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CFD分析

  计算流体动力学简称CFD,Computational Fluid Dynamics是流体力学的一个分支。CFD是近代流体力学,数值数学和计算机科学结合的产物,是一门具有强大生命力的交叉科学。它以电子计算机为工具,应用各种离散化的数学方法,对流体力学的各类问题进行数值实验、计算机模拟和分析研究,以解决各种实际问题。常用CFD软件有fluent、CFX、FLOEFD等。


  CFD 在最近20 年中得到飞速的发展, 除了计算机硬件工业的发展给它提供了坚实的物质基础外, 还主要因为无论分析的方法或实验的方法都有较大的限制, 例如由于问题的复杂性, 既无法作分析解, 也因费用昂贵而无力进行实验确定, 而CFD 的方法正具有成本低和能模拟较复杂或较理想的过程等优点。经过一定考核的CFD软件可以拓宽实验研究的范围, 减少成本昂贵的实验工作量。在给定的参数下用计算机对现象进行一次数值模拟相当于进行一次数值实验, 历史上也曾有过首先由CFD 数值模拟发现新现象而后由实验予以证实的例子。


  CFD软件一般都能推出多种优化的物理模型,如定常和非定常流动、层流、紊流、不可压缩和可压缩流动、传热、化学反应等等。对每一种物理问题的流动特点, 都有适合它的数值解法, 用户可对显式或隐式差分格式进行选择, 以期在计算速度、稳定性和精度等方面达到最佳。CFD软件之间可以方便地进行数值交换, 并采用统一的前、后处理工具, 这就省却了科研工作者在计算机方法、编程、前后处理等方面投入的重复、低效的劳动, 而可以将主要精力和智慧用于物理问题本身的探索上。


  在CFD正式进入人们视野之前,一个产品的上市需要经过大量的实验对比验证,如一架飞机的从设计到试飞需要经过大量的风洞实验,这不仅浪费的大量的人力物力还无限期延长了上市周期,CFD在航空上的应用可节省50%得风洞测试时间,同时也推动了航空事业的发展速度,航空事业如此其他行业亦如此。


  CFD分析在工程实际中的广泛应用


  计算流体力学和相关的计算传热学,计算燃烧学的原理是用数值方法求解非线性联立的质量、能量、组分、动量和自定义的标量的微分方程组,求解结果能预报流动、传热、传质、燃烧等过程的细节,并成为过程装置优化和放大定量设计的有力工具。


  计算流体力学的基本特征是数值模拟和计算机实验,它从基本物理定理出发,在很大程度上替代了耗资巨大的流体动力学实验设备,在科学研究和工程技术中产生巨大的影响,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、HVAC&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。