计算流体动力学

christy

CFD——计算流体动力学，因历史原因，国内一直称之为计算流体力学。

其结构为：

提出问题——流动性质（内流、外流；层流、湍流；单相流、多项流；可压、不可压......），流体属性（牛顿流体：液体、单组分气体、多组分气体、化学反应气体；非牛顿流体）

分析问题——建模——N-S方程（连续性假设），Boltzmann方程（稀薄气体流动），各类本构方程与封闭模型。

解决问题——计算格式的构造/选择：有限元、有限差分、有限体积、谱方法等；程序的具体编写/软件的选用，后处理的完成。

成果说明——形成文字，提交报告，赚取应得的回报。



CFD——计算流体动力学，因历史原因，国内一直称之为计算流体力学。

其结构为：

提出问题——流动性质（内流、外流；层流、湍流；单相流、多项流；可压、不可压......），流体属性（牛顿流体：液体、单组分气体、多组分气体、化学反应气体；非牛顿流体）

分析问题——建模——N-S方程（连续性假设），Boltzmann方程（稀薄气体流动），各类本构方程与封闭模型。

解决问题——计算格式的构造/选择：有限元、有限差分、有限体积、谱方法等；程序的具体编写/软件的选用，后处理的完成。

成果说明——形成文字，提交报告，赚取应得的回报。

CFD实现过程：

1.建模——物理空间到计算空间的映射。

主要软件：

二维：

AutoCAD：

大家不要小看它，非常有用。一般的网格生成软件建模都是它这个思路，很少有参数化建模的。相比之下AutoCAD的优点在于精度高，草图处理灵活。可以这样说，任何一个网格生成软件自带的建模工具都是非参数化的，而对于非参数化建模来说，AutoCAD应该说是最好的，毕竟它发展了很多很多年！
因此，在处理二维复杂流动问题时，大家最好首先想一向可不可以用AutoCAD实现。

CAXA：

使用方便，支持与AutoCAD之间的直接转换。属于低端CAD软件。

三维：

CATIA：

航空航天界CAD的老大，法国人的东西，NB，实体建模厉害，曲面建模独步武林。本身可以生成有限元网格，2003年又发布了支持ICEM-CFD的插件ICEM-CFD CAA V5。有了它和ICEM-CFD，可以做任何建模与网格划分！
该软件的缺点是价格太贵，对计算机要求过高。

UG&I-deas：

总觉得EDS脑袋进水了，收了I-deas这么久了，也才发布个几百M的UG NX 2.0，还被大家争论来争论去说它如何的不好用！其实，软件本身不错，大公司用得也多，可是就这么打市场，早晚是走下坡路。按CAD建模的功能来说它排不上第一，也不能屈居第二，尤其是加上了I－DEAS更是如虎添翼。现在关键是看市场了。

Solidworks：

这哥们讲的是实用主义，中端CAD软件它绝对是老大，Solidedge功能是不比它差，但是Solidworks的合作伙伴可能是SE的十几倍，接口也比SE多很多，要是你，你会选哪个？Autodesk Inventor也只能算是中端软件，目前说来，我是处于观望态度，看发展再决定。总之，Solidworks目前的发展如日中天，合作伙伴多如牛毛。用起来极其顺手（呵呵，我的手，其它兄弟的我不知道）。这里极力向大家推荐的是ICEM-CFD DCI FOR Solidworks！有了这个东西画个全机网格也就个把天！

Pro/E：

不好评价，参数化建模的老祖，目前却也当不了老大。看到它我就觉得不爽，一大把年纪了还只能混在中小企业。一个月发布一个新版本，我就愣没看出哪里新了，BUG倒是一个比一个多。界面看起来也觉得别扭（一家之言，兄弟们别扔鸡蛋）。

MDT、Inventor：

Autodesk啥都搞，毕竟积累了多年资本，有钱就有发展，大家还是多多支持一下吧。

以上按功能排列（个人意见）。

2.网格划分——连续空间的离散化。

主要软件：

ICEM-CFD（Ansys Inc）：

最NB的CFD网格划分软件，主要四个模块：Tetra（水平最高）、Hexa（用起来方便）、Global（难得的笛卡尔网格划分软件）、AutoHexa（算是垃圾，有那么一点点用处）。接口贼多，几乎支持所有流行的CFD软件！！！使用方便，一个月内可以学会，两个月就可以针对课题努力了。这个软件还有后处理模块Visual3，但是目前说来还没有听过哪个兄弟用过，我也没用过。在我看来，该软件还有一个特殊的优点就是对CGNS格式支持得相当的好，一旦CGNS标准化，它就更加如鱼得水了。

