PHOENICS的原理与应用

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第1卷第4期数值计算与工程仿真 Vol.1 No.4 2005年 3月 Numerical Calculation and Engineering Simulation March,2005

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中国石油大学机电学院马培勇，仇性启，唐鹏

摘要: 计算流体力学是用计算机来分析流动的尖端技术，用计算模型描述所建立和研

究的物理系统。流体流动物理学运用于有效模型时，CFD软件可模拟出流体流动、传热、

传质、相变、化学反应、机械运动以及固体结构的压力变形。PHOENICS是流体力学中通

用性很强的商业软件之一，能够有效对上述现象进行数量上的预测。本文对该软件的基本

结构、物理模型及算法、边界条件及源项的处理方法以及其功能特点与应用作简要介绍。

Application of CFD Code PHOENICS in Engineering

MA Pei-yong, QIU Xing-qi, TANG Peng

(College of Machinery and Engineering, University of Petroleum, Dongying

257061,China)

Abstract: Computational fluid dynamics (CFD) is a sophisticated analysis technique that uses

computers to simulate fluid flow and enables a computational model representing a physical

system to be built and studied. When fluid flow physics is applied to this virtual prototype, the

CFD application outputs a prediction of the fluid dynamics. The software predicts not only the

fluid flow behavior, but also the transfer of heat, mass, phase change, chemical reaction,

mechanical movement, and stress or deformation of related solid structures. PHOENICS is one

of the general-purpose software packages and it can predict the above phenomena quantitatively.

The basic structure , physics model, arithmetic, management of boundary condition and source ,

abilities and application of PHOENICS is introduced simply in the paper.

1前言

计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD，以下同）是流

体力学、偏微分方程数值理论、数值分析和计算机科学等多种领域的交叉学

科，主要用于解决工程中的流体和传热问题。随着计算机技术的推广普及和计第1卷第4期数值计算与工程仿真 Vol.1 No.4 2005年 3月 Numerical Calculation and Engineering Simulation March,2005

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期短的优点，可模拟出实际运行过程中各种状态的数据，对于设计、改造等技

术方案有重要的指导作用，因此CFD技术得到了越来越多的应用。目前应用

比较好的CFD软件有Phoenics、Fluent、CFX、Star-CD等。

PHOENICS是英国CHAM公司开发的模拟流动、传热、反应、燃烧过程

的通用CFD软件，有30多年的历史。PHOENICS是Parabolic Hyperbolic Or

Elliptic Numerical Integration Code Series起始字母的缩写词。该软件的基本功

能可计算质量、动量和能量守恒的有限体积方程，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。对于特定方向的流动现象有相应的“抛

物线”计算模块，并且还有一些附件，如用于电子冷却的HOTBOX模块，用

于导热和通风的FLAIR，以及用于化学汽相淀积（Chemical Vapor Deposition）

模拟的CVD。PHOENICS内置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-ε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。网格系统包括直角、圆柱、

曲面、多重网格、精密网格。可以直接读入CAD软件建立的模型，使复杂几

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，另外，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。开放性好，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[1]。

2基本结构

PHOENICS程序以“行星”状布置其子程序（图1），主要由三个工作模

块组成：前处理器Pre-processor（问题的定义与表述）、求解器Solver（数值模

拟计算）和后处理器Post-processor（计算结果的显示）。

Q1为PHOENICS的输入文件，用于建立数值模拟模型，如激活数值模拟

中所要用到的控制方程，输入材料的物理性能参数，设置迭代次数，控制方程

的求解方法，以及实现网格的划分等。这些任务均由Q1的24组语句在相应的

位置用相应的命令中实现。

SATELLITE程序的功能是接受数据，包括三个FORTRAN子程序：

MAIN、SAT和SATLIT，主程序MAIN将Q1文件翻译成FORTRAN程序可第1卷第4期数值计算与工程仿真 Vol.1 No.4 2005年 3月 Numerical Calculation and Engineering Simulation March,2005

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以补充Q1文件无法表示的数据项；SATLIT子程序的格式与Q1文件相同也分为24组；SAT负责调用用户子程序。

