Назначение CFD

Итак, для начала пару слов о том, что же такое CAE и CFD. Кому то это, скорее всего, будет интересно и, главное полезно. Начнем с дословного перевода:
CAE – Computer aided engineering – компьютерный инженерный анализ (общепринятый перевод в России) более подробно можете найти в сети, например, для начала, в ВИКИПЕДИИ.
CFD — Computational fluid dynamics — Вычислительная гидродинамика (общепринятый перевод в России).Сразу бы хотелось оговориться, что я испытываю ОГРОМНОЕ уважение к людям, которые самостоятельно пишут коды для проведения анализа. Однако, это совершенно другая история, я буду говорить о CFD кодах, которые получили наибольшее распространение в мире и, используя средства которых, российский инженер может довольно быстро выйти на высокий уровень проектирования и разработки изделий. На мой, сугубо личный взгляд, (правда, подтверждаемый мировой практикой – см. изображение [взято с www.ansys.com]) наиболее полными по функционалу являются коды ANSYS CFX и ANSYS FLUENT.

Альбом: CFD для всех

В области моих интересов, в основном, лежит именно CFD анализ, именно поэтому я буду говорить, по большей части, именно о нем. Итак, что же позволяют CFD программы? Как очевидно из названия – проводить расчет гидрогазодинамики. Вопрос в том, где и как, а если с точки зрения инженера, то – какими методами и для каких объектов. Объектом анализа при некоторой сноровке может являться практически любой объект из современной промышленности.
В основе лежат численные методы решения дифференциальных уравнений позволяющие получить решение дифференциальных уравнений описывающих физическое состояние объекта (системы объектов). Таким образом, у Вас появляется возможность проанализировать работу объекта изнутри (и снаружи при необходимости!) не только по макро показателям – кпд, давление… Но и получить значение исследуемой переменной в каждой точке исследуемого объекта – например, получив векторное поле скорости или заливку по давлению. Кстати, нужно отметить, что многие распространенные CFD коды позволяют проводить расчет не только гидрогазодинамики, но и теплообмена, химических преобразований, учитывать влияние твердых (или жидких) включений и многое другое. Если сказать просто – то современная программа для CFD позволяет рассчитывать и анализировать все, что течет, греется и химически реагирует, но конечно в основе все-таки лежит жидкость (кстати, под жидкостью, в общем случае, понимают как капельную жидкость, так и газы).
В двух словах работа с CFD состоит из нескольких основных этапов:

• Создание геометрии – то есть геометрическое представление (построение) расчетной области (обычно – проточной части). На этом этапе, в основном используется CAD система.
• Разбиение геометрии на расчетную сетку – создание разностной (конечно-элементной или конечно-объемной) модели.
• Передача сеточной модели в препроцессор CFD программы и наложение граничных и начальных условий.
• Непосредственный расчет в солвере (от английского solve).
• Заключительный этап – анализ результатов.

Конечно же, существует множество дополнительных и вспомогательных шагов. Я постараюсь о них поговорить в последующем.
Кажется, для начала, достаточно общей информации, мне и самому от нее стало немного скучно. :-)

Напоследок привожу один из популярных в области CFD примеров расчета — подача в смеситель 2-x жидкостей с различной температурой:

На рисунке показана в горизонтальной плоскости заливка по температуре (соответственно красный цвет – горячо, синий – холодно) и векторное поле скорости течения жидкости в вертикально плоскости.
В следующий раз я расскажу о практическом применении и приведу конкретные примеры.
До встречи. Надеюсь на Ваши комментарии.

P.S. Вы можете публиковать информацию с данного источника. Единственное условие —ставьте работающую ссылку на мой блог и надпись «CFD для всех»