CFD建模與仿真

什么是 CFD 建模與仿真

計(jì)算流體力學(xué)（CFD）使用納維-斯托克斯方程（包括五個(gè)偏微分方程）來模擬流體的流動(dòng)。這些方程利用計(jì)算機(jī)資源在虛擬環(huán)境中對(duì)流體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行近似計(jì)算。CFD 仿真能夠使用特定的模型來補(bǔ)充應(yīng)用的物理屬性，進(jìn)而預(yù)測(cè)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景。CFD 建模和仿真結(jié)果通常使用實(shí)驗(yàn)或文獻(xiàn)值進(jìn)行驗(yàn)證。

CFD 建模和仿真適用于汽車、航空航天、制造業(yè)、電子、醫(yī)療保健和環(huán)境工程等領(lǐng)域。簡(jiǎn)而言之，所有涉及流體的應(yīng)用都可以使用 CFD 工具進(jìn)行建模和仿真。CFD 建模和仿真廣泛使用的部分原因是出現(xiàn)了多學(xué)科的建模、分析和優(yōu)化要求。

為什么 CFD 建模和仿真很重要

CFD 建模和仿真從根本上改變了設(shè)計(jì)和制造過程。CFD 仿真有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.降低制造成本

CFD 仿真的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域是制造業(yè)。CFD 建模和仿真可以讓您在實(shí)際制造之前全面了解設(shè)計(jì)模型在極端工作條件下的表現(xiàn)。

2.避免昂貴的測(cè)試

在航空航天和許多其他領(lǐng)域，要通過風(fēng)洞測(cè)試或試驗(yàn)來確定部件的性能。CFD 建模和仿真工具通過模擬計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)，極大地簡(jiǎn)化了這一過程。無需實(shí)際制造部件，即可對(duì)多個(gè)迭代版本進(jìn)行仿真。在獲得符合客戶要求和市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)的最佳設(shè)計(jì)后，再開始投入制造。

3.無需制造實(shí)物產(chǎn)品即可了解產(chǎn)品的運(yùn)行狀況

CFD 仿真也是一種很好的原型驗(yàn)證方法。借助 CFD 建模和仿真工具，您可以了解產(chǎn)品的性能假設(shè)是否有效。CFD 仿真結(jié)果以視覺方式呈現(xiàn)，有助于深入研究和分析不同的流體流動(dòng)現(xiàn)象。

CFD 仿真是如何工作的？

CFD 仿真過程分為 5 步，簡(jiǎn)要概況如下：

1.導(dǎo)入 CAD 幾何模型

每個(gè) CFD 仿真過程都涉及到將幾何模型導(dǎo)入 CFD 軟件。該幾何模型通常是在參數(shù)化的 3D CAD 程序中設(shè)計(jì)的裝配體（assembly）。導(dǎo)入后，它就構(gòu)成了 CFD 建模和仿真工作的基礎(chǔ)。

2.設(shè)置域

下一步是用流體屬性來協(xié)助 CFD 仿真軟件。在這一步，由用戶提供密度、熱導(dǎo)率和粘度等屬性輸入——流體屬性越精確，CFD 建模效果就越好。

3.創(chuàng)建邊界條件

下一步是定義邊界條件。這些邊界條件通常需要描述模型入口和出口處的流體流動(dòng)。

4.分析

在分析階段，CFD 建模和仿真工具根據(jù)設(shè)定的參數(shù)來求解偏微分方程。CFD 仿真的速度取決于使用的計(jì)算機(jī)資源。如今，有了并行和云計(jì)算解決方案，完成一項(xiàng) CFD 仿真所需的時(shí)間已經(jīng)從幾天縮短到了幾個(gè)小時(shí)。

5.根據(jù)結(jié)果優(yōu)化設(shè)計(jì)模型

完成仿真后，數(shù)據(jù)會(huì)流經(jīng)各種后處理程序，根據(jù)用戶的偏好，以可視化的輪廓線、流線或條紋線來呈現(xiàn)流體流動(dòng)結(jié)果?；谶@些信息，部件得到優(yōu)化以匹配設(shè)計(jì)目標(biāo)。

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Cadence CFD 解決方案應(yīng)用領(lǐng)域：

1

航空航天

2

船舶海洋工程

3

汽車電子

4

風(fēng)能

5

大型工業(yè)設(shè)備

審核編輯 ：李倩