CFD-計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件介紹

1、精品文檔CFD流體動(dòng)力學(xué)軟件介紹CFD一計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)，因歷史原因，國(guó)內(nèi)一直稱之為計(jì)算流體力學(xué)。其結(jié)構(gòu)為：提出問題一流動(dòng)性質(zhì)（內(nèi)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(xué)反應(yīng)氣體；非牛頓流體）分析問題一建*H- N-S方程（連續(xù)性假設(shè)），Boltzmann方程（稀薄氣體流動(dòng)），各類本構(gòu)方 程與封閉模型。解決問題一差分格式的構(gòu)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(bào)告，賺取應(yīng)得的回報(bào)。CFD實(shí)現(xiàn)過程：.建模一一物理空間到計(jì)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(wǎng)格生成軟件建模都是它這個(gè)思路，很少有參數(shù)化建模的。相比之下 AutoCAD的優(yōu)點(diǎn)在于精度高，草圖處理靈活?？梢赃@ 樣說，任何一個(gè)網(wǎng)格生成軟件自帶的建模工具都是非參數(shù)化的，而對(duì)于非參數(shù)化建模來(lái)說，AutoCAD應(yīng)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(guó)人的東西，NB,實(shí)體建模厲害，曲面 建模獨(dú)步武林。本身可以生成有限元網(wǎng)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(wǎng)格劃分！UG :總覺得EDS腦袋進(jìn)水了，收了 I-deas這么久了，也才發(fā)布個(gè)幾百 M的 U

3、G NX 2.0 ,還被大家爭(zhēng)論來(lái)爭(zhēng)論去說它如何的不好用！其實(shí)，軟件本身不錯(cuò)， 大公司用得也多，可是就這么打市場(chǎng)，早晚是走下坡路。按CAD建模的功能來(lái)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。現(xiàn)精品文檔在關(guān)鍵是看市場(chǎng)了Solidworks :這哥們講的是實(shí)用主義，中端CAD軟件它絕對(duì)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(huì)選哪個(gè)？ Autodesk Inventor也只能算是中端軟件，目 前說來(lái)，我是處于觀望態(tài)度，看發(fā)展再?zèng)Q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(lái)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(gè)東 西畫個(gè)全機(jī)網(wǎng)格也就個(gè)把大！Pro/E:不好評(píng)價(jià)，參數(shù)化建模的老祖，目前卻也當(dāng)不了老大?？吹剿揖陀X得 不爽，一大把年紀(jì)了還只能混在中小企業(yè)。 一個(gè)月發(fā)布一個(gè)新版本，我就愣沒看 出哪里新了，BUG倒是一個(gè)比一個(gè)多。界面看起來(lái)也覺得別扭（一家之言，兄 弟們別扔雞蛋）。MDT、Inventor ： Autodesk.網(wǎng)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(wǎng)格劃分軟件，主要四個(gè)模塊：T

5、etra （水平最高）、Hexa （用起來(lái)方便）、Global （難得的笛卡爾網(wǎng)格劃分軟件）、AutoHexa （算是垃圾，有那么一點(diǎn)點(diǎn)用處）。接口賊多，幾乎支持所有流行的CFD軟件！ ！ 使用方便，一個(gè)月內(nèi)可以學(xué)會(huì)，兩個(gè)月就可以針對(duì)課題努力了。 這個(gè)軟件還有后 處理模塊Visual3,但是目前說來(lái)還沒有聽過哪個(gè)兄弟用過，我也沒用過。Gridgen （Poinwise Inc ）：你要學(xué)習(xí)網(wǎng)格理論，用它比較好，你要和它一起來(lái)完 成網(wǎng)格，不能靠它自動(dòng)給你個(gè)復(fù)雜網(wǎng)格。結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分很好。幫助文檔有些標(biāo)新 立異了，很多術(shù)語(yǔ)就是難為大家這些入門級(jí)別的，實(shí)體不叫實(shí)體，它非得說是 Database ,何必呢

6、！精品文檔Gambit (Fluent Inc):好學(xué)、好用。就是要拖著一個(gè) Exceed當(dāng)靠山，功能強(qiáng)大。 但是占用內(nèi)存比較多，常常會(huì)跑死機(jī)(不是個(gè)別的問題)。目前最新版本2.1.6, 功能不見多大改善，導(dǎo)入幾何仍然需要手動(dòng)修復(fù)。CFX-build (Ansys Inc): 基于Patran的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分軟件，會(huì) Patran就會(huì) 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(xué)，不過有些概念要仔細(xì)領(lǐng)會(huì)，最好是對(duì)拓?fù)?與網(wǎng)格結(jié)構(gòu)、類型比較熟悉。Patran (Msc Inc)、Hypermesh (Altair Inc ):

