CFD數值模擬的案例
CFD數值模擬在農藥噴施技術中的應用進展分析
文章全面總結了CFD數值模擬技術在農藥噴施技術噴霧流場模擬、罩蓋防飄移技術模擬、霧滴沉積規律模擬、藥械相關部件的輔助模擬設計等方面的應用及研究結論,得出了CFD模擬技術在該領域研究中的優勢和不足、應用現狀及發展方向。同時,在分析的基礎上指出,CFD在此領域的應用還
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船舶阻力CFD模擬分析 ?
與試驗相比CFD數值模擬技術的優勢
與試驗驗證相比，CFD數值模擬技術具有如下特點：信息量大，成本低，易并行化、能快速響應，這使得CFD數值模擬技術在下述方面具有優勢：
（1）依靠CFD數值模擬，可以在一定的流動空間范圍內給出流場的定量計算結果，便于分析各種流動參數（如Fn數、Re數和流體的物性等）以及幾何構造對流動規律的影響，對艦船總體水動力性能實現廣參數（較多的參數種類、較寬的參數范圍）考察。
（2）可快捷地實現多方案選優。
（3）一體化模擬多部件的組件內外流統一流場，針對如船體螺旋槳（含泵噴、噴推、導管槳等）/舵/附體等對象物，總體上把握整個組件的整體特性，局部上把握各部件自身的整體特性和之間的相互干擾和影響作用，避免了分立地進行部件試驗模擬的片面性。
（4）采用全尺度幾何模型，在真實物理、幾何尺度上計算求解，避免了在水池試驗模擬時模型縮尺比帶來的長期困擾人們的尺度效應問題。
（5）CFD技術在細觀機理考察上，有明顯優勢。為提高設計方案的性能，船舶科研人員積極探索新技術措施。科研人員利用CFD工具，實現細觀觀察，取得對新技術措施何以提高性能的機理性理解，方能減少盲目性，能動地改進工作。
（6）與試驗結果數據庫技術相比，CFD數值模擬技術能適用于開發新船型和特殊船型，在新概念船型、開發上有明顯優勢。
FLUENT軟件計算特點
FLUENT具有豐富的湍流模型
FLENT軟件中在工程上常用的渦粘湍流模式有六種，它們分別是：一方程的S-A模型，二方程的標準k-ε模型、RNG k-ε、Realizable k-ε模型、標準的k-ω模型和SST k-ω模型。
展開 基于CFD理論的戰略大飛機的氣動特性數值模擬
基于計算流體力學(computational fluid dynamics，CFD)技術，空氣流場的湍流模型采用標準的k-ε方程，流體力學控制理論則采用3維N-S方程。經Fluent軟件數值模擬，得出戰略大飛機的壓力系數云圖、速度等值面圖和升阻特性，并計算在平飛時飛機的質量和需用推力。結果表明，該研究能對大飛機總體設計提供參考依據和技術支撐。
來源
《兵工自動化》2021年第03期《基于CFD理論的戰略大飛機的氣動特性數值模擬》
作者：岳奎志1，程亮亮2，董 超1，郁大照1
單位：1. 海軍航空大學一院，山東 煙臺 264001；2. 海軍航空大學二院，山東 煙臺 264001
引用格式
岳奎志，程亮亮，董超，等. 基于CFD理論的戰略大飛機的氣動特性數值模擬[J].兵工自動化，2021, 40(03):43-47,53.
