穩(wěn)態(tài)CFD模擬的案例
「CFD案例-Fluent」27 水中穩(wěn)態(tài)傳熱CFD模擬
本案例在ANSYS2020R1中演示了如何利用Fluent進行水中穩(wěn)態(tài)傳熱CFD仿真。首先于Solidworks中建立幾何模型，接著導(dǎo)入ANSYS DesignModeler中進行前處理，并進行命名邊界條件，然后導(dǎo)入ANSYS Mesh進行網(wǎng)格劃分，接著利用Fluent進行求解，最后在CFD-POST中進行后處理。案例基于3D、穩(wěn)態(tài)求解。
NASA眼中CFD的未來（5）知識提取
幾何建模：在CFD模擬中，幾何模型是一個重要的輸入?yún)?shù)。使用知識提取技術(shù)，可以自動從三維掃描數(shù)據(jù)中提取幾何模型，減少手動建模的時間和成本。
建模參數(shù)選擇：CFD模擬中需要選擇一些建模參數(shù)，如網(wǎng)格大小、湍流模型等。使用知識提取技術(shù)，可以根據(jù)先前的模擬數(shù)據(jù)自動選擇最優(yōu)的建模參數(shù)，提高計算效率。
流動控制：使用知識提取技術(shù)，可以從先前的模擬數(shù)據(jù)中提取出控制流動的關(guān)鍵參數(shù)，如舵角、噴氣方向等，幫助工程師制定更有效的控制策略。
總之，知識提取技術(shù)在CFD領(lǐng)域的應(yīng)用可以幫助人們更好地理解流體力學(xué)問題，提高計算效率和預(yù)測精度。
行業(yè)進展
自發(fā)布該研究報告以來的六年中，CFD知識提取（KE）已經(jīng)取得了重大進展。該研究認(rèn)為，集成數(shù)據(jù)庫和可視化技術(shù)將是實現(xiàn)2030年目標(biāo)的關(guān)鍵。
在集成數(shù)據(jù)庫方面，到2025年，將實現(xiàn)用于創(chuàng)建具有1000個非穩(wěn)態(tài)CFD模擬加上所有數(shù)據(jù)源完整UQ的實時多保真度數(shù)據(jù)庫的技術(shù)演示。在可視化方面，到2020年將進行一項技術(shù)演示，即對一個包含100億點、非穩(wěn)態(tài)CFD模擬進行按需分析/可視化。
有幾項工作正在進行，以實現(xiàn)2025年數(shù)據(jù)庫演示。劍橋大學(xué)的Graham Pullan一直在開發(fā)dbslice，這是一種基于Web的CFD后處理數(shù)據(jù)庫方法。
dbslice
同樣，Intelligent Light一直在開發(fā)Spectre-UQTM，這是一種用于不確定性量化的基于Web的環(huán)境。
Spectre
而ANSYS則正在開發(fā)Nexus，一種集成在Ansys EnSight產(chǎn)品中的報告生成、分析和數(shù)據(jù)存儲框架。
展開 非穩(wěn)態(tài)CFD問題
對于CFD計算中的非穩(wěn)態(tài)問題，下面的一些建議有助于或得更好的結(jié)果：
Fluent的單雙精度求解器適合于所有的計算平臺，一般的單精度求解器就能滿足計算精度要求，且計算量小。但是在下面的情況下推薦使用雙精度：
a) 如果幾何體包含完全不同的尺度特征（如一個長而壁薄的管）；
b) 如果模型中存在通過小直徑管道相連的多個封閉域，不同區(qū)域之間存在很大壓差；
c) 對于有較高的熱傳導(dǎo)率的問題或?qū)τ谟休^大的長寬比的網(wǎng)格。
可使用UDF功能定義任何隨時間或邊界位置變化的邊界條件。
如果使用分離式求解器，最好選擇PISO算法；若使用LES湍流模型，最好選擇SIMPLEC算法。
可以通過solution->initialization對話框設(shè)置t=0時刻的初始條件，還可以通過FILE/READ/DATE命令讀取穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)文件來設(shè)置初始條件。
如果在Solver對話框的UnsteadyFormulation選項組中使用了Explicit（即時間顯示格式），或者在Iterate對話框中的Time選項組中使用了Adaptive（可變時間步入格式），建議激活在文本窗口打印當(dāng)前時間及時間步長的功能（通過Solve/Monitors/Statistic）。