7、 這兩個(gè)不說了 FEA 方面的猛將,CFD也可以借鑒。以上按功能和在CFD領(lǐng)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(dòng)的優(yōu)秀求解器，可壓流動(dòng)求解稍差，市場(chǎng)做得好，用的人 多。非結(jié)構(gòu)網(wǎng)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(jīng)全部翻譯了。CFX5.x:相當(dāng)于Fluent的分離求解器，Ma2有效?；诜墙Y(jié)構(gòu)網(wǎng)格。沒啥好 說的，優(yōu)點(diǎn)找不到，缺點(diǎn)也沒什么。CFX4.x:化學(xué)反應(yīng)和多項(xiàng)流結(jié)構(gòu)網(wǎng)格求解器，不了解，大家可以補(bǔ)充Star-CD:源于英國(guó)，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(guó)佬的，

8、由于決策上的失誤(網(wǎng)格處理方面的決策)，目前仍在低谷，功能強(qiáng)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(lái)的都多，解決問題極其廣 泛，缺點(diǎn)是接口較差，幫助文檔有些做得較為馬虎，錯(cuò)別字，錯(cuò)誤的公式較多， 要看懂它需要一定的基礎(chǔ)。Cosmos Floworks : Solidworks的一個(gè)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(duì)渦輪機(jī)械的，好東西，

9、市場(chǎng)沒搞好，目前不得志。Ansys Flotran :垃圾一個(gè)。別的不說，邊界條件它就根本沒做好！4.后處理一一求解結(jié)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?shù)據(jù)，非常強(qiáng)大！實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 用它也絕對(duì)是首選。CEI Ensight :太復(fù)雜，啥都能做，難學(xué)FieldView ：還可以，國(guó)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(xué)它，用它可以編個(gè) Tecplot!還有一個(gè)Matlab ,不說了吧。5、報(bào)告處理：MathType (公式編輯器，很需要)；Word、Acrobat計(jì)算流體力學(xué)(CFD)是近代流體

10、力學(xué)、數(shù)值數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物， 是一門具有強(qiáng)大生命力的邊緣科學(xué)。它以電子計(jì)算機(jī)為工具，應(yīng)用各種離散化的數(shù)學(xué)方法，對(duì)流體力學(xué)的各類問題進(jìn)行數(shù)佰實(shí)驗(yàn)、計(jì)算機(jī)模擬和分析研究，以解精品文檔決各種實(shí)際問題。計(jì)算流體力學(xué)和相關(guān)的計(jì)算傳熱學(xué),計(jì)算燃燒學(xué)的原理是用數(shù)值方法求解非 線性聯(lián)立的質(zhì)量、能量、組分、動(dòng)量和自定義的標(biāo)量的微分方程組，求解結(jié)果能 預(yù)報(bào)流動(dòng)、傳熱、傳質(zhì)、燃燒等過程的細(xì)節(jié)，并成為過程裝置優(yōu)化和放大定量設(shè) 計(jì)的有力工具。計(jì)算逾隹力學(xué)的基本特征是數(shù)值模擬和計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)，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(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備,在科學(xué)研究 和工程技術(shù)中產(chǎn)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(guó)ANSYS公司的軟件外，其它三個(gè)都是 英國(guó)公司的產(chǎn)品，2003年ANSYS公司收購(gòu)了 CFX。FLUENTFLUENT是目前國(guó)際上比較流行的商用 CFD軟件包，在美國(guó)的市場(chǎng)占有率 為60%。舉凡跟流體,熱傳遞及化學(xué)反應(yīng)等有關(guān)的工業(yè)均可使用。它具有豐富 的物理模型、先進(jìn)的數(shù)值方法以及強(qiáng)大的前后處理功能， 在航空航天、汽車設(shè)計(jì)、 石油天然氣、渦輪機(jī)設(shè)計(jì)等方面都有著廣泛的應(yīng)用。具在石油天然氣工業(yè)上的應(yīng) 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(dòng)等等。Fluent的軟

