CFD仿真的案例
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 工程機械與高端裝備行業CFD仿真應用案例，附課程下載
工程機械與高端裝備行業CFD仿真
CFD仿真在工程機械與高端裝備行業的典型應用
當前工程機械與高端裝備行業對于設備的節能、噪音、流動和散熱性能等面臨著嚴苛的法規要求和企業內部要求。了解產品的流熱性能，并對產品進行優化，在激烈的市場競爭中取得成功是至關重要的。
西門子通用的多物理場CFD仿真工具，助力工程機械與高端裝備行業的CFD仿真設計探索；多學科設計空間探索優化工具，通過其高效的優化算法，幫助工程師快速找到多學科，多目標，多參數的創新解決方案。
主要內容包括：
工程機械與高端裝備行業仿真CFD趨勢
CFD仿真與多學科優化解決方案及關鍵技術
成功案例展示
作者：吳成濤
西門子數字化工業軟件售前工程師
超過十年的工程仿真經驗
負責多物理場CFD仿真工具SimcenterSTAR-CCM+
和多學科仿真優化工具HEEDS的推廣和技術支持
面對產品研發制造中的挑戰，您是否已做好準備？
點擊獲取完整視頻：http://jishulink555.mikecrm.com/Ugvb5iT
點擊獲取完整視頻：http://jishulink555.mikecrm.com/Ugvb5iT
展開 CFD熱仿真在數據中心設計階段的應用探討
四、維諦技術CFD熱仿真在數據中心設計評估上的應用總結
1、 在機房設計階段就采用CFD仿真技術對設計方案進行驗證評估，可以最大限度地避免由于設計原因帶來的機房運行問題，減少由于運行問題造成的機房整改投入，保護業主的投資；
2、 采用CFD仿真技術，可以模擬各種設計方案，對機房設計提供直觀的參考依據，起到優化設計、減少甚至避免設計錯誤的作用；
3、 采用CFD仿真技術，可以模擬機房的各種使用情況，對業主分階段負載投入、節能運行、安全運行起到指導作用。
作者簡介：
許泉明：維諦技術（Vertiv，原艾默生網絡能源有限公司）熱管理技術支持部專家，主要負責機房空調產品片區技術支持、機房空調系統測試評估等工作。多年機房空調技術工作經驗和機房CFD熱仿真經驗。
源自CAE集中營
展開 
更深入更快速的汽車CFD仿真流程
西門子工業軟件Converge期間的展覽會上展示了不同仿真平臺擁有的先進技術及不同平臺工具間的集成，結合其柔性的NX建模技術和測試設備，用端到端的數字線程連接各屬性模塊的性能仿真，實現汽車不同系統之間的相互通信，進而提高研發質量和效率，幫助汽車行業進行更深入，更快速的研發。這恰是本次會議的主題。
一個汽車CFD仿真案例分享
下面就FY20 Converge期間學到的一個汽車CFD仿真的成功應用案例進行分享。
北美汽車巨頭GM早在兩年多前就開始尋求更快速更經濟的汽車CFD仿真流程。試圖在CFD分析上運用單一工具平臺實現從CAD模型導入到結果輸出的快速流程，同時又能滿足設計變更后，CFD結果的快速響應。以此來節約數模的前處理，求解，后處理分別在不同工具間進行傳輸交換的時間以及設計變更帶來的重復工作。
西門子工業軟件Simcenter STAR-CCM+ 是完全集成化的單一CFD仿真工具平臺。可以快速建立標準自動化的仿真工作流程。這套流程將設計的變更提到網格生成之前，只需將改變后的數模在Parts導入時進行替代即可，后續的網格生成，求解計算和后處理在原有模板的基礎上進行一鍵更新。
GM原有的CAD設計軟件用的是西門子的NX，仿真數據和過程管理用的是Teanmcenter，而STAR-CCM+又被西門子收購，并入其Simcenter仿真平臺下。是否可以聯合CAD，TC和CFD分析一起建立完整的仿真管理流程，替代其之前分散的，效率不高的流程。2016年開始，即STAR-CCM+并購之初，GM和西門子工業軟件就布署基于CAD設計工具NX，數據管理工具TeamCenter和流體力學分析工具STAR-CCM+針對不同模塊屬性仿真應用方向的Campaigns。