建議使用Force Monitor對話框或者SurfaceMonitors對話框來監(jiān)視隨時間變化的力的大小、流量變量的平均值或者流量、有關(guān)函數(shù)隨時間變化的情況。
可以通過Solve/Animate/Define命令激活SolutionAnimation功能，自動記錄流場隨時間變化的動畫仿真結(jié)果，以便在計算完成后播放。
展開 【CFD教程】3分鐘學(xué)會兩相流非穩(wěn)態(tài)水壩潰堤仿真
潰壩模擬可對水壩的設(shè)計、管理及災(zāi)后救援提供參考。
本案例需要的輸入文件和參數(shù)信息如下表：
網(wǎng)格文件
Dambreak.msh
網(wǎng)格類型
整體網(wǎng)格為六面體網(wǎng)格的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，網(wǎng)格數(shù)量10萬
介質(zhì)
25°空氣，水密度997kg/m^3
湍流模型
Standard k-epsilon
邊界條件
出口靜壓：101325Pa
圖1 網(wǎng)格模型
二、網(wǎng)格處理
1. 新建工程
a. 啟動AICFD 2024R1；
圖2 AICFD窗口
b. 選擇 文件>新建，新建工程，選擇工程文件路徑，設(shè)置工程文件名，點擊“確定”。
圖3 新建工程
2. 網(wǎng)格劃分
a.
PipePhase?－穩(wěn)態(tài)多相流模擬器
PipePhase?－穩(wěn)態(tài)多相流模擬器
PipePhase是用于油氣生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)和管道傳輸、分布系統(tǒng)計算的嚴(yán)格的穩(wěn)態(tài)多相流模擬器，其前身是1970 年代由雪弗龍（Chevron）公司開發(fā)的多相流模擬軟件，SimSci于1980年將其商業(yè)化，取名為PipePhase，目前最新版本為9.2版。
PipePhase具有廣泛的適用性，可用于從單井中關(guān)鍵參數(shù)的靈敏度分析，到整個油氣田跨年度設(shè)施規(guī)劃的分析等各種工作。同時，通過對井下和井筒特征與地面設(shè)施進行集成，PipePhase成為全面生產(chǎn)分析工具的終結(jié)者。
PipePhase整合了現(xiàn)代油氣生產(chǎn)方法和軟件分析技術(shù)，形成了魯棒的、高效的油田設(shè)計和規(guī)劃工具。PipePhase擁有詳盡的物性數(shù)據(jù)庫和友好的用戶界面，可處理單相氣液體、黑油、組成混合物和蒸汽、CO2等各種流體類型，是全球油氣生產(chǎn)和設(shè)計公司首選的解決方案。
展開 穩(wěn)態(tài)MRF方法在模擬離心風(fēng)機中的有效性
通過將風(fēng)機葉片上的扭矩乘以風(fēng)機轉(zhuǎn)子的角速度，根據(jù)CFD結(jié)果計算功率。在圖3中，升壓系數(shù)被繪制為流量系數(shù)的函數(shù)，且FLUENT的預(yù)測結(jié)果與數(shù)據(jù)非常吻合。
功率系數(shù)結(jié)果如圖4所示。盡管趨勢預(yù)測正確，但與整個流量范圍內(nèi)的試驗數(shù)據(jù)相比，這些系數(shù)預(yù)測值過高，最大誤差約為12%。
效率比較如圖5所示，反映了功率系數(shù)結(jié)果的差異；但對峰值效率點進行了正確預(yù)測，且大部分效率值誤差均在10%以內(nèi)。
圖三：升壓系數(shù) vs. 流量系數(shù)
圖四：功率系數(shù) vs. 流量系數(shù)
圖五：效率 vs. 流量系數(shù)
中等流速下轉(zhuǎn)子和風(fēng)機外殼上的壓力分布如圖6所示。在這個圖中，可以清楚地看到通過風(fēng)機的升壓情況，以及外殼中的徑向壓力梯度。
