非流體力學(xué)專業(yè)如何快速掌握CFD？

1、有一定CFD基礎(chǔ)入門如果之前學(xué)過(guò)流體力學(xué)、傳熱學(xué)、計(jì)算方法等課程，入門CFD是比較容易的，只需要復(fù)習(xí)一下三部分內(nèi)容即可具備入門的基礎(chǔ)知識(shí)。

第一、流體力學(xué)中關(guān)于流體動(dòng)力學(xué)部分關(guān)于雷諾輸運(yùn)定理、N-S方程、雷諾數(shù)、邊界層理論等部分。

第二、傳熱學(xué)中用數(shù)值方法求解熱傳導(dǎo)問(wèn)題、理解一下對(duì)流換熱的理論方程部分。

第三、計(jì)算方法中關(guān)于離散和迭代的一些內(nèi)容。

2、沒(méi)有CFD基礎(chǔ)的入門如果沒(méi)有學(xué)過(guò)流體力學(xué)等課程，第一步建議梳理流體力學(xué)基本的知識(shí)和一些模型思想。

① 連續(xù)介質(zhì)模型：也就是流體是連續(xù)的，很小體積的流體內(nèi)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(gè)屬性，能影響流動(dòng)的樣子等，雷諾數(shù)就是與粘性很相關(guān)的一個(gè)數(shù)。（無(wú)量綱數(shù)是CFD中很重要的概念，應(yīng)用不同模型一定要考慮適用無(wú)量綱數(shù)的范圍。）

③ 流體密度是否改變、是否可壓取決于具體物理?xiàng)l件，不一定所有問(wèn)題都需要考慮。

④ 壓強(qiáng)、流速、溫度是整個(gè)流動(dòng)過(guò)程中非常重要的三個(gè)物理量，心里面一定要時(shí)時(shí)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(chǔ)上建立的質(zhì)量守恒方程、動(dòng)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(shí)間CV內(nèi)流體質(zhì)量的增加+ 凈流出CV的流體質(zhì)量流量 = 0

⑥ 了解一下常見(jiàn)的無(wú)量綱數(shù)，比如雷諾數(shù)（Re）、馬赫數(shù)（Ma），了解一下自己研究課題中常用的無(wú)量綱數(shù)比如St、We等，了解物理意義。

⑦ 了解熱傳遞過(guò)程的基本方式是熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射。

⑧ 解決一個(gè)物理問(wèn)題需要確定研究問(wèn)題的物理區(qū)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(wǎng)格離散和方程離散的原理。

三、非流體力學(xué)專業(yè)CFD入門軟件

學(xué)習(xí)掌握了上面的9個(gè)基礎(chǔ)問(wèn)題之后，基本上就可開(kāi)始嘗試學(xué)習(xí)CFD了。CFD可以是自己編程，離散問(wèn)題，求解方程，如可以嘗試求解二維熱傳導(dǎo)問(wèn)題，頂蓋驅(qū)動(dòng)流等問(wèn)題，也可以用一些商業(yè)軟件如Fluent等。 此時(shí)，最好先構(gòu)建宏觀的求解思路——算啥、咋算、啥結(jié)果。就是閉著眼睛能不能想清楚自己要模擬一個(gè)什么問(wèn)題，幾何模型是怎么樣的，各個(gè)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(yù)期的速度分布、壓強(qiáng)分布和溫度分布是怎樣的（也就是“啥結(jié)果”），能想清楚這個(gè)就非常好了。 然后按照教程做幾個(gè)case，培養(yǎng)一下感覺(jué)，每次做完一個(gè)case就閉著眼睛回顧這個(gè)case的設(shè)置過(guò)程，大約10個(gè)小時(shí)的訓(xùn)練就可以了。 或者找一本教程書(shū)，先看目錄，然后閉著眼睛回憶他目錄的構(gòu)成，然后看內(nèi)容，每看一章就回顧這個(gè)章節(jié)和前面的關(guān)系。一本書(shū)看完，大概就能入門。另外一個(gè)課題是關(guān)于提問(wèn)，在提問(wèn)之前，一定要明確自己的問(wèn)題是什么，要能清楚的說(shuō)出來(lái)自己的問(wèn)題。糊涂的問(wèn)題是沒(méi)有答案的，也是最浪費(fèi)時(shí)間和精力的。

