CFD 基础 P31--P112
什么是CFD
 计算流体动力学(CFD)是一种求解数学方程组来预测流体流动,热交换,质量交换,化学反应及相关现象的科学
 CFD的分析结果即相应的工程数据可以用于:
–新设计的概念研究
–详细的产品分析
–问题分析解决
–重新设计
 CFD分析作为实验和试验的补充
–减少实验的工作量

什么是CFD 应用
 CFD 当今广泛地用于汽车,航空,发热器件,消费产品和其它工业产品等的设计和分析
 应用包括:
–流动,热交换,和加工设备(反应堆,压力容器,热交换器,接触设备,混合箱,泵,离心机,燃烧器等)里的化学反应
–造纸工艺
–食品加工
–功率设备系统的热塑流动分析
–电子封装散热

什么是CFD 优点
 低成本
–计算模拟的成本相对低于试验的成本
 速度快
–CFD 模拟的周期短
–快速转变的能力意味着工程数据可以用于产品设计的初期
 具有模拟真实条件的能力
–许多流动和热交换的过程不能(不容易)试验模拟-例如马赫数为20的高超声速流动
–CFD 具有理论上模拟任何物条件的能力
 具有模拟理想条件的能力
–CFD 允许对物理过程进行强大的控制,并且可以对特有现象进行单独模拟
–例: 一个热交换过程可以处理为绝热,常热流密度或是常温边界条件
 全面的数据信息
–实验仅仅能得到系统中有限的一部分位置的数据(例.压力和温度探针,热流量表,LDV等.)
–CFD 允许工程师得到任何感兴趣的区域的数据

Icepak求解器
 Icepak的CFD求解器将:
–离散非线性控制方程
 有限体积法
–线性并简化方程
 非线性方程不能被直接求解
–求解线性代数方程组
 使有反复迭代的方法
–收敛后
 给出每个控制体的速度,压力,温度以及其它特性的值

Icepak求解器背景: 控制方程
 Icepak求解是基于有限体积法的求解器
–求解区域离散为有限的控制体或单元
–离散质量,动量,能量等的输运方程并应用到时每一个网格单元
 每个输运方程都被离散成代数方程有形式
 离散了的方程需要网格中心和网格面上的信息–材料特性,速度和压力都存放在网格中心–通量在网格面上计算 可以用相邻及当地网

格的值来表达 可以用许多不同的方法来求能量
 通过控制体边界的净通量是这控制体积的四个面通量积分的代数和(三维时为6个面)
 考虑一维的对流/扩散方程 有限体积法(FVM)对控制体使用积分形式的守恒方程:
 沿x方向在面e和面w上积分上述方程
 需要知道面e和面w上的通量和速度的大小

 Icepak求解器具有以上相同的离散过程,除了:–使用的是非结构的网格和拓扑–求通量时使用的是不同的方程 增加了稳定性,提高了

精度–网格面上的值使用调和平均值 提高精度

Fluent 求解器背景: 代数方程的形式
 方程组由反复迭代求解
–系数ap和anb是求解变量的函数(非线性并且相互耦合)
 对流项包含速度分量(u, v, 和w)
 温度或流动相关的特性
–系数使用上一步迭代的变量的值写出
 线性化: 在φ上忽略系数的依赖项
–每一步都更新系数
 对于一个指定的迭代步系数为常数

Icepak资料下载:  Icepak高级建模(456页).pdf

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