歡迎引用，謝謝！
展開 CFD數值模擬技術在飛機設計中的應用
流動在剪刀差的端面會由于壓力不連續而導致強烈旋渦的產生，這一切對數值算法、湍流模式提出了極大的挑戰。即使是二維的增升裝置擾流中也存在激波附面層干擾、尾跡附面層干擾，尾跡相互融合，流動分離等復雜的粘性流動現象。
CFD在飛機外流模擬中的功能主要體現在：
(1) 可以在一定范圍內較準確地預測氣動力參數，代替部分風洞實驗；
(2) 可以與很多優化算法相結合，對氣動外形進行優化設計。
CFD在面向工程應用方面目前仍然存在一些急需解決的問題。
(1) 首先是復雜外形飛機的網格生成問題。現在得到CFD學界公認的一個事實是：一個復雜外形飛機流場的數值模擬工作，網格生成需要的時間占整個工作的70%；
(2)高精度高分辨率的數值格式，現代飛機的外形極其復雜，流場中一般會存在激波、旋渦與分離、激波與附面層干擾等復雜流動現象。要想準確預測飛機的氣動力參數，數值格式必須有準確捕捉這些復雜流動現象的能力；
(3) 湍流數值模擬；
(4) 計算效率問題。
既然認識到，飛機外流場模擬中的主要工作量集中在復雜模型的網格生成上，作為一個簡單的例子，下面，將采用star-ccm+這一工具來實現一個飛機模型的網格劃分及計算，當然，在這里，并不打算對計算細節進行討論，僅僅起到一個拋磚引玉的作用，以引起大家對CFD數值模擬在飛機方面應用的興趣。
展開 
脫硝后風機振動，引起聯軸器襯套膜片斷裂，通過CFD模擬分析，找到振動誘因，出具整改方案 ￥20
為了了解風機上游煙道與下游煙道氣體流動特征，需要對流動進行CFD模擬。
為了排除振動問題是由氣體在管道結構中流動誘發，通過 CFD 數值模擬的方法，確定模擬范圍。CFD數值模擬幾何模擬按照管道實際尺寸 1:1 的比例建立，主要完成數值模擬模型建立、網格劃分、邊界條件確定、數值計算、結果分析等內容。
模擬范圍包含兩部分：
（1） 風機入風口煙道。主要研究導流板對流動的影響。
（2） 風機出風口煙道。主要研究出風口煙道結構對流動的影響。
風機入風口煙道
風機入風口煙道流動模擬主要研究導流板對流動的影響，將模擬無導流板、現場結構導流板、以及延長導流板對流動的影響。
風機出風口煙道
主要研究出風口煙道結構對流動的影響，關注循環煙道取風口對流動的影響。
流動誘發壓力脈動數值模擬
模擬方法與策略總體選擇
如果是流動造成的煙道系統的結構振動，其中根本原因輸送煙氣的壓力脈動。穩態模擬不能體現壓力隨時間的變化，因此，模擬應該以瞬態的方式進行，關注的重點應包括壓力脈動。
由于項目時間緊，要求計算快速準確地出結果。根據以往采用CFD方法研究輸氣管道振動經驗， k-e湍流模型的耗散效應導致無法準確捕捉到相應的壓力脈動，而DES、LES模型往往需要較多的網格，以及較長的計算時間。在眾多數值湍流模型中，通過權衡計算結果可靠性與時間成本，SBES湍流模型是最佳的模型，其即能捕捉到相應的壓力脈動，又能節省一部分時間。因此，本次計算中，所有案例采用SBES湍流模型。
在網格選擇擇上，本次案例的計算均使用結構化網格。一般工業現場案例的幾何模型結構復雜，在生成結構化網格時較為困難，只能采用非結構化網格。根據研究經驗，非結構化網格也容易出現無法捕捉到壓力脈動，且網格質量不佳容易影響計算的收斂性，從而延長了工作站計算時間。
展開 真愛的小船乘風破浪
船舶阻力的CFD計算盡管存在自由表面、高雷諾數等多種難題，但近30年來通過人們不懈的努力，從勢流理論線性計算到非線性計算，從理想流體到粘性流體，從薄邊界層到全NS方程的求解，直至考慮自由面的NS方程的求解，CFD方法在計算能力和實用方面都發生了深刻的變化。過去只是在大學和研究機構才有的計算方法，如今已有很多商業化的CFD軟件可以應用。
與試驗相比CFD數值模擬技術的優勢
與試驗驗證相比，CFD數值模擬技術具有如下特點：信息量大，成本低，易并行化、能快速響應，這使得CFD數值模擬技術在下述方面具有優勢：
（1）依靠CFD數值模擬，可以在一定的流動空間范圍內給出流場的定量計算結果，便于分析各種流動參數（如Fn數、Re數和流體的物性等）以及幾何構造對流動規律的影響，對艦船總體水動力性能實現廣參數（較多的參數種類、較寬的參數范圍）考察。
