第1讲 CFD绪论分解ppt课件.ppt

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1、第一讲CFD绪论屠基元教授清华大学墨尔本皇家理工大学什么是CFD?CFD是一种设计工具：通过使用计算软件来解决流体流动和传热中广泛存在的工程技术问题。什么是CFD?CFD是一种科研工具：通过大量的数值模拟，来探索和研究流体流动和传热中广泛存在的学术问题。CFD的应用领域CFD的应用领域？航空航天家电行业汽车工程生物医学化工暖通空调水利船舶采矿技术能源体育竞技F18外载弹体脱离翼身干扰航天飞机家电行业CFD的应用领域？航空航天家电行业汽车工程生物医学化工暖通空调水利船舶采矿技术能源体育竞技无霜冰箱和冷藏室的表面

2、热通量模拟云图有助于博世西门子的工程师来优化空气的进口位置。汽车工程CFD的应用领域？航空航天家电行业汽车工程生物医学化工暖通空调水利船舶采矿技术能源体育竞技外部空气动力学底盘传热分析内部通风发动机冷却生物医学CFD的应用领域？航空航天家电行业汽车工程生物医学化工暖通空调水利船舶采矿技术能源体育竞技鼻腔给药颗粒运动模拟鼻腔给药颗粒运动分析冠状动脉血液动力学及流固耦合分析化工CFD的应用领域？航空航天家电行业汽车工程生物医学化工暖通空调水利船舶采矿技术能源体育竞技化工反应器-反应速率优化换热器-换热性能分析暖通

3、空调CFD的应用领域？航空航天家电行业汽车工程生物医学化工暖通空调水利工程船舶设计采矿技术能源体育竞技复印机喷射粒子浓度的模拟.送风位置的模拟工作站通风设备流线管道系统内的压头损失水利工程CFD的应用领域？航空航天家电行业汽车工程生物医学化工暖通空调水利工程船舶设计采矿技术能源体育竞技船舶设计CFD的应用领域？航空航天家电行业汽车工程生物医学化工暖通空调水利工程船舶设计采矿技术能源体育竞技采矿技术CFD的应用领域？航空航天家电行业汽车工程生物医学化工暖通空调水利工程船舶设计采矿技术能源体育竞技海上石油钻机的气

4、流矢量和压力分布钻头表面泥浆的流动旋风分离器内颗粒的流动能源CFD的应用领域？航空航天家电行业汽车工程生物医学化工暖通空调水利船舶采矿技术能源体育竞技冷却塔附近的流动核反应堆数值模拟锅炉燃烧室不同工况模拟体育竞技CFD的应用领域？航空航天家电行业汽车工程生物医学化工暖通空调水利船舶采矿技术能源体育竞技影响CFD的重要因素计算能力的迅速提高；数值计算模型的极大发展；数值计算方法效率更高；先进的可视化工具。不断增长的计算能力高性能计算的需求虚拟汽车设计理念高可靠性模型的需求在通用汽车公司（GM）的应用CFD的优势

5、CFD作为一种工程设计和研究工具，有以下突出优势成本低通过物理实验和测试来得到工程设计所需要的基本数据十分昂贵。数值模拟相对便宜，并且随着计算机能力的增强，数值模拟的花费也会降低。速度快，周期短CFD模拟所花费的时间较短。模拟周期快意味着能够在设计过程中较早的获取工程数据。可以模拟传统实验难以实现的工况能够（容易）测试许多流动和传热过程-例如，马赫数为20的超音速流动，核事故分析。理论上CFD可以模拟任何物理过程。CFD的优势可以模拟理想状态CFD可以控制物理过程，单独针对特殊的物理现象进行研究。例如：可以对

6、传热过程做理想化处理，绝热、恒热流或常温边界。可以获得全面综合的结果信息实验往往通过仪器测得有限个位置的数据（例如，压力和温度探针，热流密度测量仪，LDV等）CFD可以对任何感兴趣的区域进行分析，并得到一系列复杂的流动参数进行研究。CFD的局限性物理模型CFD求解依赖于对现实过程的物理建模(例如，湍流，可压性，化学，多相流等等。）CFD求解的精确度依赖于物理模型的准确性。数值误差利用计算机来解方程总是会引入数值误差舍入误差–由于计算机字符数有限而带来的误差截断误差-由于数值模型中的近似而带来的误差舍入误差总是

7、存在(虽然在大多数情况下很小)截断误差随着网格加密而减小–所以网格加密是减小截断误差的方法，但有时也会引起数值计算上的不稳定性。CFD的局限性边界条件CFD求解的精度不仅与物理模型有关，而且与初始值和边界条件相关。例如：突扩管道内的流动如果通过管道将流体输送到主要的区域，应该将入口边界设为充分发展后速度分布而不是均匀的流动。poorbetterFullyDevelopedInletProfileComputationalDomainComputationalDomainUniformInletProfile计

8、算机资源需求即使计算机的运行速度越来越快，容量越来越大，但是模拟复杂的工程系统仍然需要更多的计算机资源。CFD的基本构成几何模型计算网格物理性质数学模型数值求解后处理冠状动脉的CAD模型波音777的CAD模型几何模型计算网格物理性质CFD需要的物理性质参数粘性vs.非粘性(Re)湍流vs.层流(Re)不可压缩vs.可压缩(Ma)单相vs.多相(St)热效应/密度效应和能量方程(Nu,Pr,Gr)自由