CFD的案例
Upfront CFD-前沿CFD
何謂“前沿”CFD？
CFD是指計算流體動力學（ Computational Fluid Dynamics），目前已經在航空航天、汽車、船舶、能源、化工、建筑、電子等行業有著廣泛的應用。
那么，什么是“前沿”CFD（Upfront CFD）呢？
應該說，CFD尚處于快速推廣階段。但傳統CFD技術的應用對企業要求很高，企業需配備CFD的專業人才，而且傳統CFD軟件大多對CAD的幾何模型要求極高，工程師需要花大量的時間進行幾何轉換和修補工作。另外，傳統CFD的應用耗時費力，要求很長的研發周期。很多著名企業的研發中心大都如此應用CFD技術。對于中小企業，應用CFD技術還是一種奢望。然而，殘酷的競爭環境要求產品性能的提高，同時又要求產品開發周期的縮短。“前沿”CFD是解決上述難題的一條有效途徑。
“前沿”CFD是指在產品開發進入樣機試驗前的開發設計初期就將流動和熱分析模擬集成于CAD環境中，主要使用者是多任務的機械工程師。這意味著企業不需要特定的CFD或CAE專家來解決流動和熱問題。
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何謂“前沿”CFD？
CFD是指計算流體動力學（ Computational Fluid Dynamics），目前已經在航空航天、汽車、船舶、能源、化工、建筑、電子等行業有著廣泛的應用。
那么，什么是“前沿”CFD（Upfront CFD）呢？
應該說，CFD尚處于快速推廣階段。但傳統CFD技術的應用對企業要求很高，企業需配備CFD的專業人才，而且傳統CFD軟件大多對CAD的幾何模型要求極高，工程師需要花大量的時間進行幾何轉換和修補工作。另外，傳統CFD的應用耗時費力，要求很長的研發周期。很多著名企業的研發中心大都如此應用CFD技術。對于中小企業，應用CFD技術還是一種奢望。然而，殘酷的競爭環境要求產品性能的提高，同時又要求產品開發周期的縮短。“前沿”CFD是解決上述難題的一條有效途徑。
“前沿”CFD是指在產品開發進入樣機試驗前的開發設計初期就將流動和熱分析模擬集成于CAD環境中，主要使用者是多任務的機械工程師。這意味著企業不需要特定的CFD或CAE專家來解決流動和熱問題。
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
CFD（計算流體力學）技術的發展源于核武器、航空航天等一些高科技領域。過去由于CFD技術涉及復雜的流體力學理論讓人望而卻步。如今，隨著計算機以及相關技術的迅速發展，特別是一些CFD商業軟件的出現，CFD技術已不再是停留在“象牙塔”中的高深學問，它已在各個工業領域中發揮出越來越大的作用。知網的數據顯示，CFD相關文獻在各行業內的分布較均衡且數量較多，說明目前CFD在國內的影響非常廣泛。
CFD相關文獻在各行業中的分布情況（來源于知網2022年2月）
CFD在各行業的一些應用如下。
1. 航空航天
就航空航天工程應用而言，CFD的貢獻與成就是舉世矚目的，從低速、高速、跨聲速、超聲速到高超聲速，CFD數值技術在不斷地拓展其應用范圍。在工程應用方面，CFD經歷了從平板/翼型到機翼/全機的復雜構型數值模擬，從簡單的簡諧運動到六自由度多體分離、投放，螺旋槳、直升機滑流，這些無不凝聚著CFD研究人員與工程師們的智慧與付出。從單一流場的數值模擬到氣動噪聲、考慮結構變形、電磁計算、等離子控制和飛行力學等學科的耦合，CFD技術在氣動設計、氣動彈性、等離子主動控制、多物理場耦合、數字化飛行、控制律驗證等領域發揮著越來越重要的作用。CFD不再僅僅是一個計算平臺，而且開始成為飛行器設計過程中不可缺少的工具。
2. 化工
化工工程是CFD重要的應用與發展領域，著名的CFD商業軟件Fluent就誕生于化工領域，CFD能夠準確地描述化工過程中的流體流動、混合、傳熱規律，近年來逐漸開始耦合到化學反應中應用于化學工程領域，并表現出巨大潛力。
展開 閑談CFD <1> ——我與CFD不得不說的故事【轉】
