计算流体动力学(CFD)简介
CFX培训教材01简介
Post Processing
8. Examine results
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1. 定义模拟目的
Problem Identification
1. 2. Define goals Identify domain
Non-conformal interface
3D Film Cooling Coolant is injected into a duct from a plenum. The plenum is meshed with tetrahedral cells while the duct is meshed with hexahedral cells Compressor and Scroll The compressor and scroll are joined through a non conformal interface. This serves to connect the hex and tet meshes and also allows a change in reference frame
启动ANSYS Workbench 在工具栏中拖动Fluid Flow (CFX) 到项目栏里
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Solid model of a Headlight Assembly
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4. 设计和划分网格
Pre-Processing
3. 4. 5. 6. Geometry Meshing Physics Solver Settings
cfd方法
cfd方法CFD方法。
CFD（Computational Fluid Dynamics）方法是一种利用计算机对流体流动进行数值模拟和分析的方法。
它可以模拟和预测流体在各种复杂条件下的运动规律，广泛应用于航空航天、汽车工程、能源领域、环境工程等各个领域。
本文将介绍CFD方法的基本原理、应用领域以及发展趋势。
CFD方法的基本原理是基于流体力学和数值计算方法，通过对流体运动的基本方程进行离散化和数值求解，得到流场的数值解。
在CFD模拟中，流体被划分为无数个小单元，通过对每个单元的运动状态进行计算，最终得到整个流场的运动规律。
通过CFD方法，可以模拟出流体的速度场、压力场、温度场等重要参数，为工程设计和优化提供重要参考。
CFD方法在航空航天领域有着广泛的应用。
在飞机设计中，通过CFD方法可以模拟飞机的气动性能，优化机翼、机身等部件的设计，提高飞行效率和安全性。
在火箭发动机设计中，CFD方法可以模拟燃烧室内的流动情况，优化燃烧过程，提高发动机的推进效率。
同时，CFD方法也可以模拟飞行器在大气层内的飞行过程，为飞行器的控制和稳定提供重要参考。
汽车工程是CFD方法的另一个重要应用领域。
通过CFD方法，可以模拟汽车在高速行驶时的空气动力学特性，优化车身外形和气动套件设计，降低空气阻力，提高燃油经济性。
此外，CFD方法还可以模拟汽车发动机内部的燃烧过程和冷却系统的热管理，为发动机的性能和可靠性提供支持。
能源领域也是CFD方法的重要应用领域之一。
通过CFD方法，可以模拟火电厂和核电厂的燃烧过程和热力循环过程，优化锅炉和汽轮机的设计，提高能源转化效率。
同时，CFD方法还可以模拟风力发电机的叶片气动特性，优化叶片设计，提高风能利用率。
环境工程是CFD方法的另一个重要应用领域。
通过CFD方法，可以模拟大气和水体的流动、传热和污染扩散过程，为环境污染防治和环境风险评估提供重要支持。
此外，CFD方法还可以模拟城市建筑和交通系统的热环境和空气质量，为城市规划和设计提供科学依据。
《计算流体动力学分析——cfd软件原理与应用》
《计算流体动力学分析——cfd软件原理与应用》计算流体动力学分析（CFD）是一种强大的工程分析技术，用于分析非稳定流体流动场景下复杂性和多相性之间关系。
CFD软件是现代工程仿真的基石，它可以帮助快速分析复杂的物理现象，以及快速预测决策的影响。
本文旨在简要介绍CFD软件的原理和应用。
首先，CFD软件的原理是根据流体动力学模型设计的，它允许对流体系统的物理特性进行数值模拟。
根据基础的流体动力学原理，CFD 软件可以计算湍流和边界层流中的流动特性，包括速度、温度、压力和流场分布。
