CFD建模的案例
CFD 建模與仿真
什么是 CFD 建模與仿真
計算流體力學（CFD）使用納維-斯托克斯方程（包括五個偏微分方程）來模擬流體的流動。這些方程利用計算機資源在虛擬環境中對流體運動進行近似計算。CFD 仿真能夠使用特定的模型來補充應用的物理屬性，進而預測現實場景。CFD 建模和仿真結果通常使用實驗或文獻值進行驗證。
CFD 建模和仿真適用于汽車、航空航天、制造業、電子、醫療保健和環境工程等領域。簡而言之，所有涉及流體的應用都可以使用 CFD 工具進行建模和仿真。CFD 建模和仿真廣泛使用的部分原因是出現了多學科的建模、分析和優化要求。
為什么 CFD 建模和仿真很重要
CFD 建模和仿真從根本上改變了設計和制造過程。CFD 仿真有以下優點：
1.降低制造成本
CFD 仿真的一個重要應用領域是制造業。CFD 建模和仿真可以讓您在實際制造之前全面了解設計模型在極端工作條件下的表現。
2.避免昂貴的測試
在航空航天和許多其他領域，要通過風洞測試或試驗來確定部件的性能。CFD 建模和仿真工具通過模擬計算機的設計，極大地簡化了這一過程。無需實際制造部件，即可對多個迭代版本進行仿真。在獲得符合客戶要求和市場標準的最佳設計后，再開始投入制造。
3.無需制造實物產品即可了解產品的運行狀況
CFD 仿真也是一種很好的原型驗證方法。借助 CFD 建模和仿真工具，您可以了解產品的性能假設是否有效。CFD 仿真結果以視覺方式呈現，有助于深入研究和分析不同的流體流動現象。
CFD 仿真是如何工作的？
展開 計算流體力學CFD 建模與仿真
什么是 CFD 建模與仿真
計算流體力學（CFD）使用納維-斯托克斯方程（包括五個偏微分方程）來模擬流體的流動。這些方程利用計算機資源在虛擬環境中對流體運動進行近似計算。CFD 仿真能夠使用特定的模型來補充應用的物理屬性，進而預測現實場景。CFD 建模和仿真結果通常使用實驗或文獻值進行驗證。
CFD 建模和仿真適用于汽車、航空航天、制造業、電子、醫療保健和環境工程等領域。簡而言之，所有涉及流體的應用都可以使用 CFD 工具進行建模和仿真。CFD 建模和仿真廣泛使用的部分原因是出現了多學科的建模、分析和優化要求。
為什么 CFD 建模和仿真很重要
CFD 建模和仿真從根本上改變了設計和制造過程。CFD 仿真有以下優點：
1.降低制造成本
CFD 仿真的一個重要應用領域是制造業。CFD 建模和仿真可以讓您在實際制造之前全面了解設計模型在極端工作條件下的表現。
2.避免昂貴的測試
在航空航天和許多其他領域，要通過風洞測試或試驗來確定部件的性能。CFD 建模和仿真工具通過模擬計算機的設計，極大地簡化了這一過程。
展開 高速受電弓的CFD建模及分析
42.高速受電弓的CFD建模及分析.pdf
SpaceClaim|05CFD建模
導讀：介紹幾種CFD建模常用方法。
練習文件獲取，公眾號后臺回復：SpaceClaim
體積抽取
此工具用于基于單個實體或一組實體（包括網格）所包圍的體積創建流體體積
在結構面板的結構樹下創建名為Volume的實體
可以展開查看對象
可以重命名對象、創建、修改、替換和刪除對象，以及使用組件，當創建Volume時候，用于生成Volume的主體暫時透明了。
【2021新版本】強大的CFD建模工具 - HyperWorks CFD
對于 CFD 仿真工程師，有一款容易上手、專用、功能又強大的建模工具可以極大的提高工作效率。
HyperWorks CFD 正是這樣一款工具，它集成了 HyperMesh 的原有的幾何編輯功能和網格生成算法，同時針對 CFD 建模的特點進行了深度定制。
CFD專欄丨基于Inspire Fluid的隱式建模換熱器設計和熱仿真
wx_fmt=png&from=appmsg"></p><p><strong>傳統CFD建模的面網格</strong></p><p><br></p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/x0yLiaf5fF6yoVibTeSqBpqMYyDTicj6spCxRJn2TkOVvE34SJxaY8XsKcBoPdUVHxx4rhjb8pa0ACMmzRvJz4WHQ/640?wx_fmt=png&from=appmsg"></p><p><strong>傳統CFD建模的體網格</strong></p><p><br></p><p><strong>隱式建模</strong></p><p><br></p><p>通過數學函數、方程或特定算法來間接定義模型。隱式函數可以看作是標量值的 3D 場，其中正值位于幾何邊界之外，負值位于幾何邊界內，創建一個等值面，該等值面通過標量值等于零的所有位置。</p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/x0yLiaf5fF6yoVibTeSqBpqMYyDTicj6spCxNnic2gmwkmUzGzOPUFfwVuHBsHl0FZyQNVIvPgjEhsjPJ2xZvvniaMg/640?wx_fmt=png&from=appmsg"></p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/x0yLiaf5fF6yoVibTeSqBpqMYyDTicj6spCqkeoAjpPWibGXLQcQAibS8cfjPF4BsMXSpf2TGz8FRUZ3icGicEyqlVE7g/640?
