流体动力学(CFD)分析.
使用Solidworks进行模拟流体动力学分析的方法
使用Solidworks进行模拟流体动力学分析的方法使用SolidWorks进行模拟流体动力学（CFD）分析的方法介绍：模拟流体动力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）是一种用数值方法解决流动问题的工程分析技术。
SolidWorks是一款强大的三维建模软件，可以进行CFD分析。
本文将介绍使用SolidWorks进行CFD分析的方法。
1. 创建模型首先，我们需要创建要进行CFD分析的模型。
可以在SolidWorks中使用各种建模工具创建所需的几何体。
确保模型尺寸和形状符合实际流动情况，并将其保存为SolidWorks文件格式。
2. 设置网格在进行CFD分析之前，需要将模型分割为小的离散网格，以便对流动进行数值计算。
SolidWorks提供网格划分工具，可以自动或手动设置网格。
确定网格的大小和分辨率是非常重要的，这将直接影响到CFD分析结果的准确性。
通常情况下，流动区域周围的边界要设置为更密集的网格。
3. 设置边界条件在进行CFD分析之前，需要设置模型的边界条件。
边界条件包括流体的入口速度和温度、出口压力等。
通过设置合适的边界条件，可以模拟不同的流动情况，如湍流、定常流动或不可压缩流动等。
在SolidWorks中，可以直接设置边界条件参数。
4. 定义流体属性在进行CFD分析之前，需要定义模拟流动中使用的流体的物理属性。
这些属性包括密度、粘度、热导率等。
通过准确定义流体属性，可以更准确地模拟流动行为。
SolidWorks提供了一系列常见流体的物性数据，也可以手动定义所需的流体属性。
5. 设置求解器和求解参数在进行CFD分析之前，需要选择适当的求解器和设置求解参数。
求解器决定了使用何种数值方法对流体动力学方程进行离散化和求解。
SolidWorks提供了多种求解器，包括基于有限体积法（FV）和有限元法（FE）的求解器。
选择合适的求解器和调整求解参数将直接影响到CFD分析的准确性和计算效率。
计算流体力学CFD的基本方法与应用
CFD的作用像在计算机上做实验，故也称数值实验, 它 不但能取代很多实验工作，而且能做实验室无法进 行的研究。
作， Patankar也在美国工程师协会的协助下，举行了大范围的培训， 皆在推广应用 CFD。 1985年的第四界国际计算流体力学会议上，Spalding 作了 CFD 在工程 设计中的应用前景的专题报告。他将工程中常见的流动、传热、化学 反应等分为十大类问题，并指出CFD都有能力加以解决。
2、CFD的发展历程
性、可靠性及工业化推广应用。
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。
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。
LES——穷人的DNS
CFD的未来，近期的展望
CFD的未来，远期的展望
• 非线性计算方法的突破 • LES模型的逐步成熟 • 大规模计算、并行计算的发展可以解决DNS、LES、非定
常计算的海量计算等问题 • 先进的湍流模型，反应动力学模型，多相流模型等的逐
步ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ善
CFD的路还很长很长
• CFD是一个新兴的学科 • CFD具有重要的应用 • CFD还有很多问题
计算流体力学CFD的基本 方法与应用
CFD (Computational Fluid Dynamics) 计算流体力学——为您打开通向高科技之门
计算流体动力学分析-CFD软件原理与应用_王福军--阅读笔记
计算流体动力学分析-CFD软件原理与应用_王福军--阅读笔记计算流体动力学(简称CFD)是建立在经典流体动力学与数值计算方法基础之上的一门新型独立学科，通过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。
它兼有理论性和实践性的双重特点。
第一章节流体流动现象大量存在于自然界及多种工程领域中，所有这些过程都受质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本物理定律的支配。
本章向读者介绍这些守恒定律的数学表达式，在此基础上提出数值求解这些基本方程的思想，阐述计算流体力学的任务及相关基础知识，最后简要介绍目前常用的计算流体动力学商用软件。
计算流体动力学((Computational Fluid Dynamics简称CFD)是通过计算机数值计算和图像显示，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。
CFD可以看做是在流动基本方程(质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程)控制卜对流动的数值模拟。
