CFD-計算流體動力學軟件介紹

1、精品文檔CFD流體動力學軟件介紹CFD一計算流體動力學，因歷史原因，國內一直稱之為計算流體力學。其結構為：提出問題一流動性質（內流、外流；層流、湍流；單相流、多相流；可壓、不可壓等等），流體屬性（牛頓流體：液體、單組分氣體、多組分氣體、化學反應氣體；非牛頓流體）分析問題一建*H- N-S方程（連續(xù)性假設），Boltzmann方程（稀薄氣體流動），各類本構方 程與封閉模型。解決問題一差分格式的構造/選擇，程序的具體編寫 瞅件的選用，后處理的完成。成果說明一形成文字，提交報告，賺取應得的回報。CFD實現(xiàn)過程：.建模一一物理空間到計算空間的映射。主要軟件：二維：AutoCAD :大家不要小看它，非常

2、有用。一般的網格生成軟件建模都是它這個思路，很少有參數化建模的。相比之下 AutoCAD的優(yōu)點在于精度高，草圖處理靈活?？梢赃@ 樣說，任何一個網格生成軟件自帶的建模工具都是非參數化的，而對于非參數化建模來說，AutoCAD應該說是最好的，畢竟它發(fā)展了很多很多年！三維：CATIA :航空航天界CAD的老大，法國人的東西，NB,實體建模厲害，曲面 建模獨步武林。本身可以生成有限元網格，前幾天又發(fā)布了支持 ICEM-CFD的 插件ICEM-CFD CAA V5 。有了它和ICEM-CFD ,可以做任何建模與網格劃分！UG :總覺得EDS腦袋進水了，收了 I-deas這么久了，也才發(fā)布個幾百 M的 U

3、G NX 2.0 ,還被大家爭論來爭論去說它如何的不好用！其實，軟件本身不錯， 大公司用得也多，可是就這么打市場，早晚是走下坡路。按CAD建模的功能來說它排不上第一，也不能屈居第二，尤其是加上了I DEAS更是如虎添翼?，F(xiàn)精品文檔在關鍵是看市場了Solidworks :這哥們講的是實用主義，中端CAD軟件它絕對是老大，Solidedge 功能是不比它差，但是 Solidworks的合作伙伴可能是SE的十幾倍，接口也比 SE多很多，要是你，你會選哪個？ Autodesk Inventor也只能算是中端軟件，目 前說來，我是處于觀望態(tài)度，看發(fā)展再決定?？傊?，Solidworks目前的發(fā)展如日 中大

4、，合作伙伴多如牛毛。用起來極其順手（呵呵，我的手，其它兄弟的我不知 道）。這里極力向大家推薦的是ICEM-CFD DCI FOR Solidworks !有了這個東 西畫個全機網格也就個把大！Pro/E:不好評價，參數化建模的老祖，目前卻也當不了老大。看到它我就覺得 不爽，一大把年紀了還只能混在中小企業(yè)。 一個月發(fā)布一個新版本，我就愣沒看 出哪里新了，BUG倒是一個比一個多。界面看起來也覺得別扭（一家之言，兄 弟們別扔雞蛋）。MDT、Inventor ： Autodesk.網格劃分一一連續(xù)空間的離散化。主要軟件：ICEM-CFD （Ansys Inc）: 最NB的網格劃分軟件，主要四個模塊：T

5、etra （水平最高）、Hexa （用起來方便）、Global （難得的笛卡爾網格劃分軟件）、AutoHexa （算是垃圾，有那么一點點用處）。接口賊多，幾乎支持所有流行的CFD軟件！ ！ 使用方便，一個月內可以學會，兩個月就可以針對課題努力了。 這個軟件還有后 處理模塊Visual3,但是目前說來還沒有聽過哪個兄弟用過，我也沒用過。Gridgen （Poinwise Inc ）：你要學習網格理論，用它比較好，你要和它一起來完 成網格，不能靠它自動給你個復雜網格。結構網格劃分很好。幫助文檔有些標新 立異了，很多術語就是難為大家這些入門級別的，實體不叫實體，它非得說是 Database ,何必呢