这些参数是必要的，因为它们可以提供有关流体流动、传热、传质和传播的信息，从而帮助分析工程系统的性能和稳定性。
CFD软件的另一个特点是模拟流体多相性的能力。
这种能力使用多相流体模型将非湍流流动和混合多相流动分别结合起来，以实现非常精确的分析。
例如，盐水混合流体和燃料添加剂混合流体，这些混合物可以被模拟并进行性能可靠性分析。
CFD软件还可以用来对流体流动和传热进行精细分析，可以识别出复杂流场中涡流、涡旋和其它不规则结构，以及分析流动速度和温度分布。
此外，CFD软件还可以用来模拟传热传质，模拟流体的几何变形，优化流体过程的性能，并对结构的强度和稳定性进行验证。
CFD软件的应用非常广泛，可以应用于多种领域，包括航空航天、能源开发、生物医学工程、冶金铸造和制药等。
这些应用可以用于有效地提高涡轮发动机的性能，提高压气机的使用效率，以及对火箭燃料轨道元素的分析等，以此节省能耗，提升工程性能。
此外，CFD软件还可以用于分析风场、水体和水质，以实现更快捷、更准确的仿真分析。
例如，可以模拟水体湍流和流量变化，以及水质变化，这有助于政府和环保机构实施新的环境政策和管理措施。
总之，CFD软件是一种强大的工程分析技术，可以分析复杂的物理现象，快速预测决策的影响，从而节省时间和费用，提高企业的竞争力。
它的原理和应用能够帮助工程师们更好地掌握流体流动场景，从而改善工程系统的性能和稳定性，提升企业的效率和竞争力。
CFD—计算流体动力学软件介绍
CFD 流体动力学软件介绍CFD—计算流体动力学，因历史原因，国一直称之为计算流体力学。
其结构为：提出问题—流动性质（流、外流；层流、湍流；单相流、多相流；可压、不可压等等），流体属性（牛顿流体：液体、单组分气体、多组分气体、化学反应气体；非牛顿流体）分析问题—建模—N-S方程（连续性假设），Boltzmann方程（稀薄气体流动），各类本构方程与封闭模型。
解决问题—差分格式的构造/选择，程序的具体编写/软件的选用，后处理的完成。
成果说明—形成文字，提交报告，赚取应得的回报。
CFD实现过程：1.建模——物理空间到计算空间的映射。
主要软件：二维：AutoCAD：大家不要小看它，非常有用。
一般的网格生成软件建模都是它这个思路，很少有参数化建模的。
相比之下AutoCAD的优点在于精度高，草图处理灵活。
可以这样说，任何一个网格生成软件自带的建模工具都是非参数化的，而对于非参数化建模来说，AutoCAD应该说是最好的，毕竟它发展了很多很多年！三维：CATIA：航空航天界CAD的老大，法国人的东西，NB，实体建模厉害，曲面建模独步武林。
本身可以生成有限元网格，前几天又发布了支持ICEM-CFD的插件ICEM-CFD CAA V5。
有了它和ICEM-CFD，可以做任何建模与网格划分！UG：总觉得EDS脑袋进水了，收了I-deas这么久了，也才发布个几百M的UG NX 2.0，还被大家争论来争论去说它如何的不好用！其实，软件本身不错，大公司用得也多，可是就这么打市场，早晚是走下坡路。
按CAD建模的功能来说它排不上第一，也不能屈居第二，尤其是加上了I－DEAS更是如虎添翼。
现在关键是看市场了。
Solidworks：这哥们讲的是实用主义，中端CAD软件它绝对是老大，Solidedge 功能是不比它差，但是Solidworks的合作伙伴可能是SE的十几倍，接口也比SE多很多，要是你，你会选哪个？Autodesk Inventor也只能算是中端软件，目前说来，我是处于观望态度，看发展再决定。
CFD
2014-7-27
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•第二，工业应用阶段(1975～1984年)
随着数值预测、原理、方法的不断完善，关键的问题是如何得到工业界的 认可，如何在工业设计中得到应用，因此，该阶段的主要研究内容是探讨 CFD在解决实际工程问题中的可行性、可靠性及工业化推广应用。 同时，CFD技术开始向各种以流动为基础的工程问题方向发展，如气固、 液固多相流、非牛顿流、化学反应流、煤粉燃烧等。但是，这些研究都需要 建立在具有非常专业的研究队伍的基础上，软件没有互换性，自己开发，自 己使用，新使用的人通常需要花相当大的精力去阅读前人开发的程序，理解 程序设计意图，改进和使用。1977年，Spalding等开发的用于预测二维边界 层内的迁移现象的GENMIX程序公开，其后，他们首先意识到公开计算源程序 很难保护自己的知识产权，因此，在1981年，组建的CHAM公司将包装后的 计算软件（PHONNICS－凤凰）正式投放市场，开创了 CFD商业软件的先河， 但是，在当时，该软件使用起来比较困难，软件的推广并没有达到预期的效 果。我国80年代初期，随着与国外交流的发展，科学院、部分高校开始兴起 CFD的研究热潮。