圖7顯示了在圖6所示的中等流速下，從相對速度矢量圖上看出，在這種流速以及更高的流速下，流動是相當(dāng)穩(wěn)定和均勻的。然而，在較低的流速下（未示出），局部回流區(qū)會導(dǎo)致一些葉片通道流動堵塞。在這些條件下，不太適合選用MRF公式對流動進行模擬，而需要使用滑移網(wǎng)格模型進行模擬。
總而言之，利用了FLUENT CFD求解器在非結(jié)構(gòu)混合網(wǎng)格上對后傾離心風(fēng)機進行性能計算。 計算結(jié)果與現(xiàn)有試驗數(shù)據(jù)吻合良好。此外，還正確地預(yù)測了重要的性能趨勢，如壓力上升和效率隨流量的變化以及效率峰值點。這些結(jié)果表明，穩(wěn)態(tài)MRF方法可以有效地計算離心風(fēng)機的流量。雖然目前的計算是對風(fēng)機內(nèi)平均流場的合理近似，但可以預(yù)見的是，當(dāng)流體在非常低的流速下開始分解時，流動將變得非常不穩(wěn)定。因此，穩(wěn)態(tài)MRF方法無法滿足精度要求，需要非穩(wěn)態(tài)（滑移網(wǎng)格）來進行求解計算。
圖六：中等流速下的靜壓等值線
圖七：中等流速下中間平面上的速度矢量
展開 Schlumberger.PIPESIM.2017.2.1071 x64多相流穩(wěn)態(tài)模擬軟件
Schlumberger.PIPESIM.2017.2.1071 x64多相流穩(wěn)態(tài)模擬軟件
Softbits.Flaresim.V5.2.0.1376火炬模擬
Honeywell.UniSim.Heat.Exchangers.R460.1 1CD
HONEYWELL.UniSim.Design.R451
HONEYWELL.UniSim.Flare.R451
HONEYWELL.UniSim.Pressure.Relief.System.R451
HONEYWELL.UniSim.ExchangerNet.R451
HONEYWELL.UniSim.ThermoWorkbench.R451
HONEYWELL.UniSim.Heat.Exchangers.R451
ifu.eSankey.Pro.v4.5.2.0
Intergraph.Smartplant.Review.2017.v12.00.00.0501三維工廠模型瀏覽和設(shè)計檢查
Intergraph.Smartplant.Spoolgen.2014.R1.v08.01.00.30管道深化加工設(shè)計和管理工具
Keysight.Suite.2018.Win64-SSQ
Keysight.Genesys.2018
Keysight.Iccap.2018
Keysight.Systemvue.2018
midas.NFX.2018.R1.20180719
Primavera.P6.Professional.17.7
Rhinoceros.V6.9.18239.20041
RIVERMorph.Pro.v5.2.0
NCH DreamPlan Plus v3.15 1CD
Pro-face GP-Pro EX v4.08.100
展開 Marc模擬汽車輪胎穩(wěn)態(tài)滾動的方法
Marc可以包含多個穩(wěn)態(tài)滾動工況的順序模擬，例如在一定的滾動速度下運行之后考慮一定力矩下滾動速度的調(diào)整等。或者本例中模擬的滾動速度從某一水平上升到另一個水平。Marc專用的前后處理工具Mentat中提供了滾動速度定義方法、摩擦力定義方法、力矩定義方法的定義菜單。采用滾動速度方法時，可以指定輪胎滾動速度、回轉(zhuǎn)速度、路面移動速度。在Mentat中選擇分析工況定義loadcases，其中的Steady State Rolling部分可以定義輪胎的滾動角速度Spinning Velocity（cycle/time），輪胎的回轉(zhuǎn)速度Cornerring Velocity，路面移動速度（例如：mm/sec）Ground Velocity；如下圖所示模擬輪胎的轉(zhuǎn)速從13.1cycle/sec上升到15.2cycle/sec。
定義輪胎穩(wěn)態(tài)滾動的菜單
在Job中可以定義輪胎的滾動軸（Axis Of Rotation）和回轉(zhuǎn)軸（Axis Of Cornering），具體如下圖所示：