6、！精品文檔Gambit (Fluent Inc):好學、好用。就是要拖著一個 Exceed當靠山，功能強大。 但是占用內存比較多，常常會跑死機(不是個別的問題)。目前最新版本2.1.6, 功能不見多大改善，導入幾何仍然需要手動修復。CFX-build (Ansys Inc): 基于Patran的非結構網格劃分軟件，會 Patran就會 它！功能自不用說，Patran有多猛，搞FEA/CAE的兄弟都知道。CFD-Geom (CFDRC Inc):好學，不過有些概念要仔細領會，最好是對拓撲 與網格結構、類型比較熟悉。Patran (Msc Inc)、Hypermesh (Altair Inc ):

7、 這兩個不說了 FEA 方面的猛將,CFD也可以借鑒。以上按功能和在CFD領域的適用范圍分類。3、求解器一一差分方程的求解。主要軟件：Fluent:不可壓流動的優(yōu)秀求解器，可壓流動求解稍差，市場做得好，用的人 多。非結構網格求解器。它不是最好的，但是是最通用的，具體還是要看你的問 題。幫助文檔我已經全部翻譯了。CFX5.x:相當于Fluent的分離求解器，Ma2有效。基于非結構網格。沒啥好 說的，優(yōu)點找不到，缺點也沒什么。CFX4.x:化學反應和多項流結構網格求解器，不了解，大家可以補充Star-CD:源于英國，日本也搞，我不喜歡有日本人的氣味！西交大用得比較多。Phoenics :英國佬的，

8、由于決策上的失誤(網格處理方面的決策)，目前仍在低谷，功能強大，但使用不方便，前處理太差。精品文檔CFDRC :我最喜歡的求解器，功能比前面所有加起來的都多，解決問題極其廣 泛，缺點是接口較差，幫助文檔有些做得較為馬虎，錯別字，錯誤的公式較多， 要看懂它需要一定的基礎。Cosmos Floworks : Solidworks的一個插件，真是委屈它了，這世道美女都找 有錢的主，它找的是Solidworks ,和其它求解器相比，它是花瓶。CFDesign ： Cosmos Floworks 的金蘭姐妹，下嫁 Pro/E ,與 Cosmos 相比，各 有千秋。Numeca :針對渦輪機械的，好東西，

9、市場沒搞好，目前不得志。Ansys Flotran :垃圾一個。別的不說，邊界條件它就根本沒做好！4.后處理一一求解結果的可視化與整理。主要軟件：Tecplot:短小精悍，首選?？梢宰约壕幊烫幚頂祿浅姶?！實驗數據處理 用它也絕對是首選。CEI Ensight :太復雜，啥都能做，難學FieldView ：還可以，國外用得比較多，沒 Tecplot平易近人。有些思路莫名其 妙。AVS Express :我沒指望學它，用它可以編個 Tecplot!還有一個Matlab ,不說了吧。5、報告處理：MathType (公式編輯器，很需要)；Word、Acrobat計算流體力學(CFD)是近代流體

10、力學、數值數學和計算機科學結合的產物， 是一門具有強大生命力的邊緣科學。它以電子計算機為工具，應用各種離散化的數學方法，對流體力學的各類問題進行數佰實驗、計算機模擬和分析研究，以解精品文檔決各種實際問題。計算流體力學和相關的計算傳熱學,計算燃燒學的原理是用數值方法求解非 線性聯(lián)立的質量、能量、組分、動量和自定義的標量的微分方程組，求解結果能 預報流動、傳熱、傳質、燃燒等過程的細節(jié)，并成為過程裝置優(yōu)化和放大定量設 計的有力工具。計算逾隹力學的基本特征是數值模擬和計算機實驗，它從基本物 理定理出發(fā)，在很大程度上替代了耗資巨大的 流體動力學實驗設備,在科學研究 和工程技術中產生巨大的影響。目前比較好

11、的 CFD軟件有：Fluent、CFX、 Phoenics、Star-CD ,除了 Fluent是美國ANSYS公司的軟件外，其它三個都是 英國公司的產品，2003年ANSYS公司收購了 CFX。FLUENTFLUENT是目前國際上比較流行的商用 CFD軟件包，在美國的市場占有率 為60%。舉凡跟流體,熱傳遞及化學反應等有關的工業(yè)均可使用。它具有豐富 的物理模型、先進的數值方法以及強大的前后處理功能， 在航空航天、汽車設計、 石油天然氣、渦輪機設計等方面都有著廣泛的應用。具在石油天然氣工業(yè)上的應 用包括：燃燒、井下分析、噴射控制、環(huán)境分析、油氣消散/聚積、多相流、管道流動等等。Fluent的軟

