STAR-CCM+新一代CFD软件

STAR-CCM+——新一代CFD集成化平台

STAR-CCM+简介 (1)

STAR-CCM+的主要功能与特点 (1)

STAR-CCM+的网格方案 (7)

STAR-CCM+的专业模块 (12)

STAR-CCM+在工业中的应用 (14)

STAR-CCM+简介

STAR-CCM+是CD-adapco集团推出的新一代CFD集成化平台。采用最先进的连续介质力学算法(computational continuum mechanics algorithms)，并同卓越的现代软件工程技术相结合，拥有出色的性能和高度的可靠性，是热流体工程师强有力的分析工具。

在完全不连续网格、滑移网格和网格修复等关键技术上，STAR-CCM+经过来自全球10多个国家，超过200名知名学者的不断补充和完善，已成为同类软件中网格适应性、计算稳定性和收敛性方面的佼佼者。近年来，STAR-CCM+一直是计算流体动力学模拟的通用平台，并获得了良好的声誉。如今，STAR-CCM+本身已经不仅仅是计算流体动力学软件，其最新发布的版本基于领先的计算流体动力学求解器引入了结构分析计算的求解能力，同时还添加了噪声求解功能。一个流动、传热、应力和噪声模拟一体化的通用软件首次呈现在用户面前。

STAR-CCM+强大的网格生成工具，完备的物理模型和先进的CFD技术使得其被广泛应用于所有流体计算领域，涉及的行业有航空航天、汽车、生物医疗、建筑、化学、电子器件、能源、石油天然气、环境、船舶和旋转机械等。最新发布的STAR-CCM+版本在网格生成技术、物理模型、连续介质数值算法、大规模并行计算能力、集成的用户界面等方面都取得了重大进展，进一步巩固了STAR-CCM+在通用计算流体力学方面的领导地位。

STAR-CCM+的主要功能与特点

友好的用户界面

z集成的图形用户界面—将前后

处理与计算分析集成在同一个

环境中；

z跨平台的用户界面—界面采用

JA V A语言编写，可实现通过

C-S模式进行跨操作系统的工

作，并行计算可多个操作系统进

行；

z可采用C/C++/FORTRAN语言

编写用户子程序，并可使用Java

语法编辑场函数；

z丰富的图片系统。

灵活的3D-CAD建模和CAE集成功能

3D-CAD建模功能

z可进行完全参数化的3D建模，生成几何模型或对导入的几何模型进行修改；

z使用特征树来记录和控制3D模型建模过程；

z输出设计参数使得用户可以在非设计界面下修改3D模型；

z完全集成在STAR-CCM+的工作流程中。

CAE集成功能

z可将任意场函数映射和输出到其他程序中；

z与ABAQUS、NASTRAN、RADTHERM的单元-单元、单元-节点、节点-节点之间数据映射；

z使用最小二乘法的体到体数据映射（用于网格替换）。

先进的几何处理和网格生成功能

z对输入的几何进行自动或者手动的修复，基于点、线、面的修补功能，

强大且灵活；

z全新的包面功能（surface wrapper）：可将工程案例中复杂且破碎的

CAD模型自动转化为封闭的面网格，节省大量的CAD数据手工修复

时间；

z全自动生成多面体网格、四面体网格与六面体网格而无需人工干涉；

z表面特征保持与简化、防止接触、漏点检查、自动或手工修补表面等

高级功能。

STAR-CCM+的多面体网格（polyhedral）

STAR-CCM+ “蜂窝猜想”的数学问题一直到1999年6月才得到完全证明：六边形拓扑网格可以利用最少的周长划分相同面积。

－“A hexagonal grid represents the best way to divide a surface into regions of equal area with the least total perimeter”－－Thomas C Hales University of Michigan

Trimmed（左）和Polyhedral（右）壁面都有5层prism边界层

典型的多面体网格

Tetrahedral－650,000单元Polyhedral－138,000单元

四面体是一种比较简便的自动划分方式。每个四面体有四个相邻单元，对于单元中心的数值是采用线性的近似。但是，当相邻节点的空间位置接近于一个平面时，垂直于这个面的梯度就难以计算准确；当一个单元的面位于边界上时，它的相邻三个单元计算可能出现计算不准，在计算区域的边和角的位置，四面体的问题更突出。

多面体网格克服了传统网格的缺点：

有更多的相邻单元，梯度的计算和当地的流动状况预测更准确；

多面体对几何的变形没有四面体敏感。智能的网格工具使得单元可以自动融合、分裂，或者增加新的点、线、面；

对于回流的流动，例如顶盖驱动的空穴流，多面体的计算精度甚至超出Hexa网格。

STAR-CCM+可以接受目前流行网格生成软件的网格（Hexa、Tetra等），也可以解算多面体网格（Poly）。多面体网格和相同数量的四面体网格（Tetra）相比，不但计算结果更精确，而且解算速度快3～5倍。

