CFD的相关商业软件或开源软件都包含有非常友好的用户界面和图形界面环境来输入问题的参数和检查计算结果。
因此一般包括:
1、前处理:几何模型创建、网格生成、流体特性、边界条件等;
2、求解器:网格上控制方程的求解(传递方程:质量、动量、能量、其他传递变量、状态方程、支撑物理模型);物理模型(湍流、燃烧、热辐射、其他过程);求解器设置(初始条件、求解控制、求解监视、收敛标准);
3、后处理:x-y坐标图、云图、速度矢量图、其他;
CFD软件主要有商业软件和开源软件
商业软件:CFX、FLUENT、CFD-ACE、STAR-CD、PHOENICS、COMSOL、FLOW-3D等;
开源软件:OpenFOAM、REEF3D、Fluidity、Neptune_CFD、Code Saturne等;
几何模型创建是对CFD计算域的几何形状进行定义和构建,包括2D、3D模型,主要包括出、入口设置、计算流域;
定义完计算区域的几何尺寸后,就是要进行网格生成,即:将计算域划分为大量的更小的、无重叠的子区域、用子区域来求解区域流动现象、对流体的各个单元网格进行数值求解,这样就可以确定速度、压力、温度计其他传递变量的离散值,这就是CFD对流动问题的求解过程。
划分网格时:注意结构非结构性网格、网格类型、大小、边界处理等;
材料的添加(Materials)、流体参数的设置(密度、粘度、比热容、导热系数等)
1、瞬态/稳态?
2、黏性流体/非黏性流体?
3、层流/湍流?
4、热传递方式(传导、对流、辐射?)
5、内流/外流
…
流入边界条件:流入方式、密度、速度、给定温度、流动方向等;
流出边界条件:流出方式(压力、速度、质量流量等),开方边界等;
流域内模型的边界条件:速度、温度、热流量等;
求解过程就是讲真实流体流动中隐含的物理现象转化为通过迭代方法可以求解的主要物理现象。
过程:初值设定→求解控制(solution control)→求解监视→CFD计算→收敛检查
是否收敛,收敛的话就停止运算,不收敛修正求解参数继续求解;
包括:求解监视、CFD计算、收敛检查,相互联系三部分;
求解成功的标志:迭代收敛、网格独立性;
注意:收敛、收敛标准或允许残差值、残差、稳定性、误差、欠松弛因子以及网格独立性都是CFD数值模型问题中需要着重考虑的问题;
CFD后处理软件:ANSYS-CFX,FLUENT, Tecplot, EnSight, OpenDx, Fieldview, Iris Explorer, PV-Wave等;
后处理主要包括以下几部分:
1、X-Y直角坐标图;
2、矢量图;
3、云图;
4、流线;
5、数据报告输出;
6、动画;
CFD的一般流程就是这些,当然这里面涉及的理论、数值方法、应用场景、控制方程、守恒定律等都没有涉及,需要在跑案例的同时慢慢去了解和熟悉!
参考文献:COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS : A Practical Approach. (澳)Jiyuan Tu, Guan Heng Yeoh (美)Chaoqun Liu