通过这种数值模拟，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，以及这些物理量随时间的变化情况，确定旋涡分布特性、空化特性及脱流区等。
还可据此算出相关的其他物理量，如旋转式流体机械的转矩、水力损失和效率等。
此外，与CAD联合，还可进行结构优化设计等。
1.1.2计算流体动力学的工作步骤采用CFD的方法对流体流动进行数值模拟，通常包括如下步骤:(1)建立反映工程问题或物理问题本质的数学模型。
具体地说就是要建立反映问题各个量之间关系的微分方程及相应的定解条件，这是数值模拟的出发点。
没有正确完善的数学模型，数值模拟就毫无意义。
《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。
ANSYS流体分析CFD
第一章 FLOTRAN 计算流体动力学(CFD)分析概述FLOTRAN CFD 分析的概念ANSYS程序中的FLOTRAN CFD分析功能是一个用于分析二维及三维流体流动场的先进的工具，使用ANSYS中用于FLOTRAN CFD分析的FLUID 141和FLUID 142 单元，可解决如下问题：∙作用于气动翼(叶)型上的升力和阻力∙超音速喷管中的流场∙弯管中流体的复杂的三维流动同时，FLOTRAN还具有如下功能：∙计算发动机排气系统中气体的压力及温度分布∙研究管路系统中热的层化及分离∙使用混合流研究来估计热冲击的可能性∙用自然对流分析来估计电子封装芯片的热性能∙对含有多种流体的(由固体隔开)热交换器进行研究FLOTRAN 分析的种类FLOTRAN可执行如下分析：∙层流或紊流∙传热或绝热∙可压缩或不可压缩∙牛顿流或非牛顿流∙多组份传输这些分析类型并不相互排斥，例如，一个层流分析可以是传热的或者是绝热的，一个紊流分析可以是可压缩的或者是不可压缩的。
层流分析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。
紊流分析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。
热分析流体分析中通常还会求解流场中的温度分布情况。
如果流体性质不随温度而变，就可不解温度方程。
在共轭传热问题中，要在同时包含流体区域和非流体区域（即固体区域）的整个区域上求解温度方程。
在自然对流传热问题中，流体由于温度分布的不均匀性而导致流体密度分布的不均匀性，从而引起流体的流动，与强迫对流问题不同的是，自然对流通常都没有外部的流动源。
可压缩流分析对于高速气流，由很强的压力梯度引起的流体密度的变化将显著地影响流场的性质，ANSYS对于这种流动情况会使用不同的解算方法。
《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（CFD）是一门应用于工程领域的计算机科学，其中的目的是使用计算机来对物理现象进行研究和分析。
它主要用于研究不同流体在固定的介质中的相对位置以及流动时间，如水流动，空气流动和燃烧气体流动。
因此，CFD可以用于解决实际问题，如空气动力学，气体动力学和液体动力学。
CFD软件是一种用于实现CFD 原理的计算机程序。
这些软件利用数学模型和计算算法来模拟物理系统并进行分析，而无需实际进行实验。
CFD软件具有高精度的运算能力，可以在不影响质量的情况下准确地描述流体的数学模型。
其特点是可以模拟实际气体和液体的复杂流动，从而精确估计流体摩擦力、气体结构及表面流动等方面的性能。
因此，CFD软件可以帮助工程师更好地发现潜在的流体力学问题，及早发现可能出现的设计问题，减少开发时间和成本。
CFD软件的应用范围非常广泛，可以用于工业，航空航天，仪器仪表，环境技术，气象学，航海学，建筑，机械工程，热能，医疗等领域的研究和应用中。
例如，在航空航天领域，人们可以利用CFD软件来估算飞行器的马赫数和飞行机翼的起飞性能，以及飞行器在空中运动时所受的风阻力和推动力，从而提高飞行机翼或飞行机翼上设备的性能。
此外，CFD 软件还可以用来分析和设计工业设备的结构，并分析设备运行时的流体动力学行为，以便更好地控制工艺参数。
此外，CFD软件还可以用来研究环境变化和空气污染，以便及早预测空气质量变化情况。
例如，当空气污染物被释放到空气中时，CFD 软件可以预测在特定条件下，空气污染物在空气中会分布到哪里。
CFD软件也被广泛用于热能和医疗领域中，可以帮助人们更准确地分析和预测物理系统的行为。
例如，在医疗领域，CFD软件可以用于估算受伤者肺部的空气流速，以及空气流速对受伤者血液活化的影响，以确定需要采取的相应措施。
综上所述，CFD软件是一种重要而有用的计算工具，可以用于研究和解决实际应用中出现的多方面的流体动力学问题。
工程流体力学的计算方法CFD基础课件