12、件設計基于CFD軟件群的思想，從用戶需求角度出發(fā)，針對各 種復雜流動的物理現(xiàn)象，F(xiàn)LUENT軟件采用不同的離散格式和數值方法，以期 在特定的領域內使計算速度、穩(wěn)定性和精度等方面達到最佳組合，從而高效率地 解決各個領域的復雜流動計算問題。基于上述思想，F(xiàn)luent開發(fā)了適用于各個領 域的流動模擬軟件，這些軟件能夠模擬 流體流動、傳熱傳質、化學反應和其它復 雜的物理現(xiàn)象，軟件之間采用了統(tǒng)一的網格生成技術及共同的圖形界面，而各軟件之間的區(qū)別僅在于應用的工業(yè)背景不同，因此大大方便了用戶。其各軟件模塊包括：GAMBIT專用的CFD前置處理器，F(xiàn)LUENT系列產品皆采用FLUENT公司精品文檔自行研發(fā)的G

13、ambit前處理軟件來建立幾何形狀及生成網格，是一具有超強組合 建構模型能力之前處理器，然后由 Fluent進行求解。也可以用ICEM CFD進行 前處理，由TecPlot進行后處理。Fluent5.4 基于非結構化網格的通用 CFD求解器，針對非結構性網格模型設 計，是用有限元法求解不可壓縮流及中度可壓縮流流場問題的CFD軟件?？蓱玫姆秶形闪?、熱傳、化學反應、混合、旋轉流(rotating flow )及震波(shocks ) 等。在渦輪機及推進系統(tǒng)分析都有相當優(yōu)秀的結果，并且對模型的快速建立及 shocks處的格點調適都有相當好的效果。Fidap 基于有限元方法的通用CFD求解器，為一

14、專門解決科學及工程上有關 址力學傳質及傳熱等問題的分析軟件，是全球第一套使用有限元法于CFD領域的軟件，其應用的范圍有一般 流體的流場、自由表面的問題、紊流、非牛頓流 流場、熱傳、化學反應等等。FIDAP本身含有完整的前后處理系統(tǒng)及流場數值分析系統(tǒng)。對問題整個研究的程序，數據輸入與輸出的協(xié)調及應用均極有效率。 Polyflow 針對粘彈性流動的專用 CFD求解器，用有限元法仿真聚合物加工 的CFD軟件，主要應用于塑料射出成形機，擠型機和吹瓶機的模具設計。Mixsim 針對攪拌混合問題的專用 CFD軟件，是一個專業(yè)化的前處理器，可 建立攪拌槽及混合槽的幾何模型，不需要一般計算流力軟件的冗長學習過

15、程。它的圖形人機接口和組件數據庫，讓工程師直接設定或挑選攪拌槽大小、底部形狀、 折流板之配置，葉輪的型式等等。MixSim隨即自動產生 3維網絡，并啟動FLUENT做后續(xù)的模擬分析。Icepak 專用的熱控分析CFD軟件，專門仿真電子電機系統(tǒng)內部氣流，溫度 分布的CFD分析軟件，特別是針對系統(tǒng)的散熱問題作仿真分析，藉由模塊化的 設計快速建立模型。CFXCFX是由英國AEA公司開發(fā)，是一種實用 流體工程分析工具，用于模擬 流 住流動、傳熱、多相流、化學反應、燃燒問題。其優(yōu)勢在于處理流動物理現(xiàn)象簡精品文檔單而幾何形狀復雜的問題。適用于直角/柱面/旋轉坐標系，穩(wěn)態(tài)/非穩(wěn)態(tài)流動，瞬 態(tài)/滑移網格，不可

16、壓縮/弱可壓縮/可壓縮流體,浮力流，多相流，非牛頓 流體, 化學反應，燃燒，NOx生成，輻射，多孔介質及混合傳熱過程。CFX采用有限元法，自動時間步長控制，SIMPLE算法，代數多網格、ICCG、Line、Stone和Block Stone解法。能有效、精確地表達復雜幾何形狀，任意連接模塊即可構 造所需的幾何圖形。在每一個模塊內，網格的生成可以確保迅速、可靠地進行， 這種多塊式網格允許擴展和變形，例如計算氣缸中活塞的運動和自由表面的運 動。滑動網格功能允許網格的各部分可以相對滑動或旋轉，這種功能可以用于 計算牙輪鉆頭與井壁間業(yè)的相互作用。CFX引進了各種公認的湍流模型。例 如：k-e模型，低雷

