流體動力優化的案例
基于計算流體動力學仿真的離心式人工心臟泵葉片參數優化
3.5 模型優化后的葉片結構參數和性能
在上述仿真實驗中，對葉片出口角度、葉片出口寬度、葉片厚度和分流葉片對離心式人工心臟泵的剪切應力分布、水力性能的影響進行了研究，得到了一組性能較好的葉片結構參數見表1。
表1 優化模型的葉片結構參數
圖10為優化后的葉輪三維模型與泵的裝配剖視圖。將優化模型與基礎模型的仿真結果進行對比可以發現，優化后模型葉輪表面的最大剪切應力為455Pa，基礎模型葉輪表面的最大剪切應力約為584.7Pa，優化后葉輪表面的最大剪切應力降低了22%。此外，優化后的葉輪揚程約為114.6mmHg，基礎模型葉輪的揚程約為119.1mmHg，兩者揚程均能滿足人工心臟泵的使用要求，且優化后的葉輪揚程更接近100mmHg，更符合設計的需求。
圖10
4 結論
本文基于計算流體動力學仿真分析，研究了不同葉片結構參數下的離心式心室輔助泵的剪切應力分布、水力性能變化，發現葉片形狀對泵的剪切應力分布、水力性能有較大影響。直葉片較后彎葉片有較大的揚程，但存在更大的剪切應力。當葉片出口角度較小時，葉片表面及泵內剪切應力較大；當葉片出口角度過大時，由于葉片前緣向前傾斜，不利于前緣處流體的運動，剪切應力反而增大。
葉片出口寬度與泵的揚程呈正相關的關系，在設計時需要配合蝸殼前后間隙綜合考慮，避免影響泵內血液流動狀態而發生溶血。葉片厚度較小時，葉片表面及泵內剪切應力較大，適當增大葉片厚度可以有效降低葉片緣剪切應力分布。
分流葉片在增加輔助泵的揚程的同時也會引起葉片表面的剪切應力增大，適用于低轉速下需要增加水力性能需求的葉輪設計。在本文研究范圍內，葉片出口角度β2=60°、葉片出口寬度b2=6mm、葉片厚度δ=2.5mm且沒有分流葉片的葉輪性能更好。
文章來源：工具技術
展開 計算流體動力學(CFD)方法在電機通風冷卻結構優化中的應用
由于
大型水輪發電機的試驗數據很難獲得，因此，可綜合應用比例模型試驗、網絡法和三維計算流體動力學
(CFD)改善電機中風量分布的均勻性，以控制溫度，避免溫度過高縮短電機壽命。
計算流體動力學（CFD）方法在電機通風冷卻結構優化中的應用.pdf
計算流體動力學（CFD）優化新型原位曝氣模式以提升其在MBR中的性能
本文圖形摘要
【研究亮點】
?
采用三維計算流體動力學（CFD）模型對MBR（膜生物反應器）的結構設計進行了研究。
?
懸浮固體混合液濃度
(MLSS)
的增加提高了剪切應力的均勻性
。
?
將氣泡直徑優化至
5mm
有助于改善剪切應力的分布
。
?
通過延長側擋板的長度，改善了膜表面上的剪切應力均勻性
。
?新穎的原位曝氣方法提高了膜的抗污性能。
【論文摘要】
本研究利用三維計算流體力學（CFD）模型模擬了平板膜生物反應器（MBR）的流體動力學特性，以解決膜污染問題并優化結構設計。通過調查改變剪切應力和液體速度的關鍵參數，對膜模塊配置和操作條件進行了優化。發現混合液懸浮固體（MLSS）濃度增加會增加剪切應力，從而實現剪切應力的更均勻分布。通過將氣泡直徑優化為5mm，膜表面的剪切應力得到了優化，并且分布相對均勻。此外，延長側邊擋板長度顯著改善了每個膜上剪切應力分布的均勻性。同時，還發現了一種新型的原位曝氣方法，與傳統曝氣方式相比，可以將湍流動能增加200倍，從而實現了更均勻的氣泡流線。因此，這種新型的原位曝氣方法在MBR中展示出優越的膜抗污染潛力。本研究為MBR的結構設計和優化提供了一種新方法。CFD模型、優化技術和新型的原位曝氣方法的創新組合對提升污水處理中膜分離技術性能具有重要意義。
【文章簡介】
1.背景介紹
膜生物反應器（
MBR
）技術，即生物反應器與膜分離相結合的技術，由于其占地面積小、自動化程度高、處理高效等優點，已成為當前市政污水處理和水再利用最具發展前景的技術之一。
