CFD学习心得

CFD总结一CFD是英文computational Fluid Dynamics（计算流体力学）的简称。

它是伴随着计算机技术和数值计算技术的发展而发展的。

简单地说，CFD相当于虚拟的在计算机内做实验，用它模拟仿真实际流体的流动情况。

而其基本的原理是数值求解控制流体的微分方程，得出流体流动的流场在连续区域上的离散分布，从而近似模拟流体流动的情况。

即CFD=流体力学+热学+数值分析+计算机科学。

流体力学就不用多说了，很多专业都要用到，主要的概念有层流和湍流，牛顿流体和非牛顿流体等等。

热学包括热力学和传热学。

数值分析就是如何用计算机解人工很难完成的计算，如何处理无解析解得方程。

计算机科学主要是计算机语言，如c、fortran）还包括一些图形处理技术，如在后处理，为了使用户对结论有一个很直观的认识，就需要若干图表。

以下就对经常在CFD使用的软件做简单的介绍。

一、CFD的结构：1、提出问题——流动性质（内流、外流；层流、湍流；单相流、多项流；可压、不可压……），流体属性（牛顿流体：液体、单组分气体、多组分气体、化学反应气体；非牛顿流体）2、分析问题——建模——N-S方程（连续性假设），Boltzmann方程（稀薄气体流动），各类本构方程与封闭模型。

3、解决问题——差分格式的构造/选择，程序的具体编写/软件的选用，后处理的完成。

4、成果说明——形成文字，提交报告，赚取应得的回报。

二、CFD实现过程：（一）建模——物理空间到计算空间的映射。

主要软件：二维：AutoCAD：大家不要小看它，非常有用。

一般的网格生成软件建模都是它这个思路，很少有参数化建模的。

相比之下AutoCAD的优点在于精度高，草图处理灵活。

可以这样说，任何一个网格生成软件自带的建模工具都是非参数化的，而对于非参数化建模来说，AutoCAD应该说是最好的，毕竟它发展了很多很多年！三维：1、CATIA：航空航天界CAD的老大，法国人的东西，NB，实体建模厉害，曲面建模独步武林。

学习CFD差不多四年了，所谓学而不思则罔，我觉得很有必要停下脚步，仔细思量下一步该如何走。

总感觉CFD像是算命，CFDer就像是算命先生。

用少量的信息去推知未知信息。

不知道什么时候听到的一句关于数学用途的话，“数学的作用是预测”，当时是嗤之以鼻的，但是现在想想，还真是那么一回事儿。

我们不管是研究什么，最终的目的都是预测，以已知预测未知。

理论研究也好，试验研究也罢，都没办法跳脱这个圈子。

我们究竟该以一种什么样的态度去对待CFD？CFD在我们的科研工作中应当处于一个什么样的地位？CFD是将数值计算技术与流体动力学相结合的一门交叉学科。

我个人认为，流体力学应当处于一个主要未知，数值计算是其辅助作用的。

换一个角度，流体力学是目的，数值计算是手段。

我们最终要解决的是关于流体力学方面的问题。

因此，在我们的学习过程中，应当将流体力学当做主要的内容，各种流体现象的物理解释、数学描述都应当了然于胸，这样在计算过程中才不至于迷失方向。

而数值计算作为一个工具，一个解决流体力学问题的手段，更多的反应到了我们所使用的软件中。

不管是商用软件也好，自己编程实现也罢，最终目的无非是求解我们所定义的物理过程的数学方程。

现在的大部分硕士生，都处于利用软件阶段。

我碰到很多人问我到底CFD该如何学习，很多时候我都不会跟他们就这个问题进行深谈，一方面，我自己对于CFD的理解还不深，我怕误人子弟。

另一方面，其实我自己都是在走弯路，甚至现在都还在走。

由于目前的商用C FD软件通常都是英文的，对于英语基础不太好的人来讲，学好这么一款英文的软件的确是一件很费心的事情。

我学软件的方式与大多数人可能不同，我喜欢从软件帮助的tutorial开始，通过大量的例子练习达到熟悉软件的目的，在对软件熟悉了之后，再从软件帮助开始，进而学习软件的工作原理。

