關(guān)于計(jì)算流體力學(xué)，你知道多少？(二）

計(jì)算流體力學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域　　

近十多年來，CFD有了很大的發(fā)展，替代了經(jīng)典流體力學(xué)中的一些近似計(jì)算法和圖解法，過去的一些典型教學(xué)實(shí)驗(yàn)，如Reynolds實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)在完全可以借助CFD手段在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。　　

所有涉及流體流動(dòng)、熱交換、分子輸運(yùn)等現(xiàn)象的問題，幾乎都可以通過計(jì)算流體力學(xué)的方法進(jìn)行分析和模擬。CFD不僅作為一個(gè)研究工具,而且還作為設(shè)計(jì)工具在水利工程、土木工程、環(huán)境工程、食品工程、海洋結(jié)構(gòu)工程、工業(yè)制造等流域發(fā)揮作用。典型的應(yīng)用場(chǎng)合及相關(guān)的工程問題包括：　

航空工程　　

CFD在航空和國防工業(yè)中的應(yīng)用經(jīng)歷了一個(gè)長期的發(fā)展過程，取得了令人矚目的成績。在激烈的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中，CFD在改進(jìn)飛行設(shè)計(jì)中起到了關(guān)鍵性的作用。實(shí)際上，很多工程師已將CFD和空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)合起來用于諸如飛機(jī)機(jī)翼升力的計(jì)算。隨著CFD計(jì)算技術(shù)和計(jì)算機(jī)能力的提高，其使用更為簡便，人們?cè)谟?jì)算升力之外，其應(yīng)用范圍已經(jīng)得到很大拓展。今天，CFD正用于求解很多困難的實(shí)際問題，而這些問題用過去的計(jì)算工具是難以分析或求解的。

汽車工程　　

現(xiàn)在，汽車工程師們正在依靠更多的模擬技術(shù)將提出的新車設(shè)計(jì)概念付諸實(shí)施。計(jì)算機(jī)輔助工程已經(jīng)處于革新汽車內(nèi)部系統(tǒng)的技術(shù)前沿，可以更好地全計(jì)算流體力學(xué)長期以來一直是汽車設(shè)計(jì)和制造中的一個(gè)基本要素。除了航空航天工業(yè)外，汽車工業(yè)在研究制造中也大量使用了CFD技術(shù)。因此，作為工程模擬工具，即使面對(duì)最困難的挑戰(zhàn)，CFD仍然在許多工業(yè)領(lǐng)域中得到很好的應(yīng)用。

生物科學(xué)工程　　

醫(yī)學(xué)研究者現(xiàn)在依靠模擬工具幫助預(yù)測(cè)人體中血液循環(huán)流動(dòng)狀態(tài)，數(shù)值模擬能夠提供實(shí)驗(yàn)難以得到的有價(jià)值的信息，而且CFD還可以對(duì)很多流體動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行研究。同時(shí),CFD在制藥工業(yè)也有廣泛的應(yīng)用。

化學(xué)和采礦工程　　

很多世界必需品源于化學(xué)工業(yè)和采礦業(yè)，這些工業(yè)通過物理或化學(xué)方法加工原材料，消耗大量的熱能和電能，為食品、保健品以且先進(jìn)的計(jì)算技術(shù)設(shè)備和生物技術(shù)設(shè)備提供初級(jí)產(chǎn)品，面對(duì)不斷加劇的競(jìng)爭(zhēng)，這些工業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)是既要滿足當(dāng)前世界性的需求，同時(shí)時(shí)未來發(fā)展丑不造成損害，這就要求生產(chǎn)過程更高效、更安全以及更少污染物的排放。

民用和環(huán)境工程　　

政府、研究機(jī)構(gòu)以且企業(yè)正在職融尋求途徑滿足環(huán)境保護(hù)法，在維持一定生產(chǎn)水平、滿足市場(chǎng)不斷增加需靠的同時(shí)，保證減少環(huán)境污染。在很多時(shí)候，CFD模擬已經(jīng)成為解決環(huán)境問題的核心技術(shù)。

能源工程　　

在不斷競(jìng)爭(zhēng)的能源市場(chǎng)中，設(shè)備制造商們轉(zhuǎn)向CFD尋求技術(shù)支持，以便更好地了解和提升能源工業(yè)中的設(shè)備和工藝。盡管傳統(tǒng)的發(fā)電方式仍在廣泛使用，但已經(jīng)出現(xiàn)了具有潛力的可再生能源，如鳳力發(fā)電。為使投資得到最大回報(bào)，面提升駕駛體驗(yàn)，改善駕破員和乘客的舒適性和安全性，并且進(jìn)一步降低油耗，CFD已經(jīng)被用于風(fēng)力發(fā)電渦輪葉片的優(yōu)化設(shè)計(jì)當(dāng)中，使之在不同的來風(fēng)條件下能產(chǎn)生恒定的功率。通過CFD的風(fēng)能資源評(píng)估，工程師可以更好地研究風(fēng)力發(fā)電站的經(jīng)濟(jì)性，正確的模擬結(jié)果可以減少投資風(fēng)險(xiǎn)。