展開 船舶計算流體力學 (CFD) - 船舶設計與優化的頂尖仿真工具（免費領文檔）
盡管這種方法仍然有用，但仿真的興起，尤其是計算流體力學 (CFD) 的興起，也帶來了以數字化方式研究船舶行為的機會。這就開創了在真實的運行條件下以全尺寸預測船舶性能的方式。在本項專題報告中，我們將展示挪威船級社 (DNV-GL) 和美國船級社 (ABS) 這樣的行業領軍企業的工程師和船舶設計師如何使用 Simcenter 軟件進行船舶 CFD。
案例研究涉及的主題包括：
流體動力學仿真
空氣動力學分析
推進系統
數值船池
自動設計探索
流體動力學仿真為船池試驗提供了備選方案
在過去的一百多年里，人們一直使用船池來確定流體動力學性能。然而，制作船池模型并進行試驗，不僅成本高昂，而且格外耗時。這就意味著，船池試驗通常在設計周期后期執行。這些試驗用于驗證和調整已經確定的設計，而不是為早期設計選項出謀劃策。
CFD 仿真為船池試驗提供了新型備選方案。工程師們可以使用數值船池的虛擬模型，以數字化方式測試船舶性能。流體動力學仿真的設置和運行快速，因此能夠更早在設計流程中部署。這樣就可以提供工程數據，用于將設計推向不同的、更好的方向，開辟船舶設計創新之路。
專題報告包含多個案例研究，展示 CFD 仿真在各種場合的應用，包括船體的流體動力學優化以及螺旋槳裝置的建模，包括預測空化現象。這些研究顯示了快速進行設計評估的優勢所在，以及船舶可用的多種多物理場模型。
了解如何進行船舶設計優化
要想在船舶能效和創新的競賽中保持領先，工程師需要能夠快速地預測出設計更改對船舶實際性能所造成的影響。設計探索軟件依據用戶定義的要求對各種變型進行快速、自動化的評估，將 CFD 仿真推向新一層級。
下載此報告，了解 IBMV 如何將設計優化用于節能設備的開發，以及 ABS 如何使用自動設計探索改進了螺旋槳性能。
展開 
CFD學習：基于流體動力剪切應力的流體動力潤滑建模
作者Cadence CFD 解決方案
要點
流體動力潤滑是一種潤滑方式，其中在表面之間引入液體潤滑劑以防止它們相互摩擦。
流體動力潤滑廣泛應用于噴氣發動機渦輪葉片、機械密封、軸承、齒輪、內燃機、生物醫學和納米技術。
根據屈服剪切應力，潤滑劑可分為剛性潤滑劑或準牛頓潤滑劑。
在流體動力潤滑中，流體動力剪切應力特性非常重要，因為它們影響潤滑劑的變形。
每當兩個表面（例如工具和工件）之間存在摩擦時，就會導致生產力問題。流體動力潤滑是一種公認的潤滑方式，有助于減少表面之間的摩擦。在流體動力潤滑中，流體動力剪切應力特性非常重要，因為它們影響潤滑劑的變形。根據流體動力剪切應力，材料變化可能是永久性的，也可能是暫時的，這可能會影響潤滑的有效性。
讓我們探討一下什么是流體動力潤滑以及為什么需要它。
流體動力潤滑
當兩個表面接觸時，會產生摩擦力，從而限制了移動的便利性。在工程中，摩擦是一種常見現象。在大多數工程系統中，提供潤滑是為了防止兩個表面相互摩擦造成的磨損。
流體動力潤滑是一種潤滑方式，其中在表面之間引入液體潤滑劑以防止它們相互摩擦。潤滑劑通常用于在兩個表面之間形成一層。流體動力潤滑也稱為厚膜或全膜潤滑。
流體動力潤滑如何減少摩擦？
我們都知道，即使是鏡面拋光的表面也由稱為山丘和山谷的波峰和波谷組成。表面的缺陷會導致表面粗糙。通過引入流體動力潤滑，將適當的潤滑劑添加到接觸表面，形成薄層。該潤滑劑膜可防止表面相互直接接觸，從而減少摩擦。
有趣的事實：摩擦學是一種基于潤滑的理論。它是對摩擦、磨損和潤滑的研究。
展開 關于計算流體力學，你知道多少？ 附計算流體動力學分析下載
計算流體力學的發展
計算流體動力學（Computational Fluid Dynamics）簡寫為CFD，是20世紀60年代起伴隨計算科學與工程（Computational Science and Engineering, 簡稱CSE）迅速崛起的一門學科分支，經過半個世紀的迅猛發展，這門學科已經是相當的成熟了，一個重要的標志就是近幾十年來，各種CFD通用軟件的陸續出現，成為商品化軟件，服務于傳統的流體力學和流體工程領域，如航空、航天、船舶、水利等。隨著CFD通用軟件的性能日益完善，應用的范圍也不斷的擴大，在化工、冶金、建筑、環境等相關領域中也被廣泛應用。