定義輪胎穩(wěn)態(tài)滾動中心和滾動軸的菜單
在上述工況下，模擬輪胎的穩(wěn)態(tài)滾動狀態(tài)下輪胎不同轉(zhuǎn)速下的法向力分布、摩擦力等。
展開 使用線性靜態(tài)分析可模擬穩(wěn)態(tài)狀況下以最大速度運行的割草機刀片
割草機Simsolid.rar
Fluent仿真實例｜穩(wěn)態(tài)MRF方法在模擬離心風(fēng)機中的有效性
通過將風(fēng)機葉片上的扭矩乘以風(fēng)機轉(zhuǎn)子的角速度，根據(jù)CFD結(jié)果計算功率。在圖3中，升壓系數(shù)被繪制為流量系數(shù)的函數(shù)，且Fluent的預(yù)測結(jié)果與數(shù)據(jù)非常吻合。
圖3：升壓系數(shù) vs. 流量系數(shù)
功率系數(shù)結(jié)果如圖4所示。盡管趨勢預(yù)測正確，但與整個流量范圍內(nèi)的試驗數(shù)據(jù)相比，這些系數(shù)預(yù)測值過高，最大誤差約為12%。
圖4：功率系數(shù) vs. 流量系數(shù)
效率比較如圖5所示，反映了功率系數(shù)結(jié)果的差異；但對峰值效率點進行了正確預(yù)測，且大部分效率值誤差均在10%以內(nèi)。
圖5：效率 vs. 流量系數(shù)
中等流速下轉(zhuǎn)子和風(fēng)機外殼上的壓力分布如圖6所示。在這個圖中，可以清楚地看到通過風(fēng)機的升壓情況，以及外殼中的徑向壓力梯度。
圖6：中等流速下的靜壓等值線
圖7顯示了在圖6所示的中等流速下，從相對速度矢量圖上看出，在這種流速以及更高的流速下，流動是相當(dāng)穩(wěn)定和均勻的。然而，在較低的流速下（未示出），局部回流區(qū)會導(dǎo)致一些葉片通道流動堵塞。在這些條件下，不太適合選用MRF公式對流動進行模擬，而需要使用滑移網(wǎng)格模型進行模擬。
圖7：中等流速下中間平面上的速度矢量
總而言之，利用了Fluent CFD求解器在非結(jié)構(gòu)混合網(wǎng)格上對后傾離心風(fēng)機進行性能計算。 計算結(jié)果與現(xiàn)有試驗數(shù)據(jù)吻合良好。此外，還正確地預(yù)測了重要的性能趨勢，如壓力上升和效率隨流量的變化以及效率峰值點。
這些結(jié)果表明，穩(wěn)態(tài)MRF方法可以有效地計算離心風(fēng)機的流量。雖然目前的計算是對風(fēng)機內(nèi)平均流場的合理近似，但可以預(yù)見的是，當(dāng)流體在非常低的流速下開始分解時，流動將變得非常不穩(wěn)定。因此，穩(wěn)態(tài)MRF方法無法滿足精度要求，需要非穩(wěn)態(tài)（滑移網(wǎng)格）來進行求解計算。
展開 【雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)】PXCM相變細(xì)胞材料加、卸載過程Abaqus模擬
1
雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)
雙穩(wěn)態(tài)（Bistable）結(jié)構(gòu)，顧名思義，是有兩種穩(wěn)定狀態(tài)的結(jié)構(gòu)，由于其內(nèi)部存在彈性鉸，結(jié)構(gòu)整體上可以表現(xiàn)出機構(gòu)的特點，另外，很多機構(gòu)的設(shè)計也會追求這種雙穩(wěn)態(tài)特性，所以有時把這種結(jié)構(gòu)或機構(gòu)統(tǒng)稱為雙穩(wěn)態(tài)順應(yīng)性機構(gòu)。
通過外力作用，雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)可以在兩種穩(wěn)定狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變，穩(wěn)定意味著這種轉(zhuǎn)變不會自發(fā)地出現(xiàn)。
雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)示例
