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能源专业怎么可能不知道这个

时间:2018-03-19 01:43:33 收藏0 阅读 评论0 点赞0
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能源专业的宝宝们都知道这个–CFD

  什么是CFD,今天我们就来详细介绍一下CFD:

    计算流体力学(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边缘科学。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。 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。目前比较好的CFD软件有:Fluent、CFX、Phoenics、Star-CD,除了Fluent是美国公司的软件外,其它三个都 是英国公司的产品 ——————————————————————————– FLUENT FLUENT是目前国际上比较流行的商用CFD软件包,在美国的市场占有率为60%。举凡跟流体,热传递及化学反应等有关的工业均可使用。它具有丰富的物理模型、先进的数值方法以 及强大的前后处理功能,在航空航天、汽车设计、石油天然气、涡轮机设计等方面都有着 广泛的应用。其在石油天然气工业上的应用包括:燃烧、井下分析、喷射控制、环境分析 、油气消散/聚积、多相流、管道流动等等。 Fluent的软件设计基于CFD软件群的思想,从用户需求角度出发,针对各种复杂流动的物理 现象,FLUENT软件采用不同的离散格式和数值方法,以期在特定的领域内使计算速度、稳 定性和精度等方面达到最佳组合,从而高效率地解决各个领域的复杂流动计算问题。基于 上述思想,Fluent开发了适用于各个领域的流动模拟软件,这些软件能够模拟流体流动、 传热传质、化学反应和其它复杂的物理现象,软件之间采用了统一的网格生成技术及共同 的图形界面,而各软件之间的区别仅在于应用的工业背景不同,因此大大方便了用户。其 各软件模块包括: GAMBIT——专用的CFD前置处理器,FLUENT系列产品皆采用FLUENT公司自行研发的Gambit前 处理软件来建立几何形状及生成网格,是一具有超强组合建构模型能力之前处理器,然后 由Fluent进行求解。也可以用ICEM CFD进行前处理,由TecPlot进行后处理。 Fluent5.4——基于非结构化网格的通用CFD求解器,针对非结构性网格模型设计,是用有 限元法求解不可压缩流及中度可压缩流流场问题的CFD软件。可应用的范围有紊流、热传、 化学反应、混合、旋转流(rotating flow)及震波(shocks)等。在涡轮机及推进系统分 析都有相当优秀的结果,并且对模型的快速建立及shocks处的格点调适都有相当好的效果 。 Fidap——基于有限元方法的通用CFD求解器,为一专门解决科学及工程上有关流体力学传 质及传热等问题的分析软件,是全球第一套使用有限元法于CFD领域的软件,其应用的范围 有一般流体的流场、自由表面的问题、紊流、非牛顿流流场、热传、化学反应等等。 FID AP本身含有完整的前后处理系统及流场数值分析系统。 对问题整个研究的程序,数据输入 与输出的协调及应用均极有效率。 Polyflow——针对粘弹性流动的专用CFD求解器,用有限元法仿真聚合物加工的CFD软件, 主要应用于塑料射出成形机,挤型机和吹瓶机的模具设计。 Mixsim——针对搅拌混合问题的专用CFD软件,是一个专业化的前处理器,可建立搅拌槽及 混合槽的几何模型,不需要一般计算流力软件的冗长学习过程。它的图形人机接口和组件 数据库,让工程师直接设定或挑选搅拌槽大小、底部形状、折流板之配置,叶轮的型式等 等。MixSim随即自动产生3维网络,并启动FLUENT做后续的模拟分析。 Icepak——专用的热控分析CFD软件,专门仿真电子电机系统内部气流,温度分布的CFD分 析软件,特别是针对系统的散热问题作仿真分析,藉由模块化的设计快速建立模型。 —————————————————————————— – CFX CFX是由英国AEA公司开发,是一种实用流体工程分析工具,用于模拟流体流动、传热、多 相流、化学反应、燃烧问题。其优势在于处理流动物理现象简单而几何形状复杂的问题。 适用于直角/柱面/旋转坐标系,稳态/非稳态流动,瞬态/滑移网格,不可压缩/弱可压缩/ 可压缩流体,浮力流,多相流,非牛顿流体,化学反应,燃烧,NOx生成,辐射,多孔介质 及混合传热过程。CFX采用有限元法,自动时间步长控制,SIMPLE算法,代数多网格、ICC G、Line、Stone和Block Stone解法。能有效、精确地表达复杂几何形状,任意连接模块即 可构造所需的几何图形。在每一个模块内,网格的生成可以确保迅速、可靠地进行,这种 多块式网格允许扩展和变形,例如计算气缸中活塞的运动和自由表面的运动。 