Autodesk CFD 2024 入门 进阶 精通
2024-07-23 08:50:17 0 举报AI智能生成
Autodesk CFD 2024的流体动力学学习笔记是对Autodesk CFD相关知识进行整理和记录。经过整理归纳，制作了Autodesk CFD 2024的流体动力学学习笔记，内置了视频链接资料，官方帮助文档链接。学习笔记记录了软件的操作步骤和分析方法，可以作为解决问题时的参考，帮助学习者更快地找到解决方案。通过学习笔记，学习者可以更快地掌握软件的操作和分析方法，提高工作效率。总之，Autodesk CFD 2024的流体动力学学习笔记是为了帮助学习者更好地理解和掌握知识，提高操作和分析能力的一种学习工具。
作者其他创作
大纲/内容
第1章Autodesk CFD软件介绍
1.1 CFD和Autodesk CFD
1.2解决方案策略推荐
1.3重要资源
第2章Autodesk CFD三维模型准备
2.1准备CAD模型
2.2CAD连接和基本模型交互
2.2.1设计分析简介
2.2.2从CAD启动
2.3模型基本操作
第3章Autodesk CFD仿真前处理
3.1用户界面
3.2模型设置工作流程
3.3几何分支和工具
外部流体域
摩托车和自行车
航空器
汽车
受外部自然对流影响的电子设备
3.4指定材料和设备
内部风扇
离心风机
阻尼部件
止回阀
旋转区域
印刷电路板
LED
简化热模型
热电制冷器
热交换器
散热器
3.5指定边界条件
流量边界条件
速度
速度通常用作入口边界条件
指定为垂直于所选的面或沿直角坐标系分量
·如果方向定义为向模型外部，速度可应用于出口
·若要为速度条件定义充分发展的流动曲线，可选中“充分发展”
体积流量
·应用于平面入口（有时也应用于出口)
·这在密度恒定时最为有用
·若要为体积流量条件定义充分发展的流动曲线，可选中“充分发展”
质量流量
·主要应用于入口（仅平面)
·如果流动方向为向模型外部，则质量流速可应用于出口
压力
·压强边界条件通常用作出口条件
·推荐·(最方便的)出口条件是静态表压值为0
·在出口无须应用其他条件
·如果设备中的压降已知，可指定入口处的压降﹒(静态表压)，并将出口处的静态表压值指定为0
滑移/对称
·滑移条件使流体沿壁面流动，而不会像壁面上经常出现的那样，停止在壁面上
·可以防止流体穿过壁面
·滑移壁面对定义对称平面非常有用
对称面不必与坐标轴平行
传热边界条件
温度
·运行传热分析时,应在所有入口指定温度边界条件
在大部分传热分析中，建议使用静态温度条件
·在可压缩传热分析中，.建议使用总温度
热通量
·总热通量是将热量直接传到应用面的面条件
·直接应用总热通量条件(不要划分面区域)
·这非常有用，即使应用面的面积变化，也无须再重新计算这些值
·总热通量只能应用于外部壁面
换热系数
·也称为对流条件，经常用于模拟制冷效果
·为外部面指定换热系数，以模拟设备外部环境的效应
只能应用于外部面
辐射
“辐射”边界条件模拟所选面和模型外的源之间的辐射传热
·它相当于特定源温度和面条件的热负荷体对暴露面的·“辐射换热系数”
总热量
“总产热量”条件是未按部件体划分的热负荷
这是大部分热负荷应用的推荐条件，.因为即使部件体变化，此值也无须调整.
3.6指定网格
3.7求解
工程参数
流体
可压缩性
静水压力
传热
辐射
重力
湍流
太阳辐射
标量
空化
3.8结果收敛判断
第4章Autodesk CFD仿真后处理
4.1控制全局结果
全局结果
绝对速度
X方向速度
Y方向速度
Z方向速度
静压
温度
标量变量
密度
粘性
剪切应力XY(Tau-XY)
剪切应力ZX(Tau-ZX)
剪切应力YZ(Tau-Yz)
绝对剪切应力(Tau)
壁面换热系数
壁面热流量
全局矢量
无
速度矢量
XY投影速度矢量
XZ投影速度矢量
YZ投影速度矢量
剪切应力(Tau)
壁面热流量
4.2使用平面理解结果
4.3迹线
4.4等值面和ISO体积
4.5壁面结果
评估内部阀门组件上的液压力以确定弹簧刚度
计算气动实体上的升力和阻力。
壁面温度
压强
热流量
换热系数
绕某个轴力矩和受力中心。
4.6测量部件温度
流体
固体
内部风扇
简化热模型
热交换器
4.7结果点
使用“结果点”评估减压阀随时.间的变化情况。
利用瞬态设计分析模拟阀门随时间产生的累积压力及随后的排气情况。
若要了解是否达到设计目标，必须描绘阀门关键位置的压力随时间的变化情况。
4.8使用决策中心得出结论
4.9 克隆设计和工况
第5章软件高级设置
5.1基本文件夹结构和常用文件类型