生活中比較常見的彈力發(fā)卡、單車支架腳，瓶蓋（某些飲料或洗發(fā)露產(chǎn)品）、折疊盆、還有十年前流行的翻蓋手機等，都有雙穩(wěn)態(tài)特性。
雙穩(wěn)態(tài)力學(xué)系統(tǒng)與生活中的案例
通過對彈性鉸的幾何、剛度參數(shù)進行調(diào)整，可以制造出雙穩(wěn)態(tài)或亞穩(wěn)態(tài)（Metastable）細(xì)胞，將這些細(xì)胞陣列起來，得到的結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的隔震、吸能效果，與傳統(tǒng)的蜂窩材料相比，具有很強的可恢復(fù)性。
在外界載荷作用下，細(xì)胞會經(jīng)歷狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，并耗散掉沖擊能量，有些文獻將微觀的相變概念擴展到此宏觀細(xì)胞材料之中，并稱之為相變細(xì)胞材料（PXCM）。
相變細(xì)胞材料的加、卸載試驗
2
Abaqus有限元模擬
最近幾年，有不少關(guān)于PXCM的基礎(chǔ)研究文獻，下面的案例物理模型源自于普渡大學(xué)Pablo研究小組2019年發(fā)表的一篇Nature，文章對幾種不同的PXCM結(jié)構(gòu)設(shè)計進行了研究，應(yīng)**博士的需求，我對其中一個結(jié)構(gòu)的彈性鉸失穩(wěn)以及整體結(jié)構(gòu)0°/45°的加、卸載過程進行了Abaqus有限元模擬復(fù)現(xiàn)。
雙層余弦梁彈性鉸
A
彈性鉸失穩(wěn)
拱形彈性結(jié)構(gòu)受壓失穩(wěn)過程中會突然翻轉(zhuǎn)，如果使用靜力學(xué)來計算失穩(wěn)，必須用位移來控制加載（輸出RF），或者采用弧長法（輸出LPF），除此之外，還可以采用動力學(xué)方法來模擬這個過程。
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使用火災(zāi)動力學(xué)模擬器(FDS)完成火災(zāi)CFD模擬課程（英） ￥15
使用火災(zāi)動力學(xué)模擬器(FDS)完成火災(zāi)CFD模擬課程（英）
發(fā)布于2026年3月
MP4 | 視頻：h264, 1920x1080 | 音頻：AAC, 44.1 KHz, 雙聲道
語言：英語 | 時長：12小時45分鐘 | 大小：9.42 GB
**FDS實用火災(zāi)建模 — 熱釋放速率、暖通空調(diào)、控制系統(tǒng)及高級CFD應(yīng)用**
**您將學(xué)到什么**
- 使用FDS和 PyroSim 構(gòu)建完整的火災(zāi)模擬模型，從幾何設(shè)置到結(jié)果解讀。
- 設(shè)計結(jié)構(gòu)化計算網(wǎng)格，并利用特征火災(zāi)直徑計算合適的單元尺寸。
- 定義材料、反應(yīng)、組分和表面，以準(zhǔn)確模擬火災(zāi)增長和煙氣行為。
- 布置和配置測量裝置，用于測量溫度、能見度、煙氣層高度、熱釋放速率和流量。
**課程要求**
- 具備傳熱學(xué)和流體力學(xué)等工程基礎(chǔ)的基本理解會有幫助，但非強制要求。
- 無需具備FDS或PyroSim的先驗經(jīng)驗。課程循序漸進地涵蓋基礎(chǔ)知識和高級概念。
- 需要一臺能夠運行PyroSim和FDS模擬的計算機。
- 必須具備學(xué)習(xí)計算火災(zāi)建模并應(yīng)用工程判斷的意愿。
**課程描述**
火災(zāi)建模在性能化消防安全設(shè)計中已不再是可選項 — 它是必不可少的。
這門關(guān)于火災(zāi)動力學(xué)模擬器(FDS)的完整專業(yè)課程，將帶您從零基礎(chǔ)走向高級實際火災(zāi)建模應(yīng)用。無論您是消防工程師、CFD工程師、機械工程師、安全顧問還是研究人員，本課程旨在讓您在構(gòu)建、運行和解讀火災(zāi)模擬方面具備專業(yè)能力。