現代流體力學研究方法包括理論分析，數值計算和實驗研究三個方面。這些方法針對不同的角度進行研究，相互補充。理論分析研究能夠表述參數影響形式，為數值計算和實驗研究提供了有效的指導；試驗是認識客觀現實的有效手段，驗證理論分析和數值計算的正確性；計算流體力學通過提供模擬真實流動的經濟手段補充理論及試驗的空缺。
更重要的是，計算流體力學提供了廉價的模擬、設計和優化的工具，以及提供了分析三維復雜流動的工具。在復雜的情況下，測量往往是很困難的，甚至是不可能的，而計算流體力學則能方便的提供全部流場范圍的詳細信息。與試驗相比，計算流體力學具有對于參數沒有什么限制，費用少，流場無干擾的特點。出于計算流體力學如此的優點，我們選擇它來進行模擬計算。簡單來說，計算流體力學所扮演的角色是：通過直觀地顯示計算結果，對流動結構進行仔細的研究。
計算流體力學在數值研究大體上沿兩個方向發展，一個是在簡單的幾何外形下，通過數值方法來發現一些基本的物理規律和現象，或者發展更好的計算方法；另一個則為解決工程實際需要，直接通過數值模擬進行預測，為工程設計提供依據。
展開 利用CFD（計算流體動力學/流體仿真技術）判斷液力扭矩系數
本文將探討如何利用CFD（計算流體動力學/流體仿真技術）計算液力扭矩。
液力扭矩（Td）是一種由流體導致的，而且是純粹因流體作用在閥門轉動零件上而產生的扭矩。液力扭矩是和以下各項都相關的函數：閥門設計、閥門開度、壓降和流體方向（對偏心閥而言）。業界通常的做法是利用液力扭矩系數（Cdt）計算相關運行壓力下的液力扭矩。
液力扭矩系數是液力扭矩的無量綱表達式，它是閥體兩端靜壓降和閥門尺寸決定的。液力扭矩系數的計算公式：
按照常規做法，動態扭矩（和流量）系數是通過閥門流量回路試驗來確定的。該試驗通常以水為試驗介質，在均衡的行進流速，且完全湍流（全紊流）、無空化流的條件下，在長而直的管道中進行。
液力扭矩的計算方法是開啟扭矩和關閉扭矩的平均值，因為這兩個扭矩值相加，可以抵消掉摩擦扭矩。壓降的測量規程是上游側距閥門端口兩倍閥門直徑，下游側距離閥門端口六倍閥門直徑，分別在不同流率條件下，針對不同的閥門開度進行測量。
對于大型高壓閥門，由于缺乏專門的試驗設施，其動態扭矩是通過等比例縮小的產品原型估算的。但隨著電腦技術的發展，可以利用計算流體動力仿真軟件判斷各種流體系數。
計算流體動力仿真技術
過去數十年來電腦技術不斷地飛速發展，計算流體動力（CFD）已經成為工程設計的重要工具。CFD利用數字技術解算流體流動方程，不需要閥門的實體模型。流體的流動可以用電腦計算實現模擬。流體動力仿真模擬的步驟通常如下：
預處理
· 通過CAD軟件的幾何參數獲取流體體積信息。
· 將相應體積的虛擬流體分割成有限數量的單元，以便用數字方式解算流體流動方程。
· 設定模型的邊界條件。
解算
· 利用高性能電腦進行迭代計算，解算數字化的流體流動方程。
展開 CFD（計算流體力學）在各行業中的應用 附王福軍計算流體動力學分析-CFD軟件原理與應用下載
下載地址：王福軍計算流體動力學分析-CFD軟件原理與應用
流體動力學 ￥5
2 流體動力學
全套大綱
Waves
流體中的波
Basic laws
基本法
High Re flows--ver. 1
高 Re 流量--ver. 1
Coastal GFD
沿海GFD
Linear instability
線性不穩定
Micro-physics of fluids
流體微觀物理
Rotating Fluids--general
旋轉流體——概述
Surface tension
