CFD分析过程(CFD Analysis Process)

CFD分析过程

进行CFD分析的一般过程如下所示：

1、将流动问题表示为表达式

2、建立几何与流域的模型

3、设置边界条件和初始条件

4、生成网格

5、设置求解策略

6、设置输入参数与文件

7、进行仿真

8、监视仿真直至完成

9、后处理得到结果

10、对结果进行比较

11、重复上述过程，评价结果的敏感性

12、归档

展开来说，这些步骤包括以下内容：

1、将流动问题表示为表达式

分析的第一步是通过寻求以下问题的答案进将流动问题表示为表达式。

分析的目的是？

达到这些目的最简单的途径是？

包含怎样的几何？

来流和工作状态是怎样的？

该使用何种空间模型（一维、准一维、二维，轴对称还是三维？）

流域是怎样的？

该使用何种时间模型？（定常或非定常）

流动的粘性情况（无粘、层流还是湍流）

该使用何种气体模型？

2、建立几何与流域的模型

进行流动分析的对象需进行建模。一般涉及CAD软件几何造型。付出合理的努力进行分析需要进行几何模型近似与简化。于此同时，应该对实施仿真的流域范围做一个确定。流域的部分边界应与几何模型曲面保持一致。其他曲面是自由边界，在自由边界上，流体流入或者流出。几何模型和流域以这样的方式建模，然后用于网格生成。这样，建模过程通常需要考虑网格生成的结构和拓扑。

3、设置边界条件与初始条件

当流域确定了的时候，需要给流域边界指定物理条件。仿真一般开始于初始条件，然后通过迭代的方式得到流场的最终解。

4、网格生成

流域离散成为网格。网格生成包括结构和拓扑确定，然后在该拓扑上生成网格。目前所有的案例都涉及多块网格和结构网格。然而，这些网格块可能是对接的，连续的，非连续的或者重叠的。网格必须满足最低的网格质量要求，如正交性（尤其是在边界上），相对网格间距（最大值不能超过15%到20%），网格扭曲率等等。最大的网格间距应该与流场重要特征的分辨率一致。边界层分辨率要求沿着物面法向的第一层网格点应恰好落在边界层的层流层内。对于湍流流动，沿着物面法向的第一层网格点必须满足y+<1的要求。

5、设置求解策略

执行仿真的策略包括以下内容：使用什么空间推进和时间推进方式，湍流或者化学模型的选择，算法的选择等。

6、设置输入参数和文件

CFD程序通常需要给定输入文件，输入文件的内容是与既定策略一致的输入参数值的列表。此外，还需要包含边界条件信息的网格文件。

7、执行仿真

仿真可以通过图形界面、批处理或者分布式的方式进行。

8、监视仿真直至完成

当仿真进行的时候，监测求解过程以确定是否得到了收敛的解，该解是一个迭代收敛解。

9、后处理得到结果

后处理的过程是从流场中提取出想获得的流场特性（如推力、升力、阻力等）的过程。

10、对结果进行比较

将求解得到的流场特性与理论分析、计算或者试验研究得到的结果进行比较，验证计算结果的可靠性。

11、重复上述过程，评价敏感性

为了了解计算结果精度可能的差异和与以下因素相关的计算表现，必须评价计算结果的敏感性。如：维度、流场条件、初始条件、推进策略、算法、网格拓扑和密度、湍流模型、化学模型、通量模型、人工粘性、边界条件和计算机系统等。

12、归档

将以上的分析整理成文档。