典型的成功是熱管理的Soak工況仿真由原來的7周時間減少到7天。
展開 航空科普：大有可為-航空發動機葉輪機械CFD仿真技術
CFD仿真軟件也從零維、一維、二維發展到了現在的三維，通過CFD仿真航空發動機的設計人員更加清楚的了解到發動機內部的流動特點，在設計中可以快速的找到最優的設計方案，目前CFD仿真的應用使得新型航空發動機的研制周期縮短了一半，試驗樣機從原來的40~ 50臺減少到10臺左右，更為重要的是采用CFD仿真進行方案設計迭代在很大程度上減少了對試驗數據庫的依賴，大大降低了研制的風險和研制費用。可以說，CFD仿真在手，設計速度~嗖嗖~
CFD仿真技術發展應用與SNECMA公司風扇氣動性能提升對比[1]（圖片來自網絡）
CFD仿真“十八般武藝”
經過以上內容的介紹，相信讀者盆友們對CFD的前世今生和神奇功效已經有了初步的認識。做葉輪機械的CFD計算通常要建立控制方程（Navior-Stockes方程），生成網格，選擇合適的數值格式，還要通過各種物理模型來模擬復雜流動，有時候還要考慮非定常效應，不可謂不復雜，但一旦建立起成熟的方法論體系，并依此編寫出了穩定、準確、高效的代碼，還是有“一勞永逸”的功效的。雖然現如今的CFD“技藝”還遠不能說高超，但經過幾十年的努力，還是發展了許多成熟的技術，為CFD仿真保駕護航。
展開 【CFD數值仿真算例】風力發電機尾流數值仿真
CFD是一種基于計算機的數值模擬方法，用于研究流體流動、傳熱、化學反應等物理現象。通過建立數學模型，我們可以模擬流體在風力發電機周圍的流動情況，并分析尾流及其相互作用的流場分布。
在風力發電機尾流的研究中，CFD數值仿真可以幫助我們了解尾流的形成、擴散和再附著過程。尾流是指風力發電機在運行過程中，在葉片后方形成的渦旋流動區域。這個區域的流場分布對風力發電機的性能和穩定性有著重要影響。通過CFD仿真，我們可以觀察尾流的動態變化，分析尾流與周圍氣流的作用機制，以及尾流對風力發電機性能的影響。
此外，通過CFD數值仿真，還可以研究多個風力發電機之間的尾流相互作用。當多臺風力發電機在同一個風場中運行時，它們之間的尾流相互作用會對各自的性能產生影響。通過模擬和分析這些相互作用，我們可以評估風場中多臺風力發電機的整體性能，并優化它們的布局和配置。
風力發電機尾流仿真可從以下幾個步驟展開
01 幾何建模
在CFD仿真中，首先需要對風力發電機及其周圍流場進行幾何建模。這包括風力發電機的葉片、塔筒以及周圍的氣流區域。建模的精度和范圍取決于研究的目標和需求。
02 建立數學模型
基于流體力學的原理，需要建立描述流體流動的控制方程，如Navier-Stokes方程、傳熱方程等。這些方程描述了流體的速度、壓力、溫度等隨時間和空間的變化規律。
03 離散化與求解
將連續的控制方程離散化為網格上的離散方程，然后通過數值方法（如有限體積法、有限元法等）進行求解。這一步涉及到選擇合適的離散化方法和數值求解器，以確保模擬的精度和穩定性。
04 后處理與可視化
通過后處理技術，可以對仿真結果進行進一步的分析和處理，例如提取流場的速度矢量、壓力分布、湍流統計量等。可視化技術則可以幫助我們直觀地觀察和分析流場的結構和動態變化。
展開 直播預告 | 基于CFD仿真的高效熱管理解決方案
? CradleCFD在提高熱管理仿真解決方案:如何突破“網格慢、算不動”瓶頸
? 熱路徑工具的應用:讓“熱量流向”一目了然
? BCI-ROM介紹:真速度大幅提升，精度損失降低