17、諾數k-e模型，RNG k-e模型，代數雷諾應力模型，微分雷 諾應力模型，微分雷諾通量模型等。CFX的多相流模型可用于分析工業(yè)生產中 出現(xiàn)的各種流動。包括單體顆粒運動模型，連續(xù)相及分散相的多相流模型和自由 表面的流動模型。CFX-TASCflow在旋轉機械CFD計算方面具有很強的功能。它可用于不可 壓縮流體，亞/臨/超音速流體的流動、采用具有壁面函數的 k-e模型、2層模型 和Kato-Launder模型等湍流模型，傳熱包括對流傳熱、固體導熱、表面對表面 輻射，Gibb輻射模型，多孔介質傳熱等?；瘜W反應模型包括旋渦破碎模型、具 有動力學控制復雜正/逆反應模型、Flamelet模型、NOx和碳黑

18、生成模型、拉格 朗日跟蹤模型、反應顆粒模型和多組分也模型。CFX-TurboGrid是一個用于快 速生成旋轉機械CFD網格的交互式生成工具，很容易用來生成有效的和高質量 的網格。PHOENICSPHOENICS是英國CHAM公司開發(fā)的模擬傳熱、流動、反應、燃燒過程的精品文檔通用CFD軟件，有30多年的歷史。網格系統(tǒng)包括：直角、圓柱、曲面（包括 非正交和運動網格，但在其 VR環(huán)境不可以）、多重網格、精密網格?？梢詫θ?維穩(wěn)態(tài)或非穩(wěn)態(tài)的可壓縮流或不可壓縮流進行模擬，包括非牛頓流、多孔介質中 的流動，并且可以考慮粘度、密度、溫度變化的影響。在流體模型上面,Phoenics 內置了 22種適合于各種R

19、e數場合的湍流模型，包括雷諾應力模型、多 流體湍 流模型和通量模型及k-e模型的各種變異，共計21個湍流模型，8個多相流模 型，10多個差分格式。PHOENICS的VR （虛擬現(xiàn)實）彩色圖形界面菜單系統(tǒng)是這幾個CFD軟件里前處理最方便的一個，可以直接讀入Pro/E建立的模型（需轉換成STL格式）, 是復雜幾何體的生成更為方便，在邊界條件的定義方面也極為簡單， 并且網格自 動生成，但其缺點則是網格比較單一粗糙，針對復雜曲面或曲率小的地方的網格 不能細分，也即是說不能在 VR環(huán)境里采用貼體網格。另外 VR的后處理也不是 很好。要進行更高級的分析則要采用命令格式進行，但這在易用性上比其它軟件 就要差

20、了。另外，PHOENICS自帶了 1000多個例題與驗證題，附有完整的可讀可改的輸 入文件。其中就有CHAM公司做的一個PDC鉆頭的流場分析。PHOENICS的 開放性很好，提供對軟件現(xiàn)有模型進行修改、 增加新模型的功能和接口，可以用 FORTRAN語言進行二次開發(fā)。STAR-CD精品文檔STAR-CD的創(chuàng)始人之一 Gosman與Phoenics的創(chuàng)始人Spalding都是英國 倫敦大學同一教研室的教授。STAR-CD 是 Simulation of Turbulent flow in Arbitrary Region的縮寫，CDM computational Dynamics Ltd。是基于有限容積法的通用 流體計算軟件,在網 格生成方面，采用非結構化網格，單元體可為六面體，四面體，三角形界面的棱 柱，金字塔形的錐體以及六種形狀的多面體，還可與 CAD、CAE軟件接口，如 ANSYS,IDEAS,NASTRAN,PATRAN,ICEMCFD,GRIDGEN 等，這使 STAR-CD 在適應復雜區(qū)域方面的特別優(yōu)勢。STAR-CD能處理移動網格，用于多級透平的計算，在差分格式方面，納入 了一階 UpWIND,二階 UpWIND,CDS,QUICK,以及一階 UPW