STAR-CCM ＋具有功能强大的网格生成器，可自动划分多面体网格、四面体网格、Trimmed 网格。

四面体模型

四面体网格: 2,131,703 (1.3GB memory)

多面体模型

多面体网格: 353,022 (900MB me mory)

多面体只需四面体网格数的1/5，但计算精度相当。同时收敛速度、趋势更好于四面体网格。

例 2

四面体网格: 39,587

四面体网格: 2,322,106

四面体（Tet ）网格: 2,322,106

多面体网格: 21,872 多面体网格: 593,888 多面体（Poly ）网格: 593,888

多面体模型只需四面体网格数的1/4，但计算精度相当；并且多面体模型对网格数目的依赖性比四面体模型更小。

大规模并行计算能力

z

STAR-CCM+服务器端采用C++编写，有较高的计算效率，基于Java 的客户端则保证了STAR-CCM+的跨平台操作与优良的操作界面；

z

STAR-CCM+ 使用 client-server 架构，能很好地处理跨平台运算问题，在运行过程中，仿真文件在服务器端上创建并求解，而在客户机上进行界面操作； z

STAR-CCM+能实现10亿左右网格的大规模并行计算，在前后处理方面也实现了多CPU 并行功能。

先进的连续介质技术与物理模型

z二维、轴对称、三维、稳态、显式非稳态、隐式非稳态、谐波平衡法、运动参照坐标系模型、刚体运动模型、6自由度（Dynamic Fluid Body Interaction）模型、网格变形（Morphing）；

z气体、液体、固体、单相及多相混合以及多孔介质；

z分离解法（segregated solver）、耦合解法（coupled solver）；

z不可压缩流、可压缩流

z无粘、层流、湍流、转捩、非牛顿流体；

z湍流模型：Spallart-Allmaras 、K-Epsilon 、K-Omega、RSM、LES、DES等19种模型；

z VOF多相流、欧拉多相流、拉格朗日多相流；

z沸腾、蒸发、冷凝、凝固、融化、空化（cavitation）、除霜与除雾；

z热传导、对流、辐射（S2S法、DOM法，可以考虑非灰体、镜面反射等效应）、燃烧；

z燃烧模型：Eddy Break-Up (EBU) model、The Premixed Eddy Break-Up Model、Homogeneous Reactor Model、The Coherent Flame Model (CFM)、The Partially-Premixed Coherent Flame Model (PCFM)、Presumed Probability Density Function (PPDF) model、Nox model、Coal Combustion Model、详细化学反应模型（DARS-CCM+）；

z噪声源预测模型：Curle nose source model、Goldstein Axisymmetric noise source model、Linearized Euler Equation (LEE) noise source model、Lilley noise source model、Proudman noise source model z基于有限体积法的应力、应变解析功能；

z与GT-Power、ABAQUS、NASTRAN、RADTHERM、FFT/ACTRAN、LMS/https://www.sodocs.net/doc/ef3072155.html,b、Dars-CFD、Chemkin等第三方软件进行耦合计算。

STAR-CCM+的求解器算法

z STAR-CCM+的耦合（Couple）求解器对于解决超音速激波、自然对流和其它速度、压力、温度强耦合的工程问题更精确。

z先进的基于单元的离散技术

z独特的多面体网格技术

z耦合式或分离式的流动与能量方程求解器

　隐式耦合算法——块AMG求解器

　显式耦合算法——多步Runge-Kutta求解器

　隐式分离算法——AMG SIMPLE求解器

z代数多重网格线性方程求解器

z多种收敛判定准则

交互式工具包

z界面导航式的模拟条件定义方式

z局部坐标系（Local coordinate systems）——笛卡尔、圆柱、球坐标等，方便定义速度和方向矢量z工程单位的使用——SI、USCS，或用户自定义

z一体化的分析及可视化工具提供了模拟过程中实时的信息反馈，用户与求解之间可完全交互式操作，用户可以随时暂停求解，调整参数并继续

z场函数（Field functions）——丰富的预设的标量、矢量场函数，以及用户定义的场函数

z报告（reports）和监控器（monitors）——残差、CPU时间、通量、力、力矩、力矩系数、平均值、最大值、最小值、求和、积分等

z衍生体（Derived parts）——等值面、剖面、线、点、threshold面、ISO面、流线、单元表面等z x-y绘图——多组数据同时显示（multiple-plot data）；残差或任何报告值（report value）的显示，每迭代步或每时间步的实时更新