從2007年接觸CFD以來，進入這個行業也差不多5年了。在很多人看來，這時間很短，是的，CFD涉及的領域何其廣泛，五年的時間用來入門只怕都不夠。然而我并非計算流體力學專業，對于現在所從事的機械專業來說，應用CFD更偏重于解決工程問題，因此，五年的時間，用于CFD在機械行業的應用入門，似乎也差不多。
在接觸CFD之前，我對于這三個英文字母所代表的含義一無所知，而且在本科階段，我也未曾學習過流體力學相關的課程。因此，那次導師讓我利用CFD進行氣體擴散仿真時，我是稀里糊涂的答應下來的。現在回想起來，當時答應他主要存在以下一些原因：（1）剛進實驗室，想給老師留下個好的印象。總不能第一個任務就說不會吧。（2）當時是什么也不會，初生牛犢不怕虎，而且當時比較年輕，有一股學習的勁頭。（3）我比較好面子。總之，就這樣上了CFD賊船。
由于項目時間緊，因此在理論知識一片空白的情況下，我開始了CFD之旅。我的CFD之旅是從一款叫CFX的軟件開始的。當時使用的版本是5.6版本，至今我還保留著這個古老的版本，因為5.7版本之后的CFX去除了模型建立模塊，而且5.7及以后的版本都烙上了ANSYS的印記，所以5.6版本的CFX可以說是一個較為特殊且經典的版本，值得收藏。
當時什么也不懂，不過還好，實驗室有師兄師姐在用，而且隔壁寢室有兄弟也在使用，所以可以說我擁有一個比較好的入門環境。雖然有好的學習環境，雖然說師兄師姐們很熱情，但總不能什么問題都去問他們吧，這樣多不好意思，大家都很忙的。這時候一個師兄給我制定了個學習計劃：首先進行實例練習，其次進行軟件文檔及理論知識的學習。這種方法直到現在我還在使用。CFX擁有完善的軟件文檔，尤其是文檔中所帶的實例，都是step by step的教程，特別適合新手入門。
展開 
CFD行業大師博客 （2） - 我的40年，漫漫CFD之路 博客系列
在此過程中，與此相關的工作以及湍流模型的開發也都在同時進行（壓倒性的成績就是開發出了今天我們看到的 k-epsilon兩方程模型的基本形式），我認為，今天的CFD（自然，CFD是后來起的名）的絕大部分基礎是40多年前在帝國理工學院完成的，這是毫不過分的。而我能成為貢獻力量的一分子感覺太棒了。正如我所說的，在對的地方對的時機做了正確的事情！
我一直對于自己被描述為行業老手而稍微有點異議，因為據此，似乎相比其他任何特征，時間長短成為最重要的標桿！在美國，我了解到，年紀大的運動員被描述為“大師”，而不是我們在英國使用的“老手”，我無比地喜歡這個形容！
盡管如此，40年前當CFD在帝國理工學院誕生之日就是推動者之一的我，自有商業CFD開始就活躍其中的我（期間從CHAM，到Flomerics，到如今成為Mentor Graphics的一份子），不論我喜歡與否，都不得不接受諸如“CFD行業老兵”的描述，沒有比此更為貼切的啦。看來，我的博客的恰當的主題應是 —— 一個行業老兵關于商業CFD行業的沉思 —— 一個機會讓我思考這些年所學到的經驗和教訓，以及，從這樣的立場去評價CFD行業的現狀。
我希望，不論是和我一樣的CFD玩家抑或任何對CFD行業從大學研究室到主流CAE/CAD/EDA行業的基本組成部分演變過程感興趣的人，都喜歡閱讀我的博客。在我一些想法和記憶消退之前，我能用這樣的方式留住它們，與大家共享。
我的40年，漫漫CFD之路系列博客版權歸Mentor Graphics Corporation所有，擅自使用，必究。文章中提到的任何其他公司的商標或者產品商標，歸該公司所有。
展開 CFD萌新入門｜何謂CFD？
本文簡要描述有關CFD的一些常識性的概念。
計算流體動力學（CFD）是一種通過數學計算，利用計算機求解控制方程，對物理流體流動進行預測的方法。在工程師設計新產品時，例如為新賽季設計一輛賽車，空氣動力學對整體設計性能具有重要影響。然而，在概念設計階段，空氣動力學性能并不容易量化。
傳統上，工程師只能通過物理測試原型產品來優化設計。但隨著計算機技術的發展（得益于摩爾定律），CFD 已逐漸成為預測真實物理世界的常用工具。在 CFD 軟件分析中，流體流動及其相關物理特性，如速度、壓力、粘度、密度和溫度，均根據設定的工作條件進行計算。為獲得準確的物理解決方案，這些量需要同時計算。
