CFD基础讲座.pptVIP

CFD基础讲座 RD CENTER CFD基础概要 一、传统的CFD方法 二、CFD 问题分类。汽车工业中的CFD问题 三、N-S方程处理方式 四、CFD 解题的一般步骤 五、与FEA的对比 六、常见CFD软件及其结构 七、常用前处理工具介绍与演示 与CFD软件的接口 八、网格类型介绍 九、 LBM方法简介 十、部分应用算例 目录 一、传统的CFD方法 基于连续介质力学原理 认为在所考虑的空间，流体是连续分布的 流体的运动规律服从N-S方程组（连续） 传统CFD方法的特点： 主要用有限体积法（FVM）离散、求解RANS方程组 连续问题 →离散化→求解→近似的连续结果 （少数软件采用有限元方法） 对于特定的问题添加相应的方程（连续） 能量、组分、声学、燃烧、辐射等 体网格与面网格相关 共用壁面节点 （依赖关系） History of CAE/CAD 商品化CFD软件出现于80年代，90年代后期进入中国汽车行业。 一、传统的CFD方法 二、问题分类 从CFD角度： 时间相关：定常，非定常 （稳态，瞬态） 热能相关：流场分析，流场+温度场分析 压缩性：低速流动（如汽车），高速流动 物相：连续相，离散相 单相流，多相流 组分： 单组分，多组分 网格状态：固定网格，动网格 专门问题：噪声、燃烧、除霜、制动 …… …… 二、问题分类：汽车工业中的CFD问题 从汽车工业应用角度： 外流场分析：给出气动力与流场（速度/压力场）结果。含附加装置 汽车外形优化。减阻降耗。提高车辆稳定性。减小风噪。 给出部件风载荷 内流分析：给出流量分配/速度场/压力场/温度场。 空调风路优化，提高乘员舒适性，除霜，通风口设计 机舱分析：内外流结合，系统级热流分析结合。主要解决发动机冷却问题 部件散热：给出部件/周围的速度场/压力场/温度场。 提高散热效率（制动器、大灯等） 气动噪声：给出整车或部件的气动噪声。提高舒适性 发动机相关：缸内燃烧、进排气道、冷却系统、旋风除尘、污染 … … 专门问题： 泵、气/油路、轮胎、 … … 三、N-S方程处理方式 LES 大涡模拟 （气动噪声） RANS 雷诺平均 RSM 雷诺应力模型 涡粘模型 双方程 单方程 零方程 标准 k-ε模型 RNG k-ε模型 realizable k-ε模型 k-ω模型 主要模拟方式 四、CFD 解题的一般步骤 1. 确定问题的性质与分析目标，制定分析方案 方案比较 or 绝对值？ 简化方式？ （散热中的辐射，除霜中的相变）… … 2. 建模 几何模型 （Catia. Pro/E …）→ CFD 模型（面网格）。 根据问题性质。 常用工具：HyperMesh, ANSA, IcemCFD, CFD前处理模块 … … 汽车行业的复杂几何需要强大的建模工具 3. 生成体网格 含边界层网格。通常在CFD软件中生成。 4. 设定各种求解条件与模型 边界条件，材料属性，计算模型，求解方式，监视变量等 5. 求解 监视收敛情况，进行必要的调整 6. 提取结果，后处理 生成需要的数表与图形 7. 撰写报告 CFD ≠ FEA （有限元分析） 五、与FEA的对比 结构分析 流动分析 处理对象 固体结构本身 流体 （气体，液体，…），无固定形状，没有“大变形”概念 固体（如车）只是边界，通常不须考虑其属性 力学模型 与 数学模型 弹、塑性体 固体力学方程组 (平衡/动力学方程) （位移、应力） 粘性流体 （牛顿流体与非牛顿流体） 三维N-S方程组 （二阶非线性方程组） 动量方程 能量方程 连续性方程 湍流方程 …… （速度、压强） 求解方法 有限单元法 (FEM) 多采用 有限体积法 (FVM)