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四、CFD的基本原理
任何流体运动的规律都是以质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定 律为基础的。这些基本定律可由数学方程组来描述，计算流体力学可以看 做是在流动基本方程，控制对流体的数值仿真模拟。
通过这些数值模拟，我们可以得到极其复杂问题的流场内各个位置上的 基本物理量（如速度、压力、温度、浓度等）的分布，以及这些量随时间 变化的情况，确定是否产生涡流，涡流分布特性及脱流区域等。 计算流体力学以理论流体力学和计算数学为基础，是这两门学科的交叉 学科。主要研究把描述流体运动的连续介质数学模型离散成大型代数方程， 建立可在计算机上求解的算法。 CFD 包括对各种类型的流体（气体、液体及特殊情况下的固体），在 各种速度范围内的复杂流动在计算机上进行数值模拟的计算。它涉及用计 算机寻求流动问题的解和流体动力学研究中计算机的应用两方面问题。计 算机科学及超级计算机的发展为CFD技术的发展提供了舞台。
流体动力学(CFD)分析.
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层流分析
T-2. FLOTRAN 分析的种类
Objective
层流中的速度场都是平滑而有序的，高粘性流体（如石油等）的低 速流动就通常是层流。
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紊流分析
T-2. FLOTRAN 分析的种类
Objective
紊流分析用于处理那些由于流速足够高和粘性足够低从而引起紊流 波动的流体流动情况，ANSYS中的二方程紊流模型可计及在平均 流动下的紊流速度波动的影响。 如果流体的密度在流动过程中保 持不变或者当流体压缩时只消耗很少的能量，该流体 就可认为是 不可压缩的，不可压缩流的温度方程将忽略流体动能的变化和粘 性耗散。
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第一章
FLOTRAN 计算流体动力 学(CFD)分析概述
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目标
Module Objective
在完成本章学习后，我们应该对流体动力学分析的基本概念 有所了解，并知道它的基本分类。
Lesson Objectives
第一讲、FLOTRAN CFD 分析的概念 第二讲、 FLOTRAN 分析的种类 第三讲、层流分析 第四讲、紊流分析 第五讲、热分析 第六讲、可压缩流分析 第七讲、非牛顿流分析 第八讲、多组份传输分析
六、 FLOTRAN分析过程中应处理的问题
七、对一个FLOTRAN分析进行评价
八、验证结果
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目录
Guidelines
第三章 FLOTRAN设置命令
一、FLOTRAN求解控制命令
二、FLOTRAN执行及输出控制命令 稳态控制参数设置
三、FLOTRAN执行及输出控制命令 瞬态控制参数设置
《计算流体力学》作业答案
计算流体力学作业答案问题1：什么是计算流体力学？计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）是研究流体力学问题的一种方法，它使用数值方法对流体流动进行数值模拟和计算。
主要包括求解流体运动的方程组，通过空间离散和时间积分等计算方法，得到流体在给定条件下的运动和相应的物理量。
问题2：CFD的应用领域有哪些？CFD的应用领域非常广泛，包括但不限于以下几个方面：1.汽车工业：CFD可以用于汽车流场的模拟和优化，包括空气动力学性能和燃烧过程等。
2.航空航天工业：CFD可以用于飞机、火箭等流体动力学性能的预测和优化，包括机身、机翼的设计和改进等。
3.能源领域：CFD可以用于燃烧、热交换等能源领域的流体力学问题求解和优化。