無論商用還是開源，每種 CFD 工具都依賴數學模型和數值方法來預測所需的流動物理特性。最常見的 CFD 工具基于納維 - 斯托克斯（N-S）方程。雖然納維 - 斯托克斯方程中的大部分項保持不變，但根據物理學原理，可以添加或刪除更多的項。例如，若需要考慮熱量傳遞、相變或化學反應，就在控制方程中引入更多的項。
為了進行準確且成功的 CFD 分析，選擇適當的運行條件、數值方法和物理因素十分重要。如果分析得當，就能迅速獲得關于性能的洞察，并最終得到性能更優、效率更高的產品。
圖1 利用 N-S 方程獲得的F1賽車周圍氣流流線圖
1 CFD的歷史
自古以來，人類始終渴望解釋流體流動的觀察結果。那么，計算流體動力學（CFD）究竟有多古老呢？事實上，CFD 的歷史可以追溯到 20 世紀初。然而，CFD 領域的一個顯著缺點是其計算成本較高，這導致在計算能力取得顯著改進之前，該領域的進展較為有限。在此之前，科學家和工程師主要致力于改進數學模型和數值方法，以降低計算成本。
展開 資深專家談CFD應用-CFD如何在葉輪機機械產品設計中發揮更大的價值
圖4給出的是該模型級設計性能曲線及CFD數值模擬性能曲線比較圖。從圖中我們可以看出數值模擬的性能曲線與設計的性能曲線基本一致，最大誤差小于2%，可以滿足工程實際需要。圖5則給出了CFD模擬的一壓縮機模型級級內速度場示意圖，我們可以根據模擬的結果來分析模型級中流場不好或者惡化的地方，再針對性地對其進行優化，從而提高模型級的性能。
結論
本文根據作者的部分實際經驗介紹了產品設計及CFD商業軟件在模型級設計中的應用，為實際模型級的設計提供了一條新的途徑。日前,CFD研究的主要問題是計算程序的穩定性,分析真實流體的復雜流動狀況的能力和復雜幾何形狀周圍流動狀況的能力以及計算誤差和解的分辨率等。在離心葉輪機械領域,CFD正成為預測壓縮機性能及了解葉輪機械內部三維復雜粘性流場的有力工具。它正逐漸被應用于壓縮機模型級的設計開發中。此外，由于模型級試驗中取得整個流場任意一點處的流動狀況非常難,在某些情況下,當CFD求解精度足夠時,CFD數值模擬可以提供整個計算域上的流場結構特征的詳細信息。只要應用適當,CFD能夠顯著地減少模型級試驗次數、設計成本,縮短開發周期。由于目前所分析葉輪機械的細節部位越來越復雜以及所需要求解的問題本身的復雜程度高,CFD軟件對網格要求、算法精度等都提出了比較高的挑戰。但隨著計算機硬件技術和計算流體軟件技術的發展,CFD必將會滿足日益增長的空氣動力學設計的需要。
展開 【CFD專欄】模板化CFD技術及其在壓縮機數值仿真中的應用實踐
對傳統CFD軟件而言，如果預留的最小間隙與實際情況一致，會導致動網格生成失敗，或使網格質量下降、網格總數急劇增加。這將導致對于回轉式壓縮機的CFD模擬幾乎成為不可能的任務。
03
壓縮機進出口配有閥片，控制氣體的吸入和排出，如何通過CFD方法實現閥片的開關及與壓縮機運動的匹配過程顯得尤為重要，而傳統方法難以實現壓縮機與閥片的聯合。
02
面向行業應用的模板化CFD分析方案Simerics MP+ 簡介
Simerics MP+是Simerics公司開發的一款專業CFD軟件，包含諸多面向行業應用定制的專業版本。Simerics MP+具備各類壓縮機、泵、閥專業模板，可快速完成網格劃分、計算模型及邊界條件的設置。
Simerics MP+的模板化技術將壓縮機CFD模擬的流程和規范內置到軟件之中，使CFD模擬過程簡單化、規范化，在大幅降低使用門檻的同時，保證了計算結果的高精度及一致性。
展開 【CFD書籍推薦】Verification and Validation of CFD
1、《AIAA Guide for Verification and Validation of Computational Fluid Dynamics Simulation》
AIAA Guide for Verification and Validation of Computational Fluid Dynamics Simulation.pdf
建議搞CFD計算的人將此文檔熟讀三遍，定有收獲。