z可视化

网格、标量和矢量的显示

流线

周期性和对称性的可视化

点源

保存/恢复视图管理器

STAR-CCM+的网格方案

网格方案流程

表面几何输入

z可以导入的面网格或几何：

　*.dbs - pro-STAR surface database mesh

　*.inp - pro-STAR cell/vertex shell input file

　*.nas - NASTRAN shells

　*.pat, *.ntl, *.neu - PATRAN shells

　*.stl - Stereolithography file

　*.fro - FELISA Front Surface

　*.x_t, *.x_b - Parasolid Transmit Files

　*.iges, *.igs - IGES Files

　*.step, *.stp - STEP Files

　*.model, *.exp, *.session - CATIA V4 Files

　*.catpart, *.catproduct - CATIA V5 Files

　*.sldprt, *.sldasm - SolidWorks Files

　*.prt, *.asm - Pro/ENGINEER Files

　*.prt - Unigraphics NX Files

　*.ipt, *.iam - Autodesk Inventor Files

　*.vda - VDA Files

　*.jt - JT Open surface mesh

面网格

z面网格工具：

　Surface remesher

　Surface wrapper

　Auto/Manual repair

体网格

z多种体网格模型：

　Tetrahedral

　Polyhedral

　Trimmed

　Thin Mesher

　Generalized Cylinder

　Extruder

z边界层网格模型： Prism Layer

z精细网格调节：

　全局、局部表面、局部特征线的网格参数设置

　V olumetric Controls

网格演化

z Transform – 缩放, 平移和旋转

z对边界（boundaries）和区域（regions）的分裂和合并

z创建，删除和融合交界面（interfaces）

z融合内部边界

z将3维网格转化为2维

和其他网格生成软件及CFD软件的协调性

z可以导入的体网格、计算数据：

　*.ccm, *.ccmg, *.ccmp, *.ccmt - CD-adapco CCM files

　*.ngeom - pro-STAR mesh files

　*.cas, *.grd, *.msh - Fluent case files

　*.grd, *.msh, *.p3d, *.xyz, *.x - Plot3D mesh files

　*.inp - ABAQUS input files

　*.vtk - VTK input files

　*.case - EnSight input files

　*.ntl, *.neu - RadTherm input files

　*.nas, *.bdf - NASTRAN input files

　*.sbd - STAR-CCM+ boundary files

　*.trn - STAR-CCM+ surface fft files

z可以输出到pro-STAR进行后处理

表面处理实例

z封闭表面（Surface Closure）

封闭之后

封闭之前

z特征的保持/简化（Feature retention/ Disfeaturing）

z防接触功能（Contact prevention）

z探测漏洞（leak detection）

如CAD数据中保留有诸如雨刷安装孔这样的结构，而在流体分析中不应该有此流体通路，所以可以使用此功能，在车内和车外分别放置两个点（Source Point和Target Point），软件会自动在车内车外两点间搜索流体通路。

面网格准备实例

输入几何Import geometry包面Wrapping 表面重构Re-mesh

体网格生成实例

z发动机进气道网格

z各种外流网格

z F1赛车网格

STAR-CCM+的专业模块

Turbo Wizard模块

此模块为透平机械网格自动生成的专家工具，可自动快速地生成高质量的结构化和非结构化网格。并可方便地进行边界条件的设置。

结构化网格多面体网格

四面体网格

Fire and Smoke Wizard模块

可进行建筑物火灾的自动化模拟。

设定面板

Thermal Comfort Wizard模块

热舒适性分析的专业模块。可综合考虑成员特性（包括身高、衣服的热阻和新陈代谢速率等），大气相对湿度，车辆壁面隔热以及仪表盘等的辐射和对流换热。

设定面板

Wing Mesher模块

为翼形几何体快速生成高质量六面体网格，可用于单个或多个翼形的网格生成。

STAR-CCM+在工业中的应用

航空航天

高效——将模拟周期缩短数周而不用降低模拟的精确性。

CD-adapco的系列软件拥有最快和最强壮的表面包面技

术、艺术般的自动化体网格生成技术(包括先进的六面体

核心网格和多面体网格)、灵活的并行计算技术，可以充

分利用用户的硬件资源。

精确——在过去的30年中，CD-adapco一直处于工程模

拟领域的领先地位。产品中所用到的方法和算法经过

飞行器外流分析

CD-adapco 工程师和用户的反复测试和验证。CD-adapco 将持续领先网格生成技术，并且开发优良的工业应用工具。 灵活——从旋翼飞机到宇宙飞船，从电气控制系统(ECS)到UAV(Unmanned Aerial Vehicle ，无人机)，从空气声学到空气弹性学，CD-adapco 能够计算从亚音速到超音速的所有流动问题，解决航空航天工业中的多物理场问题。

经验——作为拥有世界上最多CFD 和CAE 客户的企业之一，CD-adapco 为客户提供世界顶级的专家服务。负责航空航天的团队中有超过50%的人员拥有博士学位，他们中的绝大多数人有在世界主要航空航天企业工作的经历，因此能够理解客户的问题，并与客户进行良好的沟通。