滑动网格功 能允许网格的各部分可以相对滑动或旋转,这种功能可以用于计算牙轮钻头与井壁间流体 的相互作用。CFX引进了各种公认的湍流模型。例如:k-e模型,低雷诺数k-e模型,RNG k -e模型,代数雷诺应力模型,微分雷诺应力模型,微分雷诺通量模型等。CFX的多相流模型 可用于分析工业生产中出现的各种流动。包括单体颗粒运动模型,连续相及分散相的多相 流模型和自由表面的流动模型。 CFX-TASCflow在旋转机械CFD计算方面具有很强的功能。它可用于不可压缩流体,亚/临/超 音速流体的流动,采用具有壁面函数的k-e模型、2层模型和Kato-Launder模型等湍流模型 ,传热包括对流传热、固体导热、表面对表面辐射,Gibb’s辐射模型,多孔介质传热等。 化学反应模型包括旋涡破碎模型、具有动力学控制复杂正/逆反应模型、Flamelet模型、N Ox和碳黑生成模型、拉格朗日跟踪模型、反应颗粒模型和多组分流体模型。CFX-TurboGri d是一个用于快速生成旋转机械CFD网格的交互式生成工具,很容易用来生成有效的和高质 量的网格。 PHOENICS Phoenics是英国CHAM公司开发的模拟传热、流动、反应、燃烧过程的通用CFD软件,有30多年的历史。网格系统包括:直角、圆柱、曲面(包括非正交和运动网格,但在其VR环境不可以)、多重网格、精密网格。可以对三维稳态或非稳态的可压缩流或不可压缩流进行模拟,包括非牛顿流、多孔介质中的流动,并且可以考虑粘度、密度、温度变化的影响。在 流体模型上面,Phoenics内置了22种适合于各种Re数场合的湍流模型,包括雷诺应力模型 、多流体湍流模型和通量模型及k-e模型的各种变异,共计21个湍流模型,8个多相流模型 ,10多个差分格式。 Phoenics的VR(虚拟现实)彩色图形界面菜单系统是这几个CFD软件里前处理最方便的一个,可以直接读入Pro/E建立的模型(需转换成STL格式),是复杂几何体的生成更为方便, 在边界条件的定义方面也极为简单,并且网格自动生成,但其缺点则是网格比较单一粗糙 ,针对复杂曲面或曲率小的地方的网格不能细分,也即是说不能在VR环境里采用贴体网格 。另外VR的后处理也不是很好。要进行更高级的分析则要采用命令格式进行,但这在易用 性上比其它软件就要差了。 另外,Phoenics自带了1000多个例题与验证题,附有完整的可读可改的输入文件。其中就 有CHAM公司做的一个PDC钻头的流场分析。Phoenics的开放性很好,提供对软件现有模型进 行修改、增加新模型的功能和接口,可以用FORTRAN语言进行二次开发。 STAR-CD STAR-CD的创始人之一Gosman与Phoenics的创始人Spalding都是英国伦敦大学同一教研室的 教授。 STAR-Cd 是Simulation of Turbulent flow in Arbitrary Region的缩写,CD是computat ional Dynamics Ltd。是基于有限容积法的通用流体计算软件,在网格生成方面,采用非 结构化网格,单元体可为六面体,四面体,三角形界面的棱柱,金字塔形的锥体以及六种 形状的多面体,还可与CAD、CAE软件接口,如ANSYS,IDEAS,NASTRAN,PATRAN,ICEMCFD,GRI DGEN等,这使STAR-CD在适应复杂区域方面的特别优势。 STAR--cd能处理移动网格,用于多级透平的计算,在差分格式方面,纳入了一阶UpWIND, 二阶UpWIND,CDS,QUICK,以及一阶UPWIND与CDS或QUICK的混合格式,在压力耦合方面采用S IMPLE,PISO以及称为SIMPLO的算法。在湍流模型方面,有k-e,RNK-ke,ke两层等模型,可 计算稳态,非稳态,牛顿,非牛顿流体,多孔介质,亚音速,超音速,多项流等问题. STAR-cd的强项在于汽车工业,汽车发动机内的流动和传热。 Blue Ridge Numerics,Inc.着眼于加速产品设计开发的流程,从机械工程师及产品设计工 程师的角度出发,希望设计者可以直接由MCAD模型进入热流分析的工作,故发展出具有全 方位功能的热流分析软件—CFdesign。 CFdesign将设计模型与热流分析于产品开发之流程上进行整合,通过与MCAD软件的紧密整 合,改变一般人认为只有专家才会使用CFD软件的刻板印象,通过CFDesign程序可解决多种 流体流动及传热问题,如:层流,紊流,内流场,外流场,不可压缩流,可压缩流,亚音 速,跨音速,超音速,稳态流,瞬态流等,使得热流特性对产品效能的影响,通过工程师 仿真分析与热流工程师的密切合作,得以充分了解并改善。

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英语专业八级硕士毕业,拥有多年留学行业经验,斩获哥大、宾大、麻省理工等名校录取,擅长为学生打造专属留学方案,并成功为数百名学生申请到高额奖学金。

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