图1 PHOENICS程序结构图

EARTH程序是模拟的核心部分，也包括三个FORTRAN子程序：

MAIN、GROSTA和GROUND，主程序MAIN负责读取SATELLITE生产的数

据文件，并把方程离散化和解方程组，用于用户扩展求解器EARTH功能的工

具GROUND子程序具有与Q1相似的结构，在PHOENICS程序本身不能满足

用户需要时，可以在GROUND中相应的位置加入用户自己的程序，从而引进

复杂的非线性边界条件，提供物性公式等。图中所表示的工作过程是：在Q1

文件中写入数据来建立模型；SATELLITE读取Q1并且编写中介数据文件

EARDAT；求解器EARTH读取EARDAT之后，对问题进行求解，并且写出

PHI、RESULT和PATGEO文件（其中PHI包括所有输入输出数据；对问题进

行求解，并且写出PHI、RESULT和PATGEO文件（其中PHI包括所有输入输

出数据；RESULT则包括可读的文本输入和计算结果；而PATGEO则用于

PHOTON进行绘图）；计算完成后，进行后处理工作，可以采用VR（Virtual-

Reality，虚拟现实）视图器显示各种计算变量的等值线图、矢量图或等值面

图，或者应用PHOTON绘制矢量图，而AUTOPLOT也是一种绘图工具，最第1卷第4期数值计算与工程仿真 Vol.1 No.4 2005年 3月 Numerical Calculation and Engineering Simulation March,2005

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3 物理模型及算法

一个软件计算问题的准确性，主要取决于他所建立的模型的准确性、真实

性。对于PHOENICS软件的控制方程是由连续性方程、动量方程、能量方程

和组分方程所组成,可统一写成[2]：

ΦΦ=Φ∇Γ−Φ+Φ∂∂Sudivt)()(ρρ （1）

式中，Φ表示所求解的变量，例如焓、温度、速度、电势和质量等；ρ表示密

度；u表示对应方向的速度；ΓΦ表示对流项；ＳΦ表示源项；ｔ表示时间。

PHOENICS控制方程组具有封闭性、形式一致性、耦合性和非线性的特

点。该软件采用有限容积法来实现控制方程的离散化，可以选择一阶迎风、混

和格式及QUICK格式等；流速和压力耦合采用用SIMPLEST算法[2]；对两相流

纳入IPSA算法（适用于两相介质互相穿透时）、PSI-Cell（粒子跟踪法）

GENTRA算法（颗粒轨迹）；代数方程可以采用整场求解或点迭代、块迭代方

法，同时纳入块修正加快收敛；用交错网格解决一阶导数项离散化降阶问题，

用标准ｋ-ε湍流模型封闭时均方程；对流扩散项离散化用混合格式，界面粘

度系数与密度取相邻结点的算术平均值，压力场全域求解，速度场逐行

TDMA。

SIMPLEST算法与SIMPLE算法基本相同，不同点主要在求解动量方程的

方法上。SIMPLE算法在求解动量方程时收敛性差，主要原因是动量方程离散

化后的对流项有问题。因此SIMPLEST对SIMPLE作如下改进：1）采用迎风

格式。因为迎风格式是一个绝对稳定的格式，且扩散项与对流项的影响系数可

以分离。至于由迎风差分所引起的假扩散问题，则采取逐步加密网格以获得与

网格稀密程度无关的解这种做法加以克服。2）动量方程的系数只包含扩散项

的作用，而将对流项的作用都放入源项中；采用Jacobi逐点求解动量方程，免

去原来求解速度场时所需要的很强的低松弛，促进强烈非线性问题的迭代过程

收敛，SIMPLEST的计算步骤则与SIMPLE基本相同，算法流程图如图2。

CDF综述

计算流体力学

姓名：刘月良

学号： 20070360215

院系：化工与能源学院

班级： 07级过控二班

指导教师：周俊杰

时间： 2010.12.24

通用软件综述计算流力学通用软件综述

刘月良

（郑州大学化工与能源学院 20070360215）

摘要: 介绍计算流体力学(CFD)通用软件的起源与发展概况，详细阐述了该软件的的基本应用原理,以及CFD 技术在国内外的应用。

关键词: CFD 技术;通用软件;综述

Review on the commercial CFD softwares

LIU Yueliang

（Chemical and Energy Engineering，ZhengZhou University ，20070360215）

Abstract: The origins and developments of the general CFD (Computational Fluid

Dynamics) softwares are introduced in the paper. Elaborated on the basic application of

the principles of software.And the Application of CFD technology at home and abroad

Key words: CFD technologies; commercial software; review

计算流体力学（CFD，Computational Fluid Dynamics）是一门用数值计算方法直接求解流动主控方程（Euler或Navier-Stokes方程）[1]以发现各种流动现象规律的学科。它综合了计算数学、计算机科学、流体力学、科学可视化等多种学科。广义的CFD包括计算水动力学、计算空气动力学、计算燃烧学、计算传热学、计算化学反应流动，甚至数值天气预报也可列入其中。

phoenics简易案例操作步骤.

关注phoenics 上海飞熠软件技术有限公司

TUTORIAL- Simulation of a Labyrinth Flow.