飞行器外流分析 工业模拟在航空航天行业中有很广泛的应用，从外气动力学到环控系统等，而世界上六分之五的喷气商务飞机制造商选择STAR-CCM+作为他们分析电气空气系统流动和热传递模拟的一个标准工具。下面列出了在航空航天工业应用STAR-CCM+ 的一些领域： z 空气动力学 z 起飞过程 z 管内流动

z 热管理/电子设备冷却 z 空气声学

z 稳定性和操控性 z 空气光学 z 油箱晃动 z VOF z 翼形分析 z 着陆 z 航天飞机 z 旋转机械 z 引射器模拟 z 换热器 z 流固耦合 空中客车A380热舒适度分析（ICON ）

z 燃烧

汽车行业

发动机舱热管理

在过去的25年中，CD-adapco 为汽车企业提供了优良的软件以改进他们的设计。STAR-CCM+、STAR-CD 和STAR-CAD 系列软件为客户提供先进且完整的CFD 工具包。这种独特的方法为客户提供易用且自动化的CAD 模型准备、网格生成、模型设置和计算，使得工程师们可以更快地得到更好的结果。

CD-adapco 的汽车团队开发了许多新的应用范围，包括刹车

盘冷却和曲柄轴箱分析。CD-adapco为世界顶级的汽车企业提供CFD和FEA工具。最近发布的版本可以帮助客户跟上汽车行业的发展步伐。

发动机水套分析

汽车空气动力学分析

建筑行业

STAR-CCM+可以帮助土木工程师、建筑师和项目经理来更好地理解更多的建筑系统细节，包括供热、通风和空调系统。同时也可以应用于洁净室的设计，防止受保护的病人受到生物化学和辐射的侵袭，可以预测建筑和管道中的烟气、污染物和着火扩散路径。

对于建筑环境的外空气动力学，主要应用于预测建筑上的风负荷，优化大空间中建筑物的舒适性和安全性。

建筑风环境模拟

建筑内部舒适度分析

化学工业

反应器模拟CFD分析在化学工业中的应用主要包括复杂流动和化学反应、流体

和生成废物的混合流动等方面。STAR-CCM+在热物理和化学领域的灵

活、广泛的处理能力使得其成为此行业中最有效的工具之一。

工业燃烧过程模拟

电子工业

可以模拟真实的电子系统，而不需要简化几何模型和物理问题

准确——传统的模拟技术主要在于处理复杂的几何模型，但是却不能得到精确的物理模型和环境方案。而STAR-CCM+则不同，它不但可以非常忠实地获得用户的真实设计方案，而且其丰富的物理模型也可以使用户非常容易地模拟不同的冷却方案和环境条件。因此STAR-CCM+可以使工程师们的工作更加有效，降低成本，并提供更加创新性的设计方案。

高效——自动化是STAR-CCM+的宗旨：与限制客户模拟几个设计点不同，STAR-CCM+特别适合于模拟整个设计空间—从一个设计方案中衍生出多个设计方案。

灵活——STAR-CCM+具有强大的多物理场模拟工具，使得用户可以模拟影响产品寿命的所有物理现象。从水分渗入到液化，从减少噪音到防止污染，从锂电池设计到组件热管理。

经验——作为世界上最大的CFD和CAE软件供应商之一，与

CD-adapco的合作可以使用户得到顶级专家的帮助。我们电子元件热

管理团队有超过50%的人员拥有博士学位，大部分人都有此行业的工

作经历，可以充分理解用户的问题，进行良好的沟通。

应用案例

随着竞争的加剧，新一代产品的设计需要缩短设计周期，大幅提

高产品性能，提高产品可靠性。在电子系统散热领域，热设计工程师

们感受到了提高效率的压力。美国雷神公司太空暨空用系统部(RSAS)

