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CFD在发动机数值模拟中的应用

崔淑华1胡亚楠2

东北林业大学交通运输学院，（150040）

摘要：介绍了CFD的基本原理及其在发动机模拟过程中的发展，尤其介绍了应用CFD对发动机所进行的研究。

关键词：CFD；数值模拟；发动机

1．引言

计算流体动力学（computational fluid dynamics，简称CFD）是在计算机上求解流体运动、传热和传质的偏微分方程组，并且对上述现象进行过程模拟。CFD辅助发动机工程主要指基于CAD/CFD技术的发动机内流系统（性能）的数值模拟技术[1]。发动机内气体流动特性对发动机混合气的形成、燃烧、传热、污染物生成、火焰传播等有着很大的影响，因而研究发动机内的气体流动，以便高效组织缸内燃烧，已成为发动机研究领域的热点问题。虽然依靠先进的测试仪器也可以对缸内气体流动进行测量，但由于仪器本身的局限和发动机复杂结构的限制，往往很难得到十分详尽的信息，而这正好是CFD的优点。应用CFD进行内流系统的模拟计算，不仅能够提供试验研究不能提供的详尽信息，而且花费小、周期短、适用性强，并能充分考虑结构参数几何形状的影响，有关参数的获取、分析与试验相比要来得简单迅速。而且，现在许多大型商业化软件也已经较好地解决了精度问题，可以适应发动机研究的需要。2．CFD技术原理

流体是CFD 的研究对象，流体的性质及流动状态决定着CFD的计算模型及计算方法的选择，决定着流场各物理量的最终分布结果。CFD问题的求解过程可用图1来描述[2]。其中控制方程就是对支配流体流动的物理守恒定律的数学描述，即根据研究内容建立反映流动对象连续变化的微分方程，主要包括质量守恒、动量守恒、能量守恒、组分守恒方程以及湍流输运方程。选择合适的边界条件对准确地反映流动对象性质至关重要，只有给定了合理的边界条件，才可能计算得出流场的解，因此，边界条件是使CFD问题有定解的必要条件。

对于在求解域内建立控制方程，理论上是有精确解的，但由于所处理问题的复杂性，一般很难获得精确解。因此，通常要将控制方程在求解域内进行离散，把偏微分方程组离散为代数方程组进行求解。要想在空间域上离散控制方程，必须使用网格。网格划分的越细，计算结果越接近实际解，但是，受计算速度和计算机容量的限制，不可能把网格划分的太细。由于所选择的数学模型、离散方法、计算方法和初边值条件的不同，对于同一个物理模型的计算结果可能不同，因此，必须根据所研究对象的特征及研究的内容选择恰当的模型和求解

方法。

由于编写CFD码需要精通流体动力学、

数值方法和计算机编程理论及相关知识，不

可能人人都能够编写。因此，为了避免应用

CFD时花费大量精力去考虑有关偏微分方

程的求解过程和计算机编程技巧，很多计算

机软件公司相继开发出了不少CFD码软件

包，用户只要定义好计算对象的范围，输入

对象的物理模型、求解方法、初始条件和边

界条件等，CFD码就可以通过不断迭代计算

求得结果[3]。目前常用的商业CFD软件有：

Star-CD、FIRE、KIV A、CFX-5、FLUENT、

PHOENICS。

图1 CFD求解流程

3．CFD在发动机模拟中的发展

传统的发动机设计过程，即基于宏观概念的经验外推、在台架上反复调试、对比以及各

种“集总”参数的半经验分析、试凑等方法，花费大、周期长、适用性小、效果不大明显，

而应用CFD技术对发动机的工作过程进行模拟计算，不仅提供的信息量大，而且花费小、

周期短、适用性强，能够在短时间内进行广泛的变参数研究，为开发新型发动机和旧发动机

性能的提高提供指导。

CFD在发动机数值模拟中的研究，最早可追溯到19世纪60年代末R.S.Benson所开展的工作，他利用一维模型计算气道中的气体流动，获得成功。随着人们对发动机研究的深入，计算机技术及相关学科的发展，CFD在发动机模拟方面也经历了一个由简单到复杂的发展过程。

