計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)被認(rèn)為是機(jī)械工程的一個(gè)重要分支，其重點(diǎn)是分析和解決有關(guān)流體流動(dòng)的問題。更簡(jiǎn)單地說，CFD是應(yīng)用物理數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)軟件來理解氣體和液體的流動(dòng)及其影響。為了達(dá)到這個(gè)目的，數(shù)值分析和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被用于執(zhí)行模擬所需的精確計(jì)算。在先進(jìn)的研究方案的背景下，超級(jí)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用在潛在的復(fù)雜情況的出現(xiàn)方面是非常需要的。納維-斯托克斯方程是CFD概念的基石，因?yàn)檫@些方程有助于揭示壓力、密度、溫度、速度等之間的關(guān)系。

這篇文章為大家?guī)砻绹?guó)機(jī)械工程流體動(dòng)力學(xué)課程輔導(dǎo)。

一、CFD的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)

在當(dāng)今時(shí)代，計(jì)算流體力學(xué)已被注意到應(yīng)用于從航天工程到體育等不同領(lǐng)域。CFD被廣泛接受是由于幾個(gè)因素的催化。CFD的這些優(yōu)點(diǎn)是：

CFD的新設(shè)計(jì)能夠減少成本和時(shí)間，這對(duì)用戶來說無疑是非常有利的。

通過CFD的模擬過程可以分析涉及非常困難和有風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)過程的問題，減少了實(shí)驗(yàn)過程中的危險(xiǎn)性。

CFD的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)是提供無限制的細(xì)節(jié)。

由于可能生成多個(gè)圖形，因此有可能感知結(jié)果的特征，這為產(chǎn)品提供了附加值。

二、計(jì)算流體力學(xué)缺點(diǎn)

在某些情況下，準(zhǔn)確性是毋庸置疑的，這往往使過程的責(zé)任受到質(zhì)疑。

CFD的一個(gè)主要缺點(diǎn)是存在幾個(gè)不完整的模型，經(jīng)常被用來解決復(fù)雜的情況，如湍流。

沒有經(jīng)過適當(dāng)?shù)腃FD技術(shù)培訓(xùn)的用戶，每次都可能認(rèn)為PC的輸出是真實(shí)的。

一個(gè)典型的CFD模擬的不同階段：為了進(jìn)行適當(dāng)?shù)腃FD模擬，提供實(shí)質(zhì)性的結(jié)果，必須遵循一個(gè)連續(xù)的程序來獲得有意義的結(jié)論。下面列出了這些步驟。

1.設(shè)定建模目標(biāo)：在開始模擬過程之前，有必要設(shè)定要通過該過程實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。由于弄清目標(biāo)、所需模型、邊界條件、研究領(lǐng)域等對(duì)確保仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性至關(guān)重要，因此，從這個(gè)角度來看，確定假設(shè)是非常關(guān)鍵的。

2.創(chuàng)建幾何模型：在確定了仿真過程所需的假設(shè)和簡(jiǎn)化后，開發(fā)適當(dāng)?shù)姆抡婺Ｐ褪欠浅Ｖ匾?。這個(gè)模型可以由CFD軟件包或CAD建模軟件形成，它定義了整個(gè)模擬過程的特定方法。

3.設(shè)置和創(chuàng)建網(wǎng)格：整個(gè)模擬過程的成功取決于將CAD模型轉(zhuǎn)化為小元素的準(zhǔn)確性。這是最重要的方面之一，應(yīng)該在處理幾何和流動(dòng)方面進(jìn)行大量考慮。整個(gè)網(wǎng)格必須根據(jù)高梯度區(qū)域的識(shí)別來完成。

4.定義解算器和物理學(xué)：一旦網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被正確創(chuàng)建，下一步就是根據(jù)問題的性質(zhì)來決定過程中需要的求解器形式。這進(jìn)一步?jīng)Q定了根據(jù)問題需要一個(gè)特定的物理模型。仿真的成功也會(huì)受到隨后的操作條件和邊界條件的選擇的影響。

5.解決方案的監(jiān)測(cè)和評(píng)估：監(jiān)測(cè)和評(píng)估解決方案應(yīng)該是下一個(gè)步驟，因?yàn)樘崛≈匾獢?shù)據(jù)和消除迭代有助于提高過程的準(zhǔn)確性，從而確定流動(dòng)模式、力量、流量質(zhì)量等。

6.模型的修改：CFD模擬過程的最后一步是審查物理模型和解算器在所提取的結(jié)果方面是否合適。這也有助于確定網(wǎng)格劃分和邊界條件的精確程度。

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