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《精通CFD工程仿真与案例实战---FLUENT GAMBIT ICEM CFD Tecplot》——1.2 计算流体力学问题的解决过程

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本节书摘来异步社区《精通CFD工程仿真与案例实战---FLUENT GAMBIT ICEM CFD Tecplot》一书中的第1章,第1.2节,作者:李鹏飞,徐敏义,王飞飞,更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看

1.2 计算流体力学问题的解决过程

精通CFD工程仿真与案例实战---FLUENT GAMBIT ICEM CFD Tecplot
采用CFD解决某一实际问题分为3步:前处理、求解、后处理。下面对这3个过程进行具体说明。

1.2.1 前处理

前处理的目的是将具体问题转化为求解器可以接受的形式。这里求解器可以接受的形式就是计算域和网格,即前处理需要建立计算域并划分网格。这两者虽然只是求解过程的准备工作,但都很耗时,且对求解结果的精确度起决定性的作用。

计算域,即CFD分析的流动区域。对计算域进行合理处理可以极大地减小计算量,如果是具有对称性的流动,可以设置一个含对称面(或对称轴)的计算域处理。又如,如果只关心流场的某一细部,可以只对该细部的计算域进行CFD分析,无须求解整个流场。

网格,即对计算域划分的单元。网格的数目和质量对求解过程有重要的影响。网格的数目应该够多,以确保能合理描述流动过程;网格的数目也不应过多,以免浪费计算资源。在网格的质量方面,应该尽量使用结构化网格。对于二维流动的模拟,应尽量使用四边形网格;对于三维流动的模拟,应尽量使用六面体网格,以提高求解精度。网格划分通常要占到CFD分析时间的40%以上。如果要对实际模型划分高质量的结构化网格,需要进行专门的训练和经验积累。网格划分技术并不神秘,只要经过训练,人人都可以成为复杂模型结构化网格划分的高手。

对计算域划分好网格后,即可定义边界条件。边界条件定义好后即完成前处理,此时可以输出文件给求解器计算了。

1.2.2 求解

求解器读取之前前处理生成的文件后,设置好各种模型和参数,就可以开始进行迭代计算了。

总之,读入前处理生成的文件后,应首先检查该文件的网格质量是否符合求解器的要求,网格是否出现负体积。没有网格问题后,可以检查计算域单位(如尺寸单位、参数单位等)。然后设置求解器,如是定常还是非定常,显式还是隐式等。再设置各类模型,如湍流模型、多相流模型、组分传输模型、化学反应模型、辐射模型等。再设置流体的物性,如密度、比热、导热速率、粘性等。再具体设置计算域的边界条件。然后设置压力与速度耦合方式、离散格式、欠松弛因子。最后对计算域进行初始化,并设置关键位置的监测点,就可以开始进行迭代计算了。

1.2.3 后处理

后处理即对已经计算收敛的结果继续处理,直到得到直观清晰的、便于交流的数据和图表。后处理可以利用商业求解器自带的功能进行,如FLUENT和CFX都自带了较为完善的后处理功能,可以获得计算结果的矢量图、等值线图、迹线图等。后处理也可以利用专业的后处理软件完成,如常用的TECPLOT、origin、FIELDVIEW和EnSight等。

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