当前位置首页 > 百科> 正文

计算流体力学(软体)

2021-04-15 21:55:00 百科

计算流体力学(软体)

计算流体力学是用电子计算机和离散化的数值方法对流体力学问题进行数值模拟和分析的一个新分支。

简介

CFD 软体一般都能推出多种最佳化的物理模型,如定常和非定常流动、层流、紊流、不可压缩和可压缩流动、传热、化学反应等等。对每一种物理问题的流动特点,都有适合它的数值解法,用户可对显式或隐式差分格式进行选择,以期在计算速度、稳定性和精度等方面达到最佳。CFD 软体之间可以方便地进行数值交换,并採用统一的前、后处理工具,这就省却了科研工作者在计算机方法、编程、前后处理等方面投入的重複、低效的劳动,而可以将主要精力和智慧用于物理问题本身的探索上。

一般结构

CFD 软体的一般结构由前处理、求解器、后处理三部分组成。前处理、求解器及后处理三大模组,各有其独特的作用,分别表示如下。
前处理
a. 几何模型
b. 划分格线
求解器
a. 确定CFD 方法的控制方程
b. 选择离散方法进行离散
c. 选用数值计算方法
d. 输入相关参数
后处理
速度场、温度场、压力场及其它参数的计算机可视化及动画处理

商业软体

自从1981 年英国CHAM 公司首先推出求解流动与传热问题的商业软体PHOENICS以来,迅速在国际软体产业中形成了通称为CFD 软体的产业市场。到今天,全世界至少已有50余种这样的流动与传热问题的商业软体,在促进CFD技术套用于工业实际中起了很大的作用。下面介绍当今世界上套用较广的CFD商业软体。
(1) CFX
该软体採用有限容积法、拼片式块结构化网路,在非正交曲线坐标(适体坐标) 繫上进行离散,变数的布置採用同位格线方式。对流项的离散格式包括一阶迎风、混合格式、QUICK、CONDIF、MUSCI及高阶迎风格式。压力与速度的耦合关係採用SIMPLE系列算法(SIMPLEC),代数方程求解的方法中包括线叠代、代数多重网路、ICCG、STONE 强隐方法及块隐式(BIM)。软体可计算不可压缩及可压缩流动、耦合传热问题、多相流、化学反应、气体燃烧等问题。
(2) FIDAP
这是英语Fluid Dynamics Analysis Package 的缩写,繫于1983年由美国Fluid Dynamics International Inc. 推出,是世界上第一个使用有限元法(FEM) 的CFD软体。可以接受如I-DEAS、PATRAN、ANSYS和ICEMCFD 等着名生成格线的软体所产生的格线。该软体可以计算可压缩及不可压缩流、层流与湍流、单相与两相流、牛顿流体及非牛顿流体的流动问题。
(3) FLUENT
这一软体由美国FLUENT Inc.于1983年推出,是继PHOENICS 软体之后的第二个投放市场的基于有限容积法的软体。它包含有结构化及非结构化格线两个版本。在结构化格线版本中有适体坐标的前处理软体,同时也可以纳入I- DEAS、PATRAN、ANSYS 和ICEMCFD 等着名生成格线的软体所产生的格线。速度与压力耦合採用同位格线上的SIMPLEC 算法。对流项差分格式纳入了一阶迎风、中心差分及QUICK 等格式。软体能计算可压缩及不可压缩流动、含有粒子的蒸发、燃烧过程、多组分介质的化学反应过程等问题。
(4) PHOENICS
这是世界上第一个投放市场的CFD 商业软体,可以算是CFD商用软体的鼻祖。这一软体中所採用的一些基本算法,如SIMPLE 方法、混合格式等,正是由该软体创始人D. B. Spalding及其合作者S. V. Patankar 等所提出的,对以后开发的商业软体有较大的影响。近年来,PHOENICS软体在功能上与方法方面做了较大的改进,包括纳入拼片式多格线及细密格线嵌入技术,同位格线及非结构化格线技术; 在湍流模型方面开发了通用的零方程、低Reynolds k-E模型、RNG k-E模型等。套用这一软体可计算大量的实际工作问题,其中包括: 城市污染预测、叶轮中的流动、管道流动。
(5) STAR-CD
这一软体名称是英语Simulation of Turbulent Flow in Arbitrary Region 的缩写,连字元后的CD 是开发商Computational Dynamics Ltd 的简称。这是基于有限容积法的一个通用软体。在格线生成方面,採用非结构化格线,单元的形态可以有六面体、四面体、三角形截面的稜柱体、金字塔形的锥体及六种形状的其它多面体。套用这一软体可以计算稳态与非稳态流动、牛顿流及非牛顿流体的流动、多孔介质中的流动、亚音速及超音速流动,并且这一软体在世界汽车工业中套用的十分广泛。
声明:此文信息来源于网络,登载此文只为提供信息参考,并不用于任何商业目的。如有侵权,请及时联系我们:baisebaisebaise@yeah.net