5.2有限元与有限体积
5.3标志
5.3.1标志管理器
5.3.2标志列表
5.4网格划分
5.4.1诊断
5.4.2调整网格尺寸
5.4.3自动加密
5.4.4加密区域
在流动向一个方向流动变化不大的区域，粗糙的网格就足够了。
在有流动发生循环或产生大梯度变化·（如尾迹、·旋涡和分离区域)时，就需要更精细的网格了。
5.4.5高级参数
-5.4.6自适应网格
不支持如下仿真类型或设置
瞬态仿真(包含运动或旋转）
二维模型
面零件
挤压网格
用机械方式从 Pro /Engineer加载的模型
5.4.7拉伸
5.4.8手动网格剖分
5.4.9壁面层
5.4.10几何变更
5.4.11网格单元说明
5.4.12多线程网格划分
5.5旋转区域
5.5.1旋转区域几何学注意事项
5.5.2旋转区域边界条件
5.5.3使用冻结转子求解旋转分析
5.5.4旋转区域输出文件
5.5.5旋转区域分析最佳实践
5.6瞬态流动
5.7运动
5.7.1直线运动
圆筒中的活塞运动。
液压油缸
物体通过传送带的移动
阀门开启和关闭
5.7.2 角运动
容积泵
齿轮泵
止回阀
弹簧阀
5.7.3直线/角复合运动
5.7.4轨道/旋转复合运动
5.7.5章动运动
5.7.6滑片运动
5.7.7自由运动
5.7.8运动的几何体与网格划分
5.7.9运动表面元件
5.7.10运行运动分析
5.8对流方式
ADV1(Monotone streamline upwind)
这是几乎所有分析（除旋转区域)的默认方案。它是“主力”，建议为大多数分析类型的起始点。这是“如果……会怎样”的分析起始点，但可能对于标杆型或需要验证结果的方案来说在数值上不够精确
1)数值稳定
2)建议网格对齐流动方向———较小的封闭体
3)网格不对齐流体时有可能造成数值发散——仿真时边网格不在流体方向上时会发生错误
4)非常适用于内部有很多障碍物的几何图元
5)非常适用于延展网格
6)建议用于运动网格
7)建议用于自由曲面
ADV2( Petrov- Galerkin)
1)比 ADV1.更精确的数值方法，专门用于那些不建议使用.ADV.1的分析。
2)数值稳定。（弱于ADV 1)
3)随机网格更少发生数值发散。在大区域有随机网格的模型，并通常用于非约束外部流。例如,包括:
AEC和置换通风
大型外部流域
数据中心
4)建议用于瞬态传热分析
5)建议用于压力驱动流动
6)建议用于可压缩流
7)建议用于标量和能量传输方程l
8)建议用于旋转区域分析
ADV3( Flux based scheme)
1)对于大多数流动数值不稳定
2)仅能用于不可压缩流
3)不能用于运动固体分析
4)专门调节阻力或外部流动问题
5)必须使用网格增强
ADV4(Min - Mod scheme- Petrov-Galerkin variant)
1)中等数值稳定性·(弱于ADV 1)
2)专门用于细长形管道（管道流动类分析)中的流动分析
ADV5( Modified Petrov ; Galerkin)
更稳定且精确的ADV2版本。它适合用于ADV 2的所有应用程序类型，.但通常会产生更保守的全局效果。ADV5已经在以下方面优于ADV 2 :
回流和二次流的精度
压降预测
自然对流的稳定性
可压缩流的精度及稳定性
旋转（透平机械)和运动的精度及稳定性
能量平衡的稳定性
给体分配阻尼
5.9湍流
5.10智能求解控制
1·稳态
2·没有固体运动的瞬态分析
3·带固体运动的瞬态分析
4·带有旋转区域的瞬态
5.11收敛
5.12 FEA映射
5.12.1传输结果到FEA
5.12.2 FEA系统介绍
1·Nastran
2·ABAQUS
3·ANSYS
4.Pro/ EMechanica
5.Femap
6.Cosmos / M
7· l-DEAS
5.13粒子
5.13.1轨迹算法
5.13.2带质量的粒子轨迹
5.14应用程序接口(API)
5.14.1 CFD脚本编辑器
5.14.2API结构与层级概述
5.14.3使用API编程引用
第6章Autodesk CFD进阶功能
6.1日照辐射
6.2热舒适度
6.2.1仿真热舒适度
1)流动
●微风（外部风/尾流)"和通风口风速:”设置流速或体积流量。
●如果浮升力会引起热变化,就在“环境”对话框选择变量
●在出口-(回风口)-设置压力边界条件
2) 热
在所有进口设置空气温度，.这是必需的。
在窗户和墙壁上，（根据需要)设置U值作为固体材料的导热系数。
在灯、电子器件和设备上设置发热量边界条件。不要在要求解的零件上设置温度。
在外表面设置换热系数―（根据需要)以模拟与周围环境的热交换
