【NFX CFD与流体力学】：计算流体域与NFX CFD体积抽取功能

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midas NFX是集结构、热、流体和优化设计于一体的有限元仿真分析软件，而midas NFX CFD则是其中计算流体动力学求解器高级模块。它采用独特的有限单元法（FEM）进行编程，在midas NFX 程序中搭配结构求解器组成一体化的图形用户界面（GUI），并提供全中文界面。是一款简单易学，易上手，并且实用的CFD 软件。

导读

各位工程师朋友，大家好，本期文章将为各位介绍流场分析中计算流体域与内外流场域的体积抽取等相关概念，计算流体域的创建是CFD流场分析的基础。在明确计算流体域的概念之前，需要跟大家说明描述流体运动的两种方法拉格朗日法和欧拉法，而对于其描述流体运动的对象，拉格朗日法称其流体运动对象为系统，欧拉法称其流体运动对象为控制体，而这里的控制体就是我们要创建的计算流体域。

管道内流场与汽车空气动力学外流场计算域——NFX CFD体积抽取功能

1描述流体运动的两种方法——欧拉法和拉格朗日法

拉格朗日法 即质点系法，定义流体质点的位移矢量。其描述的对象为流体质点，通过跟踪流体质点描述其运动历程。

用拉格朗日法描述流体流动，求解流体质点的速度和加速度是将流体质点的位移矢量对时间求导，流体质点的空间坐标(a,b,c)视为参数，即跟定流体质点。

欧拉法 即流场法，定义流体质点的速度矢量场。其描述的对象为流动空间中的空间坐标点，描述流体质点流经空间各固定点的运动特点。

用欧拉法描述流体流动，则跟定流体质点后，(x,y,z)均随时间不变，即用欧拉法处理拉格朗日观点。

2系统与控制体

系统对应拉格朗日法，在流体流动中，指某一确定流体质点集合的总体，系统就是由确定的、连续分布的众多流体质点所组成的流体团，也就是连续的流体质点系，系统随系统内的流体质点一起运动。系统以外的环境称为外界，分隔系统与外界的界面称为系统的边界，比如常提到的离散元分析。

控制体对应欧法，在流体流动中，控制体就是相对于参考系静止不动的，有流体穿越其边界而流进、流出的一定空间区域。控制体是流体所在的空间，以假想或者真实流体边界包围，固定不动形状任意的空间体积。包围这个空间体积的边界面称为控制面，当然，在控制面上，也应有动量交换和能量交换。将力学定律应用于控制体，相应于描述流体运动的欧拉法，比如有限单元法。而这里的控制体就是我们要创建的计算流体域。

3流场分析中的计算流体域

因此在流场分析流程中，创建流体流动的这个以假想或者真实流体边界包围的控制体就是创建流场分析中的计算流体域。计算流体域的创建在不同的几何建模软件中有不同的方式，常用的方式有两种，一种是直接运用建模软件中的布尔运算功能，封闭结构几何模型，以一定的外部体积与该结构几何模型进行求差，得到目标控制体，即流体计算域，如下图所示。

利用布尔运算中求差进行流体计算域抽取

此外，可以NFX CFD还提供了体积抽取功能，来完成流场分析中内流场计算域和外流场计算域的建立，该功能支持工程师在建立好结构几何模型之后，无需进行额外的集合操作，一键创建结构几何模型的内流计算域和外流计算域。

利用NFX CFD体积抽取功能进行流体计算域抽取

体积抽取功能的功能实现仅需点击NFX中几何菜单下的体积抽取功能按钮。在该按钮在点击输入相关控制体范围，软件即可自动抽取其内流场。

1、选定结构几何模型

2、输入其计算流体域控制体范围（外流场）

3、选择封闭结束面（内流场）

来源：midas机械事业部

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首次发布时间：2023-03-22