的Scott Johnson使用STAR-CCM+有效地解决了某精密仪器中电子

器件的冷却问题。

能源行业

目前，政府面临着安全低廉能源供应和减少气候变化的双重压力，他们依赖于高性能工程，特别是CAE，以解决可持续发展的核心技术问题。

CD-adapco的软件应用于能源行业的各个方面，包括：评价改进方案，优化系统性能，辅助材料设计，

第七 章 CFD仿真模拟

第七章CFD仿真模拟 一．初识CFD CFD是英文Computational Fluid Dynamics（计算流体动力学）的简称。它是伴随着计算机技术、数值计算技术的发展而发展的。简单地说，CFD相当于"虚拟"地在计算机做实验，用以模拟仿真实际的流体流动情况。而其基本原理则是数值求解控制流体流动的微分方程，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情况。可以认为CFD是现代模拟仿真技术的一种。 1933年，英国人Thom首次用手摇计算机数值求解了二维粘性流体偏微分方程，CFD由此而生。1974年，丹麦的Nielsen首次将CFD用于暖通空调工程领域，对通风房间内的空气流动进行模拟。之后短短的20多年内，CFD技术在暖通空调工程中的研究和应用进行得如火如荼。如今，CFD技术逐渐成为广大空调工程师和建筑师解决分析工程问题的有力工具。 二．为什么用CFD CFD是一种模拟仿真技术，在暖通空调工程中的应用主要在于模拟预测室内外或设备内的空气或其他工质流体的流动情况。以预测室内空气分布为例，目前在暖通空调工程中采用的方法主要有四种：射流公式，Zonal model，CFD以及模型实验。 由于建筑空间越来越向复杂化、多样化和大型化发展，实际空调通风房间的气流组织形式变化多样，而传统的射流理论分析方法采用的是基于某些标准或理想条件理论分析或试验得到的射流公式对空调送风口射流的轴心速度和温度、射流轨迹等进行预测，势必会带来较大的误差。并且，射流分析方法只能给出室内的一些集总参数性的信息，不能给出设计人员所需的详细资料，无法满足设计者详细了解室内空气分布情况的要求； Zonal model是将房间划分为一些有限的宏观区域，认为区域内的相关参数如温度、浓度相等，而区域间存在热质交换，通过建立质量和能量守恒方程并充分考虑了区域间压差和流动的关系来研究房间内的温度分布以及流动情况，因此模拟得到的实际上还只是一种相对"精确"的集总结果，且在机械通风中的应用还存在较多问题； 模型实验虽然能够得到设计人员所需要的各种数据，但需要较长的实验周期和昂贵的实验费用，搭建实验模型耗资很大，有文献指出单个实验通常耗资3000～20000美元，而对于不同的条件，可能还需要多个实验，耗资更多，周期也长达数月以上，难于在工程设计中广泛采用。 另一方面，CFD具有成本低、速度快、资料完备且可模拟各种不同的工况等独特的优点，故其逐渐受到人们的青睐。由表1给出的四种室内空气分布预测方法的对比可见，就目前的三种理论预测室内空气分布的方法而言，CFD方法确实具有不可比拟的优点，且由于当前计算机技术的发展，CFD方法的计算周期和成本完全可以为工程应用所接受。尽管CFD方法还存在可靠性和对实际问题的可算性等问题，但这些问题已经逐步得到发展和解决。因此，CFD方法可应用于对室内空气分布情况进行模拟和预测，从而得到房间内速度、温度、湿度以及有害物浓度等物理量的详细分布情况。 进一步而言，对于室外空气流动以及其它设备内的流体流动的模拟预测，一般只有模型实验或CFD方法适用。表1的比较同样表明了CFD方法比模型实验的优越性。故此，CFD方法可作为解决暖通空调工程的流动和传热传质问题的强有力工具而推广应用。 表1四种暖通空调房间空气分布的预测方法比较 比较项目 1射流公式 2 ZONAL MODEL 3CFD 4模型实验 房间形状复杂程度简单较复杂基本不限基本不限 ?对经验参数的依赖性几乎完全很依赖一些不依赖

一维CFD模拟仿真设计

CFD simulation in Laval nozzle SIAE 090441313 Abstract We aim to simulate the quasi one dimension flow in the Laval nozzle based on CFD computation in this paper .We consider the change of the temperature ,the pressure ,the density and the speed of the flow to study the flow.The analytic solution of the flow in the Laval nozzle is provided when the input velocity is supersonic.We use the Mac-Cormack Explicit Difference Scheme to slove the question. Key words :Laval nozzle ,CFD,throat narrow. Contents Abstract .................................................. . (1) Introduction .............................................. .. (2) Simulation of one-dimensional steady flow (3)

Basis equations ................................................. (3) Dimensionless .......................................... . (10) Mac -Cormack Explicit Difference Scheme (11) Boundary conditions ................................................ (13) Reference .............................................. (13) Annex .................................................. .. (14) Introduction Laval nozzle is the most commonly used components of rocket engines and aero-engine, constituted by two tapered tube, one shrink tube, another expansion tube. Laval nozzle is an important part of the thrust chamber. The first half of the nozzle from large to small contraction to a narrow throat to the middle. Narrow throat and then expand

CFD仿真验证及有效性指南

CFD仿真验证及有效性指南 摘要 本文提出评估CFD建模和仿真可信性的指导方法。评估可信度的两个主要原则是：验证和有效。验证，即确定计算模拟是否准确表现概念模型的过程，但不要求仿真和现实世界相关联。有效，即确定计算模拟是否表现真实世界的过程。本文定义一些重要术语，讨论基本概念，并指定进行CFD仿真验证和有效的一般程序。本文目的在于提供验证和有效的重要问题和概念的基础，因为一些尚未解决的重要问题，本文不建议作为该领域的标准。希望该指南通过建立验证和有效的共同术语和方法，以助于CFD仿真的研究、发展和使用。这些术语和方法也可用于其他工程和科学学科。 前言 现在，使用计算机模拟流体的流动过程，用于设计，研究和工程系统的运行，并确定这些系统在不同工况下的性能。CFD模拟也用于提高对流体物理和化学性质的理解，如湍流和燃烧，有助于天气预报和海洋。虽然CFD模拟广泛用于工业、政府和学术界，但目前评估其可信度的方法还很少。这些指导原则基于以下概念，没有适用于所有CFD模拟的固定的可信度和精确度。模拟所需的精确度取决于模拟的目的。 建立可信度的两个主要原则是验证和有效（V&V）。这里定义，验证即确定模型能准确表现设计者概念模型的描述和模型解决方案的过程，有效即确定预期模型对现实世界表现的准确度的过程。该定义表明，V&V的定义还在变动，还没有一个明确的最终定义。通常完成或充分由实际问题决定，如预算限制和模型的预期用途。复合建模和计算模拟没有任何包括准确性的证明，如在数学分析方面的发展。V&V的定义也强调准确度的评价，一般在验证过程中，准确度以对简化模型问题的基准解决方法符合性确定；有效性时，准确度以对实验数据即现实的符合性确定。 通常，不确定性和误差可视为与建模和仿真准确度相关的正常损失。不确定性，即在任一建模过程中由于缺乏知识导致的潜在缺陷。知识缺乏通常是由对物理特性或参数的不完全了解造成的，如对涡轮叶片表面粗糙度分布的不充分描述。知识缺乏的另一个原因是物理过程的复杂性，如湍流燃烧。误差即在建模和