表面張力
Transport
運輸
Low Re flows
低回流
Seepage flows
滲流
Thermal effects
熱效應
Control volumes
控制音量
Potential flows
潛在流量
Experimental techniques
展開 科技前沿 | 什么是計算流體動力學？
計算流體動力學是指在計算機輔助設計 (CAD) 軟件中執行的仿真和分析，用于計算產品內或產品周圍的液體或氣體流量。
這是一種多物理場解決方案，因為其涉及多種現象的相互作用，包括流體動力學、熱力學和動量守恒等。與有限元分析 (FEA) 一樣，流體體積被分解成更小的元素，這些元素會組成一個矩陣。除了產品開發和空氣動力學之外，CFD 還有許多用途，例如天氣預報和視覺效果。
在產品開發中，CFD 使我們能夠設計出滿足流體流動和傳熱要求的產品和系統。讓我們看看它是如何工作的。
功能
通過使用 CFD 軟件，您可以計算和顯示流體量，例如：
速度、模型內部或外部粒子的速度和方向。
溫度。
壓力。
漩渦，其代表流體在整個域的點處的旋轉運動情況。
這些結果可以計算并顯示 (1) 在模型中的特定位置；(2) 表面或部件上的最大值或最小值；或 (3) 在整個流體體積中。當顯示在流體中時，結果可以以顏色輪廓、粒子、方向場或流線進行顯示。為了進一步促進對運動的理解并加速計算，結果可以顯示在特定的剖切面上。
一般流程
可以通過執行以下步驟來執行 CFD：
1、從模型開始
在進入 CFD 仿真環境之前，創建要分析的 3D CAD 零件或裝配體。幾何圖形可以是 CAD 軟件原生的，也可以是導入的。
展開 流體動力空化：機制和應用
流體動力空化
流體動力空化是一種空化現象，涉及液體介質內部蒸汽空穴的發展。與由于超聲波通過時流體的壓縮和膨脹引起的超聲空化不同，流體動力空化是由流動流體的靜壓下降引起的。
水動力空化機制
流體動力空化涉及三種機制：
成核
氣泡增長
泡沫破裂
流體動力空化可以描述為流體介質在低壓下的破裂。當流體流過不規則的幾何形狀或狹窄的孔口時，流體的速度會上升。速度的增加降低了靜壓。每當壓力變得小于局部飽和蒸氣壓時，就會釋放出大量空穴（成核）。在壓力下降時，產生的空腔會膨脹并破裂（生長和內爆）。當空腔坍塌時，它們會向周圍的液體中釋放出尖銳的能量沖擊波。沖擊波能夠帶來微觀混合效應、無標度加熱和可控的轉子/液體摩擦。
流體動力空化器
使用專用轉子（帶孔）以特定速度機械旋轉流體會產生流體動力空化。用于產生流體動力空化的專用轉子稱為流體動力空化器。
在流體動力空化器中，轉子的旋轉在孔內產生遠離金屬表面的流體動力空化。流體動力空化器產生的流體動力空化在系統內完全可控，從而防止表面損壞。氣泡的內爆釋放沖擊波，有助于混合和抑制結垢。流體動力空化器在整個液體中提供均勻的溫度分布，沒有任何傳熱表面。
流體動力空化應用
水動力空化是一種很有前途的空化技術，可用作納米材料合成的有效工具。水動力空化已成功用于化學或物理過程，例如聚合和解聚、微生物細胞破裂和脂肪酸水解。它還用于水凈化。受控流體動力空化的應用包括生物柴油合成、生物質預處理、臭氧化、燃料脫硫、閥門操作、船用螺旋槳以及食品和飲料行業。
Cadence CFD 仿真工具可以幫助您分析流體動力空化對復雜的基于流體的機器系統的影響。在設計渦輪機、螺旋槳和泵時，這些工具可以支持剪切、沖擊和湍流效應的研究。
展開 
基于 OpenFOAM 的計算流體力學（CFD）設計優化 ￥15
基于 OpenFOAM 的計算流體力學（CFD）設計優化
課程定位：從流動仿真到自動化外形與拓撲結構設計
學習收獲
借助簡單流動案例，理解基于 CFD 的設計優化，以及靈敏度優化、外形優化和拓撲優化的相關概念。
無需掌握伴隨理論前置知識，即可在 OpenFOAM v2412 中搭建基于伴隨方法的靈敏度分析流程。
