CAE经常提到的CFD是什么？

离心叶轮吧 09-15 673

前言：

此刻大家对“cfd算法指的是什么”大体比较珍视，各位老铁们都需要了解一些“cfd算法指的是什么”的相关资讯。那么小编也在网摘上收集了一些关于“cfd算法指的是什么””的相关文章，希望咱们能喜欢，看官们快快来了解一下吧！

CFD是CAE计算辅助设计中的一大门类，下面来个CFD初认识:

CFD是什么？

CFD可以应用于哪些场合？

CFD是如何应用于工程的？常用的CFD软件有

哪些？

1 CFD是什么

CFD是计算流体动力学（Computional Fluid

Dynamic）的英文缩写，其利用计算机求解流体流动过程中的质量传递、能量传递、动量传递以及化学反应问题。CFD是一种方法或者工具，解决对象是流体力学利用手段是数值计算。

2 CFD应用场合

只要存在流体流动的场合均可应用CFD。

随着计算机技术及计算机计算能力的发展，CFD以及广泛应用于航空航天、造船、汽车、食品、能源、石油化工、生物医学等领域，而且还在不断的向其他行业扩展。

3 CFD如何应用于工程

要将CFD应用于工程，需要做很多的工作，一般来讲，CFD工程应用都可以分为三个阶段：

前处理，计算求解，计算后处理

3.1 前处理

计算前处理的主要目的在于使计算机识别现实世界。计算机和人脑有很大的不同，要想让计算机识别真实世界是一件不太容易的事情。

举个简单的例子，如图所示，杯子里有水。人类的识别方式可能是通过视觉将光学图像送入大脑，再凭借记忆图像识别为杯子和水。但是要让计算机来识别可就有点儿麻烦了。我们该怎样告诉计算机"这里有个杯子，杯子中有半杯水"这一事实呢？首先要告诉计算机"这里有个杯子"。我们需要告诉计算机：杯子的尺寸，杯子的形状是怎样的，圆柱形还是圆台形，半径及壁厚等尺寸参数需要定义。杯子的空间属性。杯子是放在地上的还是放在桌子上？我们需要给它一个定位尺寸。其次，我们需要告诉计算机"杯子中有水"。杯具的是，计算机可不知道什么水是什么玩意儿。不过我们可以告诉计算机：杯子中盛装的物质的各种物理性质。比如说水的密度、粘度、比热等。杯子中装了多少水。比如说告诉计算机水位高度或者水的体积。通过提供以上信息，计算机就能识别出"杯子中装了水"这一物理现实。前处理的作用就在如此，要告诉计算机流体流动发生的场合、流体属性、流体流动遵循的物理规则等。

CFD前处理包含以下一些内容：

定义流动计算域：建立流体流动区域。告诉计算机流体流动发生的场合。

计算域离散：将流动计算区域离散成网格单元。

指定计算控制方程：告诉计算机所要解决的流体流动遵循的物理规则。

定义边界流动条件：特定流动问题有特定的流动边界条件。

定义初始时刻流动条件：告诉计算机，零时刻计算域处于何种状态。

求解参数定义：如指定串行或并行计算、计算过程监测、离散算法指定等。

输出参数定义：定义计算过程中一些计算参数输出。

3.2 计算求解

计算求解通常由计算机自动完成，一般不需要人工干预。在前处理指定完毕后，求解器读取所有的求解参数进行自动求解计算，直至求解完成。

3.3 计算后处理

通过计算后处理将计算求解得到的数据以直观的方式展示出来。

4 CFD软件

CFD本身是一种数值计算方法，常常将其编制为计算机程序。当前有很多CFD软件可用于工程流体计算，根据软件功能，可分为通用软件及专业软件；根据软件源代码是否公开，可分为商业软件及开源软件；根据软件在CFD过程中的位置，可分为前处理软件、求解器软件及后处理软件。

4.1 通用软件及专业软件通用软件：设计用于所有的CFD场合，求解的是通用流体控制方程。通用软件的前处理对象

普遍，能应付大多数的工程问题。然而也正是因为要保证通用性，而牺牲了部分性能。通用CFD软件很多，比较常用的如ANSYS系列的FLUENT及CFX、CD-Adapco公司的STAR CCM+及STAR CD、ESI公司的Fastran及ACE+、CHAM公司的Phoenics、Metacomp公司的CFD++、Altair公司的Acusolve等专业软件：专为某一行业设计的CFD软件。专业CFD软件如用于泵阀压缩机PumpLinx、NUMECA；用于火灾消防的pyrosim及FDS等；用于建筑物暖通计算的Flovent及AirPak

等；用于电子散热的Flotherm及Icepak等，专业软件在特定的行业上具备通用软件无可比拟的和计算精度优势。

5. CFD应用实例

5.1 应用于汽车设计分析

车身的流线型优化，目的：减小行驶阻力，增加下压力(保持行驶稳定性，这个跟机翼的应用作用正好相反)

设计良好的流线外形气流均匀稳定的流过车身请点击此处输入图片描述

即使车轮处的流动都顺畅！

一般家庭轿车车尾处流动气流，可以看到：有一团一团的气流聚集在汽车尾部，随着汽车一起运动，这里的气流聚集越多汽车阻力越大，汽车越不省油，一般家庭轿车设计成这样是为了后备箱空间考虑而不得已为之。

轿车前部一般扁平，让气流顺畅的流过车背，同时有部分气流流进发动机舱用于冷却。

5.2 飞机设计领域

由于飞机设计试验起来耗时耗力更难操作，CFD应用更为广泛。

下面是CFD优化机翼外形获得最佳的升阻比。

优化整机的外形，改善飞行中的气流分布利于飞行稳定性。