计算流体动力学(CFD)的核心本质是利用计算机求解计算三维流体流动控制方程(质量守恒,动量守恒及能量守恒)。
使用CFD软件在很多方面与实验类似。 如果实验条件无法准确地反映真实情况,那么实验结果也不能反映真实情况。 同样,如果数值模型不能准确地反映真实情况,那么计算结果自然也无法反映真实情况。 在使用CFD的过程中,用户必须自己决定哪些条件是重要的,以及该如何用数学模型去表达。 在开始CFD计算之前回答一些问题是非常重要的,这些问题包括:
我想从计算中得到些什么?
计算规模有多大?如何设计网格来捕捉重要的物理现象?
采用何种边界条件最能表达实际的物理情况?
应该使用什么类型的流体?
哪些流体属性对这个问题很重要?
还有哪些其他物理现象也很重要?
流体初始状态是怎样的?
应该采用什么单位系统?
确保所模拟的问题尽可能地代表真实的物理现象,这一点非常重要。 建议使用者尝试将复杂的模拟工作分解成一个个小而简单的部分。 从一个简单的,容易理解的现象开始,并在后续逐步添加更多复杂的物理效果。 简单的手工计算(伯努利方程,能量平衡,波速传播,边界层增长等)有助于选择物理模型和参数,并提供检查手段以便与结果进行比较。
了解CFD的优点和缺点也有助于指导分析。当具备以下条件时,CFD是一个很好的分析选择:
由于几何、物理模型的复杂性以及需要了解的问题细节,标准的工程计算无法使用。
物理实验非常昂贵
需要得到比实验更多的关于流场的信息
难以实现准确的实验测量
CFD在下列情况下效率较低:
感兴趣的尺度横跨几个数量级,因为解决方案需要大量的计算资源,假设减小域的大小,或半经验模型来解释未解决的物理现象。
重要的物理现象是未知的,然而这些是CFD模拟的输入。
控制方程是半经验的,或者适用范围有限,物理现象知之甚少或极其复杂。
使用CFD时还有一些重要的注意事项需要注意:
CFD是指定控制方程的数值解决方案,受限于初始和边界条件。因此,模型设置(即要求解什么方程),材料属性,初始条件和边界条件等都尽可能地与实际情况相匹配是至关重要的。
方程的数值解通常需要某种类型的近似值。在使用之前审查物理模型的假设和解决方法是审慎的。
数字计算机受到舍入误差的影响,数字是如何以有限的精度以二进制表示的。尽量避免需要计算非常相似数字差异的情况,因为这会加剧问题。这种情况的一个例子就是当模拟域远离原点时。
(内容来自Flow3d的随机文档,随便翻译了一下)
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