12、件設(shè)計(jì)基于CFD軟件群的思想，從用戶需求角度出發(fā)，針對(duì)各 種復(fù)雜流動(dòng)的物理現(xiàn)象，F(xiàn)LUENT軟件采用不同的離散格式和數(shù)值方法，以期 在特定的領(lǐng)域內(nèi)使計(jì)算速度、穩(wěn)定性和精度等方面達(dá)到最佳組合，從而高效率地 解決各個(gè)領(lǐng)域的復(fù)雜流動(dòng)計(jì)算問題。基于上述思想，F(xiàn)luent開發(fā)了適用于各個(gè)領(lǐng) 域的流動(dòng)模擬軟件，這些軟件能夠模擬 流體流動(dòng)、傳熱傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)和其它復(fù) 雜的物理現(xiàn)象，軟件之間采用了統(tǒng)一的網(wǎng)格生成技術(shù)及共同的圖形界面，而各軟件之間的區(qū)別僅在于應(yīng)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(chǎn)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(lái)建立幾何形狀及生成網(wǎng)格，是一具有超強(qiáng)組合 建構(gòu)模型能力之前處理器，然后由 Fluent進(jìn)行求解。也可以用ICEM CFD進(jìn)行 前處理，由TecPlot進(jìn)行后處理。Fluent5.4 基于非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的通用 CFD求解器，針對(duì)非結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格模型設(shè) 計(jì)，是用有限元法求解不可壓縮流及中度可壓縮流流場(chǎng)問題的CFD軟件。可應(yīng)用的范圍有紊流、熱傳、化學(xué)反應(yīng)、混合、旋轉(zhuǎn)流(rotating flow )及震波(shocks ) 等。在渦輪機(jī)及推進(jìn)系統(tǒng)分析都有相當(dāng)優(yōu)秀的結(jié)果，并且對(duì)模型的快速建立及 shocks處的格點(diǎn)調(diào)適都有相當(dāng)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(xué)及工程上有關(guān) 址力學(xué)傳質(zhì)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(lǐng)域的軟件，其應(yīng)用的范圍有一般 流體的流場(chǎng)、自由表面的問題、紊流、非牛頓流 流場(chǎng)、熱傳、化學(xué)反應(yīng)等等。FIDAP本身含有完整的前后處理系統(tǒng)及流場(chǎng)數(shù)值分析系統(tǒng)。對(duì)問題整個(gè)研究的程序，數(shù)據(jù)輸入與輸出的協(xié)調(diào)及應(yīng)用均極有效率。 Polyflow 針對(duì)粘彈性流動(dòng)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(yīng)用于塑料射出成形機(jī)，擠型機(jī)和吹瓶機(jī)的模具設(shè)計(jì)。Mixsim 針對(duì)攪拌混合問題的專用 CFD軟件，是一個(gè)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(jì)算流力軟件的冗長(zhǎng)學(xué)習(xí)過

15、程。它的圖形人機(jī)接口和組件數(shù)據(jù)庫(kù)，讓工程師直接設(shè)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(dòng)產(chǎn)生 3維網(wǎng)絡(luò)，并啟動(dòng)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(jī)系統(tǒng)內(nèi)部氣流，溫度 分布的CFD分析軟件，特別是針對(duì)系統(tǒng)的散熱問題作仿真分析，藉由模塊化的 設(shè)計(jì)快速建立模型。CFXCFX是由英國(guó)AEA公司開發(fā)，是一種實(shí)用 流體工程分析工具，用于模擬 流 住流動(dòng)、傳熱、多相流、化學(xué)反應(yīng)、燃燒問題。其優(yōu)勢(shì)在于處理流動(dòng)物理現(xiàn)象簡(jiǎn)精品文檔單而幾何形狀復(fù)雜的問題。適用于直角/柱面/旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，穩(wěn)態(tài)/非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)，瞬 態(tài)/滑移網(wǎng)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(xué)反應(yīng)，燃燒，NOx生成，輻射，多孔介質(zhì)及混合傳熱過程。CFX采用有限元法，自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)控制，SIMPLE算法，代數(shù)多網(wǎng)格、ICCG、Line、Stone和Block Stone解法。能有效、精確地表達(dá)復(fù)雜幾何形狀，任意連接模塊即可構(gòu) 造所需的幾何圖形。在每一個(gè)模塊內(nèi)，網(wǎng)格的生成可以確保迅速、可靠地進(jìn)行， 這種多塊式網(wǎng)格允許擴(kuò)展和變形，例如計(jì)算氣缸中活塞的運(yùn)動(dòng)和自由表面的運(yùn) 動(dòng)。滑動(dòng)網(wǎng)格功能允許網(wǎng)格的各部分可以相對(duì)滑動(dòng)或旋轉(zhuǎn)，這種功能可以用于 計(jì)算牙輪鉆頭與井壁間業(yè)的相互作用。CFX引進(jìn)了各種公認(rèn)的湍流模型。例 如：k-e模型，低雷