在研究初期，由于受相关学科的发展程度及计算机发展水平的限制，对常规的工作过

程计算进行了很大的简化，主要是采用零维模型。它以时间作为唯一变量，假定系统边界内

各点参量完全相同，用常微分方程对系统内的状态变化进行描述，可以预测某些参数变化对

发动机性能的影响。但是，零维模型忽略了燃烧过程中复杂的物理-化学反应过程的本质，

无法从本质上把握其规律性，因而不能预测排放物的生成。

准维模型是在零维模型的基础上建立的，与零维模型一样，它也是以时间为唯一变量。

但是为了预测内燃机的排放特性，发展了一些分区模型。在这些模型中把燃烧室分为几个区，

在不同区域内考虑性质不同的物理过程，而每个区域内的物理参数则是均匀的，与空间坐标

无关。准维模型在一定程度上能够反映有关参数随燃烧室空间位置的变化，对于特定的机型，

可以较准确的预测其燃烧过程的主要性能参数，还能在一定程度上预测排放性能，相对于多维模型，计算成本非常低。但同零维模型一样，远不能从木质上去揭示有关燃烧现象的机理。

发动机的工作过程极其复杂，进气及压缩过程存在着非常复杂的动力学行为，是多种复杂场的叠加，其特性严重影响油气混和过程及燃烧过程。多维模拟以时间和空间尺度为自变量，通过计算能够提供内流系统空间任意位置、任意时刻的速度、压力、温度、组分浓度、紊动能等的分布，进而进行燃烧、放热规律、火焰传播、污染物生成分析等，为改进现有发动机结构、开发新型燃烧系统提供预见性指导。

总之，零维模型和准维模型都具有形式简单、便于计算的特点，适于一般性能预测及对发动机的综合参数进行研究。多维模型可以向内燃机研究和设计人员提供有关燃烧过程的更多的有用信息。随着人们对紊流混合、火焰形成及传播机理、传热及边界条件等方面的研究的进一步深入以及计算机技术等相关学科的飞速发展，多维模拟将会更加完善，它代表了发动机模拟的发展方向。

4．CFD技术的国内外应用现状

湍流模型的完善、数学方法的发展、高速大容量计算机的引进等为CFD辅助发动机的研究提供了较好的条件。由于三维模拟对物理过程的描述及边界条件的确定更接近实际，因而有更大的发展潜力。目前比较有代表性的内燃机多维数值模拟计算程序有英国帝国理工学院的PHOENICS、STAR- CD，奥地利A VL研究所的FIRE以及美国Los Alamos国家实验室开发的KIV A软件。近年来，这些软件都得到了迅速发展，并已在世界各地得到了广泛的应用，取得了与实验结果比较吻合的计算结果，显示了较强的预报能力，对内燃机的研制、开发、设计及实验研究有很大的启示作用和参考价值。

各国科学工作者或是利用现有的CFD软件或是自行开发程序对发动机的工作过程进行了大量的研究。1987年，Gosman和Ahmed对轴对称进气道-气门-缸内稳态流动进行了实验和计算研究[4]。他们采用热线风俗以测量了不同气门升程时的流量系数、平均速度和湍流雷诺应力场，并用流动可视化研究做了补充。1994年，J. C. Dent和A. Chen进行了弯曲进气道内稳态流动的实验和计算研究，他们采用Star-CD程序预测了受可变气门升程和气道形状影响的流场结构，并验证了模拟结果的可行性[5]；2001年，Augusto C. M.Moraes，Jeffrey C. Buell 等人提出了基于有限元法解决缸内非稳定流的新的数值模拟策略[6]；2002年，I.Yavuz和I.Celik用多区燃烧模型进行了敲缸预测，对发动机的爆震问题作出了贡献[7]； 2004年，Ugur Kesgin应用AVL的Boost和Fire软件对发动机进排气系统进行模拟研究，并对其进行优化设计 [8]。

我国科学工作者应用CFD技术在发动机数值模拟方面也进行了大量的研究，如李隆键等人应用CFD对具有两个进气道的JL475发动机气道内三维可压缩湍流流动进行了数值模

拟，得出了气阀在不同升程下的进气流量系数，并将计算结果与试验结果进行了比较分析，得到了很好的一致性[9]；韩义勇等人用CFD软件对直喷柴油机螺旋进气道进行了三维数值模拟，通过气道稳流试验对模拟计算得到的两项评价参数进行验证，得出两者发展趋势吻合良好的结论[10]；项里程等人应用Boost软件建立电喷发动机加速工况的完整模型对发动机加速工况进行模拟，并对模拟结果进行了试验验证，模拟结果具有较高的精度[11]；此外，我国科学工作者对发动机内部工质流动特性、发动机的燃烧产物、着火稳定性等方面也进行了研究，并根据模拟结果进行优化设计。