车流量仿真分析-Flotran CFD

2006年用户年会论文 基于ANSYS流体动力学的车流量仿真分析1 [刘长虹，郑杰,朱晓华，张海波，黄虎，陈力华] [上海工程技术大学汽车工程学院，上海，201600] [ 摘要 ] 将交通流比拟为管道流体模型并且利用有限元分析软件ANSYS中的FLOTRAN CFD流体分析模块对隧道口交通流进行比拟及仿真，得出相应交通流量模型和车辆流动模拟图。并对不同车速下 交叉道口的通行能力进行模拟，确定出最佳车速比。且对不同入口形状进行车流通畅度的 ANSYA软件比较模拟，通过模拟直观的展示出不同道路入口形状对车流和道路的影响。最后对 高峰路段路口设计提出有关建议。 [ 关键词]交通流，交通流模型，ANSYS，模拟 Simulating to Traffic Flux By the ANSYS Fluid Dynamic Analysis [Liu Changhong, Zheng Jie, Zhu Xiaohua, Zhang Haibo, Huang Hu, Chen Lihua] [Automobile College Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 201600] [Abstract ] Firstly, based on the fluid dynamic mechanics of channel, a traffic flow model is built. Secondly, the traffic flow model on cross road is simulated with the finite element method software (ANSYS). Then according to the calculating results, the simulating traffic ability at the entrance of the roadl in different speed and the different entrance figures are calculated directly. Finally, some suggestions of designing the heavy road are given. [ Keyword ] traffic flow, traffic flow simulation, ANSYS, Simulation. 1.前言 当前，社会经济的迅速发展与交通建设的相对滞后，已经构成非常突出的世界性矛盾，在发展中国家尤其突出。在我国许多大城市中，交通堵塞，事故频繁，成了众所周知的“都市顽症”。以上海市为例，上世纪九十年代的资料表明，在交通高峰期，市中心机动车平均车速不到15km/h，最低的车速仅仅为4km/h，即低于正常的步行速度。解决这个矛盾的一个重要办法是大力进行市政交通建设，实现交通的立体化，现代化。同时还要保证建设道路的合理性。交通流理论是解决这类方法的一种理论方法[1,2]，其中有根据流体动力学理 1上海市教委基金项目(041NE31)和上海市科委基金项目(04QMX1452)资助

CFD案例5-发动机仿真

ANSYS对航空工业解决方案（三）航空发动机仿真方案_2 发表时间：2008-10-23 作者: 安世亚太来源: 安世亚太 关键字: 航空航天 CAE 仿真解决方案 ANSYS 安世亚太 第三章航空发动机仿真方案航空发动机行业概况航空发动机研制中的典型CAE问题航空发动机结构力学计算需求及ANSYS实现航空发动机流体力学和温度场的计算需求及ANSYS实现航空发动机电磁场计算需求及ANSYS实现航空发动机耦合场计算需求及ANSYS实现航空发动机关键零部件的设计分析流程简要说明 4航空发动机流体力学和温度场的计算需求及ANSYS实现 航空燃气涡轮发动机内的流场很复杂，不仅动静流场同时存在，同时还伴有多相流、传热、燃烧等现象，即使从物理上进行很大的简化，模型最后仍然是三维、有粘、非定常的可压流动。航空发动机流场数值计算的发展经历了S2流面法、基于一元管道的流线曲率法、有限差分方法求解非正交曲线坐标系中的S1、S2流面基本方程、有限差分、有限体积和有限差分与流线曲率混合的方法对S1流面跨音速流场的计算，而现在由S1与S2流面相互迭代形成的准三元和全三元计算也发展起来了。现在的采用有限体积法求解NS方程全三维流场计算已经广泛采用，航空发动机的流场数值计算已趋于成熟，可以充分考虑旋转流动、转静干涉问题、多相流、燃烧、亚超跨音速等复杂现象。而且现在求解的规模也不断扩大，利用并行等成熟的CFD技术可以计算达几千万甚至上亿的计算网格。因此结果也更为真实有效。 ANSYSCFX凭借TASCFLOW在叶轮机旋转流动的传统优势，结合更为先进的网格处理技术和高效的求解器，更适合航空发动机流动的复杂性，求解问题的规模和计算精度大大提高，一直处于航空发动机流动模拟的最前沿。