这种学习方式的一个最大优点在于入门快，通常一个星期就能使用软件，然而一个却存在一个极大的缺陷，基础部牢靠。

遇到问题喜欢依葫芦画瓢，却不知其所以然。

CFD学习报告一、几何建模本次CFD学习报告采用FLUENT中自带有的蒸发/冷凝模型，模拟制冷剂在热管中蒸发与冷凝过程，由于涉及两相的质量与能量转换问题，较为复杂，因此为保证能顺利模拟，不使用UDF，而使用FLUENT中提供的两相流模型，FLUENT中提供的两相流模型有：VOF模型（Volume of Fluid Mode），混合模型（Mixture Model），和欧拉模型（Eulerian Model），这里使用mixture 两相流模型进行模拟。

1、模型描述图1-1 模型简图模型几何结构较为简单，如图1-1所示。

计算域热管的高度为100mm，宽10mm,倾斜角40°，热管分为三个部分，即：加热段、冷凝段、绝热段。

顶部冷凝段边界为璧面，底部加热段边界亦为璧面。

2、模拟参数描述加热段加热温度500k,冷凝段温度300k,中间绝热的为绝热条件，与外界不换热。

热管模型工作介质为水。

热管内垂直方向的工作介质页面高度20mm.3、建模由于模型比较简单，可直接使用icem建立模型，也可使用CAD建模软件建模，本次使用inventor2017建立模型，过程不再赘述，只叙述建模过程中发现的几点问题：一是在建模过程中应当将模型建立在X-Y平面，否则不能正常划分网格。

二是应该注意模型的最左端最好置于坐标原点，以便在fluent或者icem中确定模型尺寸，方便后续操作。

三是建模完毕之后，要先在inventor2017生成面片，再导出模型。

二、网格划分1、导入模型打开iceman，导入几何模型，先对模型进行修复，去除多余的拓扑信息。

2、part划分模型只需划分三个part，加热段新建part，命名为hot-wall，冷凝段为cool-wall，绝热段为璧面边界条件wall。

3、网格划分全局网格尺寸设置为0.3，分别设置热管长度方向和宽度方向的节点数量为400和40。

选择surface网格，点击计算，自动划分面网格，网格如下图2-1 网格划分4、网格质量检查一般而言，网格质量大于0.3，即可满足工程计算要求，点击网格质量检查，结果如下图2-1 网格质量如图所示，网格最小质量为0.43，大于0.3，表明网格质量较好，满足计算要求。

CFD创新研修报告1．摘要CFD软件(Compu tat ional F lu id Dynamics, 即计算流体动力学, 简称CFD [ 1 ] )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、HAVC&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。

2．CFD简介：CFD，即计算流体动力学，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。

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、HAVC&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。

3.流体力学基本方程3.1连续性方程定常流动时：不可压流动时：)()()(=∂∂+∂∂+∂∂+∂∂zwyvxutρρρρ)(=∂∂+∂∂iixutρρ)(=∂∂iixuρ=∂∂iixu3.2动量方程不可压流动时：忽略彻体力：3.3能量方程 雷诺应力：湍流能：4 湍流模型湍流模型，就是以雷诺平均运动方程与脉动运动方程为基础，依靠理论与经验的结合，引进一系列模型假设，而建立起的一组描写湍流平均量的封闭方程组。

CFD为何物？CFD其实只是一个缩写，它的全称是Computational Fluid Dynamics，翻译成中文为“计算流体动力学〞，国内习惯称之为计算流体力学。

