[转帖]什么是CFD？

laniya

1。什么是CFD？
   CFD软件是计算流体力学（Computational fluid Dynamics）软件的简称，是专门用来
进行流场分析、流场计算、流场预测的软件。通过CFD软件，可以分析并且显示发生在流场
中的现象，在比较短的时间内，能预测性能，并通过改变各种参数，达到最佳设计效果。
CFD的数值模拟，能使我们更加深刻地理解问题产生的机理，为实验提供指导，节省实验所
需的人力、物力和时间，并对实验结果的整理和规律的得出起到很好的指导作用。
   随着计算机硬件和软件技术的发展和数值计算方法的日趋成熟，出现了基于现有流动理
论的商用CFD软件。商用CFD软件使许多不擅长CFD的其它专业研究人员能够轻松地进行流动
数值计算，从而使研究人员从编制繁杂、重复性的程序中解放出来，以更多的精力投入到
考虑所计算的流动问题的物理本质、问题的提法、边界（初值）条件和计算结果的合理解
释等重要方面，这样最佳地发挥了商用CFD软件开发人员和其它专业研究人员各自的智力优
势，为解决实际工程问题开辟了道路。
   使用CFD，你首先得建立你想研究的系统或装置的计算模型；然后将流体流动的物理特
性应用到虚拟的计算模型，CFD软件将输出你想要的流体动力性质。CFD是一种高级的分析
技术，它不仅可以预测流体的行为，同时还可以得到传质（如分离和溶解），传热，相变
（如凝固和沸腾），化学反映（如燃烧），机械运动（涡轮机），以及相关结构的压力和
变形（如风中桅杆的弯曲）等等的性质。
   之所以要使用CFD，至少基于以下三点：1，通常的系统是很难模型化的，而CFD的分析
能够展示别的手段所不能揭示的系统的性质和现象，因为CFD对你的设计有很强的理解和可
视能力。2，CFD能够快速的给出你想要的结果，一旦你给定你的问题的参量；这样你才有
可能在很短的时间内调整你设计的问题的参数，得到最好的优化结果。3，采用CFD是一种
十分经济的做法。由于它的开发周期短，因此能节省大量的人力物力，使产品能更快的进
入市场
  CFD软件概述
   CFD软件通常有三种功能，分别着重用于：
   前端处理（Preprocessing）,
   计算和结果数据生成（compute an result）以及
   后处理(Postprocessing).
   前端处理通常要生成计算模型所必需的数据，这一过程通常包括建模，数据录入（或者
从cad中导入），生成网格等；做完了前处理后，CFD的核心解释器（SOLVER）将根据具体
的模型，完成相应的计算任务，并生成结果数据；后处理过程通常是对生成的结果数据进
行组织和诠释，一般以直观可视的图形形式给出来。
   著名的CFD处理工具有以下一些：
   用于前处理： Gambit,Tgrid,GridPro,GridGen,ICEM CFD
   用于计算分析： Fluend,FIDAP,POLYFLOW
   用于后处理： Ensight,IBM Open Visulization Explorer,Field View,AVS
   提供综合的处理能力： Ansys，MAYA
   特殊领域的应用： Icepak,Airpak,Mixsim
   这些CFD软件功能强大，应用十分的广泛。在航天航空，环境污染，生物医学，电子技
术等等各个领域，它们发挥了巨大的作用，世界上有越来越多的工程师更倾向于使用这些
软件来完成自己的设计。

2。FLUENT 软件介绍
    FLUENT 是世界领先的CFD 软件，在流体建模中广泛的被应用。由于它一直以来以用户
界面友好而著称，所以对初学者来说非常容易上手，提高生产速度。它基于非结构化及有
限容量的解算器的独立性能在并行处理中的表现堪称完美。Fluent 的软件设计基于CFD 软
件群的思想，从用户需求角度出发，针对各种复杂流动的物理现象，FLUENT 软件采用不同
的离散格式和数值方法，以期在特定的领域内使计算速度、稳定性和精度等方面达到最佳
组合，从而高效率地解决各个领域的复杂流动计算问题。基于上述思想，Fluent 开发了适
用于各个领域的流动模拟软件，这些软件能够模拟流体流动、传热传质、化学反应和其它
复杂的物理现象，软件之间采用了统一的网格生成技术及共同的图形界面，而各软件之间
的区别仅在于应用的工业背景不同，因此大大方便了用户。

所包括的软件模块
GAMBIT——专用的CFD 前置处理器，FLUENT 系列产品皆采用FLUENT 公司自行研发的Gamb
it 前处理软件来建立几何形状及生成网格，是一具有超强组合建构模型能力之前处理器，
然后由Fluent 进行求解。也可以用ICEM CFD 进行前处理，由TecPlot 进行后处理。
Fluent5.4——基于非结构化网格的通用CFD 求解器，针对非结构性网格模型设计，是用有
限元法求解不可压缩流及中度可压缩流流场问题的CFD 软件。可应用的范围有紊流、热传
、化学反应、混合、旋转流（rotating flow）及震波（shocks ）等。在涡轮机及推进系
统分析都有相当优秀的结果，并且对模型的快速建立及shocks 处的格点调适都有相当好的
效果。
Fidap——基于有限元方法的通用CFD 求解器，为一专门解决科学及工程上有关流体力学传
质及传热等问题的分析软件，是全球第一套使用有限元法于CFD 领域的软件，其应用的范
围有一般流体的流场、自由表面的问题、紊流、非牛顿流流场、热传、化学反应等等。 F
IDAP 本身含有完整的前后处理系统及流场数值分析系统。对问题整个研究的程序，数据输
入与输出的协调及应用均极有效率。
Polyflow ——针对粘弹性流动的专用CFD 求解器，用有限元法仿真聚合物加工的CFD 软件
，主要应用于塑料射出成形机，挤型机和吹瓶机的模具设计。
Mixsim——针对搅拌混合问题的专用CFD 软件，是一个专业化的前处理器，可建立搅拌槽
及混合槽的几何模型，不需要一般计算流力软件的冗长学习过程。它的图形人机接口和组
件数据库，让工程师直接设定或挑选搅拌槽大小、底部形状、折流板之配置，叶轮的型式
等等。MixSim 随即自动产生3 维网络，并启动FLUENT 做后续的模拟分析。
Icepak——专用的热控分析CFD 软件，专门仿真电子电机系统内部气流，温度分布的CFD
分析软件，特别是针对系统的散热问题作仿真分析，藉由模块化的设计快速建立模型。