CFD仿真技术在航空发动机中的应用

CFD仿真技术在航空发动机中的应用 摘要：随着科学技术的发展，航空航天和空间技术有了飞跃的发展，在这些飞 跃的发展技术中主要的技术就是CAE技术。航空工业可以说是CAE技术发展的摇篮，各种CAE技术正是在以航空工业为主的实际工业应用的推动下在不到半个世 纪时间里迅猛发展起来的。以ANSYS、LS-DYNA、Nastran、CFX、Fluent等为代表 的高端CAE软件早已活跃在全球航空工业中。 关键词：CFD仿真技术；航空发动机；应用 1 引言 目前国际知名企业的航空发动机研制周期从过去的10～15年缩短到6～8年 甚至4～5年，试验机也从过去的40～50台减少到10台左右。在发达国家的航 空企业里CAE已经作为产品研发设计与制造流程中不可逾越的一种强制性的工艺 规范加以实施，在生产实践作为必备工具普遍应用。 2、CFD技术国内外使用状况简介 CFD作为CAE技术的一种，已经越来越多的被国内外航空企业广泛的得以应用。第一个商用CFD软件包FLUENT，由与美国空军合作的流体技术服务公司Creare公司于1983年推出的。商业CFD软件的开发及应用，加速了航空工业的 发展，使得基于虚拟样机仿真的现代设计方法成为了可能。以波音公司航空研发 发展历史为例，不难发现，波音公司先后采用了经典的实验测试方法、半经验的 方法、空气动力学的计算、政府内部及企业的CFD代码及广泛的采用CFD商业代码。在波音公司2005年的软件应用报告中明确指明，在1998至2005年内，其 公司每年数值仿真成果的增加量都接近84%左右，采用CAE/CFD的速度超过了工 业的成长速度，CFD技术已经成为其设计的主要手段之一。另外从美国软件公司ANSYS公司的销售业绩报告上显示，航空工业上的应用产值是其公司的主要收益 来源之一。 CFD软件正以其强大的优势在研发中发挥的巨大的作用，例如在NISA的报告 中提到，原本需要7年完成的维吉尼亚级潜水艇的设计，通过CFD技术的应用， 5年就顺利完成；而预计需要11年完成的B-2轰炸机的飞行测试，则在短短的4 年内就通过了测试。 国内在CFD技术上的应用一般，特别是在航空发动方面的使用上，起步与国 外相比较晚，力度上也相差较多。 3、CFD技术的应用 目前在航空发动机的实际应用中是最广泛的一款CFD商业软件是ANSYS旗下 的商业软件FLUENT，其不仅容易使用，而且其准确性及行业的广泛性都是其它商业软件所不能比拟的。CFD软件的使用已经遍及了航空发动机的各个部分的研究，接下来本文通过对其它文献的分析逐一介绍CFD在航空发动机中的使用。 3.1 CFD技术在压缩机、涡轮方面的应用 气动稳定性的设计是当代航空发动机发展研制过程中的重要技术问题之一。 在航空发动机中，对气流最敏感的部件是风扇、压气机和涡轮。在以上3个部件中，CFD的主要应用集中在对压气机和涡轮效率分析上，多级压气机/涡轮最主要 的气动问题就是各级流动是否匹配，总的效率是否达到设计要求。在涡轮方面，CFD不仅可以计算涡轮效率，而且对涡轮叶片的冷却效果分析有着重要的应用。

传热模拟CFD 总结

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。本身可以生成有限元网格，前几天又发布了支持ICEM-CFD的插件ICEM-CFD CAA V5。有了它和ICEM-CFD，可以做任何建模与网格划分！ 2、UG： 软件本身不错，大公司用得也多，可是就这么打市场，早晚是走下坡路。按CAD建模的功能来说它排不上第一，也不能屈居第二，尤其是加上了I－DEAS更是如虎添翼。现在关键是看市场了。 3、Solidworks： Solidworks讲的是实用主义，中端CAD软件它功能最强，Solidedge功能是不比它差，但是Solidworks的合作伙伴可能是SE的十几倍，接口也比SE多很多，相比之下Solidworks是最佳选择。Autodesk Inventor也只能算是中端软件，目前说来，我是处于观望态度，看发展再决定。总之，Solidworks目前的发展如日中天，合作伙伴多如牛毛。用起来极其顺手。这里极力向大家推荐的是ICEM-CFD DCI FOR Solidworks！有了这个东西画个全机网格也很容易了。