? 熱管理應用案例介紹:看熱管理仿真如何提升產品制造
本次主要將展示降階建模BCI-ROM仿真，效率提升方面的需人工操作到分鐘級快速前處理以及高效計算等功能，同時包含高效后處理工具熱路徑應用。
李晶
海克斯康CFD仿真專家
日本大阪大學工程熱物理博士
具有20年以上的流體仿真工程經驗，廣泛了解國內外客戶對CFD仿真需求以及發展現狀，針對客戶的需求能提供有效、合理、針對性的流體解決方案，為客戶解決實際應用問題。
展開 多物理場的計算流體動力學仿真軟件Cradle CFD官方推薦學習資料
因此，MSC Software聯合技術鄰組織了本次的直播課程，讓電子散熱仿真更高效、更簡單。由具有20年以上的流體仿真工程經驗的MSC流體產品負責人李晶為大家主講。
02
官方文檔
本文檔針對Cradle做了詳細的介紹，可免費下載。
1.Cradle-熱流分析解決方案.pdf
- 計算流體力學在工程中的作用
- Cradle提供的熱流分析軟件及可選工具，整合了最新的前沿技術
① scSTREAM和HeatDesigner-擁有可靠的跟蹤記錄
② scFLOW和SC/Tetra-不斷發展的最新CFD解決方案
③ scPOST-在同一環境下對多物理場進行可視化
- PICLS幫助設計人員輕松實現PCB的熱仿真
- Optimus是以優化和自動化為核心的仿真工具集成平臺
2.CFD Cradle聯合仿真案例集-更智能的多物理場CFD.pdf
本書闡明了當今流體工程所涉及的前沿解決方案，包括令人信服的案例研究，展示了CFD仿真幫助行業和公司進行創新的領域。
各行業的領導者和技術創新中心都在使用CFD解決方案來更好地理解、改進和驗證新設計或制定對策。
本書中可以看到Panasonic，Boostheat，Analog Way，Goldwin和Stirling Aviation都在使用Cradle CFD仿真來幫助達到客戶的期望以符合政策法規。
如今，CFD在一個不太令人注意的行業———環境和可持續性領域中扮演著重要角色：
日本東海大學（Tokai University）十多年來一直使用CFD仿真來驗證，并多次獲獎的跨澳大利亞太陽能汽車設計。
展開 積鼎CFD：污水處理仿真技術創新，共筑綠色水環境
面對日益嚴峻的水資源挑戰，流體仿真技術可為污水處理領域帶來有力支撐。其中，積鼎科技的計算流體動力學CFD仿真解決方案以其優秀的模擬仿真能力，為推動污水處理行業創新與可持續發展提供有力支撐。
污水處理是一個涉及多重物理、化學及生物反應的復雜過程。傳統方法常面臨效率低下、能耗高昂及處理效果不穩定等難題。面對這些挑戰，積鼎CFD技術以其獨特的流體仿真優勢，為污水處理領域帶來了革命性的改變。
固液處理：高效模擬，優化設計
在污水處理的固液處理階段，沉淀池、格柵、沉砂池等基礎設施扮演著重要角色。積鼎CFD仿真分析通過對這些反應器內部流體流動的準確模擬，為工程師提供前所未有的洞察力。從流速分布到湍流強度，使數據項清晰可見，助力工程師優化反應器設計。
例如，通過調整沉淀池的形狀與尺寸，實現最佳沉淀效果，顯著減少懸浮物排放。此外，在攪拌器、泵等關鍵設備的選型與配置中，CFD模擬結果也提供了科學依據，確保設備高效運行，有效降低能耗，為污水處理廠節省寶貴的運營成本。
化學處理：全方位模擬，提升凈化效率
化學處理是去除污水中污染物的重要步驟，但其復雜性不容小覷。積鼎CFD仿真分析技術能夠全面模擬流體流動、傳質及化學反應過程，準確預測反應程度、污染物去除效率及關鍵參數變化。基于模擬結果，工程師可調整反應條件，如反應時間與反應物濃度，從而顯著提升化學處理效果，確保污水中有害物質得到更高效清除，滿足日益嚴格的排放標準。
生物處理：深度優化，促進微生物代謝
