ANSYS CFD之内功修煉
學習CFD至今已經有些年頭了,從接觸CFD開始,一直都是渾渾噩噩的學者,卻從未想過去總結歸納。
但是我發現很多人其實并不明白什麼是CFD,他們想當然的以為CFD就是Fluent、CFX、Star-CD之類的軟件。這從一開始就走入了誤區,導緻他們将巨量的時間都耗費在這些軟件的學習上。到最後,碰到實際問題依然茫然不知所措,依舊不知道采用CFD的目的。很多時候我們根本就不曾考慮到這些,不管你會不會流體,不管你的力學數學背景有沒有,軟件總能給予人們漂亮的結果,至于計算結果的合理性及有效性則很少有人去深究。
FLUENT
CFX
Star-CD
上面提到很多人不知道CFD的真正内涵,其實我自己也不是非常的明白,但是至少我明白了CFD與CFD軟件之間的區别。CFD是計算流體動力學的英文簡稱,C是計算computational的第一個字母,F為fluid的首字母,D則為dynamic的首字母。我們将這三個字母拿出來逐個分析,則會對CFD的理解更深一些。
C 首先是computational,英文意思為“計算的”。從這個詞我們第一反應就是數值計算。恩,就是數值計算。那麼數值計算涉及哪些内容呢?最基本的就是算法了,當然還得包含算法的穩定性、收斂性及誤差分析等内容。這些研究内容都被深深地藏在CFD軟件中,用戶很少能進行幹涉。
F 然後是fluid,這個詞直譯為“流體”,也可以翻譯為流動。試問有多少人能夠準确的說出流體的概念。經常有人在群裡問我,某某固體顆粒應當定義為流體還是定義為固體。我都不知道該如何去回答。其實流體是一個相對于空間尺度來講的概念。常見的流體有氣體和液體。但是氣體和液體是不是一定是流體呢,也不一定。在一個非常小的空間尺度,比如說分子水平,我們當然不能将氣體或液體分子當作流體。還有就是濃度,在濃度非常稀薄的區域,我們也不能将其當作流體。固體呢,在一些場合我們是可以當作流體的,比如說粉塵,比如說泥石流中的石塊,都可以當作流體。CFD是研究流體的,所以,是不可能包含固體壁面的變形計算的,涉及到固體的CFD能做的大概也就是熱傳導了。
D 再說dynamic,英文意思為“動态的,動力的”。這個就有點意思了,CFD計算的是運動的流體或者說是流體的運動。靜止的是沒有辦法計算的。當然現在的一些CFD軟件也包含了靜止流體的計算。那就不屬于CFD的研究範圍了。
好了,談完了CFD的定義,現在該談一下CFD到底該如何去學習。
CFD的學習至少應該包含以下幾個内容:
(1)數值計算方法。這個在工科研究生階段基本上都是必修課。其中的差分、插值、線性方程組求解、誤差分析等概念都非常的重要。
(2)流體力學。這個是基礎中的基礎,直接影響到數值模型的建立以及計算結果的準确解讀。很多人沒學過流體力學,讀了本計算流體力學的書,看過幾篇CFD軟件使用說明就到處和别人吹噓,什麼湍流模型啊,什麼動網格啊,什麼y 的。
(3)計算流體力學。這門學科其實就是上面兩個的綜合,并不是必須要學習的,但是學了一定會有收獲的。
等将上面三方面的内容都學好了,CFD軟件的使用也就是小case了。隻有具有深厚的内功,使用起任何工具都将是信手拈來,到時候你遇到各種不同的工程問題,你會發現,這些問題,so easy!
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