5．发展与展望

现代科学技术尤其是计算机技术的发展，为发动机中众多问题的研究和解决提供了有利的手段。CFD不是单纯的理论分析，而是更近于试验的研究，且极大地依靠一些较简单的、线性化的、与原问题有关的严格数学分析，以及依靠边试边改的方法和试验所得的经验公式，它来源于实践，是发动机现代设计所必需的有力工具之一。由于计算机硬件的发展和数值技术的改进，CFD已经成为一种极为有效的科学手段，具有巨大的发展潜力，在发动机的研究中将发挥越来越大的作用。然而，CFD模拟的精度再好，它毕竟不可能真正代表实验，模拟和现实之间还是存在着差别，因此，CFD的应用必须小心谨慎。

参考文献

[1] 蒋炎坤. CFD辅助发动机工程的理论与研究. 科学出版社. 2004.

[2] 王福军.计算流体动力学分析:CFD软件原理与应用. 清华大学出版社.2004.

[3] 王建平.计算流体动力学(CFD)及其在工程中的应用[J]. 机电设备,1994,(05).

[4] Gosman A D, Ahmed A M Y. Measurement and Multidimensional Prediction in an axisysmmetic port,valve

assembly. SAE 870592,1987.

[5] 罗马吉,黄震,蒋炎坤,陈国华.内燃机进气过程多维数值模拟的研究.车用发动机,2003,(10).

[6] Augusto C. M.Moraes，Jeffrey C. Buell，Robert M. Fefencz．In-cylinder cold flow simulation using a finit

element method．Comput.Methods ppl.Mesh.Engrg．190(2001)3069-3080.

[7] 王桂芝,赵长禄. 汽油机工作过程数值模拟的研究进展[J]. 车辆与动力技术,2004,(02).

[8] Ugur Kesgin．Study on the design of inlet and exhaust system of a stationary internal combustion

engine．Energy Conversion and Management 46 (2005) 2258–2287.

[9] 李隆键,余涛,张小燕,汪正胜. 四气门发动机进气流动特性的数值建模[J]. 热科学与技术,2004,(03).

[10] 韩义勇,罗廉,王晓艳,罗光缉. CFD在柴油机螺旋进气道评价中的应用[J]. 装备制造技术,2005,(02).

[11] 项里程,帅石金,王建昕. 电喷汽油机瞬态加速工作过程的数值模拟[J]. 车用发动机,2002,(04).

The Application of CFD on Numerical Simulation of Engine

Shuhua Cui ， Yanan Hu

Northeast Forest University，harbin，PRC，150040

Abstract

The functional theory of CFD and its development in the process of engine simulation are introduced, studies on engine with CFD is especially presented.