基于CFD的内压式MBR污水处理过程的模拟与仿真

International Journal of Mechanics Research 力学研究, 2019, 8(2), 118-125 Published Online June 2019 in Hans. https://www.sodocs.net/doc/ef3072155.html,/journal/ijm https://https://www.sodocs.net/doc/ef3072155.html,/10.12677/ijm.2019.82014 Simulation and Simulation of Internal Pressure MBR Wastewater Treatment Process Based on CFD Xuefei Dai, Chunqing Li, Ming Ma School of Computer Science and Software Technology, Tianjin Polytechnic University, Tianjin Received: May 16th, 2019; accepted: Jun. 4th, 2019; published: Jun. 11th, 2019 Abstract MBR (membrane bioreactor) is an emerging high-efficiency water treatment technology in recent years. Its working principle is to use the membrane separation equipment to intercept the acti-vated sludge and macromolecular organic matter in the sewage. The essence of this process is solid-liquid separation. To study the wastewater treatment process of MBR, we simulated the process using CFD-related software. First, the membrane module portion of the internal pressure MBR is selected for modeling and meshing. Then, we use the Euler multiphase flow model to set the fluid in the membrane tube as water and suspended particles. The model was solved by FLUENT calculation, and it was found that after 500 iterations, the residual curve converges at about 17 times. Finally, the calculation results were imported into the post-processing software for visualization. It was observed that the pressure distribution and water flow direction of the membrane module were consistent with the actual situation. At the same time, the actual data of a sewage treatment plant was used for calculation and verification, which proved that the model is reliable and effective. Keywords CFD, MBR, Euler Multiphase Flow Model 基于CFD的内压式MBR污水处理过程的 模拟与仿真 戴雪飞，李春青，马明 天津工业大学计算机科学与软件学院，天津

CFD仿真

3.1气体泄漏扩散的模拟方法 目前在研究气体扩散领域应用较多的模拟方法主要有三种，即：物理模拟方法、数学模拟方法和CFD 数值模拟方法。当然在实际的模拟仿真过程中，经常是两种或是三种方法同时使用，以此来验证模拟的准确性。 3.1.1物理模拟方法 物理模拟是模拟的基础方法，[31]指在不同与实体的规模上将某一过程再现，并分析其物理特性和线性尺度对实体的影响，进而对所研究实体或过程进行直接实验。将实际地形物理按比例的缩小模型置于实验体(如风洞、水槽等)内，在满足基本相似条件(主要包括几何、运动、热力、动力和边界条件相似)的基础上，模拟真实过程的主要特征，如空气动力规律和扩散规律。 物理模型建立的理论基础是相似理论。进行进行物理模拟研究，必须解决如何设计和制作模型以及将模型实验的结论在实体上应用等问题。相似原理是研究、支配力学相似系统的性质及如何用模型实验解决实际问题的一门科学，是进行模型实验研究的依据。 根据相似理论，物理模型若能与原型保持相似，则由物理模型经过实验得到的规律，原型也同样适用。建立物理模型要遵循很多相似条件，如几何相似、运动相似、动力相似及热相似等。在建立模型时，由于所有相似条件不可能完全满足，所以针对研究的具体要求，要适当做出取舍，恰当选取相似参数是实现物理模拟的关键。物理模拟主要用于数值计算模式难于处理的复杂地形以及受到建筑物影响时的扩散研究。与现场实验相比，特别是复杂条件下的现场试验相比，物理模拟实验条件易控制、可重复，且可节省人力、物力，可进行较全面和规律性实验，是大气扩散研究的重要手段。 3.1.2数学模拟方法 数学模拟方法是解决简单扩散问题的常用方法，此方法是[31]通过用数学模型、在一定条件下来研究一个物理或化学过程，或通过模型描述一个复杂的物理或化学过程的某些特点。此种方法所借助的数学模型的方式没有固定限制，可以是一系列代数式或微分、积分方程，也可以简化为一个关系式。 其中常见的数学模型：高斯模型、箱及相似模型、浅层模型、Sutton 模型以及唯象模型。 3.1.3CFD 数值模拟方法 CFD 模拟是一种数值模拟方法，用此方法解决流体运动问题于数学方法的研究思路不同，此种方法对扩散的研究不必依赖偏微分方程的求解，在解决问题时，根据具体研究的要求，不是去求解析解，而是运用有限元的思想对具体问题建模，并通过相应的软件技术对模型进行模拟仿真计算，使对具体的流动过程的分析和研模拟。 采用这种数值模拟方法进行模拟有一定的程序。第一步，根据泄漏介质的特点和泄漏条件建立基本守恒方程，包括质量方程、动量方程、能量方程以及组分方程等；第二步，判断和选择初始和边界条件，对扩散中的各种场函数进行模拟，这些场主要有流场、温度场、浓度场等。第三步，对各种描述结果进行分析，完成模拟目的。[40]此种方法是在借助计算机的基础上完成的，模拟过程中不需要对