在这里可以分析一下它的名字。

首先它是流体动力学。

我们知道，流体力学分为静力学和动力学两种。

静力学研究的是流体静止条件下的状态，而动力学那么表示流体在流动过程中的运动状态。

既然是流体动力学，当然研究的是流体的运动。

流体运动起来了之后，由于我们的研究对象处于宏观状态，所以可以应用牛顿第二定律。

其实NS方程都可以从牛顿第二定律推导。

守恒定律是普遍通用的，通过从质量守恒、能量守恒、动量守恒的角度对流体微团进行分析，可以从流体流动过程中抽象出数学方程。

那么如何计算呢？本来CFD的控制方程是封闭的，5个方程〔1个质量守恒方程、3个动量守恒方程、1个能量守恒方程〕，5个未知数〔u、v、w、P、T〕，理论上是可以直接离散形成封闭的代数方程组进行求解，然而不幸的是，这5个方程是高度非线性的，再加上流体流动中形成的湍流涡尺度相差过大〔最小涡和最大涡尺寸相差太大〕，因此如果直接对控制方程离散求解的话，那么要求模型网格尺寸足够的小〔小于最小涡尺寸，现实中最小涡尺寸非常小〕，这样无疑极大的增加计算量，以至于无法在工业应用中进行推广。

于是人们想出了采用雷诺平均NS方程〔RANS〕，将湍流中的速度脉动进行平均。

由于引入了新的变量，结果导致控制方程不封闭。

人们为了使控制方程重新封闭，引入了湍流模型，湍流模型虽然是对湍流状态的一种假设，但是确实解决了直接模拟过于浪费计算时间的问题，因此在工业上得到了广泛的应用。

最主要的优势莫过于CFD能大幅降低试验本钱。

CFD通常都是利用计算机进行模拟，因此减少了试验设备需求。

更突出的优势在于，CFD中的模型可以根据需要随时修改。

另一个不得不提的优势在于，很多不可重现、或重现代价非常大的情况，可以用CFD进行再现。

如火灾、爆炸、一些自然灾害等。

CFD学习报告姓名段蒙学号 M201370932完成日期 2014 年4月17日华中科技大学CFD学习报告一、几何建模以《计算流体动力学及其应用》课本上166页处例子为参考，利用GAMBIT 进行三维建模，具体问题为：冷水和热水分别自混合器两侧沿水平切方向流入，在容器内混合后经过下部渐缩通道流入等径的出流管，最后流入大气。

混合器如图1.1所示，图 1.1 混合器示意具体绘图过程为：1.创建混合器主体：高度为8，半径为10；2.创建混合器的切向入流官：半径为1，长度为10，并对创建好的入流官进行180度关于Z轴对称复制；3.将三个圆柱体合并为一个整体；4.创建混合器主体下的圆锥：高度为5，小端半径为1，大端半径为10，方向Z 轴反向；5.创建出流小管：高度为5，半径为1；6.将混合器的上部、圆锥部分以及下部出流小管合并为一个整体；上述步骤完成后所得的图如图1.2所示。

二、网格划分：1.对混合器内部流动区域划分网格：Spacing 选择Interval size ，并填入0.5，所得如图2.1所示2.检查网格划分情况：利用Examine Mesh 功能查看底部圆锥面的网格划分情况图1.2 混合器整体配置图图 2.1 混合器内部流动区域的网格如图2.2所示图2.2 混合器底部圆锥面的网格划分情况3.设置边界条件：①指定边界类型：将两个入流管分别命名为inlet-1和inlet-2，类型为VELOCITY_INLET；出流管命名为outlet，类型设为PRESSURE_OUTLET；②指定区域类型：Action设为Add,Name中输入FLUID,选择所有体。

