CFD，英語全稱(Computational Fluid Dynamics），即計算流體動力學,是流體力學的一個分支，簡稱CFD。CFD是近代流體力學，數(shù)值數(shù)學和計算機科學結(jié)合的產(chǎn)物，是一門具有強大生命力的交叉科學。它以電子計算機為工具，應(yīng)用各種離散化的數(shù)學方法，對流體力學的各類問題進行數(shù)值實驗、計算機模擬和分析研究，以解決各種實際問題。CFD是有限元分析領(lǐng)域的流體領(lǐng)域。

今天，給大家分享的是一些做CFD的共通原則：

?1、算算雷諾數(shù)Re，看看是不是湍流，是completeturbulence還是transientturbulence（查Moodydiagram）。

?2、根據(jù)Re，計算Kolmogorowmicroscales。

?3 根據(jù)Kolmogorowmicroscales,計算turbulentdissipationrate(epsilon)。

?4、計算turbulentkineticenergyk，你可以假設(shè)一個turbulentintensity，比如1-5%對于管道流體，安靜的流體1%，2-3%中等，5%劇烈的湍流。這個需要有點經(jīng)驗數(shù)據(jù)。

?5、估計實際流體的邊界層厚度量級，可以用平板公式。如果你的流體是completeturbulence并且你不關(guān)心drag/liftforce，也不關(guān)心近管壁處的流體，那么可以不用邊界層，同時在管壁上采用可滑動邊界條件。

?不過一定要注意，這時你的解只在遠離管壁的區(qū)域準確。如果是LES求解，則最好加上邊界層。如果是動態(tài)問題，比如vortexshedding，如果沒有邊界層有時shedding不會發(fā)生。

?6、如果采用velocityinlet或pressureinlet，需要裂紋前留足夠的長度，以便流體達到fullydevelopment。建議20Dh以上，如果困難，可以在velocityinlet指定velocityprofile，同時縮短上游距離。最起碼也要留夠5Dh。

?7、裂紋后也需要留足夠長度。具體多長不好說，需要試算。只要出口流體接近均一就可。

?8、出口可以采用pressureoutlet或者outlfow，具體用哪個需要看出口的物理意義。入口的turbulencelevel可以采用上面計算的值。

?9 如果出口入口都是fullydevelopedflow，也可以采用periodicboundaryconditions。然后設(shè)置massflowrate。這樣上游就不用保留很長距離了。

?10、初始化的時候，流速采用平均流速，turbulencelevel采用上面計算的值。

?11、裂紋有沒有空氣進入？混合氣體我沒做過，沒有經(jīng)驗，不瞎指揮。

?12、求解器，開始可以用k-e求穩(wěn)態(tài)解。然后再轉(zhuǎn)為瞬態(tài)解。

?13、瞬態(tài)解可以用k-e，也可以用LES或者DES。k-e是準動態(tài)（quasi-steadystate），LES是真實的瞬態(tài)。如果只關(guān)心流體的統(tǒng)計指標，比如turbulentintensity，或者變化較慢的指標，k-e就可以。如果關(guān)心瞬時動態(tài)指標，比如局部區(qū)域快速變化的流速，壓力，dragforce等，最好用LES或者DES。

?14、如果采用k-esteadystate，采用默認的殘差就可以。算到收留為止。如果500步不收斂，說明可能有問題。如果5000步不收斂，說明肯定有問題。至少模型不夠好。

?15、前面網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)格，定義邊界層的時候一定要保證邊界層網(wǎng)格總厚度超過實際邊界層厚度，否則算出來的結(jié)果好看不好用，邊界層邊緣處的turbulentintensity將會大大超過合理值。邊界層網(wǎng)格的第一層，厚度要合適，需要滿足一定的y+值。

如果用k-e算法+standardwallfucntion，y+=30；如果采用k-e算法+enchancedwallfucntion，y+=4~5；如果采用LES，y+=1。y+得值在求解前只能估計數(shù)量級，準確值需要求解后才能知道，所以試運算是必需的。

?網(wǎng)格劃分可以采用hex，wedge，ansys有一種六邊形網(wǎng)格，據(jù)說很好，不過我沒用過，不知情。據(jù)說ansys的網(wǎng)格生成器比gambit強。如果網(wǎng)格不好劃分，應(yīng)當把結(jié)構(gòu)切成許多小塊，分塊劃分。

?16、松弛因子先用初始值，如果收斂有問題再調(diào)整。如果你初始化合理，一般沒有問題。

?17、比熱在材料屬性里。導(dǎo)電系數(shù)沒用過，不知道。

?18、總的來說就是需要設(shè)置好多東西才能算，如果上面的工作你都做了，還是不能算，那也是可以理解的。

再補充兩點：

?a、需要考慮流體是不可壓縮還是可壓縮。如果不關(guān)心聲波傳導(dǎo)，任何一處的流速遠遠低于聲速，沒有shockwave，不考慮熱交換，則可以看作不可壓縮。不可壓縮流體可用基于壓力的求解器?？蓧嚎s流體可以采用基于密度的求解器。

?b、瞬態(tài)求解器的時間步長設(shè)定根求解器和你所關(guān)心的現(xiàn)象有關(guān)。如果是k-e，則只要保證步長小于所關(guān)心的最高頻率的周期的1/2，當然最好是1/10，否則可能會有aliasing問題。如果是LES，還需要考慮收斂問題。步長太大不收斂。可用步長應(yīng)該接近Kolmogorowmicroscales給出的時間量。