Keywords：CFD；numerical simulation；engine

第七章 CFD仿真模拟

第七章CFD仿真模拟一．初识CFD CFD是英文Computational Fluid Dynamics（计算流体动力学）的简称。它是伴随着计算机技术、数值计算技术的发展而发展的。简单地说，CFD相当于"虚拟"地在计算机做实验，用以模拟仿真实际的流体流动情况。而其基本原理则是数值求解控制流体流动的微分方程，得出流体流动的流场在连续区域上的离散分布，从而近似模拟流体流动情况。可以认为CFD是现代模拟仿真技术的一种。 1933年，英国人Thom首次用手摇计算机数值求解了二维粘性流体偏微分方程，CFD由此而生。1974年，丹麦的Nielsen首次将CFD用于暖通空调工程领域，对通风房间内的空气流动进行模拟。之后短短的20多年内，CFD技术在暖通空调工程中的研究和应用进行得如火如荼。如今，CFD技术逐渐成为广大空调工程师和建筑师解决分析工程问题的有力工具。二．为什么用CFD CFD是一种模拟仿真技术，在暖通空调工程中的应用主要在于模拟预测室内外或设备内的空气或其他工质流体的流动情况。以预测室内空气分布为例，目前在暖通空调工程中采用的方法主要有四种：射流公式，Zonal model，CFD以及模型实验。由于建筑空间越来越向复杂化、多样化和大型化发展，实际空调通风房间的气流组织形式变化多样，而传统的射流理论分析方法采用的是基于某些标准或理想条件理论分析或试验得到的射流公式对空调送风口射流的轴心速度和温度、射流轨迹等进行预测，势必会带来较大的误差。并且，射流分析方法只能给出室内的一些集总参数性的信息，不能给出设计人员所需的详细资料，无法满足设计者详细了解室内空气分布情况的要求； Zonal model是将房间划分为一些有限的宏观区域，认为区域内的相关参数如温度、浓度相等，而区域间存在热质交换，通过建立质量和能量守恒方程并充分考虑了区域间压差和流动的关系来研究房间内的温度分布以及流动情况，因此模拟得到的实际上还只是一种相对"精确"的集总结果，且在机械通风中的应用还存在较多问题；模型实验虽然能够得到设计人员所需要的各种数据，但需要较长的实验周期和昂贵的实验费用，搭建实验模型耗资很大，有文献指出单个实验通常耗资3000～20000美元，而对于不同的条件，可能还需要多个实验，耗资更多，周期也长达数月以上，难于在工程设计中广泛采用。另一方面，CFD具有成本低、速度快、资料完备且可模拟各种不同的工况等独特的优点，故其逐渐受到人们的青睐。由表1给出的四种室内空气分布预测方法的对比可见，就目前的三种理论预测室内空气分布的方法而言，CFD方法确实具有不可比拟的优点，且由于当前计算机技术的发展，CFD方法的计算周期和成本完全可以为工程应用所接受。尽管CFD方法还存在可靠性和对实际问题的可算性等问题，但这些问题已经逐步得到发展和解决。因此，CFD方法可应用于对室内空气分布情况进行模拟和预测，从而得到房间内速度、温度、湿度以及有害物浓度等物理量的详细分布情况。进一步而言，对于室外空气流动以及其它设备内的流体流动的模拟预测，一般只有模型实验或CFD方法适用。表1的比较同样表明了CFD方法比模型实验的优越性。故此，CFD方法可作为解决暖通空调工程的流动和传热传质问题的强有力工具而推广应用。表1四种暖通空调房间空气分布的预测方法比较比较项目 1射流公式 2 ZONAL MODEL 3CFD 4模型实验房间形状复杂程度简单较复杂基本不限基本不限 ?对经验参数的依赖性几乎完全很依赖一些不依赖

一维CFD模拟仿真设计

CFD simulation in Laval nozzle SIAE 090441313 Abstract We aim to simulate the quasi one dimension flow in the Laval nozzle based on CFD computation in this paper .We consider the change of the temperature ,the pressure ,the density and the speed of the flow to study the flow.The analytic solution of the flow in the Laval nozzle is provided when the input velocity is supersonic.We use the Mac-Cormack Explicit Difference Scheme to slove the question. Key words :Laval nozzle ,CFD,throat narrow. Contents Abstract .................................................. . (1) Introduction .............................................. .. (2) Simulation of one-dimensional steady flow (3)

Basis equations ................................................. (3) Dimensionless .......................................... . (10) Mac -Cormack Explicit Difference Scheme (11) Boundary conditions ................................................ (13) Reference .............................................. (13) Annex .................................................. .. (14) Introduction Laval nozzle is the most commonly used components of rocket engines and aero-engine, constituted by two tapered tube, one shrink tube, another expansion tube. Laval nozzle is an important part of the thrust chamber. The first half of the nozzle from large to small contraction to a narrow throat to the middle. Narrow throat and then expand