4.输出网格文件：输出网格文件为1.mesh三、求解计算启动fluent软件，选择3d,进行三维计算，步骤如下：1.检查网格并定义长度单位:①导入网格文件1.mesh；②选择Grid/Check命令，结果反馈如图3.1所示；③光顺网格；④确定长度单位：选择Grid/Scale命令，单位选择cm；⑤显示网格：如图3.2所示2.确定计算模型：①设置求解器：Slover 选择Pressure Based ，Formulation 选择Implicit ，Space 选择3D ，Time 选Steady ；②启动能量方程；③选择湍流模型：选择k-epsilon[2 eqn];3.定义材料属性：water-liquid4.设置边界条件：①inlet-1速度为1m/s,湍流强度为5，入流口直径为2，温度为320；②inlet-2速度为1m/s,湍流强度为5，入流口直径为2，温度为280；③设置出流口的边界条件：Gauge Pressure 设为0，湍流强度和水力直径分别为10和2，温度为300图3.1 网格检查情况图3.2 fluent 中显示网格5.设置求解器参数：①设置求解器：Pressure 设为0.3，Density 设为1，Body Forces 为1，Momentum 为0.7；②求解初始化；③设置残差监视器：Option 选择Plot6.保存Case 文件为1.cas7.迭代求解计算：次数选为200次，迭代接近200时，计算收敛，曲线图如图3.3所示。

0 起因接触Fluent这款软件不到两年。

在此之前一直在使用CFX。

CFX的使用时间其实也不到三个月，伴随着项目的结束也自然的放下了。

再那之前，我甚至还不知道什么是CFX，什么是CFD。

研一的一整年基本上没去过实验室，整天就是在教室或寝室中度过，上课之余玩玩游戏，我以为研究生三年就会这么度过，日子过得很空虚。

我的真正导师并没有什么项目，说出来也许很好笑，在整个研一一年里，我都没有见过他，可以说是一个传奇中的人物，他将我委托给另外一个老师。

当时我不知道这些情况，是后来老师告诉我的我才明白。

先不讲这些无关的。

当时虽然每天上上课打打游戏，表面上看起来日子过得很惬意，其实玩过游戏的人都清楚，玩的时候感觉很过瘾，退出来感觉更无聊。

我当时也是那样，看到其他同学在学习之余跟着老师做项目，学习一些新的东西，其实心里也是蛮羡慕的。

08年4月的一天，老师(不是我的导师，是带我的那位老师)突然打电话让我去他办公室，想和我谈谈。

我当时心情有点紧张还有点期盼。

不到半个小时，我来到老师的办公室，老师五十多岁了，挺和蔼可亲的，几句话就让我放松下来了，然后他问我：“你这三年有什么打算？”。

我当时不知道如何回答，想了半天，说了一句：“老师，我不想像现在这样整天混下去了”。

老师说：“你该进实验室了！”。

那时候不像现在实验室的电脑多得找不到人使用，其实那时电脑还是勉强够研二研三的使用。

第二天，我去了实验室，看了下具体情况，由于我本人性格比较内向，不善于与别人交流，所以看到实验室的位置不够后，连老师的正牌研一的学生都没有位子，我觉得我还是等两个月后研三的毕业了腾出地方了再进实验室了。

