ICEM-CFD DCI FOR Solidworks!有了這個東西畫個全機網格也就個把天!

Pro/E:

不好評價,參數化建模的老祖,目前卻也當不了老大。看到它我就覺得不爽,一大把年紀了還只能混在中小企業。一個月發布一個新版本,我就愣沒看出哪里新了,BUG倒是一個比一個多。界面看起來也覺得別扭(一家之言,兄弟們別扔雞蛋)。

MDT、Inventor:

Autodesk啥都搞,畢竟積累了多年資本,有錢就有發展,大家還是多多支持一下吧。

以上按功能排列(個人意見)。

2.網格劃分——連續空間的離散化。

主要軟件:

ICEM-CFD(Ansys Inc):

最NB 的網格劃分軟件,主要四個模塊:Tetra(水平最高)、Hexa(用起來方便)、Global(難得的笛卡爾網格劃分軟件)、AutoHexa(算是垃圾,有那么一點點用處)。接口賊多,幾乎支持所有流行的 CFD軟件!!!使用方便,一個月內可以學會,兩個月就可以針對課題努力了。這個軟件還有后處理模塊Visual3,但是目前說來還沒有聽過哪個兄弟用過,我也沒用過。

Gridgen(Poinwise Inc):

你要學習網格理論,用它比較好,你要和它一起來完成網格,不能靠它自動給你個復雜網格。結構網格劃分很好。幫助文檔有些標新立異了,很多術語就是難為大家這些入門級別的,實體不叫實體,它非得說是Database,何必呢!

Gambit(Fluent Inc):

好學、好用。就是要拖著一個Exceed當靠山,功能強大。但是占用內存比較多,常常會跑死機(不是個別的問題)。目前最新版本2.1.6,功能不見多大改善,導入幾何仍然需要手動修復。

CFX-build(Ansys Inc):

基于Patran的非結構網格劃分軟件,會Patran就會它!功能自不用說,Patran有多猛,搞FEA/CAE的兄弟都知道。

CFD-Geom(CFDRC Inc):

好學,不過有些概念要仔細領會,最好是對拓撲與網格結構、類型比較熟悉。

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

這兩個不說了FEA方面的猛將,CFD也可以借鑒。

以上按功能和在CFD領域的適用范圍分類。

3。求解器——差分方程的求解。

主要軟件:

Fluent:

不可壓流動的優秀求解器,可壓流動求解稍差,市場做得好,用的人多。非結構網格求解器。它不是最好的,但是是最通用的,具體還是要看你的問題。幫助文檔我已經全部翻譯了。

CFX5.x:

相當于Fluent的分離求解器,Ma<2有效。基于非結構網格。沒啥好說的,優點找不到,缺點也沒什么。

CFX4.x:

化學反應和多項流結構網格求解器,不了解,大家可以補充

Star-CD:

源于英國,日本也搞,我不喜歡有日本人的氣味!西交大用得比較多。

Phoenics:

英國佬的,由于決策上的失誤(網格處理方面的決策),目前仍在低谷,功能強大,但使用不方便,前處理太差。

CFDRC:

我最喜歡的求解器,功能比前面所有加起來的都多,解決問題極其廣泛,缺點是接口較差,幫助文檔有些做得較為馬虎,錯別字,錯誤的公式較多,要看懂它需要一定的基礎。

Cosmos Floworks:

Solidworks的一個插件,真是委屈它了,這世道美女都找有錢的主,它找的是Solidworks,和其它求解器相比,它是花瓶。

CFDesign:

Cosmos Floworks的金蘭姐妹,下嫁Pro/E,與Cosmos相比,各有千秋。

Numeca

針對渦輪機械的,好東西,市場沒搞好,目前不得志。

Ansys Flotran:

垃圾一個。別的不說,邊界條件它就根本沒做好!

其它還有很多,有空再寫。

4.后處理——求解結果的可視化與整理。

主要軟件:

Tecplot:

短小精悍,首選。可以自己編程處理數據,非常強大!實驗數據處理用它也絕對是首選。

CEI Ensight:太復雜,啥都能做,難學

FieldView:

還可以,國外用得比較多,沒Tecplot平易近人。有些思路莫名其妙。

AVS Express:

我沒指望學它,用它可以編個Tecplot!

還有一個——Matlab,不說了吧。

5。報告處理:MathType(公式編輯器,很需要);Word、Acrobat………………算了

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