4.管道流动：CFD可以用于石油、化工等行业的管道流动模拟和流体输送优化。
5.空气净化：CFD可以用于大气污染物的传输和分布模拟，以及空气净化设备的设计和改进。
6.生物医药：CFD可以用于生物流体输送和生物反应过程的模拟和分析，包括血液流动、药物输送等。
问题3：CFD的数值方法有哪些？CFD的数值方法一般包括以下几种：1.有限差分法（Finite Difference Method，FDM）：将模拟区域划分为网格，并在网格上离散化流体运动的方程组，利用有限差分近似求解。
2.有限体积法（Finite Volume Method，FVM）：将模拟区域划分为有限体积单元，通过对流体流量和通量的控制方程进行离散化，求解离散化方程组。
3.有限元法（Finite Element Method，FEM）：将模拟区域划分为有限元网格，通过对流体运动方程进行弱形式的变分推导，将流动问题转化为求解线性方程组。
4.谱方法（Spectral Method）：采用谱方法可以对流体运动方程进行高精度的空间离散，通常基于傅里叶变换或者基函数展开的方式进行求解。
5.计算网格方法（Meshless Methods）：不依赖网格的数值方法，主要包括粒子方法（Particle Methods）、网格自适应方法（Gridless Method）等。
cfd_基_础
第1章CFD 基础计算流体动力学(computational fluid dynamics，CFD)是流体力学的一个分支，它通过计算机模拟获得某种流体在特定条件下的有关信息，实现了用计算机代替试验装置完成“计算试验”，为工程技术人员提供了实际工况模拟仿真的操作平台，已广泛应用于航空航天、热能动力、土木水利、汽车工程、铁道、船舶工业、化学工程、流体机械、环境工程等领域。
本章介绍CFD一些重要的基础知识，帮助读者熟悉CFD的基本理论和基本概念，为计算时设置边界条件、对计算结果进行分析与整理提供参考。
1.1 流体力学的基本概念1.1.1 流体的连续介质模型流体质点(fluid particle)：几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有大量分子的微元体。
连续介质(continuum/continuous medium)：质点连续地充满所占空间的流体或固体。
连续介质模型(continuum/continuous medium model)：把流体视为没有间隙地充满它所占据的整个空间的一种连续介质，且其所有的物理量都是空间坐标和时间的连续函数的一种假设模型：u =u(t,x,y,z)。
1.1.2 流体的性质1. 惯性惯性(fluid inertia)指流体不受外力作用时，保持其原有运动状态的属性。
惯性与质量有关，质量越大，惯性就越大。
单位体积流体的质量称为密度(density)，以r表示，单位为kg/m3。
对于均质流体，设其体积为V，质量为m，则其密度为Fluent 高级应用与实例分析2 m Vρ= (1-1) 对于非均质流体，密度随点而异。
若取包含某点在内的体积V ∆，其中质量m ∆，则该点密度需要用极限方式表示，即0limV m Vρ∆→∆=∆ (1-2) 2. 压缩性 作用在流体上的压力变化可引起流体的体积变化或密度变化，这一现象称为流体的可压缩性。
压缩性(compressibility)可用体积压缩率k 来量度d /d /d d V V k p pρρ=-= (1-3) 式中：p 为外部压强。
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图3-2 各软件之间的关系图
2.3.1 Fluent软件包的安装
Fluent的安装顺序如下： (1) 安装Exceed。推荐安装Exceed6.2版本。 (2) 安装Gambit。单击Gambit的安装，按照提示就可以完成安装，推 荐安装Gambit2.2.30。 (3) 安装Fluent。单击Fluent安装文件，按照提示就可以完成安装, 推 荐安装Fluent6.2..016。 一般来说，Fluent和Gambit的安装推荐使用默认安装设置。当按照以 上的安装步骤安装完毕以后，还要对Fluent和Gambit的环境变量进行设置 。
根据控制方程离散方式，分为 有限差分法（FDM） 有限元法（FEM） 有限分析法（FAM） 有限体积法或者控制体积法（FVM或CVM）。 有限体积法导出的离散方程可以保证守恒特性， 而且离散方程的系数物理意义明确，是目前计算 流体力学中应用最广的一种方法。