我們從火災(zāi)動力學(xué)基礎(chǔ)、燃燒原理以及理解FDS工作原理所需的CFD基礎(chǔ)知識開始。
展開 【CFD數(shù)值模擬算例】船舶運動數(shù)值模擬自動化智能化方法
船舶運動數(shù)值模擬自動化智能化防范
【計算軟件】OpenFOAM開源平臺
【仿真平臺】自建高性能計算集群
【算例說明】基于OpenFOAM流體力學(xué)開源軟件提出了船舶運動值模擬自動化和智能化方法，可使計算流程自動完成；通過逐個分析不同參數(shù)的影響，智能化分析多工況數(shù)值模擬結(jié)果和大數(shù)據(jù)平臺，可得到優(yōu)化的計算參數(shù)，從而使數(shù)值模擬的人工處理部分最大限度地減少，同時計算過程達到最大程度地簡化，數(shù)值計算結(jié)果可靠，可滿足工程應(yīng)用的需求。自動化和智能化處理的概念和方法，也可用于其他數(shù)值模擬領(lǐng)域。
【工程應(yīng)用】船舶阻力、螺旋槳敞水、船槳舵自航等
【創(chuàng)新貢獻】自動化計算流程（一鍵計算）+智能化計算參數(shù)優(yōu)化
【算例文件】關(guān)注微信公眾號“云數(shù)仿真”進行咨詢或聯(lián)系jianchen122004@126.com
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展開 實驗研究聚氨酯導(dǎo)熱、傳熱CFD模擬 ￥20
1、 建立模型
根據(jù)提供的聚氨酯實驗尺寸分別建立50g與200g模型如下：
基料質(zhì)量
密度（kg/m3）
反應(yīng)時間
發(fā)泡倍數(shù)
最高反應(yīng)溫度(℃)
導(dǎo)熱系數(shù)(W/m·K)
比熱容(J/(g·K))
磨具尺寸
50g
47.5
120
26.7
136.5
0.0223
2.144
10cm*10cm*24cm
100g
47.5
120
26.7
143.1
0.0223
2.144
15cm*15cm*21.3cm
150g
47.5
120
26.7
149.2
0.0223
2.144
15cm*15cm*32m
200g
47.5
120
26.7
143.4
0.0223
展開 【CFD數(shù)值模擬算例】水面浮體（浮式風(fēng)電塔）與波浪的流固耦合動力響應(yīng)數(shù)值模擬
2、波浪模擬
使用譜分析方法或其他波浪生成技術(shù)，模擬實際海洋環(huán)境中的波浪。
調(diào)整波浪參數(shù)，如波高、波長、周期等，以匹配實際條件。
3、流固耦合分析
設(shè)置浮體與流體之間的交互邊界條件。這通常涉及到動網(wǎng)格技術(shù)，以適應(yīng)浮體的運動。
應(yīng)用合適的數(shù)值方法，如有限元法(FEM)或有限體積法(FVM)，解決流固耦合方程。
4、動力響應(yīng)計算
求解浮體的運動方程，得到其位置、速度和加速度隨時間的變化。
分析浮體的動力響應(yīng)，包括振幅、頻率和響應(yīng)譜等。
5、結(jié)果可視化與驗證
使用可視化工具，展示浮體的運動軌跡、波浪形態(tài)和流體動力變化。
通過與實驗數(shù)據(jù)或其他可靠來源的對比，驗證模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。
6、參數(shù)化與優(yōu)化
改變浮體的幾何參數(shù)、材料屬性或運行條件，觀察其對動力響應(yīng)的影響。
基于數(shù)值模擬結(jié)果，提出浮式風(fēng)電塔設(shè)計的優(yōu)化建議。
7、模擬報告與文檔
編寫詳細(xì)的模擬報告，記錄模型設(shè)置、方法、結(jié)果和結(jié)論。
整理相關(guān)的文檔和腳本，確保模擬過程可重復(fù)和可追溯。
通過這些步驟，可以對水面浮體（如浮式風(fēng)電塔）與波浪的流固耦合動力響應(yīng)進行詳細(xì)的數(shù)值模擬，以支持工程設(shè)計和決策。
文章內(nèi)容轉(zhuǎn)自：“云數(shù)仿真”公眾號
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