CFD计算流体力学

CFD计算流体力学或计算流体动力学，英文ComputationalFluidDynamics，简称CFD,是用电子计算机和离散化的数值方法对流体力学问题进行数值模拟和分析的一个分支。计算流体力学是目前国际上一个强有力的研究领域,是进行传热、传质、动量传递及燃烧、多相流和化学反应研究的核心和重要技术，广泛应用于航天设计、汽车设计、生物医学工业、化工处理工业、涡轮机设计、半导体设计、HAVC&R等诸多工程领域，板翅式换热器设计是CFD技术应用的重要领域之一。商业软件自从1981年英国CHAM公司首先推出求解流动与传热问题的商业软件PHOENICS以来，迅速在国际软件产业中形成了通称为CFD软件的产业市场。到今天，全世界至少已有50余种这样的流动与传热问题的商业软件，在促进CFD技术应用于工业实际中起了很大的作用。下面介绍当今世界上应用较广的CFD商业软件。(1)CFX该软件采用有限容积法、拼片式块结构化网络，在非正交曲线坐标(适体坐标)系上进行离散，变量的布置采用同位网格方式。对流项的离散格式包括一阶迎风、混合格式、QUICK、CONDIF、MUSCI及高阶迎风格式。压力与速度的耦合关系采用SIMPLE系列算法(SIMPLEC),代数方程求解的方法中包括线迭代、代数多重网络、ICCG、STONE强隐方法及块隐式(BIM)。软件可计算不可压缩及可压缩流动、耦合传热问题、多相流、化学反应、气体燃烧等问题。(2)FIDAP这是英语FluidDynamicsAnalysisPackage的缩写，系于1983年由美国FluidDynamicsInternationalInc.推出，是世界上第一个使用有限元法(FEM)的CFD软件。可以接受如I-DEAS、PATRAN、ANSYS和ICEMCFD等著名生成网格的软件所产生的网格。该软件可以计算可压缩及不可压缩流、层流与湍流、单相与两相流、牛顿流体及非牛顿流体的流动问题。(3)FLUENT这一软件由美国FLUENTInc.于1983年推出，是继PHOENICS软件之后的第二个投放市场的基于有限容积法的软件。它包含有结构化及非结构化网格两个版本。在结构化网格版本中有适体坐标的前处理软件，同时也可以纳入I-DEAS、PATRAN、ANSYS和ICEMCFD等著名生成网格的软件所产生的网格。速度与压力耦合采用同位网格上的SIMPLEC算法。对流项差分格式纳入了一阶迎风、中心差分及QUICK等格式。软件能计算可压缩及不可压缩流动、含有粒子的蒸发、燃烧过程、多组分介质的化学反应过程等问题。(4)PHOENICS这是世界上第一个投放市场的CFD商业软件，可以算是CFD商用软件的鼻祖。这一软件中所采用的一些基本算法，如SIMPLE方法、混合格式等，正是由该软件创始人D.B.Spalding及其合作者S.V.Patankar等所提出的，对以后开发的商业软件有较大的影响。近年来，PHOENICS软件在功能上与方法方面做了较大的改进，包括纳入拼片式多网格及细密网格嵌入技术，同位网格及非结构化网格技术;在湍流模型方面开发了通用的零方程、低Reynoldsk-E模型、RNGk-E模型等。应用这一软件可计算大量的实际工作问题，其中包括：城市污染预测、叶轮中的流动、管道流动。(5)STAR-CD这一软件名称是英语SimulationofTurbulentFlowinArbitraryRegion的缩写，连字符后的CD是开发商ComputationalDynamicsLtd的简称。这是基于有限容积法的一个通用软件。在网格生成方面，采用非结构化网格，单元的形态可以有六面体、四面体、三角形截面的棱柱体、金字塔形的锥体及六种形状的其它多面体。应用这一软件可以计算稳态与非稳态流动、牛顿流及非牛顿流体的流动、多孔介质中的流动、亚音速及超音速流动，并且这一软件在世界汽车工业中应用的十分广泛。