3。2  CFD 的求解过程

CFD 数值模拟具体求解过程包括一般按照以下步骤：

（1）针对所研究的问题建立相应的物理模型，并将其抽象地分解为数学、力学等模型。然后 确定需要在怎么的空间区域内进行几何体的流场分析。

（2）建立几何体及其影响或受其影响的空间区域，即所谓的计算域。然后将几何体的外表面 以及计算域空间进行面网格或体网格划分。网格的密度以及质量等因素都会对计算结果产生 相当大的影响。并且不同的算法，不同的格式对网格的要求也不尽相同。

（3）设置求解问题的基本边界条件以及初始条件等，常用的出入口边界条件有速度、压力等。

（4）选择恰当的算法格式，设置具体的相应控制方法、控制精度等条件，然后令求解器进行 数值计算，并保存所需要的计算结果等文件。

（5）选择恰当的后处理器软件读取并分析求解器的计算结果，并将结果用矢量图、云图等方 式显现出来以便进一步分析。

3。3   CFD 模拟的求解方法

随着计算机技术和计算方法的不断发展，很多复杂的工程技术问题都开始采用区域离散 化的数值计算方法，借助强大的计算机辅助完成工程要求的数值计算任务。区域离散化是将 原有空间离散化，解构成有限个离散的空间点。网格是离散的基础，网格节点是离散化物理 量的存储位置[17]。常用的离散方法有以下几种：

（1）有限差分法： 有限差分法是一经典而成熟的数值计算方法。其基本思想是将求解区域划分为差分网格，

利用有限的网格节点系列代替连续的求解区域。使用差商代替偏微分控制方程中涉及到的导 数，将各离散点上的未知数用差分方程组来表达。求解出方程组的解，就可近似代替物理场 的数值分布。构造差分的方法有很多，如泰勒级数展开法等。

（2）有限单元法：

有限元单法产生于 20 世纪 80 年代，其保留了有限差分法中的核心思想，将连续的计算 域分化成恰当形状的许多微小单元，同时在个单元分片构造逼近插值函数，再根据极值原理 以有限元方程代替原有问题的控制方程，将局部单元的极值合成总体的极值，再求解由此形 成的代数方程组，得到各节点上的未知数值。此方法虽然极大地提高了对计算域整体积分的 精确度，但计算速度较慢，因此其商业应用并不广泛。来;自]优Y尔E论L文W网www.youerw.com +QQ752018766-

（3）有限体积法： 有限体积法又被称作控制体积法，其核心思想是对计算域划分成网格，进而得到互不重

复的控制体积，并对控制方程的微分方程做积分运算得到一组离散方程。其优点是利用得到 的离散方程的积分守恒对所有控制体积都具有良好的守恒性，且方程各系数的物理含义比较 明确。该方法可以看作是前两种方法的中间体，其更适合于处理复杂流体流动问题，可应用 于非结构化网格计算，因此得到了广泛的应用。本文所用软件 Fluent 便是基于有限体积法的。

3。4 CFD 网格技术

在使用 CFD 软件实际工程流体流动问题进行求解之前，必须先对规定计算域进行网格划 分，完成离散化的步骤。实际上，网格的质量对 CFD 计算结果的精度以及计算效率等具有十 分重要的意义，好的网格划分可以极大地提高精度并提高计算效率，对工程问题的解决有非 常大的实际意义。

CFD 模型中所采用的网格主要可分为两种：结构化网格、非结构化网格。 结构化网格划分的所有网格的相邻单元的结构完全相同。此类网格成速度快，质量好，