优势 1.可得流动问题满足工程需要的数值解 2.可利用计算机进行各种数值试验 局限性 1.是一种离散近似算法 2.需充分了解所求解问题 3.程序编制、正确使用等要求较高
一 、计算流体动力学（CFD）简介 二 、 FLUENT 概述
计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，简 称CFD）是通过计算机数值模拟计算和图象显示，对包含 有流体流动和热传导等相关物理现象的系统所做的分析。 CFD计算的基本思想：把原来在空间与时间坐标中连续 的物理量的场（如速度场，温度场等），用一系列有限个 离散点上的值的集合来代替，通过一定的原则建立起这些 离散点上变量值之间关系的代数方程（称为离散方程）， 求解所建立起来的代数方程以获得所求变量的近似值。
2.2软件包相关知识 2.2.1 Fluent软件的组成
Fluent软件设计基于CFD软件群的思想，从用户需求角度出发，针 对各种复杂流动和物理现象，采用不同的离散格式和数值方法，以期在 特定的领域内使设计速度、稳定性和精度等方面达到最佳组合，从而可 以高效率地解 决各个领域的复杂流动计算问题。基于上述思想，Fluent 开发了适用于各个领域的流动模拟软件，用于模拟流体流动，传热传 质、化学反应和其他复杂的物理现象，各模拟软件都采用了统一的网格 生成技术和共同的图形界面，它们之间的区别仅在于应用的工业背景不 同，因此大大方便了用户。 Fluent的软件包有以下几个部分组成。 （1）前处理器，Cambit用于网格的生成，它是具有超强组合建构 模 型能力的专用CFD前置处理器。Fluent系列产品皆采用Fluent公司自行 研 发的Cambit前处理软件来建立几何形状及生成网格。
在以上介绍的Fluent软件包中，求解器Fluent6.2.16是应用范围最广的， 所以在以后的章节中我们会对它进行详细的介绍。这个求解器既可使用 结构化网格，也可使用非结构化网格。对于二维问题，可以使用四边形 网格和三角形网格；对于三维问题，可以使用六面体、四面体、金字塔 形以及契形单元，具体的网格见图3-1。Fluent6.2.16可以接受单块和 多 块网格，以及二维混合网格和三维混合网格。
控制方程
划分网格
初始条件
结果和分析
数值算法
离散格式
边界条件
求解控制参数
二 Fluent 概述
2.1 Fluent的工程应用背景
Fluent是目前国际上比较流行的商用CFD软件包，在美国的市场占 有率为60%，只要涉及流体，热传递，及化学反应等的工程问题，都可 以用Fluent进行解算。它具有丰富的物理模型、先进的数值方法及强大 的前后处理功能，在航天航空、汽车设计、石油天然气、涡轮机设计等 方面都有着广泛的应用。 Fluent能够解决的工程问题可以归纳为以下几个方面： 1.采用三角形、四边形、四面体、六面体及其混合网格计算二维和 三维流动问题。计算过程中，网格可以自适应。 2.可压缩与不可压缩流动问题。 3.稳态和瞬态流动问题。 4.无粘流、层流及湍流问题。 5.牛顿流体及非牛顿流体。 6.对流换热问题（包括自然对流和混合对流）。
图3-6 矩形截面管道示意图
图3-7 流体计算区域示意图
2.4.2 实例分析
当利用Fluent解决某一工程问题时，要详细考虑以下几个问题： (1) 确定计算目标； (2) 选择计算模型； (3) 确定物理模型； (4) 确定解的程序。
2.4.3 实例操作步骤
1. 利用Gambit建立计算区域和指定边界条件类型 步骤1：文件的创建及其求解器的选择 (1) 启动Gambit软件 Gambit设置好环境变量以后，可以选择“开始”→“运行”打开如 图3-8所示的对话框，单击“确定”按钮。接着又会弹出如图3-9所示的 对话框，单击Run按钮可以启动Gambit软件，它的窗口布局如图3-10所 示。
图3-5 Gambit的运行
2.4 Fluent的简单实例 2.4.1 实例简介
下面介绍模拟如图3-6所示管道内速度场的操作过程。其中，管道的 宽度远远大于它的高度，所以侧壁对整个速度场的影响比较小，可以对速 度场的模拟进行简化。简化以后的数值模拟区域如图3-7所示，这仅仅是 原来管道在z=0处的XY截面，它可以看作为槽道，其长度L＝50mm，高度 H=1mm。注意长宽比L/H>10，这是槽道内流体充分流动的必要条件，设 槽 道入口处水流速度为0.1m/s。图中的黑色圆点标志几何区域的控制点，利 用这些控制点就可以确定计算区域的几何形状，O点为坐标原点。
