CFD(計算流體動力學)是一種通過數值方法來描述流體的運動狀態的技術,它涉及質量傳輸、動量傳輸和能量傳輸的描述,並通過數學方程(如納維-斯托克斯方程)求解,以獲取豐富的流場信息。
CFD分析通常包括以下幾個方面:
數學方法。CFD分析使用兩種主要的數學方法,邊界元法和有限體積法。邊界元法基於勢流理論,計算速度快,但不考慮粘性,適用於初步研究和最佳化,有限體積法則基於更全面的物理模型,需要對邊界和中間區域進行格線劃分,是目前CFD中最常用的方法。
維度。CFD分析可以是二維或三維的。二維模擬適用於單個組件或元素的詳細性能特徵,而三維模擬更接近現實情況,可以模擬複雜的三維流動。
時域。CFD分析可以包括穩態模擬和非穩態模擬。穩態模擬用於獲得穩定的流動特性,計算成本較低,而非穩態模擬用於獲取目標物理量隨時間的變化規律,通常需要先進行穩態模擬以獲得初始條件。
湍流。湍流是CFD分析中最複雜的問題之一,存在多種模型,如RANS(雷諾平均 Navier-Stokes 方程)、LES(大渦模擬)和直接數值模擬(DNS)。
物理模型。CFD分析還涉及多種物理模型,包括燃燒模型、轉捩模型、多相流模型等,這些模型用於描述不同物理現象,如化學反應、流體和固體之間的相互作用等。
CFD分析廣泛套用於工程領域,如機械設計、航空航天、建築和汽車等,CFD軟體如Fluent、CFX、STAR-CD/CCM+和PumpLinx等專業軟體,提供了強大的數值分析和模擬工具。