（2）可快捷地實現多方案選優。
（3）一體化模擬多部件的組件內外流統一流場，針對如船體螺旋槳（含泵噴、噴推、導管槳等）/舵/附體等對象物，總體上把握整個組件的整體特性，局部上把握各部件自身的整體特性和之間的相互干擾和影響作用，避免了分立地進行部件試驗模擬的片面性。
（4）采用全尺度幾何模型，在真實物理、幾何尺度上計算求解，避免了在水池試驗模擬時模型縮尺比帶來的長期困擾人們的尺度效應問題。
（5）CFD技術在細觀機理考察上，有明顯優勢。為提高設計方案的性能，船舶科研人員積極探索新技術措施。科研人員利用CFD工具，實現細觀觀察，取得對新技術措施何以提高性能的機理性理解，方能減少盲目性，能動地改進工作。
（6）與試驗結果數據庫技術相比，CFD數值模擬技術能適用于開發新船型和特殊船型，在新概念船型、開發上有明顯優勢。
展開 專業團隊承接CFD模擬仿真優化和設計項目
我們是一只來自北京的CFD仿真咨詢團隊，團隊成員均來自重點大學，碩士以上學歷，團隊成員具有5年以上CFD模擬仿真實際工作經歷，經驗豐富，涉及航天、機械、汽車、能源、電子和醫學等行業，可以承接傳熱、流體、燃燒、多孔介質和多相流等模擬仿真項目。我們提供咨詢、培訓、項目仿真與分析等服務，提交技術分析報告和ppt宣貫，一切以用戶需求為導向，提供個性化細分服務。現向有意向的企業或個人發出邀請函，希望能建立長期合作關系，我們會提供優質咨詢服務，成為貴企業CFD業務咨詢合作方。有意者請聯系：
手機：18500525895(微信同號) QQ：914579406 請注明CFD
我們的口號：模擬也是生產力。
本團隊主要從事CFD數值模擬工作，時間已有8
年之久，團隊成員均為重點高校研究生學歷，熟練使用FLUENT，CFX，ICEMCFD,GAMBIT等軟件，擅長ICEMCFD劃分結構化網格。
已承接并完成的項目涉及電廠、能源動力、航空、船舶、建筑、暖通、電力等諸多領域；
本團隊完成的項目：
l 換熱器流固熱耦合三維流場仿真；
鍋爐燃燒優化仿真模擬，脫硫脫硝流場模擬；
l 多種翅片管換熱及流動特性模擬；
l 多孔介質區域流動模擬；
l 地埋式電纜空間自然對流模擬；
l 室內置換通風流場模擬；
l 建筑風場模擬；
l 濕式冷卻塔換熱模擬；
l 空冷換熱器、空冷島三維換熱流動模擬；
l 風力機等葉輪旋轉機械氣動力模擬；
l 復雜幾何結構氣動外流場模擬；
l 三維動網格模擬；
l 結合結構動力學Newmark-B法采用動網格模擬剛體渦振（二次開發）；
l 船體興波阻力模擬；
l 飛行器亞音速、跨音速、超音速、高超音速模擬；
l 旋轉電機流動與換熱模擬；
l 室內濕空氣換熱流動非穩態模擬（二次開發）；
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展開 七孔探針，五孔探針，CFD流場數值模擬，FEA咨詢服務
南京納飛特流體技術有限公司提供七孔探針（五孔探針）三維自動測速系統、計算流體力學（CFD）流場數值模擬、結構靜力學和動力學有限元分析（FEA）、空氣動力學相關產品設計咨詢等服務，定制各種壓力/溫度傳感器、流體實驗與教學儀器等產品。公司業務主要涉及航空航天飛行器氣動設計與分析、風力機葉片氣動設計與分析、汽車空氣動力特性分析、船舶水動力學特性分析、建筑風工程、電子產品散熱分析、工業管道流量與壓力分析、閥門特性分析、流量測量儀表設計與特性分析。
如您需要專業的產品及咨詢服務，請與我們聯系，電話：15305152461，025-82263110，郵箱：nafeat@126.com
展開 電動汽車設計中的CAE仿真技術應用
天線裝配性能仿真
整車電磁兼容仿真
4.空氣動力學分析
氣動性能分析是從空氣動力學角度分析汽車動力性、經濟性和操作穩定性，這是CFD數值模擬方法在汽車設計中最成熟的應用方向。
CFD數值模擬方法與傳統的風洞試驗相比，不再局限于測量有限個點處的空氣流動屬性，而是直接獲得整車附近完整空間的流動屬性，從而可以讓設計者獲知一些復雜的空氣流動現象，為氣動減阻、降噪等問題提供幫助。
車身附近的流線圖
