CFD：用軟體完成流體模擬分析（step1）

從零開始，嘗試用軟體(FLUENT)完成一個流體模擬，用來模擬高溫實驗箱內的氣流流動，進而分析箱內的熱量流動，最終確定實驗箱穩定狀態下的熱量分佈模型，指導裝置的溫度平衡度測試。

 

 

CFD:

CFD，英語全稱(Computational Fluid Dynamics），即計算流體動力學。CFD是近代流體力學，數值數學和電腦科學結合的產物，是一門具有強大生命力的交叉科學。它是將流體力學的控制方程中積分、微分項近似地表示爲離散的代數形式，使其成爲代數方程組，然後通過計算機求解這些離散的代數方程組，獲得離散的時間/空間點上的數值解。

 發現一個cfd的大佬：

他還專門寫了一個入門系列叫作小白的CFD之旅

http://blog.sina.com.cn/s/articlelist_1503498154_7_1.html

http://blog.sina.com.cn/s/blog_599d8faa0102wmf3.html

 

 

這是大佬給的學習思路：

在學習任一款軟體初期，先不管這軟體的背景和理論，先找那種step by step的範例，做上十個八個這種範例再說。在做範例的初期，可能會存在很多困惑，而且隨着範例越做越多，困惑也會越來越多。不過沒有關係，儘管做下去，什麼都不要想，就一味的模仿再模仿。每個範例最好多做幾遍，直到放開資料也能操作的程度。此時軟體的介面基本上算熟悉了。

在熟悉軟體介面的時候，囤積了很多的疑惑，可以將它們寫在紙上，但是請不要在熟悉介面的時候去找問題答案。

 

CFD軟體介面熟悉之後，下一步該是有針對性的練習了，一般是根據自己所處的工程環境而去練習。

CFD一般包括以下一些方面的內容：

（1）常規的流動計算。這是所有CFD計算都要考慮的問題，比如說考察流場分佈、升阻力變化等。這裏面可能會涉及到層流與湍流的問題。初學者需要找本流體力學的書去看看層流和湍流是如何區分的，需要看看計算流體力學中關於湍流模型的介紹，比如說爲何要使用湍流模型、各種湍流模型的形式及適用場合、湍流模型與計算網格之間的聯繫等等。

（2）傳熱計算。雖然現實世界中傳熱現象無處不在，不過如果在一些可簡化爲等溫的情況下，也並非一定要計算傳熱。如果要計算傳熱，最好具有傳熱學的一些理論基礎，否則連自己要算什麼都不清楚。一些特殊的物理現象往往必須要考慮傳熱，比如說相變、燃燒、可壓縮流動等。

（3）多相流計算。如果計算模型中存在多種流體，則可能會涉及到多相流。

（4）組分擴散計算。這通常包含一般的組分擴散及化學反應過程。化學反應過程最常見的物理現象是燃燒。

（5）其他的一些物理現象。

這些不同的物理現象背後都有其理論基礎，如果要想將CFD軟體應用到自己的工程中，只有操作基礎是遠遠不夠的，還需要努力去掌握這些流體理論。

 

好了，CFD軟體操作和工程物理背景理論都很重要，有人會問"計算流體力學理論要不要學？"

我會問"你考駕校的時候，師傅會不會詳細的教汽車發動機的原理？"我想一般都不會教的吧，大部分的司機師傅都不太可能懂這些，但是車依然能開得不錯。當然，如果懂發動機的工作原理，那估計車子能開得更好了，不是嗎？

所以說，"計算流體力學理論"對於俺們CFD軟體使用者來說，是錦上添花的東西，懂固然更好，能讓計算收斂更快。不懂問題其實也不大。

 

總結一下，CFD門外漢快速入門的方法：前期大量的模仿範例，後期惡補工程背景，閒暇看看計算流體力學理論。

 

 

 

CFD是計算流體力學的英文簡稱，是計算機輔助工程（CAE）的主要分支，目前廣泛應用與科學研究、工程設計中。這是一門綜合了數學、計算機及流體力學的綜合學科，涉及到衆多的專業理論，如果缺少相應的專業基礎，要想將CFD應用於工程中則需要花費較多的時間。

