CFD科普专辑

CFD的理论基础－流体力学

流体力学研究流体（气体与液体）的宏观运动与平衡，它以流体宏观模型作为基本假说。显然，流体的运动取决于每个粒子的运动，但若求解每个粒子的运动即不可能也无必要。对于宏观问题，必须在微观与宏观之间建立一座桥梁。流体宏观模型认为流体是由无数流体元（或称流体微团）连续地组成的（即连续介质）。所谓流体元指的是这样的小块流体：它的大小与放置在流体中的实物比较是微不足道的，但比分子的平均自由程却要大得多，它包含足够多的分子，能施行统计平均求出宏观参量，少数分子出入于流体元不会影响稳定的平均值。
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CFD概述

计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）是通过计算机数值计算和图像显示，对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统所做的分析。CFD的基本思想可以归结为：把原来在时间域及空间域上连续的物理量的场，如速度场和压力场，用一系列有限个离散点上的变量值的集合来代替，通过一定的原则和方式建立起关于这些离散点上场变量之间关系的代数方程组，然后求解代数方程组获得场变量的近似值CFD可以看做是在流动基本方程（质量守恒方程飞动量守恒方程、能量守恒方程）控制下对流动的数值模拟。

CFD的求解过程

CFD的求解过程为了进行CFD计算，用户可借助商用软件来完成所需要的任务，也可自己直接编写计算程序。两种方法的基本工作过程是相同的，无论是流动问题、传热问题，还是污染物的运移问题，无论是稳态问题，还是瞬态问题，其求解过程都可用下图表示。如果所求解的问题是瞬态问题，则可将该过程理解为一个时间步的计算过程，循环这一过程求解下个时间步的解。

CFD的软件结构

为方便用户使用CFD软件处理不同类型的工程问题，一般的CFD商用软件往往将复杂的CFD过程集成，通过一定的接口，让用户快速地输入问题的有关参数。所有的商用CFD软件均包括三个基本环节：前处理、求解和后处理。与之对应的程序模块常简称前处理器、求解器、后处理器。

CFD网格及其生成方法基础

网格是CFD模型的几何表达形式，也是模拟与分析的载体。网格质量对CFD计算精度和计算效率有重要影响。对于复杂的CFD问题，网格生成极为耗时，且极易出错，生成网格所需时间常常大于实际CFD计算的时间。因此，有必要对网格生成方式给以足够的关注。

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资料下载

·	Fluent中文教程
·	中科大FLUENT讲稿
·	Fluent的学习笔记
·	Gambit网格划分入门（DOC）
·	CFX5.7官方教程
·	PHOENICS相关资料（综合版）
·	CFX中文培训教程
·	STAR-CD中文例子
·	Star-cd中文官方教程
·	Star-cd中文介绍材料

主要商用CFD软件介绍

	通用CFD软件包，用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动。由于采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术，因而FLUENT能达到最佳的收敛速度和求解精度。灵活的非结构化网格和基于解的自适应网格技术及成熟的物理模型，使FLUENT在转捩与湍流、传热与相变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、动/变形网格、噪声、材料加工、燃料电池等方面有广泛应用。
	CFX是全球第一个通过ISO9001质量认证的大型商业CFD软件，是英国AEA Technology 公司为解决其在科技咨询服务中遇到的工业实际问题而开发，诞生在工业应用背景中的CFX一直将精确的计算结果、丰富的物理模型、强大的用户扩展性作为其发展的基本要求，并以其在这些方面的卓越成就，引领着CFD技术的不断发展。
	STAR-CD最初是由流体力学鼻祖-英国帝国理工大学计算流体力学领域的专家教授开发的，他们根据传统传热基础理论，合作开发了基于有限体积算法的非结构化网格计算程序。在完全不连续网格、滑移网格和网格修复等关键技术上，STAR-CD又经过来自全球10多个国家，超过200名知名学者的不断补充与完善，成为同类软件中网格适应性、计算稳定性和收敛性最好的佼佼者。最新湍流模型的推出使得其在计算的稳定性、收敛性和结果的可靠性等方面在又得到了显著的提高。
	PHOENICS软件是世界上第一套计算流体与计算传热学商用软件，它是Parabolic Hyperbolic Or Elliptic Numerical Integration Code Series 几个字母的缩写，这意味着只要有流动和传热都可以使用PHOENICS程序来模拟计算。
	NUMECA国际公司于1992年，在国际著名叶轮机械气体动力学及CFD专家，比利时王国科学院院士、布鲁塞尔自由大学流体力学系主任查尔斯-赫思（Charles HIRSCH)教授的倡导下成立。其核心软件是在该系80~90年代为欧洲宇航局(ESA)编写的CFD软件—欧洲空气动力数值求解器(EURANUS)--的基础之上发展起来的。

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