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什么是 CFD 仿真？

预测流体行为及其与周围环境——实验、分析和数值环境的交互作用，主要有三种途径。计算流体力学 (CFD) 指的是使用计算方法和硬件模拟稳态和非稳态流体运动的数值方法。

CFD 仿真是经常用于替代或补充实验和分析方法来辅助日常产品工程设计和分析的公认方法。与原型制作和实验相比，CFD 仿真具备以下特点：

• 运行成本不那么高昂
• 完成速度更快
• 能够解决实验难以解决的现象
• 能够给出相关物理场的深度见解
• 自身可以轻松提供帮助，探索多种设计和场景

CFD 仿真的工作原理

CFD 仿真涉及机械基础定律的使用，控制流体动力学方程和建模，以便为物理问题制定数学公式。公式一旦制定，计算资源就会使用数字方法求解方程，使用 CFD 软件获取相关物理属性的近似解算方案。

CFD 仿真基于纳维斯托克斯方程，能够用于描述移动流体的温度、压力、速度和密度。CFD 仿真的准确度取决于模型的保真度，使用近似值和假设，配以实验验证和计算资源。在 CFD 仿真中，为不确定性和错误定性至关重要，这样就能用作设计和分析中的有效工具。

CFD 仿真流程步骤

无论使用何种软件，所有 CFD 仿真都遵循以下这些通用步骤：

• 预处理：预处理阶段包括相关几何体的 2D/3D 几何体创建、为 CFD 仿真准备几何体以及将相关域分解为一些小的体/单元，这一过程称为网格划分或栅格生成。流动条件、流体属性、物理定律、初始和边界条件以及其他变量在这一阶段转化为数学模型和方程。
• 求解：此时，CFD 仿真软件开始使用 CFD 求解器迭代求解离散化方程。这一步骤需要大量时间和计算资源。对于复杂仿真，越来越多的企业开始诉诸于云计算，这是针对此问题经济实惠的解决方案。
• 后处理：一旦求解完成，下一步就是使用报告、监控、绘图、2D/3D 图像和动画定性定量地对仿真结果进行分析和可视化。结果的验证和确认过程也包含在此步骤中。

CFD 的用途：

CFD 仿真软件广泛用于工程应用，凡是需要理解或预测流体流动、热传导和产品或系统的相应成效时均可运用。在工业产品设计中，CFD 仿真现在已经演进为可以对复杂几何体的多物理场行为进行仿真，从而让企业能够在构建原型之前，通过虚拟方式完全理解并优化产品设计。

广泛采用 CFD 仿真的行业包括：

• 航空航天工业
• 汽车
• 化学品
• 消费品
• 海洋（船舶设计、推进系统、发动机设计）
• 电子
• 能源（核能、石油与天然气、发电）
• 建筑服务
• 生命科学
• 涡轮机械
• 体育
• 涉及流体流动和热传导的其他常见应用
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