1、ANSYS Fluent匯報人：目錄CONTESTCFD分析的基本概念和原理CFD技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域和方向CFD分析的一般過程Fluent的簡單應(yīng)用PARTONECFD分析的基本概念和原理1-1CFD分析的基本概念流動的分類常用的流體參數(shù)流體的基本特性包括流體的連續(xù)性、流動性、黏性、慣性、可壓縮性和熱膨脹性、表面張力特性。包括按流動的維度分類、穩(wěn)態(tài)流動與非穩(wěn)態(tài)流動、可壓縮流動與不可壓縮流動、理想流體與粘性流體、層流與湍流、有旋流動與有勢流動、單相流動與多相流動。包括流體的壓力、流體的速度、流體的黏性系數(shù)、流體的密度、流體的導(dǎo)熱系數(shù)、流體的比熱容、流體的體積壓縮系數(shù)、流體的體積彈性模量、流體的體積膨脹

2、系數(shù)、流體的表面張力系數(shù)。1-2CFD算法的基本原理常見的CFD算法包括有限單元法、有限差分法及有限體積法三種。有限單元法，是一種有效解決數(shù)學(xué)問題的解題方法。其基礎(chǔ)是變分原理和加權(quán)余量法，其基本求解思想是把計算域劃分為有限個互不重疊的單元，在每個單元內(nèi)，選擇一些合適的節(jié)點作為求解函數(shù)的插值點，將微分方程中的變量改寫成由各變量或其導(dǎo)數(shù)的節(jié)點值與所選用的插值函數(shù)組成的線性表達(dá)式 ，借助于變分原理或加權(quán)余量法，將微分方程離散求解。采用不同的權(quán)函數(shù)和插值函數(shù)形式，便構(gòu)成不同的有限元方法。有限元方法最早應(yīng)用于結(jié)構(gòu)力學(xué)，后來隨著計算機(jī)的發(fā)展慢慢用于流體力學(xué)的數(shù)值模擬。有限差分方法（finite diffe

3、rence method）一種求偏微分（或常微分）方程和方程組定解問題的數(shù)值解的方法，簡稱差分方法。其缺點是難以適應(yīng)復(fù)雜的流場幾何形狀。1-2CFD算法的基本原理有限體積法（FVM）又稱為控制體積法， 將計算區(qū)域劃分為一系列不重復(fù)的控制體積，并使每個網(wǎng)格點周圍有一個控制體積；將待解的微分方程對每一個控制體積積分，便得出一組離散方程。將計算區(qū)域劃分為一系列不重復(fù)的控制體積，并使每個網(wǎng)格點周圍有一個控制體積；將待解的微分方程對每一個控制體積積分，便得出一組離散方程。其中的未知數(shù)是網(wǎng)格點上的因變量的數(shù)值。為了求出控制體積的積分，必須假定值在網(wǎng)格點之間的變化規(guī)律，即假設(shè)值的分段的分布的分布剖面。從積分

4、區(qū)域的選取方法看來，有限體積法屬于加權(quán)剩余法中的子區(qū)域法；從未知解的近似方法看來，有限體積法屬于采用局部近似的離散方法。簡言之，子區(qū)域法屬于有限體積發(fā)的基本方法。1-3Fluent離散方程的解算方法基于密度的算法（DBS）基于壓力的算法（PBS）12包括兩類：一類是耦合隱式DBS方法，另一類是耦合顯式DBS方法。包括兩類：一類是分離PBS算法，另一類是耦合PBS算法。分離算法首先求解三個方向的動量方程，在通過質(zhì)量連續(xù)性方程來修正壓力，最后再依此求解替他的標(biāo)量方程，即：能量方程、組分方程及其他運輸方程等。耦合PBS算法則是首先同時求解動量方程和質(zhì)量連續(xù)性方程，然后再依次求解能量方程、組分方程及其

