《CFD概念及应用》PPT课件.ppt

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1、CFD概念及应用李立锋福建龙净环保股份有限公司实验研究中心目录前言CFD简介CFD分析的基本步骤CFD应用结论前言随着我国经济的不断发展，环保标准日趋严格，燃煤电厂的粉尘排放浓度降低到50mg/Nm3。这样就对除尘器的设计、制造、设备性能提出了更高的要求。而对设备的优化设计离不开模型试验,但模型实验往往是场地大、时间长、费用高。采用CFD数值分析方法则可以减少模型实验次数，甚至不需要模型实验就能解决一些因实验条件限制难以解决的问题，为电除尘器的优化设计提供依据。流体研究的方法目前，一般将流体力学的研究和分析手段分为理论分析、

2、实验研究和数值计算三种。而这三种方法组成了研究流体流动问题的完整体系。单纯试验研究单纯理论分析计算流体动力学（CFD）流体的研究方法▲理论分析具有普遍性――各种影响因素清晰可见、为实验和计算研究提供依据▲实验研究仍是研究工作的基石，数值研究的许多方面都密切依赖于实验研究：实验提供数据；计算结果需由实验验证；观察实验现象分析实验数据以建立计算模型等等▲数值模拟是特殊意义下的实验，也称数值实验CFD基本概念★计算流体力学（ComputationFluidDynamics，简称CFD）就是在电子计算机上数值求解流体与气体动力学基本

3、方程的学科，通过计算机数值计算和图像显示，对包含有流体力学流动和热传导等到相关物理现象的系统所做的分析。★控制方程：质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程、组分质量守恒方程★CFD方法可以降低实验的时间和费用等。CFD基本概念★CFD基本思想：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，用一系列有限个点上的变量的集合来代替，能过一这的原则和方式建立起关于这些离散点上场变量之间的代数方程组，然后求解代数方程组获得场变量的近似值。★CFD方法恰好克服了前两种方法的弱点，在计算机上实现一个特定的计算，就好像在计算

4、机上做一次物理试验。可以通过计算机看到流场的各种细节，如压力的分布，速度的分布、方向，涡的生成与传播，流动的分离等。CFD可以应用于：☆新产品设计的概念研究☆产品开发的细节☆发现并解决故障☆产品的重新设计应用CFD可以提高企业的竞争能力和设计水平；是企业数值化的重要部分；带来了崭新的设计理念和提供了新的途径。CFD基本概念CFD的基本概念CFD的应用领域近年来，CFD有了很大发展，替代了经典流体力学中的一些近似计算法和图解法。典型的应用场合及相关的工程问题包括：水轮机、风机和泵等流体机械内部的流体流动；飞机和航天飞机等到飞行

5、器的设计；汽车流线外型对性能的影响；洪水波及河口潮流计算；风载荷对高层建筑物稳定性及结构性能的影响；温室及室内的空气流动及环境分析；电子元器件的冷却；换热器性能分析及换热器片形状的选取；河流中污染的扩散；汽车尾气对街道环境的污染；食品中细菌的运移。CFD控制方程质量守恒方程：单位时间内流体微元体中质量的增加，等于同一时间间隔内流入该微元体的净质量。CFD控制方程动量守恒方程：微元体中流体的动量对时间的变化率等于外界作用在该微元体上的的各种力之和。CFD控制方程能量守恒方程(energyconservationequation

6、)：微元体中能量的增加率等于进入微元体的净热流量加上体力与面力对微元体所做的功。CFD控制方程组分质量守恒方程(speciesmass-conservationequations)：系统内某种化学组分质量对时间的变化率，等于通过系统界面净扩散流量与通过化学反应产生的该组分的生产率之和。CFD结构输运方程质量组分质量分数相体积分数动量能量状态方程物理模型解算器物理模型湍流模型燃烧模型辐射模型多项流模型相变模型移动区域移动网格网格生成材料特性边界条件初始条件解算器设置前处理几何模型后处理求解的方程传统的设计方法流程：应用CFD的

7、设计流程：CFD在现代设计中的应用☆“数值实验”比“物理实验”具有更大的自由度和灵活性，例如“自由”地选取各种参数，不受物理模型和实验模型的限制等☆“数值实验”可以进行“物理实验”不可能或很难进行的实验；例如：高温、有毒、易燃等真实条件和实验中只能接近而无法达到的理想条件☆“数值实验”的经济效益极为显著，而且将越来越显著CFD的优势：△流动机理不明的问题，数值工作无法进行△数值工作自身仍然有许多理论问题有待解决△离散化不仅引起定量的误差，同时也会引起定性的误差，所以数值工作仍然离不开实验的验证△程序的编制及资料的收集、整理与

8、正确利用，在很大程度上依赖与试验和技巧CFD方法存在的问题与不足CFD分析的基本步骤问题说明和前处理1.定义模拟目标.2.定义模型区域.3.设计和划分网格.解方程4.设置数值计算模型.5.计算及监测方程的解.后处理6.检查结果.7.考虑模型修正.定义模拟目标希望得到什么样的结果及结果如何应