CFD仿真验证及有效性指南

CFD仿真验证及有效性指南摘要本文提出评估CFD建模和仿真可信性的指导方法。评估可信度的两个主要原则是：验证和有效。验证，即确定计算模拟是否准确表现概念模型的过程，但不要求仿真和现实世界相关联。有效，即确定计算模拟是否表现真实世界的过程。本文定义一些重要术语，讨论基本概念，并指定进行CFD仿真验证和有效的一般程序。本文目的在于提供验证和有效的重要问题和概念的基础，因为一些尚未解决的重要问题，本文不建议作为该领域的标准。希望该指南通过建立验证和有效的共同术语和方法，以助于CFD仿真的研究、发展和使用。这些术语和方法也可用于其他工程和科学学科。前言现在，使用计算机模拟流体的流动过程，用于设计，研究和工程系统的运行，并确定这些系统在不同工况下的性能。CFD模拟也用于提高对流体物理和化学性质的理解，如湍流和燃烧，有助于天气预报和海洋。虽然CFD模拟广泛用于工业、政府和学术界，但目前评估其可信度的方法还很少。这些指导原则基于以下概念，没有适用于所有CFD模拟的固定的可信度和精确度。模拟所需的精确度取决于模拟的目的。建立可信度的两个主要原则是验证和有效（V&V）。这里定义，验证即确定模型能准确表现设计者概念模型的描述和模型解决方案的过程，有效即确定预期模型对现实世界表现的准确度的过程。该定义表明，V&V的定义还在变动，还没有一个明确的最终定义。通常完成或充分由实际问题决定，如预算限制和模型的预期用途。复合建模和计算模拟没有任何包括准确性的证明，如在数学分析方面的发展。V&V的定义也强调准确度的评价，一般在验证过程中，准确度以对简化模型问题的基准解决方法符合性确定；有效性时，准确度以对实验数据即现实的符合性确定。通常，不确定性和误差可视为与建模和仿真准确度相关的正常损失。不确定性，即在任一建模过程中由于缺乏知识导致的潜在缺陷。知识缺乏通常是由对物理特性或参数的不完全了解造成的，如对涡轮叶片表面粗糙度分布的不充分描述。知识缺乏的另一个原因是物理过程的复杂性，如湍流燃烧。误差即在建模和

车流量仿真分析-Flotran CFD

2006年用户年会论文基于ANSYS流体动力学的车流量仿真分析1 [刘长虹，郑杰,朱晓华，张海波，黄虎，陈力华] [上海工程技术大学汽车工程学院，上海，201600] [ 摘要 ] 将交通流比拟为管道流体模型并且利用有限元分析软件ANSYS中的FLOTRAN CFD流体分析模块对隧道口交通流进行比拟及仿真，得出相应交通流量模型和车辆流动模拟图。并对不同车速下交叉道口的通行能力进行模拟，确定出最佳车速比。且对不同入口形状进行车流通畅度的 ANSYA软件比较模拟，通过模拟直观的展示出不同道路入口形状对车流和道路的影响。最后对高峰路段路口设计提出有关建议。 [ 关键词]交通流，交通流模型，ANSYS，模拟 Simulating to Traffic Flux By the ANSYS Fluid Dynamic Analysis [Liu Changhong, Zheng Jie, Zhu Xiaohua, Zhang Haibo, Huang Hu, Chen Lihua] [Automobile College Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 201600] [Abstract ] Firstly, based on the fluid dynamic mechanics of channel, a traffic flow model is built. Secondly, the traffic flow model on cross road is simulated with the finite element method software (ANSYS). Then according to the calculating results, the simulating traffic ability at the entrance of the roadl in different speed and the different entrance figures are calculated directly. Finally, some suggestions of designing the heavy road are given. [ Keyword ] traffic flow, traffic flow simulation, ANSYS, Simulation. 1.前言当前，社会经济的迅速发展与交通建设的相对滞后，已经构成非常突出的世界性矛盾，在发展中国家尤其突出。在我国许多大城市中，交通堵塞，事故频繁，成了众所周知的“都市顽症”。以上海市为例，上世纪九十年代的资料表明，在交通高峰期，市中心机动车平均车速不到15km/h，最低的车速仅仅为4km/h，即低于正常的步行速度。解决这个矛盾的一个重要办法是大力进行市政交通建设，实现交通的立体化，现代化。同时还要保证建设道路的合理性。交通流理论是解决这类方法的一种理论方法[1,2]，其中有根据流体动力学理 1上海市教委基金项目(041NE31)和上海市科委基金项目(04QMX1452)资助