生物處理作為污水處理的核心環節，依賴于活性污泥反應器與生物膜反應器的微生物代謝作用。積鼎CFD仿真分析技術深入模擬反應器內的流體流動、混合狀態及生物體與污染物相互作用，為工程師優化反應器結構提供參考。通過優化布局，確保微生物與污水充分接觸，提高處理效率。
此外，CFD模擬還能夠指導曝氣裝置的配置與優化。
展開 使用 CFD 仿真優化建筑設計 附精通CFD工程仿真與案例實戰下載
建筑取證
我們已經討論了如何使用仿真來預防 建筑圍護結構的問題，但有既存 問題時會發生什么呢？針對這種情況，Built Environments 團隊利用仿真來執行建筑取證。這個過程包括評估和調查有缺陷的建筑設計，以確定損壞的原因和持續時間以及未來損壞的可能性。
Doggett 舉了一個建筑取證的例子，一個項目涉及修復雨幕系統，該系統在建筑包層后面創造空間來幫助防潮。這對于建筑整體性能非常重要，正如 Doggett 所指出的，“大約 90% 的建筑問題是由潮濕引起的”。
在這個特定的例子中，雨幕系統的包層由半透明的聚碳酸酯制成，部分光和熱可以通過此包層傳遞。雖然很美觀，但太陽輻射得熱量會導致外部泡沫隔熱層熔化。
聚碳酸酯雨幕系統的 CFD 仿真，其中竣工條件導致意想不到的太陽輻射得熱量。產生的問題包括面板變形和 XPS 隔熱層的表面熔化。對雨幕改造的 CFD 分析成功地確定了允許的最大太陽輻射得熱量和最低的通風要求。圖片由 Steven Doggett 提供。
通過 CFD 分析，Built Environments 團隊能夠確定重新設計所需的最低通風要求和允許的最大太陽輻射得熱量。現場的數據驗證了仿真結果的正確性。最后，Doggett 指出，團隊成員發現他們“準確計算了他們在現場看到的情況”。
應對建筑仿真挑戰
建筑是一個非常實用且“腳踏實地”的行業。因此，Doggett 強調了在建筑物理和整個建筑行業中使用仿真時，對實際物理測試進行基準測試的重要性。我們需要進行基準測試來增加對仿真結果的信心。
Built Environments 團隊成員在 CFD 仿真中使用現場收集的真實數據。這樣，他們可以立即驗證條件，并確認不同的條件如何影響建筑設計。
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【CFD數值仿真算例】海上火箭發射數值仿真
CFD（計算流體動力學）數值仿真是一種通過計算機模擬流體流動和相互作用的技術，它可以用于預測和分析各種復雜流動現象，包括海上火箭發射過程中的流體動力學問題。
CFD可以用于研究海上火箭發射平臺的運動規律。在海上火箭發射過程中，火箭發射平臺會受到海浪、海流、風等多種環境因素的影響，這些因素會對平臺的穩定性和運動特性產生重要影響。通過CFD數值仿真，可以對這些因素進行建模和分析，進而得到海上火箭發射平臺的運動規律。
具體而言，CFD數值仿真可以模擬海浪對發射平臺的沖擊和振動，分析平臺在不同海況下的穩定性和動態響應。同時，還可以考慮海流和風的影響，研究它們對平臺運動的影響程度和規律。通過這些仿真分析，可以優化發射平臺的設計和操作策略，提高海上火箭發射的成功率和安全性。
運用CFD數值仿真來研究海上火箭發射平臺運動規律的步驟大致如下：
建立幾何模型：首先，需要收集實際問題的相關數據，并據此創建一個三維幾何模型。可以通過計算機輔助設計（CAD）軟件或其他三維建模軟件完成。建立幾何模型時需要考慮問題的尺寸、形狀和邊界條件等因素。
離散網格生成：離散化是CFD仿真的關鍵步驟之一。在此步驟中，需要將連續流體域分割成離散網格。這些網格通常是由簡單的幾何形狀（如立方體或其他形狀）構成。
設置物理模型和邊界條件：根據問題特性，選擇合適的物理模型（如流體動力學模型、結構動力學模型等）和邊界條件（如海浪、海流、風等）。
