1、有一定CFD基礎入門如果之前學過流體力學、傳熱學、計算方法等課程,入門CFD是比較容易的,只需要復習一下三部分內容即可具備入門的基礎知識。
第一、流體力學中關于流體動力學部分關于雷諾輸運定理、N-S方程、雷諾數、邊界層理論等部分。
第二、傳熱學中用數值方法求解熱傳導問題、理解一下對流換熱的理論方程部分。
第三、計算方法中關于離散和迭代的一些內容。
2、沒有CFD基礎的入門如果沒有學過流體力學等課程,第一步建議梳理流體力學基本的知識和一些模型思想。
① 連續介質模型:也就是流體是連續的,很小體積的流體內部是均勻的(即一般不考慮分子、原子之間的作用,不適用于激波、稀薄氣體)。
② 流體具有粘性——粘性是流體非常重要的一個屬性,能影響流動的樣子等,雷諾數就是與粘性很相關的一個數。(無量綱數是CFD中很重要的概念,應用不同模型一定要考慮適用無量綱數的范圍。)
③ 流體密度是否改變、是否可壓取決于具體物理條件,不一定所有問題都需要考慮。
④ 壓強、流速、溫度是整個流動過程中非常重要的三個物理量,心里面一定要時時刻刻記著這些量。
⑤ 了解一下控制體的概念(control volume,CV,即下圖),以及在控制體基礎上建立的質量守恒方程、動量方程、能量守恒方程。初期不需要背方程,只需要理解即可。如:
單位時間CV內流體質量的增加+ 凈流出CV的流體質量流量 = 0
⑥ 了解一下常見的無量綱數,比如雷諾數(Re)、馬赫數(Ma),了解一下自己研究課題中常用的無量綱數比如St、We等,了解物理意義。
⑦ 了解熱傳遞過程的基本方式是熱傳導、熱對流和熱輻射。
⑧ 解決一個物理問題需要確定研究問題的物理區域(也就是多大),初始條件是怎樣的,邊界上都是怎樣的。
⑨ 理解一下網格離散和方程離散的原理。
三、非流體力學專業CFD入門軟件
學習掌握了上面的9個基礎問題之后,基本上就可開始嘗試學習CFD了。CFD可以是自己編程,離散問題,求解方程,如可以嘗試求解二維熱傳導問題,頂蓋驅動流等問題,也可以用一些商業軟件如Fluent等。 此時,最好先構建宏觀的求解思路——算啥、咋算、啥結果。就是閉著眼睛能不能想清楚自己要模擬一個什么問題,幾何模型是怎么樣的,各個邊界都啥條件,初始條件是啥,(也就是“算啥”)大概涉及到哪些模型(也就是“咋算”),預期的速度分布、壓強分布和溫度分布是怎樣的(也就是“啥結果”),能想清楚這個就非常好了。 然后按照教程做幾個case,培養一下感覺,每次做完一個case就閉著眼睛回顧這個case的設置過程,大約10個小時的訓練就可以了。 或者找一本教程書,先看目錄,然后閉著眼睛回憶他目錄的構成,然后看內容,每看一章就回顧這個章節和前面的關系。一本書看完,大概就能入門。另外一個課題是關于提問,在提問之前,一定要明確自己的問題是什么,要能清楚的說出來自己的問題。糊涂的問題是沒有答案的,也是最浪費時間和精力的。
四、CFD入門之Fluent學習方法
相聲是一門藝術,有四門基本功課:說 學 逗 唱,CFD也是如此。CFD也是一門藝術,他也有四門功課:畫網格,選模型,調參數,后處理。下面我以Fluent為例,用隱喻的方法介紹一下fluent這個軟件,用大家熟悉的Excel做一些類比,有些地方略有牽強附會,請見諒。1、 Fluent是什么?Fluent是一個計算流體軟件,就像Microsoft Excel 是個處理表格的軟件一樣。Fluent 6.3就像 Excel 2003。Fluent 20.0就像 Excel 2019,Fluent可以做流體計算,就像excel可以做數據計算一樣。2、Fluent與Ansys 的關系?他們就像Microsoft Excel 和 Microsoft Office 的關系,Fluent是Ansys 的一個套件,就像Excel 是 Office的一個套件。3、關于Fluent,有哪些東西必須知道就像使用Excel數據處理一樣:
第一、Excel需要輸入數據,按照表格輸入數據,同理Fluent 需要知道計算區域的大小尺寸,需要輸入網格。
第二、Excel 需要知道每一行每一列的意義,是金額還是日期,是分數還是學號,同理Fluent 需要知道每一個邊界的條件,是進口還是出口,是絕熱還是恒熱流。
第三、Excel 需要知道處理數據的方式,是看平均數還是方差標準差,同理Fluent需要設置計算模型和數值方法,是DPM還是VOF,是一階還是二階
第四、Excel 需要知道最后是擬合公式還是畫出圖像,同理Fluent 需要知道最后看流速分布還是溫度分布
4、Fluent 入門需要哪些知識儲備
Excel需要基礎的數據處理知識,例如平均數和方差,同理Fluent 需要知道基礎的流體知識和數值計算知識,比如雷諾數和離散格式。 但是你不知道平均數和方差并不會影響你操作excel,就像你不知道雷諾數并不影響你操作Fluent,但是你最好知道一點基礎。
5、Fluent 使用熟練是怎樣的呢?還是和Excel 一樣,Excel 高手可以熟練使用宏和VBA編程,數據透視,同理 Fluent高手可以熟練使用udf以及自己的模型。
6、如何學習呢?就像Excel 一樣:
第一、獲取原始數據,excel可以從別人電腦上拷貝,也可以通過txt 軟件導入,也可以通過word 輸入,復制粘貼進入excel,也可以從網絡上下載,當然也可以自己手動輸入。 而Fluent需要網格文件,可以通過Gambit 軟件生成,可以通過ICEM 軟件生成,也可以通過ANSYS Meshing 生成,也可以通過其他軟件生成。 你需要學習劃分網格,推薦Meshing,(ICEM對新手不友好,Gambit界面也不大友好,不推薦)可以看網絡上的操作教程。
第二、數據計算,excel 可以計算方差、平均值、方差以及各種函數值 而Fluent 需要設置計算條件和計算格式:你需要知道模型是瞬態還是穩態,各個邊界是怎樣的,計算中各個方程采用什么格式。如果不知道怎么改的話,什么都不要改,以后再說。 你不需要知道所有的條件的意義和計算格式的意義,就像你不需要知道excel中所有函數的意義和VBA的函數的意義,你只需要知道和自己相關的即可。
第三、后處理,excel可以擬合公式,也可以輸出圖表格,而fluent 可以輸出各個點的速度值,也可以輸出速度分布。 excel中的數據可以通過origin或者igor 作圖,而Fluent中的數據可以通過cfd-pos處理。你需要學習如何畫圖,或者學習另外一個軟件。 最后,最快的方法就是按照教程做10個case,基本上10個小時就能入門了。重點是大概知道每個參數是怎么選的,參數選擇方法可以看理論手冊,有些書上也會有大概的講解,當然也可以聽一些培訓課程。
責任編輯:lq6
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原文標題:未名的少年:非流體力學專業如何快速入門CFD有限元分析
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