图3-8 启动Gambit
图3-9 Gambit Statup对话框
图3-10 Gambit窗口的布局
(2)建立新文件 选择File→New打开如图3-11所示的文件创建对话框。在ID文本框
输 入channel作为Gambit要创建的文件名。Title是对这个文件的描述，可以 随意填写。
如图3-11 建立新文件
图3-21 选中点后的情形
“开始”→“程序”→Fluent Inc Products→Fluent 6.2.16→Set environment， 单击Set environment，就会进入如图3-3所示的对话框。单击“是”按钮 就设 置好了Fluent的环境变量。
图3-3 系统提示设置Fluent的环境变量
选择“开始”→“程序”→Fluent Inc Products→Gambit2.2.30→Set environment，单击Set environment，进入如图3-4所示的对话框。单击 “是”按钮就设置好了Gambit的环境变量。另外，注意以上两种环境变 量设置好后需要重启系统，否则仍会提示找不到环境变量。
7.导热与对流换热耦合问题。 8.辐射换热。 9.惯性坐标系和非惯性坐标系下的流动问题模拟。 10.多运动坐标系下的流动问题。 11.化学组分混合与反应。 12.可以处理热量、质量、动量和化学组分的源项。 13.用Lagrangian轨道模型模拟稀疏相（颗粒、水滴、气泡等）。 14.多孔介质流动。 15.一维风扇、热交换器性能计算。 16.两相流问题。 17.复杂表面形状下的自由面流动。
→Vertex
打开如图3-14的对话框。
图3-13 求解器类型
图3-14 点创建对话框
在Global选项区域内的 x、y 和 z 坐标对应的三个文本框中，依次 输 入其中一个控制点的坐标（各个控制点的坐标可以参考图3-7得到）， 然后单击Apply按钮，就可以在Gambit图形窗口中出现这个控制点。若 是 在创建某一点时，该点没有显示出来，可以单击Gambit右下角的 按 钮来解决这个问题。重复上述点的创建操作，就可以在图形窗口中绘制 出所有的控制点，如图3-15所示。可以按住鼠标右键并且上下拖动来缩 放图形。
需要注意的是，要选中Save current session复选框（呈现红色）才可 以创建新文件。然后单击按钮，出现如图3-12所示的关于确认保 存文件对话框。
图3-12 确认保存文件对话框
单击Yes按钮，创建一个名为channel的新文件。
(3)选择求解器 创建玩新文件后，需要选择对应的求解器。求解器选择可以通过单 击主菜单中的Solver进行。从图3-13所示的子菜单可以看出，系统有很 多种求解器类型。本例的槽道速度场是利用Fluent求解器进行求解的， 所 以在子菜单中选择FLUENT 5/6。 步骤2：创建控制点 选择Operation →Gemetry
Vertex List对话框
在Available列表中选择vertex.2和vertex.3，然后单击向右的箭头 ，就会出现如图3-21所示的情形。 单击图3-21中的Close按钮，然后单击图3-19中的Apply按钮确认对 点的选择，可以看到vertex.2和vertex.3连成直线。对其他的控制点重复 这样的操作，就可以得到如图3-22所示的四条直线围成的矩形区域。
另外，TGrid和Fluent（Translators）是独立于Fluent的前处理器，其 中 TGrid用于从现有的边界网格生成体网格，Filters可以转换由其他软件生 成的网格从而用于Fluent计算。与Filters接口的程序包括ANSYS、 I-DEAS、NASTRAN 、 PATRAN等。 （2）求解器： 它是流体计算的核心，根据专业领域的不同，求解 器主要分以下几种类型。 ①Fluent4.5：基于结构化网格的通用CFD求解器。 ②Fluent6.2.16：基于非结构化网格的通用CFD求解器。 ③ Fidap：基于有限元方法，并且主要用于流固耦合的通用CFD求 解器。 ④ Polyflow：针对粘弹性流动的专用CFD求解器。 ⑤ Mixsim：针对搅拌混合问题的专用CFD软件。 ⑥ Icepak: 专用的热控分析CFD软件。 （3）后处理器：Fluent求解器本身就附带有比较强大的后处理功 能。另外，Tecplot也是一款比较专业的后处理器，可以把一些数据可视 化，这对于数据处理要求比较高的用户来说是一个理想的选择。
图3-18 各个控制点的名称的显示