展開 【CFD專欄】基于CFD仿真、元建模和貝葉斯推斷方法的離心泵優化設計
Simerics MP+軟件具備自動網格生成器和Navier-Stokes求解器，能夠有效地對離心泵空化進行物理建模。
通過優化過程，降低在較高流速的低壓區域而導致的空化問題。
通過敏感性分析，葉片尾緣角度對泵輸送的揚程影響最大。
通過實驗測試，驗證了CFD結果的準確性。
文章來源：合工仿真
COMSOL 軟件技術指南：高效 CFD 建模的網格劃分技巧
CFD 模型網格劃分工具總結
為 CFD 創建合適的網格是一門藝術。即使在使用自適應網格劃分的情況下，獲得高質量的網格也需要理解各種網格工具如何工作并預測流動問題的預期解。
我們創建的第一個網格通常不夠理想，往往需要改變幾何結構、網格，或同時對兩者進行修改。COMSOL Multiphysics 中的幾何結構和網格劃分序列可以很好地應對這一問題。幾何序列中引入的變化可通過模型向下傳播，如此一來，在幾何結構中引入變化時，就無需重新指定物理場或網格設置。此外，我們也可以大幅更改網格設置，重建整個網格序列，而不用從頭開始操作。另一種可能性是在幾何結構和網格中使用參數，從而得到一個模型，在其中單擊幾下即可將網格細化。
本系列文章只是初步揭示了在 COMSOL Multiphysics 中創建網格的可能性。除此之外，你還可以使用更多設置和選項進行 CFD 建模。
來源：COMSOL
展開 研究成果介紹-基于CFD與經驗方法的雙槳雙舵內河船舶操縱運動建模
由于頻繁的轉舵操作會使船后流場復雜化，因此本文的簡化處理對Z形實驗的影響較回轉實驗更大，后續可考慮船-槳-舵耦合的CFD計算以提高建模精度。考慮到內河船舶會收到狹窄航道的影響，可以在未來的研究中評估受限水域對螺旋槳-舵水動力性能的影響。
本文來自：留理科研
研究成果介紹-基于CFD與經驗方法的雙槳雙舵內河船舶操縱運動建模
由于頻繁的轉舵操作會使船后流場復雜化，因此本文的簡化處理對Z形實驗的影響較回轉實驗更大，后續可考慮船-槳-舵耦合的CFD計算以提高建模精度。考慮到內河船舶會收到狹窄航道的影響，可以在未來的研究中評估受限水域對螺旋槳-舵水動力性能的影響。
文章來源：留理科研
NASA眼中CFD的未來（2）物理建模
物理建模領域包括以航空器代表的復雜物理現象所需的關鍵建模技術，包括湍流、湍流的轉捩以及與燃燒相關的復雜化學反應現象。
該領域被細分為四個元素：RANS，混合RANS/LES, LES和燃燒。
與湍流計算模擬相關的前三個要素并不是完全不同的，因為RANS建模和LES建模的各個方面都包含在混合模型中。眾所周知，還有一些的附加物理現象沒有包括在上述路線圖中，但其在許多應用上是很重要的。包括結冰現象，湍流中的兩相流，真實氣體效應和等離子體現象，以及高空稀薄氣體應用的建模。
近年來的進展
在物理建模領域，近期最引人注目的亮點是于2020年開發了大量精心定義的測試案例，用于測試和驗證RANS模型和湍流分離流的比例解析模擬。這些案例包括有充分記錄的邊界條件和流場平均及瞬時速度測量結果，對于評估和改進復雜湍流流動的建模和仿真至關重要。
這些試驗包含兩個重點:
改進了對光滑體的二維或三維流動分離的預測;
對流動再附著下游的恢復區流動的預測。
物理建模領域被細分為四個元素:RANS，混合RANS/LES, LES和燃燒。
近幾年來物理建模領域有五個里程碑的進展:
CFD代碼中的改進RST模型(2016)，
流動分離的高精度RST模型(2019)，
綜合轉捩預測(2017)，
非定常復雜幾何在飛行雷諾數下分離流動(2020)
化學動力學計算加速(2017)。
1. 改進CFD代碼中的RST模型
自2014年以來，研究人員一直致力于在CFD代碼中開發和實現雷諾應力傳輸(RST)湍流模型。雖然這些模型可用于多種代碼，但它們還沒有廣泛滲透到航空航天工業應用中。
展開 
NASA眼中的CFD未來 |（4）幾何建模與網格劃分
例如，CREATETM Capstone （一個網格生成和幾何建模工具）已經納入了改進的B-Rep模型生成和修復功能。
CREATETM Capstone的幾何修復功能
