【小白的CFD之旅】16 流程【轉發】

2017-01-18 by:CAE仿真在線來源:互聯網

那天聽了小牛師兄關于CFD應用的四種境界的說法后,小白發現自己連第一種境界都算不上,自己對于CFD還只是停留在做了少數幾個案例的基礎上,可以說是對其一無所知。不過小白不是那種遇到挫折就退縮的人,他決定沿著黃師姐的方法從軟件入手繼續學下去。在認真的做完了敲門實例后,小白又認真的做了幾個FLUENT實例文檔中的案例,雖然說案例都比較簡單,但是小白還是在黃師姐的提示下對這些案例的共同點進行了總結,從而了解CFD解決實際問題的基本流程。

1 明確計算目的
2 抽象模型
3 計算規劃
4 創建計算模型
5 確定物理模型
6 邊界條件及初始條件
7 計算結果評估
8 計算后處理

1 明確計算目的

從現實世界中提出要解決的問題非常重要。提出的問題必須是清晰具體的。比如說,要研究飛機的飛行,我們提出的問題不能是
“飛機為什么會飛?”,這問題太大而且不方便進一步考慮,如果問題是“這飛機飛行時的升力和阻力多大?”則具體得多,也更方便進行下一步的研究工作。

準確地提出計算目的需要良好的理論背景作支撐。準確地抓住物理現象背后的力學模型,找到流體問題求解的目標,是利用CFD工程應用的基礎。

在這一步工作中需要對問題進行簡化,保留重要特征忽略一些不重要的細節,如計算傳熱問題時,當溫差不很大時,可以忽略熱輻射。

在這一步,需要明確的問題包括:

要算什么?有哪些物理量可以用來描述計算目標?
這些物理量是否可以直接計算獲取?若不能直接獲取,是否可以用間接物理量進行替代?
當物理模型過于復雜時,是否可以進行一些簡化,忽略一些不重要的特征?
CFD是否適合解決此問題?

2 抽象模型

找到問題求解的目標之后,下一步的工作是建立力學模型,將物理現象以數學語言進行描述。利用流體力學理論建立適合自己問題的控制方程。
建立控制方程,包括:

模型理論基礎。基于哪些物理基礎,進行了哪些假設,都需要明確。
確定模型的邊界條件及初始條件。對于建立的流體模型,通常都是一些偏微分方程,這些方程的求解必須配合邊界條件與初始條件。

3 計算規劃

確定了計算目標并建立了力學模型之后,下一步的工作就要開始規劃如何進行計算了。流體力學模型通常是非線性的偏微分方程,絕大多數都無法進行解析求解,通常采用數值方法進行求解。利用數值方法求解這些方程可采用手動編制程序,也可以采用已有的一些軟件包,至于采用何種方式,取決于當前的研究條件和時間周期要求。

編制程序計算靈活性更高,可以應用最新的研究成果和算法,可能獲得更精確的計算結果。但是從頭編制程序需要耗費大量的人力物力和時間,在工程上很難滿足產品研發的周期要求,因此手動編制程序計算多見于研究機構。
工程產品研發多用成品軟件包來進行,CFD商用軟件包大多很貴,但是具有良好的人機界面而且經過嚴格的軟件測試,具有良好的魯棒性,可靠性能夠得到保障。利用開源軟件包開源節省一大筆軟件購買費用,然而開源軟件的人機界面通常不如商用軟件做得好,軟件不一定經過了嚴格的測試,特別是自己定制的程序。但是開源軟件的程序代碼是公開的,開源根據實際需要進行修改。

4 創建計算模型

在確定計算方式之后,若選用計算軟件進行計算,則下一步工作為創建計算模型。
計算模型包括兩部分:幾何模型及網格模型。
幾何模型可以采用常用的CAD軟件創建,在創建幾何模型時,對于模型中的一些細節特征,需要仔細的考量,盡可能的忽略一些不重要的特征,這有助于減少網格數量從而減小計算開銷。
將幾何模型進行網格劃分后形成網格模型。網格模型不一定要完全貼合幾何模型,但是對于計算過程中一些重要的特征,則需要盡可能的特近真實幾何。流體計算網格通常需要沿著流線方向劃分,在流動梯度大的區域需要加密網格。一般需要做多套網格進行計算,以評估網格疏密對計算結果的影響。