CFD计算流程详解及优化技巧

CFD计算主要包括前处理、求解和后处理3部分。

（1）前处理

据统计，CFD计算中，前处理一般要占一半以上的时间，主要用于模型修整、面网格生成、体网格生成和计算域、边界条件的设定等。在前处理阶段，用户需要进行的工作包括：

① 定义所求问题的几何计算域；

② 将计算域划分为多个互不重叠的子区域，形成由单元组成的网格；

③ 对所要研究的物理或化学现象进行抽象，选择相应的控制方程；

④ 定义流体的属性参数；

⑤ 为计算域边界处的单元指定边界条件；

⑥ 对于瞬态问题，指定初始条件。

（2）求解(www.xing528.com)

目前，各CFD软件采用的求解方法均按如下步骤运行：采用简单函数近似表示未知的流动变量；将近似函数代入流动控制方程和所得到的数学式进行离散化；求解代数方程。其差别主要是流动变量的近似方法和离散化过程的不同。

目前，流动和传热问题中最有效的数值计算方法是有限体积法，该方法又称为控制体积法，是一项经过校核且发展很好的通用CFD技术，多数CFD软件（如STAR-CCM+、FLUENT、CFX和PHOENICS等）都采用此方法为核心算法。其基本思想为：将计算区域划分为网格，并使每个网格点周围有一个互不重复的控制体积；将待解的偏微分方程对每一个控制体积积分，从而得出一组离散方程，其中的未知量是网格点上的特征变量。为求出控制体积的积分，必须假定特征变量值在网格点之间的变化规律。从积分区域的选取方法看，有限体积法属于加权余量法中的子域法；从未知解的近似方法看，有限体积法属于采用局部近似的离散方法。简言之，有限体积法的基本思想就是子域法加上离散。

有限体积法主要包括以下求解步骤：

① 在计算域的所有控制容积内对流动控制方程进行积分；

② 离散化网格，将积分方程中的对流项、扩散项和源项用有限差分公式近似表示，将积分方程转变为代数方程组；

③ 迭代求解该代数方程组。

（3）后处理

由于计算机技术的不断进步，CFD软件提供的数据可视化技术和工具越来越多，如计算域和网格显示；等值线图（如云图，包括压力云图、温度云图和速度云图等）；矢量图（如速度矢量图等）；视角变换（平移、缩放、旋转）；颗粒追踪；动画输出等。