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CFD常用的五种求解方法

1月前浏览778

常用的CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体动力学）方法主要包括以下几种：

1. 有限体积法 (Finite Volume Method, FVM)

这是目前CFD领域最成熟且广泛应用的算法。它通过将流体区域划分为多个控制体积，并对每个控制体积内的流体方程进行积分后离散求解。FVM能够处理复杂的边界条件和多种物理现象，适用于从低速到高速，从层流到湍流等各种流动问题。许多知名的CFD软件如FLUENT、CFX、StarCCM+和OpenFOAM等均基于此方法。

2. 粒子法 (Lagrangian Particle Methods)

这类方法不依赖于网格，而是直接对流体中的粒子或物质进行追踪和模拟。粒子法包括SPH（Smoothed Particle Hydrodynamics，光滑粒子流体动力学）、MPS（Moving Particle Semi-implicit Method，移动粒子半隐式方法）和FVP（Finite Volume Particle Method，有限体积粒子法）等，适用于自由表面流动、大变形问题和多相流模拟。

3. Lattice Boltzmann Method (LBM)

这是一种基于介观尺度的计算方法，通过模拟流体中微观粒子的流播（streaming）和碰撞（collision）过程来反映宏观流体的行为。LBM适合处理复杂流体流动，尤其是涉及多相流、复杂边界以及微观尺度效应的问题。

4. 有限差分法 (Finite Difference Method, FDM)

这是数值解法中的一种经典方法，通过将求解域划分为网格，并用差商近似导数，将偏微分方程转换为差分方程组进行求解。FDM在简单的几何形状和均匀网格下表现良好，但在处理复杂几何和非结构化网格时不如FVM灵活。

5. 有限元法 (Finite Element Method, FEM)

这种方法通过将连续区域划分为多个互不重叠的有限元素，然后在每个元素内部构造插值函数来近似解，最终形成一个大的代数方程组。FEM在解决固体力学和流固耦合问题时更为常见，尽管在某些特定的流体问题中也有应用。

这些方法各有优势和局限性，选择合适的CFD方法取决于具体问题的性质、所需的计算精度以及可接受的计算资源消耗。

来源：CFD饭圈

【研究前沿】网格和湍流对汽车CFD外流场结果影响有多大？

这篇文章是2024年4月发表在《Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics》。通过计算流体动力学（CFD）模拟，深入研究DrivAer汽车模型的空气动力学特性，重点关注阻力（拖拽系数CD）和升力（升力系数CL）。研究背景基于汽车行业对燃油效率和排放减少的持续关注，其中空气动力学优化是关键环节。DrivAer模型作为一个通用且逼真的汽车车身模型，已成为学术和工业界空气动力学研究的基准。 1.研究方法 · 本文首先通过风洞（WT）测试获得实验数据，随后利用CFD模拟对这些数据进行验证。· 研究方法包括对CFD模拟中的关键参数进行敏感性分析，这些参数涉及网格分辨率、网格层数、第一层网格高度、增长率、单元类型、上游和下游距离、湍流模型和数值方法。· 通过系统性研究，文章提出了一套最佳网格生成的指南，并发现混合RANS-LES方法在模拟汽车空气动力学力量时提供了一个准确且经济的折衷方案。 2. 研究发现 · 网格分辨率、第一层网格高度和总网格层高度对CD和CL的预测有显著影响。· 增长率和单元类型对模拟结果的影响相对较小。· 在上游和下游距离的选择上，研究发现对于给定的边界条件，存在一个临界距离，超过该距离后，CD和CL的变化趋于稳定。· 湍流模型的选择对CD的影响不大，但对CL的预测有显著差异。SST（剪切应力传输）k-ω模型在预测CL时表现最佳。· 相比于传统的RANS模型，混合RANS-LES和LES方法在预测CD和CL时与风洞数据的一致性更好。 3.结论与建议文章最终提供了一系列针对汽车空气动力学CFD模拟的推荐实践，旨在帮助研究人员和从业者提高模拟的准确性和可靠性。特别地，文章强调了在模拟中考虑实际风洞测试条件的重要性，并推荐使用混合RANS-LES方法来获得更准确的空气动力学力量预测。尽管LES方法在预测准确性上优于混合RANS-LES方法，但其计算成本显著更高。因此，混合RANS-LES方法在准确性和计算成本之间提供了一个较好的平衡。来源：CFD饭圈