FLAIR Tutorial 1: Investigating library case I203 FLAIR Tutorial 2: A room with two

radiators Tutorial 3 Comfort index in a room

FLAIR Tutorial 4: Fire in a room

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TUTORIAL- Simulation of a Labyrinth Flow.

This tutorial shows how to set up and run the simulation of steady turbulent flow of air

with heat exchange. The geometry is 2-dimensional, of (y-direction) depth 1.0m, with

the other dimensions shown in the figure

below:

wherein:

•

• INLET is an aperture through which air at 20 degrees C enters at a prescribed velocity

of 0.5m/s, giving an inlet Reynolds Number of 15000; OUTLET is a fixed-pressure

aperture, where the pressure is held close to 0.0 Pa, relative to the external pressure;

WALL-W is an adiabatic boundary wall; WALL-E is an adiabatic boundary wall; IN-PLATE is an internal plate, the only function of which is to obstruct the flow; IN-BLOCK is a block of copper; H-BLOCK is a block of aluminium; L-BLOCK is a block

CFD气流仿真模拟技术在洁净厂房项目中的应用

Part

1、影响厂房洁净室品质的直接因素

1.1

换气次数

送风房间的气流充满整个洁净室房间，稀释空气中的含尘浓度，并最终将污染空气排放至室外，保证室内空气品质。工程中房间换气次数是一个经验值。与房间的体积、层高、送风方式及室内压差要求密切相关［１］。ＧＢ

５００７３—２０１３《洁净厂房设计规范》、ＧＢ５０４７２—２００８《电子工业洁净厂房设计规范》和ＩＳＯ１４６４４国际规范等对不同行业、不同洁净度等级的房间换气次数都有着具体要求，如表１所示［２－３］。

表１３本规范对不同洁净等级风量及换气次数要求

1.2

工作区截面的风速

工业洁净厂房洁净等级为１００级及更高级别的洁净室对洁净区单向流断面风速有着严格的要求。对于医药厂房Ａ

级洁净室单向流的断面风速，它是保证Ａ级洁净级别的重要参数。

1.3

气流组织洁净室按气流组织主要有单向流、非单向流、辐流、混合流。对于百级或更高级别洁净室要求的洁净室气流组织必须为单向流，利用“活塞”般的挤压作用，迅速把室内污染物排出。

1.4

房间压差

为保证房间洁净度要求，洁净室维持一定的正压，防止室外空气进入洁净室。

1.5

温湿度

为防止静电的产生，电子洁净室厂房对洁净室温湿度有着严格的控制要求。在生物制药洁净室中，温湿度对产品工艺生产和细菌繁殖等有重要的影响。

1.6

自净时间

指在全室被污染的情况下，空气净化系统运行使室内空气颗粒浓度迅速下降到静态设计要求的范围内的时间。空气自净与洁净室的气流速度有很大的关系。垂直单向流洁净室的自净时间在３０～１２０ｓ左右［１］。

Part

气流组织设计要求

气流组织形式要根据项目工艺生产对洁净度的要求而设计，保证送风能够均匀送到洁净室，充分发挥干净气流稀释作用，带走室内粉尘颗粒，减少灰尘对洁净室生产工艺的影响。在设计洁净室气流组织时要尽量避免和减少涡流的产生，避免工作区外污染物随气流带入工作区；控制洁净室内气流工作区风速，避免二次扬尘的产生，减少工艺生产的风险；合理布置送风口及回风口，使室内的污染空气能被有效地排出。不同洁净度等级的洁净室换气次数、送风量、气流组织要求也不同，要根据项目实际情况而定。

findpeaks原理

- 1 - findpeaks原理

findpeaks是一种用于寻找信号中峰值的算法。该算法可以应用于多种类型的信号，包括声音、图像和时间序列。

findpeaks算法的原理是通过比较信号中相邻数据点的值来识别峰值。在信号中，峰值通常是指局部最大值或最小值。因此，findpeaks算法首先确定信号中的最大值和最小值，接着根据定义判断是否为峰值。此外，findpeaks算法还可以通过设定阈值来排除一些不够明显的峰值。

findpeaks算法可以应用于多种领域。例如，在音频处理中，它可以用于寻找声音中的音调峰值。在图像处理中，它可以用于寻找图像中的明暗变化，以及寻找目标物体的轮廓。在时间序列分析中，它可以用于寻找数据中的突变点和周期变化。

总的来说，findpeaks算法的原理是基于信号中的最大值和最小值来寻找峰值。通过使用该算法，我们可以识别出信号中的关键特征，为后续的分析和处理提供有价值的信息。

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