第一講《CFD模擬基本概念》Airpak模擬高級班48講

各位同學大家好，我是七師兄，從今天開始，我們來學習Airpak高級班的內容。那么在這之前呢，經過我們團隊的努力，我們已經錄制了Airpak軟件的初級班和中級班，有很多的學員經過這兩個課程的學習，也熟練掌握了Airpak軟件的使用，能夠進

行科學研究，能夠在工作中解決很多問題。但是呢，在我們的VIP內部答疑群里，發現很多學生，雖然已經具備了CFD研究的能力，但是還是有很多新的問題出現，比如參數的設置問題，軟件的操作問題，復雜模型的建模問題，網格處理，迭代計算問題等等，這些問題雖然老師反復的解答過很多次，但是還是有很多學員，難以全部理解吸收。那么，這些現象的出現，一個根本問題是，理論知識的遺漏和實際CFD模擬案例經驗不足。那么到了我們的Airpak軟件的高級班，我將從CFD理論知識、流體模型知識、實際操作案例、常見問題解答四個方面進行詳細講述，希望同學們，通過高級班的學習，CFD的研究能力有進一步的提高。

我們經常說的CFD，其實是計算流體力學的英文簡稱。流體力學是研究流體(液體和氣體)的力學運動規律及其應用的學科,主要研究在各種力的作用下流體本身的狀態,以及流體和固體壁面、流體和流體間、流體與其他運動形態之間相互作用的力學問題，是力學的一個重要分支,在生活、環保、科學技術及工程中具有重要的應用價值。

學習目標

(1)了解流體流動的基本概念。

(2)掌握流體力學的基礎理論。

(3)掌握流體流動的控制方程。

當然了，我們有很多同學具備一定的CFD理論基礎，為了照顧完全沒有任何基礎的學員，我們從最基礎的知識開始講。在學習正式的CFD理論知識，我們必須要掌握一些基本概念。首先我們來看下，在我們模擬分析的過程中，會經常用到的一些概念。第一個，比如例題的密度，他等于質量除以密度，當然這個概念我不說大家都知道，這里只是簡單的提一下。然后第二個概念是重度，它是等于密度乘以重力加速度。這個概念呢，可能有的學生是第一聽到哈，但是對于建環暖通這些專業的學生，應該比較熟悉，我們在流體力學這本書中已經講過。那么如果你不是很懂，可以去查下相關資料。

那么接下來，我們來重點看下我們流體中一些非常常見的概念。

第一個：流體的比重:為該流體的密度與零下4℃時水的密度之比。

第二個：流體的黏性:在研究流體流動時,若考慮流體的黏性,則稱為黏性流動,相應地稱流體為黏性流體;若不考慮流體的黏性,則稱為理想流體的流動,相應地稱流體為理想流體。流體的黏性可以用牛頓內摩擦定律表示，也就是流體的切應力等于動力系數與速度梯度的乘積。那么這個公式呢，適用于空氣、水、是有等大多數機械工業中的流體。

第三個：概念：壓縮性，是指在外界條件變化時,其密度和體積發生變化。這里的條件有兩種,一種是外部壓強發生了變化(等溫壓縮率),另一種是流體的溫度發生了變化(體積膨脹系數)。比如生活中，我們燒開水，溫度升高了，水的體積膨脹了，密度變小了。這種就是具有壓縮性，如果用一個參數形容這種膨脹性，可以用體積膨脹系數來描述了。

在研究流體流動時,若考慮到流體的壓縮性,則稱為可壓縮流動,相應地稱流體為可壓縮流體,例如一個密閉的容積中里面有10L的空氣，經過壓縮，質量不變，體積變成了5L，那么這種氣體性質我們就用壓縮性來描述。若不考慮流體的壓縮性,則稱為不可壓縮流動,相應地稱流體為不可壓縮流體,如水、油等液體的流動。

第四個：概念：液體的表面張力:液體表面相鄰兩部分之間的拉應力是分子作用力的一種表現。液面上的分子受液體內部分子吸引而使液面趨于收縮,表現為液面任何兩部分之司具有拉應力,稱為表面張力,其方向和液面相切,并與兩部分的分界線相垂直。中位長度上的表面張力用 表示,單位是N/m。這個表面張力的概念，可能很多同學不太明白哈。那么其實在我們生活中，這種張力現象是很常見的。比如在湖面上，水塘里，我們經常看到這個光滑的水面上有很多小蟲子，在劃來劃去，而不沉下去，那么這種動物，我們看，他叫水蠅，它的幾個腳是依靠水體表面張力，在支撐著整個重力。春天，清晨，我們看到植物的葉子上，有很多個光滑的水電，像一個個水晶，那么這些都是表面張力的作用。在我們的流體力學中，也會經常涉及到張力的問題。

第五個：概念：質量力和表面力:作用在流體微團上的力可分為質量力與表面力。

質量力:與流體微團質量大小有關并且集中作用在微團質量中心上的力稱為質量力如在重力場中的重力mg,直線運動的慣性力ma等。)

表面力:大小與表面面積有關而且分布作用在流體表面上的力稱為表面力。表面力按其作用方向可以分為兩種:一種是沿表面內法線方向的壓力,稱為正壓力;另一種是沿表面切向的摩擦力,稱為切應力。

第六個：概念：自然界中的流體流動狀態主要有兩種形式,即層流和湍流。

層流是指流體在流動過程中兩層之間沒有相互混摻,而湍流是指流體

不是處于分層流動狀態。一般說來,湍流是普通的,而層流則屬于個別情況。

對于圓管內流動,當Re< 2300時,管流一定為層流;

Re> 8000~12000 ,管流一定為湍流；

當2300

第七個：概念:因為湍流現象是高度復雜的,所以至今還沒有一種方法能夠全面、準確地對所有流動問題中的湍流現象進行模擬,在涉及滿流的計算中,都要對湍流模型的模擬能力及計算所需系統資源進行綜合考慮后,再選擇合適的清流模型進行模擬。

CFD模擬中采用的激流模擬方法包括Spalar-Allmars模型、standard k-epsilon 模型、RNG (重整化群) kepsilon模型、 Realizable k-epsilon模型、v2-f模型、RSM (ReynoldsSress Modtel,雷諾應力模型)模型和LES (Large Eddy Simulation,大渦模擬)方法。

接下來，我們來看下一個湍流現象的一個小視頻，來科普一下。

好，這節課，就給大家講到這里，謝謝觀看。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的airpak模拟案例_《CFD模拟基本概念》Airpak模拟高级班48讲的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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