17、諾數(shù)k-e模型，RNG k-e模型，代數(shù)雷諾應(yīng)力模型，微分雷 諾應(yīng)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(chǎn)中 出現(xiàn)的各種流動(dòng)。包括單體顆粒運(yùn)動(dòng)模型，連續(xù)相及分散相的多相流模型和自由 表面的流動(dòng)模型。CFX-TASCflow在旋轉(zhuǎn)機(jī)械CFD計(jì)算方面具有很強(qiáng)的功能。它可用于不可 壓縮流體，亞/臨/超音速流體的流動(dòng)、采用具有壁面函數(shù)的 k-e模型、2層模型 和Kato-Launder模型等湍流模型，傳熱包括對(duì)流傳熱、固體導(dǎo)熱、表面對(duì)表面 輻射，Gibb輻射模型，多孔介質(zhì)傳熱等?；瘜W(xué)反應(yīng)模型包括旋渦破碎模型、具 有動(dòng)力學(xué)控制復(fù)雜正/逆反應(yīng)模型、Flamelet模型、NOx和碳黑

18、生成模型、拉格 朗日跟蹤模型、反應(yīng)顆粒模型和多組分也模型。CFX-TurboGrid是一個(gè)用于快 速生成旋轉(zhuǎn)機(jī)械CFD網(wǎng)格的交互式生成工具，很容易用來(lái)生成有效的和高質(zhì)量 的網(wǎng)格。PHOENICSPHOENICS是英國(guó)CHAM公司開發(fā)的模擬傳熱、流動(dòng)、反應(yīng)、燃燒過程的精品文檔通用CFD軟件，有30多年的歷史。網(wǎng)格系統(tǒng)包括：直角、圓柱、曲面（包括 非正交和運(yùn)動(dòng)網(wǎng)格，但在其 VR環(huán)境不可以）、多重網(wǎng)格、精密網(wǎng)格?？梢詫?duì)三 維穩(wěn)態(tài)或非穩(wěn)態(tài)的可壓縮流或不可壓縮流進(jìn)行模擬，包括非牛頓流、多孔介質(zhì)中 的流動(dòng)，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(nèi)置了 22種適合于各種R

19、e數(shù)場(chǎng)合的湍流模型，包括雷諾應(yīng)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(jì)21個(gè)湍流模型，8個(gè)多相流模 型，10多個(gè)差分格式。PHOENICS的VR （虛擬現(xiàn)實(shí)）彩色圖形界面菜單系統(tǒng)是這幾個(gè)CFD軟件里前處理最方便的一個(gè)，可以直接讀入Pro/E建立的模型（需轉(zhuǎn)換成STL格式）, 是復(fù)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(jiǎn)單， 并且網(wǎng)格自 動(dòng)生成，但其缺點(diǎn)則是網(wǎng)格比較單一粗糙，針對(duì)復(fù)雜曲面或曲率小的地方的網(wǎng)格 不能細(xì)分，也即是說不能在 VR環(huán)境里采用貼體網(wǎng)格。另外 VR的后處理也不是 很好。要進(jìn)行更高級(jí)的分析則要采用命令格式進(jìn)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(gè)例題與驗(yàn)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(gè)PDC鉆頭的流場(chǎng)分析。PHOENICS的 開放性很好，提供對(duì)軟件現(xiàn)有模型進(jìn)行修改、 增加新模型的功能和接口，可以用 FORTRAN語(yǔ)言進(jìn)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(guó) 倫敦大學(xué)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(jì)算軟件,在網(wǎng) 格生成方面，采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)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(yīng)復(fù)雜區(qū)域方面的特別優(yōu)勢(shì)。STAR-CD能處理移動(dòng)網(wǎng)格，用于多級(jí)透平的計(jì)算，在差分格式方面，納入 了一階 UpWIND,二階 UpWIND,CDS,QUICK,以及一階 UPW