CFD案例5-发动机仿真

ANSYS对航空工业解决方案（三）航空发动机仿真方案_2 发表时间：2008-10-23 作者: 安世亚太来源: 安世亚太关键字: 航空航天 CAE 仿真解决方案 ANSYS 安世亚太第三章航空发动机仿真方案航空发动机行业概况航空发动机研制中的典型CAE问题航空发动机结构力学计算需求及ANSYS实现航空发动机流体力学和温度场的计算需求及ANSYS实现航空发动机电磁场计算需求及ANSYS实现航空发动机耦合场计算需求及ANSYS实现航空发动机关键零部件的设计分析流程简要说明 4航空发动机流体力学和温度场的计算需求及ANSYS实现航空燃气涡轮发动机内的流场很复杂，不仅动静流场同时存在，同时还伴有多相流、传热、燃烧等现象，即使从物理上进行很大的简化，模型最后仍然是三维、有粘、非定常的可压流动。航空发动机流场数值计算的发展经历了S2流面法、基于一元管道的流线曲率法、有限差分方法求解非正交曲线坐标系中的S1、S2流面基本方程、有限差分、有限体积和有限差分与流线曲率混合的方法对S1流面跨音速流场的计算，而现在由S1与S2流面相互迭代形成的准三元和全三元计算也发展起来了。现在的采用有限体积法求解NS方程全三维流场计算已经广泛采用，航空发动机的流场数值计算已趋于成熟，可以充分考虑旋转流动、转静干涉问题、多相流、燃烧、亚超跨音速等复杂现象。而且现在求解的规模也不断扩大，利用并行等成熟的CFD技术可以计算达几千万甚至上亿的计算网格。因此结果也更为真实有效。 ANSYSCFX凭借TASCFLOW在叶轮机旋转流动的传统优势，结合更为先进的网格处理技术和高效的求解器，更适合航空发动机流动的复杂性，求解问题的规模和计算精度大大提高，一直处于航空发动机流动模拟的最前沿。

CFD仿真技术在航空发动机中的应用

CFD仿真技术在航空发动机中的应用摘要：随着科学技术的发展，航空航天和空间技术有了飞跃的发展，在这些飞跃的发展技术中主要的技术就是CAE技术。航空工业可以说是CAE技术发展的摇篮，各种CAE技术正是在以航空工业为主的实际工业应用的推动下在不到半个世纪时间里迅猛发展起来的。以ANSYS、LS-DYNA、Nastran、CFX、Fluent等为代表的高端CAE软件早已活跃在全球航空工业中。关键词：CFD仿真技术；航空发动机；应用 1 引言目前国际知名企业的航空发动机研制周期从过去的10～15年缩短到6～8年甚至4～5年，试验机也从过去的40～50台减少到10台左右。在发达国家的航空企业里CAE已经作为产品研发设计与制造流程中不可逾越的一种强制性的工艺规范加以实施，在生产实践作为必备工具普遍应用。 2、CFD技术国内外使用状况简介 CFD作为CAE技术的一种，已经越来越多的被国内外航空企业广泛的得以应用。第一个商用CFD软件包FLUENT，由与美国空军合作的流体技术服务公司Creare公司于1983年推出的。商业CFD软件的开发及应用，加速了航空工业的发展，使得基于虚拟样机仿真的现代设计方法成为了可能。以波音公司航空研发发展历史为例，不难发现，波音公司先后采用了经典的实验测试方法、半经验的方法、空气动力学的计算、政府内部及企业的CFD代码及广泛的采用CFD商业代码。在波音公司2005年的软件应用报告中明确指明，在1998至2005年内，其公司每年数值仿真成果的增加量都接近84%左右，采用CAE/CFD的速度超过了工业的成长速度，CFD技术已经成为其设计的主要手段之一。另外从美国软件公司ANSYS公司的销售业绩报告上显示，航空工业上的应用产值是其公司的主要收益来源之一。 CFD软件正以其强大的优势在研发中发挥的巨大的作用，例如在NISA的报告中提到，原本需要7年完成的维吉尼亚级潜水艇的设计，通过CFD技术的应用， 5年就顺利完成；而预计需要11年完成的B-2轰炸机的飞行测试，则在短短的4 年内就通过了测试。国内在CFD技术上的应用一般，特别是在航空发动方面的使用上，起步与国外相比较晚，力度上也相差较多。 3、CFD技术的应用目前在航空发动机的实际应用中是最广泛的一款CFD商业软件是ANSYS旗下的商业软件FLUENT，其不仅容易使用，而且其准确性及行业的广泛性都是其它商业软件所不能比拟的。CFD软件的使用已经遍及了航空发动机的各个部分的研究，接下来本文通过对其它文献的分析逐一介绍CFD在航空发动机中的使用。 3.1 CFD技术在压缩机、涡轮方面的应用气动稳定性的设计是当代航空发动机发展研制过程中的重要技术问题之一。在航空发动机中，对气流最敏感的部件是风扇、压气机和涡轮。在以上3个部件中，CFD的主要应用集中在对压气机和涡轮效率分析上，多级压气机/涡轮最主要的气动问题就是各级流动是否匹配，总的效率是否达到设计要求。在涡轮方面，CFD不仅可以计算涡轮效率，而且对涡轮叶片的冷却效果分析有着重要的应用。