云计算技术使得大规模CFD模拟成为 可能，同时提供了灵活的计算资源和 数据管理方式。未来，云计算技术将 进一步优化，以降低计算成本和提高 计算效率。
THANKS
CFX
工业标准的CFD软件
CFX是全球公认的工业标准的CFD软件之一，广泛应用于能源、化工、航空航天、汽车等领域。它具 有强大的求解器和先进的物理模型，能够模拟复杂的流体流动和传热问题，并提供丰富的后处理功能 。
OpenFOAM
开源CFD软件
OpenFOAM是一款开源的CFD软件，由C编写，具有高度的灵活性和可定制性。它提供了丰富的工具包和案例库，适用于各 种流体动力学模拟，包括复杂流动、传热、化学反应等问题。
粘性。
热传导
流体在温度梯度作用下会产生 热传导现象。
流体动力学基本方程
质量守恒方程
表示流体质量随时间的变化规律 。
动量守恒方程
表示流体动量随时间的变化规律。
能量守恒方程
表示流体能量随时间的变化规律。
流体流动的分类
层流流动
均匀流动和非均匀流动
流体质点仅沿流线方向作有规则的线 运动，互不混杂。
根据流动是否具有空间均匀性进行分 类。
06
CFD未来发展与挑战
高精度算法与求解器
总结词
随着计算能力的不断提升，高精度算法和求解器在 CFD领域的应用将更加广泛。
详细描述
高精度算法和求解器能够提供更精确的流场模拟结果 ，有助于更深入地理解流体动力学现象。未来，高精 度算法和求解器将进一步优化，以适应更复杂、更高 要求的CFD模拟。
多物理场耦合模拟
有限体积法的优点在于能够很好地处 理流体流动中的非线性特性和复杂边 界条件，因此在工程流体力学中得到 了广泛应用。
计算流体力学在流体运动分析中的应用
计算流体力学在流体运动分析中的应用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）是一种利用数值方法模拟流体运动的工程学科。
该技术可以模拟在实际应用中遇到的多种流动问题，如流体的速度分布、压力分布、悬浮颗粒的运动行为等。
随着计算机硬件和软件的快速发展，CFD技术已经广泛应用于各个领域，例如汽车工业、航空航天工业、电力行业、建筑工业等领域，成为了方便、快捷、可靠的分析工具。
CFD的应用可以对流体运动过程进行深入的分析，为工程师提供技术支持和设计改进方案，同时也可以减少设计周期和成本，提高设计效率和可比性。
以下是CFD在流体运动分析中常见的应用场景。
1. 流体动力学分析CFD可以模拟流体的运动状态，该技术可以用来研究各种流动问题，如流体的速度、压力、温度、密度、离散相等。
例如，CFD可以预测空气动力学原理，研究飞机的气动特性，分析建筑物的通风效果，优化发电厂的燃烧过程等。
2. 液体动力学分析与流体动力学相同，CFD技术也可以模拟液体的运动状态，根据模拟结果进行液体动力学分析，深入了解液体流动的特点，优化设计方案，改进生产过程。
例如，CFD可以用来优化油气管道的设计，分析水泵的流量和压力损失，优化船舶和海洋工程中的流体运动行为等。
3. 流体-固体耦合分析在流体和固体相互作用的系统中，CFD可以模拟流体-固体耦合分析。
例如，在水力发电站水轮机中，CFD可以模拟水流和水轮机之间的相互作用，设计出更高效的水轮机，提高水力发电的效率。
在生物医学工程领域中，CFD可以研究心脏的血流、肺部的呼吸和人体的循环流动，帮助医生更好地理解生物组织的流动特性，优化医疗设备和治疗方案。
4. 离散相流体动力学分析为了准确反映实际流体运动的状态，CFD技术的应用也可以对离散相颗粒的运动进行模拟和计算，以更为深入的方式揭示流体-颗粒相互作用的机理。
例如在排污处理厂、水处理系统中，CFD技术可以模拟流体和颗粒之间的运动，优化处理方案，提高处理效率。
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Intro-12
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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Intro-13
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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Intro-8
第一章
FLOTRAN 计算流体动力 学(CFD)分析概述
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Intro-9
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
Guidelines
ANSYS/FLOTRAN 流体动力学(CFD)分析
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目录
Guidelines
第一章 FLOTRAN 计算流体动力学(CFD)分析概述