本文檔描述了CFD程序V&V的一些基本概念，以及收斂控制方面的常規做法。
2、另一本CFD程序V&V方面的書籍
Verification and Validation of Computati....pdf
3、ERCOFTAC_Best_Practice_Guidelines_for_Industrial_CFD
來自于歐洲ERCOFTAC的關于CFD應用指南。
ERCOFTAC_Best_Practice_Guidelines_for_Industrial_CFD.pdf
展開 HyperMesh 在 CFD網格劃分領域的應用-Hypermesh軟件教程CAE流體網格劃分CFD
CFD問題中主要是在網格面上給定邊界條件，如壓力、速度、壁面、周期邊界條件等。需要特別注意的是，邊界條件的命名一般以cFD求解器的邊界條件的名稱作為名字的開頭。在用 HyperMesh生成網格的過程中，有的地方已生成了面網格，如前文所述的風扇表面以及熱管的部分表面，那么只需要將這些面網格放入所需要邊界條件組件中，或者刪除這些面網格，使用 Generate BC areas功能重新找出這些面，然后再設置邊界條件。流體和不同的固體實體網格也是采用放在不同的組件里使用名字來設置邊界條件的。不同類型的體網格交界面處或外邊界處沒有設置邊界條件的地方，在導入CFD求解器時會自動生成外部邊界條件，往往導致出錯，建議合理的設置邊界條件，避免遺漏。設置完邊界條件后可以用尋找自由邊的方法看是否存在 free edge，以此觀察邊界條件的設置是否有誤。綜上，使用 HyperMesh生成網格時從開始就需要做好規劃，方便邊界條件的生成。
5結論
從上述案例中網格的生成過程可以看出， HyperMesh具有友好界面，具有較為強大的幾何處理功能，可以幫助快速生成高質量網格，并且可以實現邊界層生成以及流體邊界條件設置。
課程簡介學習收獲：
還在為CFD網格前處理發愁嗎？目前市場上hypermesh教程主要針對結構方面網格處理。本課程主要講解HyperMesh作為CFD仿真做前處理網格處理。
課程基于 HyperMesh2019講解并兼顧13/14/2017等版本。
能使學習者掌握 HyperMesh為CFD做前處理的基本思路和方法，CFD網格問題的處理、邊界層網格的控制復雜幾何的CFD處理、外流場網格以及周期邊界網格等實際問題的處理方式。
展開 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 
Cadence Fidelity CFD尊重幾何并減少運行時間的保真 CFD 網格自適應
在 CFD 模擬中，影響解決方案質量的關鍵因素是網格劃分。不能解決流動變量局部變化的網格間距會引入離散化誤差。另一方面，如果網格過度細化，計算時間和工作量會不必要地增加。網格元素類型和數據結構也會影響生成網格所需的人工時間和技能以及每單位精度的成本。
圖 1. 基于局部誤差和基于輸出的自適應技術的比較。
如圖 1 所示，網格自適應（可以是基于局部錯誤的或基于輸出的）是一種用于幫助提高仿真效率的常用技術。非結構化網格自適應已用于減小網格尺寸以達到所需的求解精度。這種技術可以顯著改善處理時間、內存要求和所需的存儲空間。然而，在無法訪問底層 CAD 數據的情況下，適應僅限于提高離體網格分辨率。而 Fidelity CFD 中的網格自適應技術尊重幾何結構，提高網格質量，適應近壁剪切層，并減少改進 CFD 解決方案的運行時間。
挑戰
使用網格自適應改進網格質量的常見挑戰如下：
適應不解決正確的幾何。大多數自適應程序都內置在 CFD 求解器中。因此，它們僅適用于實際幾何形狀（即現有幾何形狀）的多面近似。適應后，一個人得到了錯誤幾何體的理想網格。
自適應會降低局部細化網格的網格質量。許多自適應過程使用分而治之的方法來豐富網格，從而將現有網格元素局部劃分為其他元素。雖然編程方便，但這種方法會導致網格質量隨著細化而穩步下降，降低魯棒性，增加運行時間，甚至可能增加離散化