传热模拟CFD 总结

CFD总结一 CFD是英文computational Fluid Dynamics（计算流体力学）的简称。它是伴随着计算机技术和数值计算技术的发展而发展的。简单地说，CFD相当于虚拟的在计算机内做实验，用它模拟仿真实际流体的流动情况。而其基本的原理是数值求解控制流体的微分方程，得出流体流动的流场在连续区域上的离散分布，从而近似模拟流体流动的情况。即CFD=流体力学+热学+数值分析+计算机科学。流体力学就不用多说了，很多专业都要用到，主要的概念有层流和湍流，牛顿流体和非牛顿流体等等。热学包括热力学和传热学。数值分析就是如何用计算机解人工很难完成的计算，如何处理无解析解得方程。计算机科学主要是计算机语言，如c、fortran）还包括一些图形处理技术，如在后处理，为了使用户对结论有一个很直观的认识，就需要若干图表。以下就对经常在CFD使用的软件做简单的介绍。一、CFD的结构： 1、提出问题——流动性质（内流、外流；层流、湍流；单相流、多项流；可压、不可压……），流体属性（牛顿流体：液体、单组分气体、多组分气体、化学反应气体；非牛顿流体） 2、分析问题——建模——N-S方程（连续性假设），Boltzmann方程（稀薄气体流动），各类本构方程与封闭模型。 3、解决问题——差分格式的构造/选择，程序的具体编写/软件的选用，后处理的完成。 4、成果说明——形成文字，提交报告，赚取应得的回报。二、CFD实现过程：（一）建模——物理空间到计算空间的映射。主要软件：二维： AutoCAD：大家不要小看它，非常有用。一般的网格生成软件建模都是它这个思路，很少有参数化建模的。相比之下 AutoCAD的优点在于精度高，草图处理灵活。可以这样说，任何一个网格生成软件自带的建模工具都是非参数化的，而对于非参数化建模来说，AutoCAD应该说是最好的，毕竟它发展了很多很多年！三维： 1、CATIA：航空航天界CAD的老大，法国人的东西，NB，实体建模厉害，曲面建模独步武林。本身可以生成有限元网格，前几天又发布了支持ICEM-CFD的插件ICEM-CFD CAA V5。有了它和ICEM-CFD，可以做任何建模与网格划分！ 2、UG：软件本身不错，大公司用得也多，可是就这么打市场，早晚是走下坡路。按CAD建模的功能来说它排不上第一，也不能屈居第二，尤其是加上了I－DEAS更是如虎添翼。现在关键是看市场了。 3、Solidworks： Solidworks讲的是实用主义，中端CAD软件它功能最强，Solidedge功能是不比它差，但是Solidworks的合作伙伴可能是SE的十几倍，接口也比SE多很多，相比之下Solidworks是最佳选择。Autodesk Inventor也只能算是中端软件，目前说来，我是处于观望态度，看发展再决定。总之，Solidworks目前的发展如日中天，合作伙伴多如牛毛。用起来极其顺手。这里极力向大家推荐的是ICEM-CFD DCI FOR Solidworks！有了这个东西画个全机网格也很容易了。