體育　　

隨著體育水平的不斷提高，特別是在奧運(yùn)賽場(chǎng)上，運(yùn)動(dòng)員的水平都在伯仲之間，體育比賽的勝負(fù)差距非常微小，為了在比賽中獲得勝利，不得不為提高器材的性能投入大量的資金。體育器材的流體動(dòng)力性能越來越重要，越來越多的優(yōu)秀運(yùn)動(dòng)員、運(yùn)動(dòng)隊(duì)以及體育設(shè)備制造商們都在努力從先進(jìn)的流體模型中獲取比賽空氣動(dòng)力的有利條件，越來越多的體育器材外形的研究成果逐漸為人們所認(rèn)可。同時(shí)，CFD不僅可以研究體育運(yùn)動(dòng)器械等硬件設(shè)備，還可以對(duì)運(yùn)動(dòng)員的運(yùn)動(dòng)技巧進(jìn)行分析，針對(duì)不同運(yùn)動(dòng)員的自身?xiàng)l件，通過計(jì)算分析，制定更為科學(xué)量化的競(jìng)技動(dòng)作和訓(xùn)練內(nèi)容。

CFD軟件工具　　

為了完成CFD計(jì)算，過去多是用戶自己編寫計(jì)算程序，但由于CFD的復(fù)雜性及計(jì)算機(jī)硬件條件的多樣性，使得用戶各自的應(yīng)用程序往往缺乏通用性，而CFD本身又有其鮮明的系統(tǒng)性和規(guī)律性，因此，比較適合于被制成通用的商用軟件。　　

在1981年以來，出現(xiàn)了如FLUENT、PHOENICS、STAR-CD、STAR-CCM+、CFX、等多個(gè)商用CFD軟件，其中FLUENT軟件是當(dāng)今世界CFD仿真領(lǐng)域最為全面的軟件包之一，這些軟件的特點(diǎn)是：　　

功能比較全面、適用性強(qiáng)，幾乎可以求解工程界中的各種復(fù)雜問題；　　

具有比較易用的前后處理系統(tǒng)和與其它CAD及CFD軟件的接口能力，便于用戶快速完成造型、網(wǎng)格劃分等工作。同時(shí)，還可讓用戶擴(kuò)展自己的開發(fā)模塊；　　

具有比較完備的容錯(cuò)機(jī)制和操作界面，穩(wěn)定性高；　　

可在多種計(jì)算機(jī)、多種操作系統(tǒng)，包括并行環(huán)境下運(yùn)行。　

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，這些商用軟件在工程界正在發(fā)揮著越來越大的作用。　

FLUENT　　

FLUENT軟件是當(dāng)今世界CFD仿真領(lǐng)域最為全面的軟件包之一，具有廣泛的物理模型,以及能夠快速準(zhǔn)確的得到CFD分析結(jié)果。　　

FLUENT軟件擁有模擬流動(dòng)，湍流，熱傳遞和反應(yīng)等廣泛物理現(xiàn)象的能力，在工業(yè)上的應(yīng)用包括從流過飛機(jī)機(jī)翼的氣流到爐膛內(nèi)的燃燒，從鼓泡塔到鉆井平臺(tái)，從血液流動(dòng)到半導(dǎo)體生產(chǎn)，以及從無塵室設(shè)計(jì)到污水處理裝置等等。軟件中的專用模型可以用于開展缸內(nèi)燃燒，空氣聲學(xué)，渦輪機(jī)械和多相流系統(tǒng)的模擬工作。　　

現(xiàn)今，全世界范圍內(nèi)數(shù)千計(jì)的公司將FLUENT與產(chǎn)品研發(fā)過程中設(shè)計(jì)和優(yōu)化階段相整合，并從中獲益。先進(jìn)的求解技術(shù)可提供快速、準(zhǔn)確的CFD結(jié)果、靈活的移動(dòng)和變形網(wǎng)格，以及出眾的并行可擴(kuò)展能力。用戶自定義函數(shù)可實(shí)現(xiàn)全新的用戶模型和擴(kuò)展現(xiàn)有模型。　　

FLUENT中的交互式的求解器設(shè)置、求解和后處理能力可輕易暫停計(jì)算過程，利用集成的后處理檢查結(jié)果，改變?cè)O(shè)置，并隨后用簡單的操作繼續(xù)執(zhí)行計(jì)算。ANSYSCFD-Post可以讀入Case和Data文件，并利用其先進(jìn)的后處理工具開展深入分析，同時(shí)對(duì)比多個(gè)算例。　　

ANSYSWorkbench集成ANSYSFLUENT后給用戶提供了與所有主要CAD系統(tǒng)的雙向連接功能，其中包括ANSYSDesignModeler強(qiáng)大的幾何修復(fù)和生成能力，以及ANSYSMeshing先進(jìn)的網(wǎng)格劃分技術(shù)。該平臺(tái)通過使用一個(gè)簡單的拖放操作便可以共享不同應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果。　　

最新版本：ANSYSFLUENT18.0

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