四、CFD入門之Fluent學(xué)習(xí)方法

相聲是一門藝術(shù)，有四門基本功課：說(shuō) 學(xué) 逗 唱，CFD也是如此。CFD也是一門藝術(shù)，他也有四門功課：畫(huà)網(wǎng)格，選模型，調(diào)參數(shù)，后處理。下面我以Fluent為例，用隱喻的方法介紹一下fluent這個(gè)軟件，用大家熟悉的Excel做一些類比，有些地方略有牽強(qiáng)附會(huì)，請(qǐng)見(jiàn)諒。1、 Fluent是什么？Fluent是一個(gè)計(jì)算流體軟件，就像Microsoft Excel 是個(gè)處理表格的軟件一樣。Fluent 6.3就像 Excel 2003。Fluent 20.0就像 Excel 2019，F(xiàn)luent可以做流體計(jì)算，就像excel可以做數(shù)據(jù)計(jì)算一樣。2、Fluent與Ansys 的關(guān)系？他們就像Microsoft Excel 和 Microsoft Office 的關(guān)系，F(xiàn)luent是Ansys 的一個(gè)套件，就像Excel 是 Office的一個(gè)套件。3、關(guān)于Fluent，有哪些東西必須知道就像使用Excel數(shù)據(jù)處理一樣：

第一、Excel需要輸入數(shù)據(jù)，按照表格輸入數(shù)據(jù)，同理Fluent 需要知道計(jì)算區(qū)域的大小尺寸，需要輸入網(wǎng)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?jǐn)?shù)還是學(xué)號(hào)，同理Fluent 需要知道每一個(gè)邊界的條件，是進(jìn)口還是出口，是絕熱還是恒熱流。

第三、Excel 需要知道處理數(shù)據(jù)的方式，是看平均數(shù)還是方差標(biāo)準(zhǔn)差，同理Fluent需要設(shè)置計(jì)算模型和數(shù)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(huà)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(shí)儲(chǔ)備

Excel需要基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)處理知識(shí)，例如平均數(shù)和方差，同理Fluent 需要知道基礎(chǔ)的流體知識(shí)和數(shù)值計(jì)算知識(shí)，比如雷諾數(shù)和離散格式。 但是你不知道平均數(shù)和方差并不會(huì)影響你操作excel，就像你不知道雷諾數(shù)并不影響你操作Fluent，但是你最好知道一點(diǎn)基礎(chǔ)。

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(shù)據(jù)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(xué)習(xí)呢？就像Excel 一樣：

第一、獲取原始數(shù)據(jù)，excel可以從別人電腦上拷貝，也可以通過(guò)txt 軟件導(dǎo)入，也可以通過(guò)word 輸入，復(fù)制粘貼進(jìn)入excel，也可以從網(wǎng)絡(luò)上下載，當(dāng)然也可以自己手動(dòng)輸入。 而Fluent需要網(wǎng)格文件，可以通過(guò)Gambit 軟件生成，可以通過(guò)ICEM 軟件生成，也可以通過(guò)ANSYS Meshing 生成，也可以通過(guò)其他軟件生成。 你需要學(xué)習(xí)劃分網(wǎng)格，推薦Meshing，（ICEM對(duì)新手不友好，Gambit界面也不大友好，不推薦）可以看網(wǎng)絡(luò)上的操作教程。

第二、數(shù)據(jù)計(jì)算，excel 可以計(jì)算方差、平均值、方差以及各種函數(shù)值 而Fluent 需要設(shè)置計(jì)算條件和計(jì)算格式：你需要知道模型是瞬態(tài)還是穩(wěn)態(tài)，各個(gè)邊界是怎樣的，計(jì)算中各個(gè)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(shuō)。 你不需要知道所有的條件的意義和計(jì)算格式的意義，就像你不需要知道excel中所有函數(shù)的意義和VBA的函數(shù)的意義，你只需要知道和自己相關(guān)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(gè)點(diǎn)的速度值，也可以輸出速度分布。 excel中的數(shù)據(jù)可以通過(guò)origin或者igor 作圖，而Fluent中的數(shù)據(jù)可以通過(guò)cfd-pos處理。你需要學(xué)習(xí)如何畫(huà)圖，或者學(xué)習(xí)另外一個(gè)軟件。 最后，最快的方法就是按照教程做10個(gè)case，基本上10個(gè)小時(shí)就能入門了。重點(diǎn)是大概知道每個(gè)參數(shù)是怎么選的，參數(shù)選擇方法可以看理論手冊(cè)，有些書(shū)上也會(huì)有大概的講解，當(dāng)然也可以聽(tīng)一些培訓(xùn)課程。

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