Gridgen（Poinwise Inc）：

你要学习网格理论，用它比较好，你要和它一起来完成网格，不能靠它自动给你个复杂网格。结构网格划分很好。帮助文档有些标新立异了，很多术语就是难为大家这些入门级别的，实体不叫实体，它非得说是Database，何必呢！

Gambit（Fluent Inc）：

好学、好用。就是要拖着一个Exceed当靠山，功能强大。但是占用内存比较多，常常会跑死机（不是个别的问题）。目前最新版本2.1.6，功能不见多大改善，导入几何仍然需要手动修复。

CFX-build（Ansys Inc）：

基于Patran的非结构网格划分软件，会Patran就会它！功能自不用说，Patran有多猛，搞FEA/CAE的兄弟都知道。

CFD-Geom（CFDRC Inc）：

好学，不过有些概念要仔细领会，最好是对拓扑与网格结构、类型比较熟悉。

Patran（Msc Inc）、Hypermesh（Altair Inc）：

这两个不说了FEA方面的猛将，CFD也可以借鉴。

以上按功能和在CFD领域的适用范围分类。

christy

3。求解器——差分方程的求解。

主要软件：

Fluent：

不可压流动的优秀求解器，可压流动求解稍差，市场做得好，用的人多。非结构网格求解器。它不是最好的，但是是最通用的，具体还是要看你的问题。帮助文档我已经全部翻译了。

CFX5.x：

相当于Fluent的分离求解器，Ma<2有效。基于非结构网格。没啥好说的，优点找不到，缺点也没什么。

CFX4.x：

化学反应和多项流结构网格求解器，不了解，大家可以补充。

Star-CD：

源于英国，日本也搞，我不喜欢有日本人的气味！西交大用得比较多。

Phoenics：

英国佬的，由于决策上的失误（网格处理方面的决策），目前仍在低谷，功能强大，但使用不方便，前处理太差。

CFDRC：

我最喜欢的求解器，功能比前面所有加起来的都多，解决问题极其广泛，缺点是接口较差，帮助文档有些做得较为马虎，错别字，错误的公式较多，要看懂它需要一定的基础。

Cosmos Floworks：

Solidworks的一个插件，真是委屈它了，这世道美女都找有钱的主，它找的是Solidworks，和其它求解器相比，它是花瓶。

CFDesign：

Cosmos Floworks的金兰姐妹，下嫁Pro/E，与Cosmos相比，各有千秋。

Numeca：

针对涡轮机械的，好东西，市场没搞好，目前不得志。

下面纠正红字标出的错误认识，说Numeca是针对涡轮机械的太委屈它了！！！前些天把它的帮助文档过了一遍，发现它真是块金子！！！因为它的差分格式不是Fluent和CFX可以比拟的，在网格划分方面也非常的有特色，像我们搞航天的学生们，老板如果不给买好软件，我们可以考虑买这个。

Ansys Flotran：

垃圾一个。别的不说，边界条件它就根本没做好！收了CFX之后它也该退役了。

其它还有很多，有空再写。

4.后处理——求解结果的可视化与整理。

主要软件：

Tecplot：

短小精悍，首选。可以自己编程处理数据，非常强大！实验数据处理用它也绝对是首选。

CEI Ensight：

这个属于对中国禁运的软件之一。不过由于网络精神的存在，老美也不要奇怪中国人怎么会用它。特点是界面难看，使用复杂，啥都能做，难学。对于空间流场的显示没有任何一个其它的后处理软件可以与其相比。

FieldView：

还可以，国外用得比较多，没Tecplot平易近人。有些思路莫名其妙。俺不喜欢的说。

AVS Express：

没指望学它，用它可以编个Tecplot！

还有一个——Matlab，不说了吧，这可是最灵活也是功能最强大的后处理软件了，很多计算与实验数据我都用它做。

5。报告处理：Scientific Workplace、MathType（公式编辑器，很需要）；Word、Acrobat..................算了