一、FLOTRAN CFD 分析的概念 二、 FLOTRAN 分析的种类
1、层流分析 2、紊流分析 3、热分析 4、可压缩流分析 5、非牛顿流分析 6、多组份传输分析
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Intro-14
热分析
T-2. FLOTRAN 分析的种类
四、分析过程
Guidelines
第10步：观察层流分析的结果 第11步：确定流体粘性如何影响流场特性 第12步：进行湍流分析 第13步：对新的出口区划分网格 第14步：施加湍流分析的载荷 第15步：改变FLOTRAN分析选项和流体性 第16步：进行求解 第17步：将流体速度结果以向量图和路径图的方式进行显示 第18步：绘制压力等值线图
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Intro-10
一、FLOTRAN CFD 分析的概念
T-1. FLOTRAN CFD 分析的概念
Objective
ANSYS程序中的FLOTRAN CFD分析功能是一个用于分析二维及三 维流体流动 场的先进的工具，使用ANSYS中用于FLOTRAN CFD分析的FLUID 141和FLUID 142 单元，可解决如下问题：
三、几何尺寸及流体性质
四、分析过程
第1步：进入ANSYS
第2步：设置分析选择
第3步：定义单元类型
第4步：生成分析区域的几何面 第5步：定义单元形状
第6步：划分有限元网格
第7步：生成并应用新的工具栏按钮
第8步：施加边界条件
第9步：求解层流
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Intro-7
目录
第五章 FLOTRAN层流和湍流分析算例（续）
Intro-11
二、FLOTRAN 分析的种类
T-2. FLOTRAN 分析的种类
Objective
FLOTRAN可执行如下分析： · 层流或紊流 · 传热或绝热 · 可压缩或不可压缩 · 牛顿流或非牛顿流 · 多组份传输 这些分析类型并不相互排斥，例如，一个层流分析可以是传热的或
者是绝热的，一个紊流分析可以是可压缩的或者是不可压缩的。
十二、设置有助于FLOPTagRe A4 N求解稳定的参RAN设置命令（续）
Guidelines
十三、设定FLOTRAN自由度松弛系数 十四、设定FLOTRAN流体性质松弛因子
十五、设置FLOTRAN分析的自由度限值
十六、选择FLOTRAN各自由度相应的求解器
十七、对FLOTRAN各求解器的控制
四、FLOTRAN输出及保存文件控制
五、FLOTRAN输出收敛监测量的控制
六、FLOTRAN流体类型及其特性的可变性控制
七、FLOTRAN流体性质参数设定
八、FLOTRAN分析的坐标系统的指定
九、FLOTRAN分析参考条件的设置
十、指定FLOTRAN分析的旋转坐标系统
十一、指定FLOTRAN分析的重力加速度
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目录
第二章 FLOTRAN分析基础
Guidelines
一、FLOTRAN单元的特点
1、FLUID141单元 2、FLUID142单元 3、FLUID单元的其他特征
二、使用FLOTRAN单元的一些限制及注意事项
三、 FLOTRAN分析的主要步骤
四、 FLOTRAN分析中产生的一些文件
五、提高收敛性和稳定性的常用的工具
十八、设置FLOTRAN湍流模型的一些常数
十九、重新设定FLOTRAN各分析参数的值
二十、控制FLOTRAN面积积分的阶次
二十一、FLOTRAN多组份疏运分析的设置及控制
二十二、定义FLOTRAN的重启动（续算）控制
二十三、设置并执行一个零迭代FLOTRAN分析
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Intro-5
目录
第四章 FLOTRAN边界条件
· 作用于气动翼(叶)型上的升力和阻力
· 超音速喷管中的流场
· 弯管中流体的复杂的三维流动
同时，FLOTRAN还具有如下功能：
· 计算发动机排气系统中气体的压力及温度分布
· 研究管路系统中热的层化及分离
· 使用混合流研究来估计热冲击的可能性
· 用自然对流分析来估计电子封装芯片的热性能
· 对含有多种流体的(由固体P隔age开11)热交换器进行研究
Guidelines
一、边界条件的类型 二、进口/出口边界条件
三、对称边界条件
四、固定壁面
五、移动壁面
六、内流
七、外流
八、周期边界
九、热边界条件
十、边界条件总结
十一、边界条件的菜单形式
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Intro-6
目录
第五章 FLOTRAN层流和湍流分析算例
Guidelines
一、问题描述
二、分析方法及假定