文档介绍：华中科技大学能源与动力工程学院
第二章 CFD应用的基本流程
第一节 CFD技术的发展历程
二维势流
(50年代-70年代)
准三元方法
( 50年代-80年代)
三维势流
(80年代)
三维欧拉法
(80年代-90年代)
三维湍流定常解析
(80年代至今)
三维湍流非定常解析
(90年代至今)
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各阶段使用的方法及特点(1)
使用方法
离散方法
特点
二维势流
有限元法、差分法、边界元法、奇点分布法等
假设流动不可压、无旋、无粘;只求解一个变量(势函数或流函数),不考虑三维效应、旋转效应和粘性效应
三维势流
有限元法、差分法、边界元法等
假设流动不可压、无旋、无粘;只求解一个变量(势函数或流函数),不考虑旋转效应和粘性效应,但考虑三维效应,无法计算效率
准三元方法
准正交线法、有限元法、差分法、奇点分布法等交互应用
假设流动不可压;用S1、S2流面迭代求解,可考虑有旋效应和三维效应;与边界层理论结合可粗略计算粘性损失和计算效率
三维欧拉法
有限差分法、有限体积法、有限元法
假设流动不可压、无粘;求解4变量(三个速度分量和压力);考虑三维效应、有旋效应;但不考虑粘性效应,无法计算效率
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各阶段使用的方法及特点(2)
使用方法
离散方法
特点
三维湍流法(定常流)
有限差分法、有限元法、有限体积法(主要方法)
假设流动不可压;考虑三维效应、有旋效应、粘性效应;主要利用各种湍流模型求解
三维湍流法(非定常流)
有限体积法
假设流动不可压,非定常,考虑三维效应、有旋效应、粘性效应;利用各种湍流模型
大涡模拟和直接数值模拟
有限体积法
假设流体弱可压,非定常,考虑雷诺应力各向异性效应,利用“亚格子”方法考虑流动中小尺度涡对于大尺度涡的影响
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第二节、CFD数值计算的一般流程
资料准备、对求解问题的分析
数学模型的建立及三维造型
各部件的网格划分及衔接
制定求解策略、给定边界条件
迭代求解
对计算结果的分析
前处理
后处理
UG (Uni-Graphics)
I-DEAS
ProE (Pro Engineer)
BladeGen
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一、数学模型的建立及三维造型
常用软件:
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二、网格划分
常用软件:
ICEM-CFD
Grid-Gen
Gambit
TurboGrid
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三、专用后处理软件
FieldView,TecPlot 等。
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四、CFD常用软件
当前,应用最广泛、功能最强大的,或者说最流行的CFD软件有三种,它们是FLUENT,STAR-CD和CFX(包括CFX-TASCFLOW)。这些软件的基本功能大同小异,都能满足大多数用户的需要,占据着一定的市场份额。但是,这些软件还是各有自己的特点,在使用过程中也能够感觉到一些差别。
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1、FLUENT
FLUENT的特点是操作简便,易于掌握,能够处理结构化以及非结构化的网格,计算速度快,特别是处理非结构化网格的能力较强,所需内存也比较小。FLUENT的前处理模块GAMBIT的功能在这几种软件中也是很强的,具有几何造型和网格生成的功能。GAMBIT的几何造型功能虽然比起专用的几何造型软件如IDEAS,UG等还是稍逊一筹,但与其他CFD软件比较,其功能还是相当不错的。GAMBIT还提供了与其他几何造型软件的接口,可以读入IGES和其它格式的图形文件,在一定的程度上弥补了其几何造型功能的不足。GAMBIT可以生成混合(结构化和非结构化)网格,也是一个优点。
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FLUENT的缺点
FLUENT的缺点是处理多重网格的功能比较差,当存在不同的网格块,其间的界面需要进行耦合时,收敛速度就比较慢了。FLUENT的数据文件(.cas、.)的格式没有公开,这对于那些非常专业、希望从这些数据中发掘更多信息或者将已有的数据送入FLUENT的用户来说,是一种限制。其另一个缺点是后处理功能中,压力和速度场的图形显示功能用起来似乎不够得心应手。还有一个不太重要的缺点,是用户界面设计得不够美观。