文档介绍：CFD与FLUENT
于茂军
报告提纲
CFD是什么
FLUENT程序简介
前处理软件GAMBIT的使用
FLUENT主体程序使用
FLUENT后处理
其它
CFD是什么
1、CFD是什么
计算流体动力学(CFD)通过求解流场控制方程组,以及计算机数值计算和图像显示的方法,在时间和空间上定量描述流场的数值解,从而达到对物理问题研究的目的。
应用CFD可以预测流体的行为,同时还可以得到传质(如分离和溶解),传热,相变(如凝固和沸腾),化学反映(如燃烧),机械运动(涡轮机),以及相关结构的压力和变形(如风中桅杆的弯曲)等等的性质。
CFD的基本思想
CFD的基本思想可以归结为:把原来在时间域及空间域上连续的物理量的场,如速度场和压力场,用一系列有限个离散点上的变量值的集合来代替,通过一定的原则和方式建立起关于这些离散点上场变量之间关系的代数方程组,然后求解代数方程组获得场变量的近似值。
最理想的数值模拟结果应可以形象地再现流动情景,与做实验没有什么差别。
数值模拟、实验、理论分析的关系
做理论的目的是为了尽可能了解事物本质;
做数值模拟则是在尽可能了解的基础上近似,用求解的方法来反演事实,这肯定是不准确的,但如果方法正确,应该是近似准确的;
数值模拟的结果应该采用实验来进行验证。
单纯实验测试
单纯理论分析
计算流体动力学
CFD的局限性
数值解法是一种离散近似的计算方法,依赖于物理上合理、数学上适用、适合于在计算机上进行计算的离散的有限数学模型,且最终结果不能提供任何形式的解析表达式,只能是有限个离散点上的数值解,并有一定的误差;
它不像物理模型实验一开始就能给出流动现象并定性地描述,往往需要由原体观测或物理模型试验提供某些流动参数,并需要对建立的数学模型进行验证;
程序的编制及资料的收集、整理和正确利用,在很大程度上依赖于经验和技巧。
CFD工作过程
输运方程
质量
动量
能量
封闭方程
底层物理模型
求解器
物理模型
湍流
燃烧
辐射
多相流
相变
动网格技术
划分网格
材料特性
边界条件
初始条件
求解设置
前处理
物理模型
后处理
在网格的基础上求解方程
CFD的基本步骤
分析问题及前处理
1. 确定数值模拟的目标
2. 确定计算区域
3. 建立数值模拟物理模型和网格
求解执行过程
4. 建立数学模型
5. 计算并监控结果
后处理
6. 检查结果
7. 修正模型
确定数值模拟的目标
需要得到的结果以及结果的用途
建立物理模型时需要考虑的问题:
在分析中需要建立什么形式的物理模型?
采取什么样的简化措施?
是否需要采用新的修正模型?
FLUENT 6 中用User-defined functions (C语言编写)实现
需要什么样的计算精度?
对计算时间有无要求?