5、他運輸方程等標(biāo)量方程。PBS的分離求解器和耦合求解器都適用于大部分的流動問題求解，可處理低速不可壓縮流動及高速可壓縮流動問題。DBS方法首先耦合求解動量方程、質(zhì)量連續(xù)方程、能量方程及組分方程，然后再計算湍流方程和其他的運輸方程。DBS耦合隱式算法使用的問題包括帶有燃燒的高速可壓縮流動、超音速流動、激波問題。DBS耦合顯式算法使用的問題包括高馬赫沖擊波的傳播、激波管問題等。PARTTWOCFD技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域和方向2-1CFD技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域和方向1.2.3.45.飛行器及車輛的外氣動分析船舶水動力分析發(fā)動機(jī)的內(nèi)部流場及溫度場分析旋轉(zhuǎn)機(jī)械的內(nèi)部流動分析電子設(shè)備散熱系統(tǒng)的設(shè)計和分析2-1CFD技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域

6、和方向6.7.8.9.10.燃燒及化學(xué)反應(yīng)過程模擬污染物的排放和擴(kuò)散模擬混合、分離、聚合等化工過程分析建筑物外部風(fēng)環(huán)境及室內(nèi)通風(fēng)分析生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用PARTTHREECFD分析的一般過程3-1CFD分析的一般過程CFD分析的基本過程分析的基本過程包括三個階段：前處理階段、求解階段及后處理階段。前處理階段的任務(wù)是建立分析模型、求解階段的任務(wù)是進(jìn)行仿真計算，后處理階段的任務(wù)是進(jìn)行計算結(jié)果的分析和處理。前處理階段工作內(nèi)容主要包括：建立流場區(qū)域的幾何模型、幾何域的離散化（劃分網(wǎng)格）、流動問題定義及求解設(shè)置（設(shè)置定解條件、流體模型參數(shù)及求解參數(shù)）。求解階段求解階段的任務(wù)是通過線性方程組求解器求解離散的

7、流體控制方程。目前常用的求解算法包括有限體積法、有限差分法、有限單元法等。這些求解器的共同特點是借助簡單的近似函數(shù)來表示待求的流動變量，將這一假設(shè)的近似關(guān)系代入連續(xù)型控制方程，形成離散的線性方程組，之后求解此線性方程組得到流動的解答。3-1CFD分析的一般過程CFD分析的基本過程分析的基本過程后處理階段后處理階段的任務(wù)是對CFD計算的結(jié)果進(jìn)行直觀的圖形顯示、數(shù)據(jù)的提取分析及相關(guān)導(dǎo)出量的計算。后處理過程中常見的計算結(jié)果通常包括微分方程的殘差、流場的壓力、速度、溫度、流通量、力、力矩、多相流動的體積分?jǐn)?shù)等等。PARTFOURFluent的簡單應(yīng)用4-1Fluent的簡單應(yīng)用三通管流場仿真模擬三通管

8、流場仿真模擬三通管中流體的相關(guān)條件流體：空氣流體溫度：常溫（20）流體入口流速：12m/s（查表選?。┕芸趦?nèi)徑：200mm內(nèi)壁壓力：2.0MPa下圖為三通管內(nèi)流體的結(jié)構(gòu)4-1Fluent的簡單應(yīng)用三通管流場仿真模擬三通管流場仿真模擬上圖為流體的網(wǎng)格劃分結(jié)果網(wǎng)格劃分采取的方法：1.片相關(guān)四面體劃分方法（Tetrahedrons Patch Conforming），該方法劃分時模型表面的細(xì)節(jié)特征會影響網(wǎng)格。2.膨脹（Inflation）,用于手動形成棱柱狀的邊界層網(wǎng)格，可用于Edge或Face對象。4-1Fluent的簡單應(yīng)用三通管流場仿真模擬三通管流場仿真模擬k-epsilon是湍流模式理論中的一種，簡稱k-模型。k-epsilon湍流模型是最常見的湍流模型。k-epsilon湍流模型屬于二方程模型，它適合完全發(fā)展的