1.2 CFD介绍

计算机流体力学也属于一种流体力学，英文简称为CFD,它从计算方法出发利用计算机强大的计算能力得到流体力学中的方程的解。CFD兴起于上个世纪中期，随着上个世纪的后期计算机的同时发展，CFD技术也得到了飞速发展，逐渐与实验流体力学一起成为产品开发中的重要手段。CFD软件通常指商业化的CFD程序，具有良好的人机交互界面，能够使使用者无需精通CFD相关理论就能够解决实际问题。[11-13]

 CFD的基本特征为数值模拟与计算机实验，目前是国际上热门的研究领域。它可以利用基本物理定理与计算机模拟来解决科学研究与工程技术方面的问题，也减轻了流体动力学实验设备的巨大耗资，节省了巨大的人力物力。同时也是许多物理与化学方面的研究核心与重要技术，广泛应用于汽车设计、航空航天设计、生物工程化工工程以及半导体工程等各个科研与工程领域。[19]

CFD是由独具各自功能的三个模块组成，分别是前处理，求解器和后处理。它可以把流体力学的实验进行数值模拟与计算机模拟并且还可以分析研究问题的同时去应用各种不同的离散化的数学方法。所以CFD可以说是由计算机科学、数学、以及流体力学所组成的新学科。其中前处理的作用是建立目标的数理模型，并且把建立的模型划分好网格的过程，以及CAD的导入。一维网格有三角形网格，而二维网格则有矩形网格；三维网格有三棱锥、正方体等多面体网格。我们在进行数值计算的时候都要知道每个节点的坐标以及其所有的相邻的节点坐标。我们区分结构网格和非结构网格是依据在数值的离散过程中，非结构网格不需要解析工作这一步，因为其节点坐标都在存储的网格文件中显示而结构网格的所有节点坐标都必须由结构网格节点间相互对应所得。[30]

非结构网格的求解器只能读取非结构网格，而结构网格得求解器只能读取结构网格。这是由于非结构网格的求解器没有将结构网格的几何拓扑规则对应到节点坐标的功能，且结构网格的求解器无法读取非结构网格，则是由于非结构网格缺少节点间的拓扑规则。

对于网格类型：

1、结构网格与非结构网格是按照储存方式的不同来区别。

2、输出什么类型的网格，取决于目标求解器支持什么类型的网格。如FLUENT只支持非结构网格，那么就无法读取结构网格。

图1.2.1 结构网格                  图1.2.2 非结构网格

前处理是一个方便的界面，参数的输入和流动问题计算程序，输入的经过计算将会成为相匹配的格式，一些几点是前处理过程中的特点：

可以把计算区域进行几何化。

生成需要的体积或细小的网格划分。

对物理与化学问题进行建模。

可以按需求定义流动。

把网格的初始边界条件设置和主要边界条件相同。

第一步就定义子区域的节点值是为了解决流动（或者速度，压力，温度等）方面的问题。网格划分的正确与否直接影响了CFD计算的精度，符合条件的网格划分一般来说不是固定的，划分物理变化较大的网格时，就要比划分物理变化小的网格要精细许多。[13][19]

求解器是CFD中的关键部分，可以计算质量方程，动量方程和能量方程，也可以解决稳态与非稳态问题。当把建立的模型划进行网格划分完毕后，把其导入相关软件，接下来的过程就这软件中进行，可以设置好所有参数包括工作条件，初始边界条件，初始化，材料属性，然后可以进行求解并且对其其结果到后处理的部分。求解器的作用按照处理流程可以划分为以下几点：