車身表面的壓力分布云圖及車身附近的湍流動能等值面圖
后視鏡原始設計和改進設計的氣動噪聲結果
5．空調及熱管理
空調系統是汽車不可缺少的部分，好的空調系統不僅噪音低，制冷/制熱效果好，而且燃油消耗低，除霜除霧效果好。通過對空調系統進行CFD數值模擬分析，可以為優化風道設計、改進除霜除霧性能以及提升乘員艙熱舒適性提供依據。
展開 CAE仿真技術在新能源汽車設計中的應用
ANSYS CFD數值模擬方法可以在電池單體設計、電池包熱設計等領域中發揮重要的作用。
發動機及進排氣系統
傳統的發動機及動力總成設計過程，基于宏觀概念的經驗外推、在臺架上反復調試對比，以及各種“集總”參數的半經驗分析、試湊等方法，花費大、周期長、適用性小。而應用CFD技術對發動機的工作過程進行數值模擬分析，不僅提供的信息量大，而且花費小、周期短、適用性強，能夠在短時間內進行廣泛的變參數研究，為開發新型發動機和舊發動機性能提升提供指導。
目前，ANSYS CFD在這個領域的應用主要集中在氣缸蓋氣道設計、進排氣系統設計、氣缸內工作過程模擬、冷卻與潤滑系統設計、設計等方面。
進氣閥截面上的速度矢量分布圖
左：缸內燃油噴射過程模擬；右：缸內噴油渦流
排氣中的碳氫和氮氧化物濃度分布圖
空調系統及乘員艙熱舒適性
空調系統是汽車不可缺少的部分，好的空調系統不僅噪音低，制冷/制熱效果好，而且燃油消耗低，除霜除霧效果好。
通過對空調系統進行CFD數值模擬分析，可以獲得空調風道的空氣分配情況、風道的阻力特性、各出風口的空氣流速等，為優化風道設計提供依據。
通過對風擋和側窗進行除霜除霧分析，可以得到當前設計的除霜除霧性能，為改進出風口大小及角度提高除霜除霧性能提供依據。
通過對乘員艙內的CFD分析，可以得到艙內的流動、溫度分布情況，再進一步進行乘員的舒適性分析。ANSYS CFD 系列產品在空調系統方面有豐富的解決方案 。
除霜分析：不同時刻的霜層厚度分布云圖
左：除霧分析：某時刻的霧層厚度分布云圖；右：乘員艙舒適性分析：艙內的流線圖
發動機艙熱管理
在車身前結構設計中，發動機艙的設計非常重要，在設計時盡可能地減小發動機艙的大小，從而增加乘客艙和行李艙的容積。
展開 【CFD數值模擬算例】船舶運動數值模擬自動化智能化方法
船舶運動數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的影響，智能化分析多工況數值模擬結果和大數據平臺，可得到優化的計算參數，從而使數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，數值計算結果可靠，可滿足工程應用的需求。自動化和智能化處理的概念和方法，也可用于其他數值模擬領域。
【工程應用】船舶阻力、螺旋槳敞水、船槳舵自航等
【創新貢獻】自動化計算流程（一鍵計算）+智能化計算參數優化
【算例文件】關注微信公眾號“云數仿真”進行咨詢或聯系jianchen122004@126.com
更多精彩內容請關注微信公眾號“云數仿真”...
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電動汽車設計中的CAE仿真技術應用
天線裝配性能仿真
整車電磁兼容仿真
4.空氣動力學分析
氣動性能分析是從空氣動力學角度分析汽車動力性、經濟性和操作穩定性，這是CFD數值模擬方法在汽車設計中最成熟的應用方向。
CFD數值模擬方法與傳統的風洞試驗相比，不再局限于測量有限個點處的空氣流動屬性，而是直接獲得整車附近完整空間的流動屬性，從而可以讓設計者獲知一些復雜的空氣流動現象，為氣動減阻、降噪等問題提供幫助。
車身附近的流線圖
車身表面的壓力分布云圖及車身附近的湍流動能等值面圖
后視鏡原始設計和改進設計的氣動噪聲結果
5.空調及熱管理
空調系統是汽車不可缺少的部分，好的空調系統不僅噪音低，制冷/制熱效果好，而且燃油消耗低，除霜除霧效果好。通過對空調系統進行CFD數值模擬分析，可以為優化風道設計、改進除霜除霧性能以及提升乘員艙熱舒適性提供依據。
除霜分析：不同時刻的霜層厚度分布云圖
除霧分析：某時刻的霧層厚度分布云圖
乘員艙舒適性分析：艙內的流線圖
