CFD 建模与仿真

什么是 CFD 建模与仿真？

计算流体力学 (CFD) 使用纳维-斯托克斯方程（包括五个偏微分方程）来模拟流体的流动。这些方程利用计算机资源在虚拟环境中对流体运动进行近似计算。CFD 仿真能够使用特定的模型来补充应用的物理属性，进而预测现实场景。CFD 建模和仿真结果通常使用实验或文献值进行验证。

CFD 建模和仿真适用于汽车、航空航天、制造业、电子、医疗保健和环境工程等领域。简而言之，所有涉及流体的应用都可以使用 CFD 工具进行建模和仿真。CFD 建模和仿真广泛使用的部分原因是出现了多学科的建模、分析和优化要求。

为什么 CFD 建模和仿真很重要？

CFD 建模和仿真从根本上改变了设计和制造过程。

CFD 仿真有以下优点：

1. 降低制造成本

CFD 仿真的一个重要应用领域是制造业。CFD 建模和仿真可以让您在实际制造之前全面了解设计模型在极端工作条件下的表现。

2. 避免昂贵的测试

在航空航天和许多其他领域，要通过风洞测试或试验来确定部件的性能。CFD 建模和仿真工具通过模拟计算机的设计，极大地简化了这一过程。无需实际制造部件，即可对多个迭代版本进行仿真。在获得符合客户要求和市场标准的最佳设计后，再开始投入制造。

3. 无需制造实物产品即可了解产品的运行状况

CFD 仿真也是一种很好的原型验证方法。借助 CFD 建模和仿真工具，您可以了解产品的性能假设是否有效。CFD 仿真结果以视觉方式呈现，有助于深入研究和分析不同的流体流动现象。

CFD 仿真是如何工作的？

CFD 仿真过程

CFD 仿真过程分为 5 步，简要概况如下：

导入 CAD 几何模型

每个 CFD 仿真过程都涉及到将几何模型导入 CFD 软件。该几何模型通常是在参数化的 3D CAD 程序中设计的装配体 (assembly)。导入后，它就构成了 CFD 建模和仿真工作的基础。

设置计算域

下一步是在CFD 仿真软件中设置流动属性。在这一步，由用户提供密度、热导率和粘度等属性输入——流体属性越精确，CFD 建模效果就越好。

创建边界条件

下一步是定义边界条件。这些边界条件通常需要描述模型入口和出口处的流体流动。

分析

在分析阶段，CFD 建模和仿真工具根据设定的参数来求解偏微分方程。CFD 仿真的速度取决于使用的计算机资源。如今，有了并行和云计算解决方案，完成一项 CFD 仿真所需的时间已经从几天缩短到了几个小时。

根据结果优化设计模型

完成仿真后，数据会流经各种后处理程序，根据用户的偏好，以可视化的云图、流线或迹线来呈现流体流动结果。基于这些信息，部件得到优化以匹配设计目标。

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