有限元科技為您簡單總結(jié)的一些CFD共通原則

 CFD，英語全稱(Computational Fluid Dynamics），即計(jì)算流體動(dòng)力學(xué),是流體力學(xué)的一個(gè)分支，簡稱CFD。CFD是近代流體力學(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)大生命力的交叉科學(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，對流體力學(xué)的各類問題進(jìn)行數(shù)值實(shí)驗(yàn)、計(jì)算機(jī)模擬和分析研究，以解決各種實(shí)際問題。CFD是有限元分析領(lǐng)域的流體領(lǐng)域。

 深圳市有限元科技有限公司是一家有十年有限元分析項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的高科技企業(yè)，公司代理國外多款著名有限元軟件，并提供軟件的銷售與培訓(xùn)業(yè)務(wù)，另研發(fā)出多款行業(yè)有限元通用軟件，并秉承以最高質(zhì)量的產(chǎn)品和最高質(zhì)量的服務(wù)滿足客戶的各種需求的服務(wù)理念，致力于為客戶提供一站式有限元整體解決方案，目前已為全國超過500家企業(yè)提供有限元分析服務(wù)。如需購買有限元軟件或咨詢服務(wù)請聯(lián)系電話：13632683051，咨詢QQ：2039363860/4006046636。

今天，有限元科技給大家分享的是一些做CFD的共通原則：

 1、算算雷諾數(shù)Re，看看是不是湍流，是completeturbulence還是transientturbulence（查Moodydiagram）。

 2、根據(jù)Re，計(jì)算Kolmogorowmicroscales。

 3、根據(jù)Kolmogorowmicroscales，計(jì)算turbulentdissipationrate(epsilon)。

 4、計(jì)算turbulentkineticenergyk，你可以假設(shè)一個(gè)turbulentintensity，比如1-5%對于管道流體，安靜的流體1%，2-3%中等，5%劇烈的湍流。這個(gè)需要有點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

 5、估計(jì)實(shí)際流體的邊界層厚度量級(jí)，可以用平板公式。如果你的流體是completeturbulence并且你不關(guān)心drag/liftforce，也不關(guān)心近管壁處的流體，那么可以不用邊界層，同時(shí)在管壁上采用可滑動(dòng)邊界條件。

 不過一定要注意，這時(shí)你的解只在遠(yuǎn)離管壁的區(qū)域準(zhǔn)確。如果是LES求解，則最好加上邊界層。如果是動(dòng)態(tài)問題，比如vortexshedding，如果沒有邊界層有時(shí)shedding不會(huì)發(fā)生。

 6、如果采用velocityinlet或pressureinlet，需要裂紋前留足夠的長度，以便流體達(dá)到fullydevelopment。建議20Dh以上，如果困難，可以在velocityinlet指定velocityprofile，同時(shí)縮短上游距離。最起碼也要留夠5Dh。

 7、裂紋后也需要留足夠長度。具體多長不好說，需要試算。只要出口流體接近均一就可。

 8、出口可以采用pressureoutlet或者outlfow，具體用哪個(gè)需要看出口的物理意義。入口的turbulencelevel可以采用上面計(jì)算的值。

 9、如果出口入口都是fullydevelopedflow，也可以采用periodicboundaryconditions。然后設(shè)置massflowrate。這樣上游就不用保留很長距離了。

 10、初始化的時(shí)候，流速采用平均流速，turbulencelevel采用上面計(jì)算的值。

 11、裂紋有沒有空氣進(jìn)入？混合氣體我沒做過，沒有經(jīng)驗(yàn)，不瞎指揮。

 12、求解器，開始可以用k-e求穩(wěn)態(tài)解。然后再轉(zhuǎn)為瞬態(tài)解。

 13、瞬態(tài)解可以用k-e，也可以用LES或者DES。k-e是準(zhǔn)動(dòng)態(tài)（quasi-steadystate），LES是真實(shí)的瞬態(tài)。如果只關(guān)心流體的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，比如turbulentintensity，或者變化較慢的指標(biāo)，k-e就可以。如果關(guān)心瞬時(shí)動(dòng)態(tài)指標(biāo)，比如局部區(qū)域快速變化的流速，壓力，dragforce等，最好用LES或者DES。

 14、如果采用k-esteadystate，采用默認(rèn)的殘差就可以。算到收留為止。如果500步不收斂，說明可能有問題。如果5000步不收斂，說明肯定有問題。至少模型不夠好。

 15、前面網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)格，定義邊界層的時(shí)候一定要保證邊界層網(wǎng)格總厚度超過實(shí)際邊界層厚度，否則算出來的結(jié)果好看不好用，邊界層邊緣處的turbulentintensity將會(huì)大大超過合理值。邊界層網(wǎng)格的第一層，厚度要合適，需要滿足一定的y+值。

如果用k-e算法+standardwallfucntion，y+=30；如果采用k-e算法+enchancedwallfucntion，y+=4~5；如果采用LES，y+=1。y+得值在求解前只能估計(jì)數(shù)量級(jí)，準(zhǔn)確值需要求解后才能知道，所以試運(yùn)算是必需的。

 網(wǎng)格劃分可以采用hex，wedge，ansys有一種六邊形網(wǎng)格，據(jù)說很好，不過我沒用過，不知情。據(jù)說ansys的網(wǎng)格生成器比gambit強(qiáng)。如果網(wǎng)格不好劃分，應(yīng)當(dāng)把結(jié)構(gòu)切成許多小塊，分塊劃分。

 16、松弛因子先用初始值，如果收斂有問題再調(diào)整。如果你初始化合理，一般沒有問題。

 17、比熱在材料屬性里。導(dǎo)電系數(shù)沒用過，不知道。

 18、總的來說就是需要設(shè)置好多東西才能算，如果上面的工作你都做了，還是不能算，那也是可以理解的。

 再補(bǔ)充兩點(diǎn)：

 a、需要考慮流體是不可壓縮還是可壓縮。如果不關(guān)心聲波傳導(dǎo)，任何一處的流速遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于聲速，沒有shockwave，不考慮熱交換，則可以看作不可壓縮。不可壓縮流體可用基于壓力的求解器?？蓧嚎s流體可以采用基于密度的求解器。

 b、瞬態(tài)求解器的時(shí)間步長設(shè)定根求解器和你所關(guān)心的現(xiàn)象有關(guān)。如果是k-e，則只要保證步長小于所關(guān)心的最高頻率的周期的1/2，當(dāng)然最好是1/10，否則可能會(huì)有aliasing問題。如果是LES，還需要考慮收斂問題。步長太大不收斂?？捎貌介L應(yīng)該接近Kolmogorowmicroscales給出的時(shí)間量。

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