純電動汽車制冷循環熱管理-Flownex一維仿真系統及三維耦合
6.傳動系統
汽車動力傳動系統起著功率傳遞的功能，基本部件均屬高強度部件，其包含的零部件主要有：變速箱、離合器、萬向節、主減速器、差速器、半軸、液力耦合器與液力變矩器等。安世亞太的ANSYS以及MBD for ANSYS為解決齒輪的輪滑、傳動、強度、疲勞等評估提供了良好的工具。
展開 【CFD數值模擬算例】水面浮體（浮式風電塔）與波浪的流固耦合動力響應數值模擬
2、波浪模擬
使用譜分析方法或其他波浪生成技術，模擬實際海洋環境中的波浪。
調整波浪參數，如波高、波長、周期等，以匹配實際條件。
3、流固耦合分析
設置浮體與流體之間的交互邊界條件。這通常涉及到動網格技術，以適應浮體的運動。
應用合適的數值方法，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，包括振幅、頻率和響應譜等。
5、結果可視化與驗證
使用可視化工具，展示浮體的運動軌跡、波浪形態和流體動力變化。
通過與實驗數據或其他可靠來源的對比，驗證模擬結果的準確性。
6、參數化與優化
改變浮體的幾何參數、材料屬性或運行條件，觀察其對動力響應的影響。
基于數值模擬結果，提出浮式風電塔設計的優化建議。
7、模擬報告與文檔
編寫詳細的模擬報告，記錄模型設置、方法、結果和結論。
整理相關的文檔和腳本，確保模擬過程可重復和可追溯。
通過這些步驟，可以對水面浮體（如浮式風電塔）與波浪的流固耦合動力響應進行詳細的數值模擬，以支持工程設計和決策。
文章內容轉自：“云數仿真”公眾號
展開 【CAE案例】橄欖廢料燃燒鍋爐飛灰沉積的仿真模擬
通過數值模擬，相關的運維人員可以對飛灰沉積的位置和量有清晰的把控，根據數值模擬的結果相應地調整的日常的維護策略，針對性對鍋爐進行清理，提高生產效率和經濟效益。
04
結論
使用code_saturne對橄欖廢料燃燒鍋爐的飛灰沉積問題進行模擬，與實驗和實際數據進行對比，模擬結果展現出良好近似。code_saturne可以較為準確地模擬生物質橄欖油渣飛灰沉積的現象，并可以作出預測。在設計階段可以使用CFD數值模擬優化相關的工程設計，改善燃燒爐相關的工作效率；在日常的運維當中，采用CFD數值模擬可以指導相關的運維策略，使得企業生產更加可管可控，進一步提高生產效率和經濟效益。
更多資訊可登錄格物CAE官方網站
https://cae.yuansuan.cn/
遠算在bilibili、知乎、仿真
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天線裝配性能仿真
整車電磁兼容仿真
4.空氣動力學分析
氣動性能分析是從空氣動力學角度分析汽車動力性、經濟性和操作穩定性，這是CFD數值模擬方法在汽車設計中最成熟的應用方向。
CFD數值模擬方法與傳統的風洞試驗相比，不再局限于測量有限個點處的空氣流動屬性，而是直接獲得整車附近完整空間的流動屬性，從而可以讓設計者獲知一些復雜的空氣流動現象，為氣動減阻、降噪等問題提供幫助。
車身附近的流線圖
車身表面的壓力分布云圖及車身附近的湍流動能等值面圖
后視鏡原始設計和改進設計的氣動噪聲結果
5.空調及熱管理
空調系統是汽車不可缺少的部分，好的空調系統不僅噪音低，制冷/制熱效果好，而且燃油消耗低，除霜除霧效果好。通過對空調系統進行CFD數值模擬分析，可以為優化風道設計、改進除霜除霧性能以及提升乘員艙熱舒適性提供依據。
除霜分析：不同時刻的霜層厚度分布云圖
除霧分析：某時刻的霧層厚度分布云圖
乘員艙舒適性分析：艙內的流線圖
純電動汽車制冷循環熱管理-Flownex一維仿真系統及三維耦合
6.傳動系統
汽車動力傳動系統起著功率傳遞的功能，基本部件均屬高強度部件，其包含的零部件主要有：變速箱、離合器、萬向節、主減速器、差速器、半軸、液力耦合器與液力變矩器等。安世亞太的ANSYS以及MBD for ANSYS為解決齒輪的輪滑、傳動、強度、疲勞等評估提供了良好的工具。
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