通過控制點與幾何約束條件，完成二維方柱繞流的外形優化。
針對單入口、雙出口的三維內流問題，配置基于孔隙率的拓撲優化方案。
合理設置源項耦合，實現孔隙率場與動量方程的關聯。
創建并管理單元集與單元區域，以此限定優化的有效范圍。
利用目標函數變化歷程、靈敏度數據及孔隙率演變規律，分析優化的收斂性。
通過 ParaView 閾值分析與等值面功能，實現優化后外形及拓撲結構的可視化。
識別并解決 CFD 優化流程中常見的設置錯誤與收斂性問題。
修改課程提供的演示案例，探索不同目標函數與約束條件下的優化效果。
課程介紹
發布時間：2026 年
MP4 視頻
本課程是一門側重實操的基于 OpenFOAM 的 CFD 設計優化入門課，旨在幫助學習者突破單純的流動可視化局限，掌握系統化、仿真驅動的設計改進方法。課程核心重點是講解 CFD 優化問題的搭建思路，以及各項配置選擇的內在邏輯，而非針對大規模工業級問題的求解。
本課程專為無伴隨方法前置知識的學習者設計。所有優化相關概念均從設計與工程應用的角度切入講解，清晰界定優化對象，以及 CFD 技術如何指導設計方案的優化升級。課程最大限度簡化了數學推導的復雜度，全程側重實操實現的細節要點。
展開 金屬3D打印如何優化流體歧管？
流體歧管是連接兩個或多個流體管道或通道的部件。雖然概念上很簡單，但此類部件在所屬系統中發揮著重要作用。您可以采用提高流體歧管性能的方式來提升整個系統的性能。由于存在局限性，傳統制造工藝經常無法對流體歧管進行優化。重量和體積過大、尖角、滯流區和多個易漏連接點等問題很常見。
金屬增材制造(AM)能夠以傳統制造無法實現的方法優化流體歧管。經增材制造優化后的部件采用整體設計，無需組裝操作，能夠生產有機的薄壁形狀，還減少了最終組件的重量和體積。這些優勢在半導體設備等應用中尤其有益，半導體設備的特點是在潔凈環境中封裝密實、快速運動的組件，其包含許多流體管道。增材制造組件旨在提供更好的性能，在一些應用中，測得的干擾力最高降低了90%。
由于對流體歧管傳統制造的現有設計均是針對這些工藝的局限性而打造，因此通常效率較低。出于此原因，我們建議從頭開始設計優化的增材制造歧管。不過，好消息是，通常只需要一到兩次設計迭代就可以得到可用于增材制造的歧管設計。
增材制造流體歧管的示例
增材制造流體歧管用于各個行業中所用的快速運動組件的流體連接。在這些以性能為主的環境中，增材制造優化所帶來的優勢是關鍵。增材制造可以減輕重量來獲得更好的慣性結果，消除尖角以更好地控制壓力下降和干擾，并通過最大程度減少連接點來降低泄漏風險。
推動流體歧管應用采用增材制造的關鍵因素
使用增材制造的好處通常是相互關聯的。無論項目的主要目標是什么，例如因空間有限而進行包裝，都可以通過巧妙的設計策略來實現所有這些好處，令產品的表現超越主要目標（例如，減輕重量和改善流動性）。
展開 攪拌混合CFD流體仿真優化設計
針對參數化建模Ansys 有designmodeler, STAR-CCM+ 有3D-CAD Models, 更推薦使用STAR-CCM+,可以輕松的導出參數化模型為Java文件，使用宏運行Java文件快速復用三維模型，可以配合全局參數，在設計探索功能中進行參數化掃描進行設計優化。
彈性流體動力油膜理論
許多學者認為：在部分膜彈流中，當彈流系統產生的平均流體動壓力場不足以產生一個高粘度的油膜來把干涉著的表面粗糙微峰隔開時，則膠合就會出現。很多年前就已經發現，承受重載荷的潤滑金屬表面作滾動接觸時，破壞是由稱為點蝕的特有疲勞過程所造成的。裂紋產生在表面上或表面附近，然后沿著和運動方向成銳角的方向向內蔓延，最后使金屬微粒剝落下來，在表面上留下特有的麻點。一般認為裂紋一旦形成，就會被潤滑劑所填滿，當裂紋通過接觸區時，裂紋內的液體產生很高的壓力，從而使裂紋蔓延。
總之，增大油膜厚度可以延長疲勞壽命；而對同樣的油膜厚度來說，降低表面粗糙度可延長壽命。