此外，Geode幾何核心和相關MeshLink網格 - 幾何關聯性的開發提供了一個虛擬拓撲界面，使B-Rep模型更適合進行網格劃分。Geode 項目是 Pointwise 根據 NASA CFD Vision 2030 研究中發現的缺乏幾何建模方式而推出的工具，是第四代的實體建模和幾何內核，使用C++編寫，可在Windows、Linux和Mac上運行。而MeshLink庫提供了一個開放的、幾何核心中立的框架，用于網格幾何關聯。該庫使用C++面向對象編程模型編寫，但也提供了C、FORTRAN和Python 3版本。
相較于構建自己的B-Rep幾何建模內核，大部分研究人員，特別是參與多學科研究的人員，更傾向于利用商業CAD建模系統，因為其包含豐富的、基于特征的參數化建模能力、與當代工業基礎設施的兼容性等特性。
許多幾何內核存在的問題之一是它們最初并不是為在HPC或分布式環境中運行而設計的。這種限制有兩個方面。首先，大多數僅支持順序執行進行構建和查詢。其次，很多都是以CFD工作流之外的軟件來實現（可能由于許可約束或在不同的硬件或操作系統上運行）
針對上述限制已經出現了各解決措施，例如網格和幾何數據庫的使用。一些研究人員定制幾何內核的開發從一開始就考慮了高性能計算操作的需求。例如，由MIT推出的EGADSlite，一個用于高性能計算的輕量級幾何內核。
展開 NASA眼中CFD的未來（4）幾何建模與網格劃分
例如，CREATETM Capstone （一個網格生成和幾何建模工具）已經納入了改進的B-Rep模型生成和修復功能。
CREATETM Capstone的幾何修復功能
此外，Geode幾何核心和相關MeshLink網格 - 幾何關聯性的開發提供了一個虛擬拓撲界面，使B-Rep模型更適合進行網格劃分。Geode 項目是 Pointwise 根據 NASA CFD Vision 2030 研究中發現的缺乏幾何建模方式而推出的工具，是第四代的實體建模和幾何內核，使用C++編寫，可在Windows、Linux和Mac上運行。而MeshLink庫提供了一個開放的、幾何核心中立的框架，用于網格幾何關聯。該庫使用C++面向對象編程模型編寫，但也提供了C、FORTRAN和Python 3版本。
相較于構建自己的B-Rep幾何建模內核，大部分研究人員，特別是參與多學科研究的人員，更傾向于利用商業CAD建模系統，因為其包含豐富的、基于特征的參數化建模能力、與當代工業基礎設施的兼容性等特性。
許多幾何內核存在的問題之一是它們最初并不是為在HPC或分布式環境中運行而設計的。這種限制有兩個方面。首先，大多數僅支持順序執行進行構建和查詢。其次，很多都是以CFD工作流之外的軟件來實現（可能由于許可約束或在不同的硬件或操作系統上運行）
針對上述限制已經出現了各解決措施，例如網格和幾何數據庫的使用。一些研究人員定制幾何內核的開發從一開始就考慮了高性能計算操作的需求。例如，由MIT推出的EGADSlite，一個用于高性能計算的輕量級幾何內核。
一些組織開始尋求替代幾何建模的技術，例如作為端到端并行模擬工作流一部分的基于空間占用的技術。
文章來源：基算仿真
展開 齒輪泵CFD建模設計的最優化
齒輪泵是汽車上的一個重要部件，在發動機給油、變速器系統中被廣泛地使用。齒輪泵在使用過程中，體積效率和零件磨損成為問題，為了最優化齒輪泵性能，減輕摩擦損傷，理解泵內部的流體力學就顯得尤為重要。STAR-CD分析的作用在于泵流性能的最優化和流體流動振蕩的減輕，并降低成本，提高泵效率。為了優化齒輪泵的設計，必須詳細模擬齒輪形狀、遺漏流以及空氣泡的產生、壓縮、破碎等過程。
齒輪泵CFD建模設計的最優化
齒輪泵是汽車上的一個重要部件，在發動機給油、變速器系統中被廣泛地使用。齒輪泵在使用過程中，體積效率和零件磨損成為問題，為了最優化齒輪泵性能，減輕摩擦損傷，理解泵內部的流體力學就顯得尤為重要。STAR-CD分析的作用在于泵流性能的最優化和流體流動振蕩的減輕，并降低成本，提高泵效率。為了優化齒輪泵的設計，必須詳細模擬齒輪形狀、遺漏流以及空氣泡的產生、壓縮、破碎等過程。