基于CFD的内压式MBR污水处理过程的模拟与仿真

International Journal of Mechanics Research 力学研究, 2019, 8(2), 118-125 Published Online June 2019 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/902562248.html,/journal/ijm https://https://www.wendangku.net/doc/902562248.html,/10.12677/ijm.2019.82014 Simulation and Simulation of Internal Pressure MBR Wastewater Treatment Process Based on CFD Xuefei Dai, Chunqing Li, Ming Ma School of Computer Science and Software Technology, Tianjin Polytechnic University, Tianjin Received: May 16th, 2019; accepted: Jun. 4th, 2019; published: Jun. 11th, 2019 Abstract MBR (membrane bioreactor) is an emerging high-efficiency water treatment technology in recent years. Its working principle is to use the membrane separation equipment to intercept the acti-vated sludge and macromolecular organic matter in the sewage. The essence of this process is solid-liquid separation. To study the wastewater treatment process of MBR, we simulated the process using CFD-related software. First, the membrane module portion of the internal pressure MBR is selected for modeling and meshing. Then, we use the Euler multiphase flow model to set the fluid in the membrane tube as water and suspended particles. The model was solved by FLUENT calculation, and it was found that after 500 iterations, the residual curve converges at about 17 times. Finally, the calculation results were imported into the post-processing software for visualization. It was observed that the pressure distribution and water flow direction of the membrane module were consistent with the actual situation. At the same time, the actual data of a sewage treatment plant was used for calculation and verification, which proved that the model is reliable and effective. Keywords CFD, MBR, Euler Multiphase Flow Model 基于CFD的内压式MBR污水处理过程的模拟与仿真戴雪飞，李春青，马明天津工业大学计算机科学与软件学院，天津

CFD仿真

3.1气体泄漏扩散的模拟方法目前在研究气体扩散领域应用较多的模拟方法主要有三种，即：物理模拟方法、数学模拟方法和CFD 数值模拟方法。当然在实际的模拟仿真过程中，经常是两种或是三种方法同时使用，以此来验证模拟的准确性。 3.1.1物理模拟方法物理模拟是模拟的基础方法，[31]指在不同与实体的规模上将某一过程再现，并分析其物理特性和线性尺度对实体的影响，进而对所研究实体或过程进行直接实验。将实际地形物理按比例的缩小模型置于实验体(如风洞、水槽等)内，在满足基本相似条件(主要包括几何、运动、热力、动力和边界条件相似)的基础上，模拟真实过程的主要特征，如空气动力规律和扩散规律。物理模型建立的理论基础是相似理论。进行进行物理模拟研究，必须解决如何设计和制作模型以及将模型实验的结论在实体上应用等问题。相似原理是研究、支配力学相似系统的性质及如何用模型实验解决实际问题的一门科学，是进行模型实验研究的依据。根据相似理论，物理模型若能与原型保持相似，则由物理模型经过实验得到的规律，原型也同样适用。建立物理模型要遵循很多相似条件，如几何相似、运动相似、动力相似及热相似等。在建立模型时，由于所有相似条件不可能完全满足，所以针对研究的具体要求，要适当做出取舍，恰当选取相似参数是实现物理模拟的关键。物理模拟主要用于数值计算模式难于处理的复杂地形以及受到建筑物影响时的扩散研究。与现场实验相比，特别是复杂条件下的现场试验相比，物理模拟实验条件易控制、可重复，且可节省人力、物力，可进行较全面和规律性实验，是大气扩散研究的重要手段。 3.1.2数学模拟方法数学模拟方法是解决简单扩散问题的常用方法，此方法是[31]通过用数学模型、在一定条件下来研究一个物理或化学过程，或通过模型描述一个复杂的物理或化学过程的某些特点。此种方法所借助的数学模型的方式没有固定限制，可以是一系列代数式或微分、积分方程，也可以简化为一个关系式。其中常见的数学模型：高斯模型、箱及相似模型、浅层模型、Sutton 模型以及唯象模型。 3.1.3CFD 数值模拟方法 CFD 模拟是一种数值模拟方法，用此方法解决流体运动问题于数学方法的研究思路不同，此种方法对扩散的研究不必依赖偏微分方程的求解，在解决问题时，根据具体研究的要求，不是去求解析解，而是运用有限元的思想对具体问题建模，并通过相应的软件技术对模型进行模拟仿真计算，使对具体的流动过程的分析和研模拟。采用这种数值模拟方法进行模拟有一定的程序。第一步，根据泄漏介质的特点和泄漏条件建立基本守恒方程，包括质量方程、动量方程、能量方程以及组分方程等；第二步，判断和选择初始和边界条件，对扩散中的各种场函数进行模拟，这些场主要有流场、温度场、浓度场等。第三步，对各种描述结果进行分析，完成模拟目的。[40]此种方法是在借助计算机的基础上完成的，模拟过程中不需要对