在流動變量的梯度很大的近壁剪切層中的適應具有許多挑戰。蠻力方法通常在壁附近使用各向同性細化，導致網格大小爆炸。避免網格尺寸爆炸的常見策略是使用拉伸四面體來解決垂直于壁的大梯度，而不會過度細化平行于壁。然而，這種方法會導致網格質量大幅下降。
適應程序通常會導致運行時間過長。
展開 使用 ANSYS Fluent 掌握 CFD 分析 ￥15
第 1 單元：使用 ANSYS Fluent 容錯網格劃分進行 CFD 流動分析：（i） 課程簡介（ii） 使用 ANSYS Fluent 容錯網格劃分通過殼管換熱器進行 CFD 傳熱分析（iii） 使用 ANSYS Fluent 容錯網格劃分通過逆流換熱器進行 CFD 傳熱分析 （iv） 使用 ANSYS Fluent 容錯網格劃分通過錯流換熱器進行 CFD 傳熱分析 （v） 通過冷凝器換熱器進行 CFD 傳熱分析ANSYS Fluent 容錯網格劃分（vi） 使用 ANSYS Fluent 容錯網格劃分通過板式換熱器進行 CFD 傳熱分析（vii） 使用 ANSYS Fluent 容錯網格劃分通過表面冷凝器進行 CFD 傳熱分析（viii） 使用 ANSYS Fluent 容錯網格劃分通過特殊類型換熱器進行 CFD 流體混合（ix） 使用 ANSYS Fluent 容錯網格劃分通過排氣歧管進行 CFD 傳熱分析 （x） CFD 傳熱分析使用ANSYS Fluent容錯網格劃分通過催化轉化器進行裂解（習） 使用ANSYS Fluent容錯網格劃分通過風洞進行CFD傳熱分析（xii） 使用ANSYS Fluent容錯網格劃分通過文丘里計進行CFD傳熱分析（xiii） 使用ANSYS Fluent容錯網格劃分通過擴展器進行CFD傳熱分析（xiv） 使用ANSYS Fluent容錯網格劃分通過熱管進行CFD傳熱分析（xv） CFD共軛傳熱分析使用ANSYS Fluent Fault Tolerant網格劃分單元2：使用ANSYS Fluent Watertight Geometry進行CFD流動分析：（i） 通過風洞的CFD防水幾何工作流程（ii） 使用ANSYS Fluent水密幾何的CFD異質流體混合單元3：使用常規ANSYS Fluent Flow進行CFD流動分析（i）使用
展開 通過CFD改善泵和壓縮機的性能
考慮這些因素對于設計最佳機器至關重要，而計算流體力學（CFD）是可以簡化流程的工具。CFD可以預測給定系統中的流體行為，并且與構建原型和進行實驗測量相比，可以幫助用戶以較低的成本優化設計。
什么是CFD？
CFD是解決和分析涉及流體流動的問題的一種數值方法。設置CFD模擬的典型工作流程始于幾何圖形的CAD模型。然后將模擬域劃分為離散的計算單元，稱為網格。
網格的屬性（單元的大小、形狀和位置）將決定求解的精度。
因此，正確設置網格對于獲得有用的結果至關重要。傳統上，網格劃分是由CFD工程師手動執行的，但是該過程可能很費力，需要幾天甚至幾周的時間，特別是對于幾何形狀不斷變化的應用（例如泵和壓縮機）。如今，先進的CFD代碼提供了自動網格生成功能，它消除了這一耗時的步驟，并使用算法來創建針對特定情況進行了優化的網格。
一旦創建了網格，就選擇了流體運動、湍流、熱傳遞等相關的物理模型，并定義了邊界條件。在仿真過程中，在每個時間步迭代求解控制方程。某些CFD代碼提供的功能可在整個仿真過程中調整計算網格，以在用戶需要它們的位置和位置添加單元以捕獲復雜的物理現象。
然后可以使用后處理軟件查看和分析仿真結果。
為何用CFD？
CFD使工程師可以在運行過程中“觀察”泵或壓縮機內部，從而可以深入了解正在發生的物理過程。CFD通常采用多物理場方法，使用戶能夠分析重要現象，例如流固耦合、氣蝕和熱膨脹。了解流體運動與泵或壓縮機中閥門和其他運動部件的運動之間的相互作用至關重要。流體-結構相互作用建模使用戶可以準確模擬流體和固體組分之間的真實相互作用。
空化是另一個要分析的重要現象，因為它會嚴重損壞機器。
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。
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