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1、CFD介紹與ANSYS軟件的使用中國汽車技術(shù)研究中心上海研發(fā)中心2012.07.10目錄1.CFD基本概念2.ANSYS使用方法3.UDF與實例4.電池系統(tǒng)模擬的流程及難點CFD基本概念CFD是計算流體動力學(xué)（Computationalfluiddynamics）的縮寫，是預(yù)測流體流動、傳熱、化學(xué)反應(yīng)及其他相關(guān)物理現(xiàn)象的一門學(xué)科。CFD一般要通過以下控制方程組來求解運行對象：–質(zhì)量守恒方程（參加反應(yīng)前各物質(zhì)的質(zhì)量總和等于反應(yīng)后生成各物質(zhì)的質(zhì)量總和）–動量守恒方程（那威－斯托克斯方程（Navier-Stokesequations））–能量守恒方程（能量可
2、以在物體間傳遞，能量形式可以互相轉(zhuǎn)換，但能量永遠不會消失）CFD求解器是基于有限體積法–計算域離散化為一系列控制體積–在這些控制體上求解質(zhì)量、動量、能量、組分等的通用守恒方程。CFD如何工作CFD模擬的流程1.確定模擬的目的2.確定計算域3.創(chuàng)建代表計算域的幾何實體4.設(shè)計并劃分網(wǎng)格5.設(shè)置物理問題（物理模型、材料屬性、域?qū)傩浴⑦吔鐥l件…）6.定義求解器（數(shù)值格式、收斂控制…）7.求解并監(jiān)控8.查看計算結(jié)果9.修訂模型網(wǎng)格是求解的最基本的單元，網(wǎng)格質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到求解的結(jié)果及準確性。結(jié)構(gòu)網(wǎng)格均勻的四邊形或六面體非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格三角形或四面體混合網(wǎng)格二者兼
3、之網(wǎng)格的基本概念網(wǎng)格的基本概念網(wǎng)格文件中存儲了所有的網(wǎng)格信息。–節(jié)點坐標–連接關(guān)系–域的定義和幾何定義類似，網(wǎng)格定義如下：–Node–Edge–Face–Cell–Zone軟件的啟動啟動ANSYS/Workbench在工具欄中拖動FluidFlow(FLUENT)到項目欄ANSYS軟件的使用讀入幾何體，網(wǎng)格劃分右鍵ImportGeometry讀入幾何文件(CAD模型)右鍵點擊Meshcell然后選擇Edit.–Meshing工具打開，并讀入幾何選擇Mesh–因為網(wǎng)格是從FLUENT中打開的，所以默認優(yōu)先選擇的是FLUENT.網(wǎng)格檢查及命名網(wǎng)格畸變度Sk
4、ewness不大于0.95Skewness的含義？使用Namedselections定義邊界–選擇你想指定名字的面–右鍵選擇點擊CreateNamedSelection.–鍵入名字然后點擊OK.Fluent設(shè)置整體界面處理器的選擇FLUENT中的并行計算用來運行多個處理器，以減少計算時間–對大規(guī)模網(wǎng)格或者復(fù)雜物理問題尤其有效–FLUENT是全并行的，能在大多數(shù)硬件和軟件平臺上運行，多核機器上并行FLUENT可以使用命令啟動，也可以在啟動面板中選擇；–例如，啟動一個n-CPU并行進程，用下面的命令fluent3d–tn尺寸的縮放FLUENT材料庫所選擇的
5、物理模型決定了哪些材料可用，以及必須設(shè)定這些材料的哪些屬性。材料屬性可以直接設(shè)定為溫度、壓力的函數(shù)也可以用UDF設(shè)定。定義邊界條件要確定一個有唯一解的物理問題，必須指定邊界上的流場變量；–指定進入流體域的質(zhì)量流量、動量、能量等定義邊界條件包括:–確定邊界位置–提供邊界上的信息邊界條件類型和所采用的物理模型決定了邊界上需要的數(shù)據(jù)你需要注意邊界上的流體變量應(yīng)該是已知的或可以合理預(yù)估的–不好的邊界條件對計算結(jié)果影響很大求解器設(shè)置求解參數(shù)–選擇求解器–離散格式初始條件收斂–監(jiān)測收斂過程–穩(wěn)定性設(shè)置松弛因子設(shè)置Courantnumber計算收斂時應(yīng)該滿足:–所有
6、離散的守恒方程（動量、能量等）在所有的單元中滿足指定的誤差或者結(jié)果隨計算不再改變–全局的質(zhì)量、動量、能量和標量達到平衡使用殘差歷史曲線來監(jiān)測收斂：–殘差下降10e-3表示初步收斂，流場的主要特征已經(jīng)形成。–能量殘差應(yīng)下降到10e-6監(jiān)測定量的收斂:–監(jiān)測其他關(guān)鍵的物理量收斂性對于無法收斂的模型，應(yīng)修改網(wǎng)格質(zhì)量和邊界條件收斂性特征如下圖所示。UDF什么是UDF?–UDF是用戶自己用C語言寫的一個函數(shù)–標準的界面不能編程模擬所有需求:–定制邊界條件，源項，反應(yīng)速率，材料屬性等–定制物理模型–用戶提供的模型方程–執(zhí)行和需求函數(shù)標準C函數(shù)三角函數(shù)，指數(shù)，控制塊
7、，Do循環(huán)，文件讀入/輸出等預(yù)定義宏(SOURCE、RP)允許獲得流場變量，材料屬性，單元幾何信息及其他用戶函數(shù)可以在運行時讀入并解釋，也可以編譯形成共享庫文件并和FLUENT鏈接解釋vs.編譯–解釋（interpret）解釋器是占用內(nèi)存的一個大型程序;通過逐行即時執(zhí)行代碼;優(yōu)勢–不需要第三方編譯器劣勢–解釋過程慢，且占用內(nèi)存–編譯(compile)UDF代碼一次轉(zhuǎn)換為機器語言運行效率高;創(chuàng)建共享庫，和其他求解器鏈接克服解釋器的缺陷需要安裝C語言編輯器（Turboc，VS2010等）編譯與解釋Udf常用的宏命令DEFINE_INIT(name,doma
8、in);UDFusedtoinitializefieldvariablesDEFINE_RW_
