CFD仿真计算拦路虎

如今，企业产品设计开发中越来越重视仿真模拟了，无论大小企业，都会有专人或兼职的设计人员来做仿真计算工作，我们称之为仿真工程师，笔者作为企业一设计人员，也做过一些仿真计算工作，用亲身经历总结了一下企业仿真工程师仿真路上的几个拦路虎，这里只针对CFD仿真计算。

根据ANSYS官方资料，CFD模拟的套路是确定模拟的目的、确定计算域、创建代表计算域的几何实体、设计并划分网格、设置物理问题、定义求解器、求解并监控、查看计算结果、修订模型，下面一一讨论。

1. 确定模拟的目的

企业里用到仿真计算时的目的是非常明确的，就是解决工程问题。仿真工程师要么是在学校生涯中有过仿真计算的基础，要么就是从零开始学习使用的新手，我们暂且在全文讨论中认为都是零基础的新手。

目的很明确，但需要考虑的是仿真精度要什么级别、希望多久拿到结果，那么第一个拦路虎就有了：

拦路虎一：计算精度怎么保证

几乎所有参考书上有讲，得出一大结论就是，SKE方程是工业CFD计算之标配湍流方程，我也看过有的同事拿到一个计算要求时，想都不想就用该方程求解。却忘了，第一大要义，CFD计算一定是要基于流体力学基本理论的，第二大要义，CFD计算一定是基于CFD及数值计算基本理论的。

因此，解决之道在于：

加强理论学习，考虑流动基本现象，算一算雷诺数，是湍流还是层流，预估流动特征，选择适合用的湍流或层流或传热模型，壁面函数用哪个，对流项、梯度、压力差值方法，以及压力速度耦合计算方法的选择等等。

针对此，笔者曾对圆管充分湍流之压降做过核算，用事宜的计算方法，相对误差仅为1%，不适宜的相对误差高达20%。

这就告诫我们，对软件缺省设置（默认设置）一定要格外重视，官方虽说这适用于70%的流动计算。笔者也一直告诫自己，永远不要认为自己已经入门了，一定要不断学习、思考。

2. 确定计算域

面对的问题是，如何把一个完整的物理系统分割出来，并确定计算域的起始和结束位置，这方面不存在拦路虎，倒是有要注意的地方，请看官方资料，就是对计算域的简化问题。

3. 创建几何模型

面对的问题是，你是用现有结构CAD抽取流体计算域，还是从零直接创建，处理过程中，要时时注意不必要几何的简化。

4. 设计和划分网格

网格划分要满足以下八字要求：

疏密有致，过渡均匀！

划分网格其实存在一大拦路虎：

拦路虎二：网格质量怎么保证

要想获得高质量的网格，理想的办法是划分全六面体网格，简单几何几乎无压力，随着几何复杂程度的提高，耗费的时间精力成倍剧增。

于是，针对相对复杂的几何，折衷的办法就是划分四面体网格，最大的拦路虎就是，在考虑计算开销和硬件条件时，怎么保证网格质量。

5. 设置物理问题

其实和第一条类似，仿真计算时，考虑流体属性、流动模型边界条件等等，说到边界条件不得不说一句，你的边界条件的制定完全取决于你的计算域是怎么定的，看官方资料，一定要注意，进出口设置注意事项。

6. 求解并监控

没什么说头。

7. 查看计算结果

收敛的结果不一定正确，不收敛的结果不一定错误。对求解结果的评判是相当重要的，和试验结果差别大是为什么，在没有试验结果的情况下，和设计指标差别大是为什么。我认为，这是最大的拦路虎！

8. 修订模型

确认仿真方法不合理时，就要修订模型，主要根据专家意见以及分析讨论。这就要考虑流动是否有啥特殊效应、边界条件是否合理、网格是否合理、物理模型有啥不适合等等问题，总之，头疼！

说一千道一万，仿真计算要步步为营，每一步都要考虑到，把握细节，工业CFD的主要目的就是控制计算精度，在有限资源限制条件下，获得工程问题的解决方案。