CFD工程應用主要涉及到以下幾個方面：

• 力學建模：將現實世界中的物理現象抽象爲計算機能夠識別的力學模型。這部分在CFD應用中是最爲重要的一步，然而在實際工作中常常被忽略。力學建模要求CFD應用者具備良好的流體力學理論功底。只有具備良好的理論素質，才能 纔能夠準確的把握現象的本質，而不至於造成因爲不必要的細節而捨去核心本質。
• 數值計算：將力學模型轉化爲計算機可求解計算的代數方程組以及代數方程組的數值求解。力學建模通常得到的是微分方程，除非一些特別簡單的物理現象，否則這些微分方程基本上很難得到解析解。CFD通常採用的是數值求解技術，通過離散化技術將微分方程轉化爲計算機容易求解的代數方程。
• 網格生成：數值計算過程中的數值離散技術通常要用到計算網格。我們將連續的求解域切割成離散的小的空間的過程稱之爲網格生成。生成高品質的網格是優質計算的前提。
• 計算結果解釋：計算機求解代數方程後獲取的是計算域空間上所有節點上的物理量的值，爲了更好地利用計算結果，通常將數值計算結果以圖形圖表的形式進行展示。

 

這是給出的入門的基礎知識準備：

1.流體力學

• 學習內容
  先找本《流體力學》參考書學習一下，不過現在沒有那麼多的時間給你去仔細學習其中的理論，這個可以在以後的時間裏慢慢的去補習。重點了解一下流體力學的基本內容、基本研究手段、研究物件等，你需要瞭解到流體力學所要求解的是哪些基本物理量，這個非常重要，我們要做流體模擬的話，這些內容都要透徹瞭解。
• 參考資料
  給你推薦幾本參考書。

1. 《圖解流體力學》
   這本書比較通俗易懂，作者爲小峯龍男，高丕娟翻譯。通過這本書可以瞭解流體力學的一些基本原理及基本理論。圖書館就可以找得到，強烈建議像你這樣完全沒有流體力學基礎的人翻閱。
   
2. 《普朗特流體力學基礎》
   這本書作者爲[德]H.歐特爾，朱自強等翻譯。作者爲現代流體力學開山祖師普朗特的學生，內容很全面，也很基礎，強烈建議精讀。
   
3. Fluid Mechanics
   Kundu的經典流體力學，建議閱讀。
   
4. 《流體力學基礎及其工程應用》
   外文影印版，推薦閱讀。
   
   除了以上推薦的流體力學書之外，有時間可以去圖書館找其他的對你口味的書籍。

2.數學補充

除了本科階段學習的高等數學與線性代數之外，我們還需要加強數學方面的素質。
對於你們現在正在學習的《數學物理方程》，強烈建議認真學習，仔細體味力學問題的數學建模過程，比如說波動方程、擴散方程等的推導過程，以及偏微分方程的分類方式等。至於偏微分方程的解析求解方式，咱們不是搞理科的，基本上很少用到，而且以後我們遇到的物理問題所抽象的偏微分方程，基本上都是無法求出解析解的，這部分內容，應付考試就可以了。
《數值計算》這門課要認真學，尤其是差分方法、數值微分等部分的內容。不過你們在課堂上所學的數值 計算內容是非常基礎的內容，後面我再給你講計算流體力學的內容，這方面的理論以後多請教牛師兄，他是搞這方面理論的。

3.計算機

我們的數值計算與計算機密不可分，強烈建議你學一門程式語言。Fortran或C語言若能精通其一就很完美了，我們實驗室很缺程式猿。學一學Python也是很不錯的選擇，強烈建議學習。推薦一些Python學習資料。

1. 《Python基礎教學》
   通過這本書學習Python的基本語法。
   
   2.Python數據分析基礎教學NumPy學習指南
   通過此書學習NumPy的基本用法，這在以後的專案中會經常用到。
   

以上關於流體力學、數學以及計算機的基礎學習，是我們學習計算流體力學的基礎，計算流體力學所涉及的內容是這三個學科的綜合體，因此，我建議你先低這些方面有些基本的瞭解。過兩天我在給你講CFD的速成學習計劃。

來源：https://www.cnblogs.com/LSCAX/p/5185695.html

 

 

 

我現在已經明確了這個系列的作用，就是在一步一步的模仿和操作中學習和提高自己。

 

這個文件也有一定指導性：

https://wenku.baidu.com/view/b80c7a4f09a1284ac850ad02de80d4d8d05a0135.html