其实老师和我谈话的时候问了一下我的基础怎么样，还说实验室现在基本上搞的都是流体，问我有没有兴趣往流体方向发展。

我现在都记不大清楚当初是怎么回答的了，大概意思好像是没问题。

我这个人平时喜欢挑战，可能是无知者无畏吧，当时我对流体模拟是什么都不知道，连流体力学都没有接触过。

偶也说一点。

偶原来是做实验的，CFD和NHT上课学过一点，没学到什么东西。

研究生毕业前半年，觉得身为流体机械的master不懂CFD没脸见人，于是就自己再学。

说实话，教材，当时觉得没有一个是很系统明了的。

所看的书基本是北航的《计算流体力学基础》（忘了作者）、《计算流体动力学》（马铁尤），这两个比较老，主要着重于可压缩流的计算。

较新的可压缩流计算可以看看《应用计算流体力学》（朱自强）和《叶轮机械跨声速及亚声速流场的计算方法》（清华的王保国）。

《数值传热学》（陶文铨）、《计算传热学的近代进展》（陶文铨），主要着重于不可压流的计算。

此外还有吴子牛的一本书，不记得名字，思路清晰，简明扼要。

刘超群的一本多重网格法的专著，附带的源代码很多，即使不作多重网格，也是很有价值的。

因为没有老师，所以看书就没有什么章法，看不懂就跳过，往后看，说不定就懂一点，然后回头重新看。

没事就看看，仔细看，多了就明白了。

还可以在internet 上搜索老外的教材和lecture notes。

初学CFD，最忌急躁。

很多看不懂是正常的，指望全部内容一次看懂是不可能的（这不是看小说）。

看上一段时间，大概几个月，看多了，脑子里面的概念就系统了。

很重要的是这两大类（可压/不可压）的计算方面的一些重要的区别和特点，主要体现在方程组形式、求解方式、边界条件的处理、物理上的着重点等等。

这些概念很重要，即使不编程，实用商业软件的时候如果没有清晰的概念，就会在求解设置上犯错（有人算跨音速喷管居然用常密度气体，典型的基本概念不清）。

肯定会碰到大量的公式的。

没别的，硬着头皮看，但是脑子要清醒，不能晕。

如kaisa说，就是那么几个守恒关系（质量、动量、能量、组分……）。

而且这些公式都是一个形式——对流扩散方程，搞清楚那些是流动项（对流项），那些是扩散项，那些是源项，这样主干就清晰了。

枝节的问题相对杂一些，那只能硬着头皮读。

如果着重于利用商业软件解决问题，只要有足够的基本概念就可以参考软件的文档很快入门了。

通过cfd课程设计学到了一、课程目标知识目标：1. 学生能理解计算流体动力学（CFD）的基本原理，掌握流体力学的基本方程和数值解法。

2. 学生能够运用CFD软件进行简单的流体分析，包括流场模拟、压力分布和速度分布的计算。

3. 学生能够识别并解释CFD模拟结果，分析流体现象背后的物理机制。

技能目标：1. 学生能够操作CFD软件，进行模型的构建、边界条件的设置和计算参数的选择。

2. 学生能够运用CFD工具解决实际问题，设计简单的流体机械结构，并对其性能进行预测和分析。

3. 学生通过CFD课程设计实践，培养解决复杂工程问题的能力，包括数据采集、模型建立、计算分析到结果解释的完整流程。

情感态度价值观目标：1. 学生能够培养对流体力学和CFD技术的兴趣，认识到其在工程领域的重要应用价值。

2. 学生通过小组合作完成课程设计，增强团队合作意识，培养解决实际问题的责任感和成就感。

3. 学生在学习过程中，形成批判性思维，能够对CFD模拟结果进行合理的质疑和深入探索。

课程性质分析：本课程设计旨在结合高年级学生的理论基础和实践需求，通过CFD软件应用，深化对流体力学理论的理解，同时培养学生运用现代工具解决实际问题的能力。

学生特点分析：考虑到学生已具备一定流体力学基础，课程设计将注重理论与实践的结合，提高学生的实际操作能力。

同时，针对高年级学生的认知水平，设计具有挑战性的问题和项目，激发学生的探究兴趣。

教学要求：1. 教师需提供明确的教学指导和案例，确保学生掌握CFD基本原理和操作技能。

2. 教学过程中应注重学生个体差异，提供差异化指导，以适应不同学生的学习需求。

3. 教学评估应基于具体的学习成果，确保课程目标的实现和学生的全面发展。

二、教学内容本章节教学内容紧密围绕课程目标，结合教材以下章节展开：1. 流体力学基础理论复习：涉及流体力学基本方程（纳维-斯托克斯方程）、边界层理论和湍流模型，为学生提供CFD分析的理论基础。