求解計算：利用CFD軟件進行數值求解，計算出各網格點的流場變量（如速度、壓力、溫度等）以及發射平臺的運動規律。
后處理和結果分析：對計算結果進行后處理，提取關鍵數據，如發射平臺的運動軌跡、速度、加速度等，并進行詳細的分析和評估。
展開 CAESES與SC/Tetra聯合做CFD仿真優化分析
CAESES與SC/Tetra聯合做CFD仿真優化分析
1. 項目背景介紹
1）攪拌器葉片根據不同的功能，不同的介質等，選擇不同的葉片型式種類。對于某一固定結構形式的葉片，調節葉片的參數也很多，故我們需要在眾多的參數中尋找到影響目標結果最為主要的幾個參數進行分析計算。
2）人為的改動模型提交計算的缺點是工作量較大，且眾多離散點的計算不能很好的統計出影響規律。
3）本說明書主要介紹基于caeses與SC Tetra軟件做參數化CFD仿真分析，主要包括caeses參數化建模，SC Tetra腳本錄制，caeses建立連接以及DOE設計和尋優計算。
2. 使用CFD分析工具介紹
1） CAESES
CAESES是一款仿真驅動的優化設計軟件。CAESES主要應用于概念設計階段，具有強大的復雜曲面參數化建模功能，其軟件鏈接器能夠與目前市場上幾乎所有的商業求解器、開源求解器及企業內部自有CFD求解器等無縫耦合；還具有多種優化算法，可以通過多種手段進行單目標及多目標最優化求解。
2）SC/Tetra
SC/Tetra是一款通用CFD仿真軟件，該軟件徹底改變了過去的CFD軟件產品在“速度”、“簡潔化”和“價格”方面的形象。
展開 來稿 | Ansys CFD在電機散熱仿真中的應用
仿真求解能力：FLUENT具有豐富湍流模型適合各類工業湍流，具有多參考系物理模型處理類似電機風扇這類帶旋轉計算域模型，并且Interface插值功能可以高效處理混合網格劃分帶來的交界面數值誤差，在Interface插值過程中，還能自動生成接觸熱阻，該功能可回避薄壁模型的創建及網格劃分。
后處理能力：模型的顏色渲染及透明渲染功能強大，多工況的同步對比功能可以方便同步對比設計方案及提高后處理效率，針對速度、壓力場隨剖面位置動畫制作可以大大提高后處理的流場顯示效率，并且后處理模塊還能自動出仿真計算報告。
關于Ansys CFD
計算流體動力學 (CFD) 是一款操作靈活、結果精確、應用廣泛的仿真工具。Ansys CFD 不僅能提供定性結果，還可就流體的相互作用和平衡做出準確的定量預測，讓新手和專家用戶都能運行出色的 CFD 仿真。全新基于任務的工作流程有助于用戶開展更多的工作：只需進行簡單的學習便可在較短時間內準確地解決復雜問題。
展開 公共交通環境中CFD仿真應用
室內空氣中的細菌因咳嗽而擴散,顏色對應于以m / s為單位的氣流速度
計算流體動力學（CFD）是一種計算描述/與流體流動相關的非線性微分方程的數值方法，幫助工程師可視化流動發生的任何區域的流速，密度，熱影響和化學濃度。有助于工程師分析問題區域并提出最佳解決方案。
CFD仿真常見的應用領域為：
v 教室、醫院、機場等公共場所
v 一般辦公室/房間模擬
v 通風櫥設計
v 污染物模擬
v 工業通風設計
v 吸煙休息室
v 外部建筑流場
v 火災和煙霧管理
v 倉庫火災模擬
v 游泳池通風
v 潔凈室模擬
v 動植物環境
v 封閉的車輛設施
v 計算機集群室等等
顯然，采用CFD仿真能夠有效模擬分析公共場所空氣消毒機的工作狀況，以下元王為某機場航站樓做的空氣消毒CFD分析案例。
CFD仿真分析背景
1. 地面與天花板之間的距離為4.1m；
2. 每臺設備之間的距離、安裝位置如上圖；
3. 空氣凈化器的進出口如下圖所示；
4.
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