外墙表面被认为是绝热时，不需要设置热交换边界条件)
外墙表面被认为是绝热时，不需要设置热交换边界条件)
在人体上设置发热量边界条件。需要对每个人的散热进行仿真。表6-2中列出了不同活动范围内的新陈代谢率。
6.2.2热舒适度因子
6.2.3评估热舒适结果
6.3焦耳热
6.4湿度
6.5冲蚀
6.5.1通过质量粒子迹线查看冲蚀
6.5.2冲蚀仿真中的材料硬度
6.6空蚀
6.7两相流混合
6.8标量混合
6.9烟雾能见度
6.9.1烟雾能见度仿真
6.9.2烟雾能见度参数
6.9.3评估烟雾能见度结果
6.10可压缩流
6.11自由液面
液体在水箱中的运动
泼溅:“液体在不完全装满的容器中是如何运动的。
搅动:"在有插入或半插入的搅拌器、挡板，以及多个进口和出口或水箱运动时液体在水箱中的流动行为―（水箱的运动包括在运输过程中的振动和移动)。
水路运输与设施
市政设施:"水坝、暗沟、"泄洪道和堤堰。
阀门:·明渠流动。
水箱:·填满/灌入周期或进出口持续流动
不适应用
喷雾器和喷嘴
气体/燃料混合和雾化
风带动的液滴和雨
油漆粘着在墙壁上
表面张力
铸造和填料时的针孔和细孔仿真
第7章Autodesk CFD行业最佳实践
7.1建筑行业最佳实践
7.1.1机械通风
HVAC系统研究
数据中心
实验室
污染物或烟气排放分析
7.1.2风载荷
流动吹过或围绕建筑物
贴附和非贴附在物体上的外部气流效果
窗户上的风载荷
工业招牌上的风载荷
照明板上的风载荷
建筑物表面的气流冲击效果
7.1.3自然通风
自然流动和热现象，通常包括浮升力驱动的流动。
市政建筑中的自然通风
室内冷凝和热分层
7.1.4AEC应用中的几何建模技术
1.机械通风
建模策略
空气域
内部物体
送风(`通风口、散流器、风扇等)
排风（调节器、通风口、风扇等）
边界条件
2.风载荷
建模尺寸
边界条件
3.自然通风
建模策略
建模尺寸
边界条件
4. 模型处理
删除或简化家具的细节特征。
减少或用更简单的特征替换:.小直径管道、圆角、.倒角、孔、把手和导轨
5.模型完整
确保墙壁、地板和天花板闭合。
用细线视图选项检查结构细节。
用合并和对齐命令确保墙壁完全对准。
避免结构体―（如梁和柱)﹐和相邻几何体之间小的冲突和缝隙。
7.1.5 AEC行业应用中的材料
固体材料
砖
石膏板
硬木材和软木材
钢
玻璃
自定义材料
混凝土
泥土
复合材料
等效特性材料
导热系数
密度
比热容
内部风扇材料设备
7.1.6 AEC应用中的热边界条件
7.1.7热交换器的使用
在HVAC、 AEC和建筑环境中的发热器或冷却器。
机房空调( CRAC)机组。
机房空气处理器( CRAH) 。
计算机空调( CAC)
空空冷却器。
液体冷却器。
空调。
加湿器——蒸汽和绝热。
热轮或旋转热交换器。
除湿器。
7.1.8 AEC应用中的网格划分
7.2照明行业应用最佳实践
应用领域
普通房间照明
建筑照明。
停车场。
人行道。
体育馆。
舞台灯光。
车辆。
广告牌和标志。
7.2.1建模策略——几何体与边界条件
7.2.2使用的建模策略
7.2.3照明应用中的网格划分
7.2.4运行灯具案例
7.2.5照明应用的可视化和结果提取
7.2.6预期流动方式和查找问题
7.3电子散热行业最佳实践
典型的系统级电子散热分析
1)强迫冷却―（风扇)
内部通孔。
内部封闭。
外部。
2)被动冷却
内部通孔。
内部封闭。
外部。
7.3.1内部强迫冷却:有通风口
投影仪
计算机硬件。
实验器材。
通信设备。
数据中心设备。
7.3.2内部强迫冷却:封闭环境
通信设备
控制模块。
严酷环境中的设备。
7.3.3外部强迫冷却
电源
换流器
通信设备
控制模块
计算机硬件
7.3.4被动冷却: 内部, 通风
仪表板。
机械面板。
被罩住的元件。
混合动力系统。
7.3.5被动冷却:内部，封闭
1)路由器。
2)汽车:
仪表板。
机械面板。
被罩住的元件。
混合动力系统。
7.3.6外部被动冷却
在桌面上的投影仪。
在桌子或支架上的电视机或显示器。
放在桌面或乎台上的路由器、硬盘、换流器。
在线路或电线杆上悬挂的通信模块或变压器。
墙上吊装的恒温器。
悬挂的灯具。
7.3.7电子散热分析技巧
1·金属薄板
抑制所有的紧固件及其相关孔洞，除非它们会影响到热流路径。
删除裂口和凸起。
将倒圆角半径设为0。
册除有折边的缝隙。
用简单的几何替换穿孔阵列区。
2. 固体空气
路由器
两块电路板之i间的空间
PCB和外壳之间的空间
薄壁金属板与PCB之间的空间
7.3.8印制电路板
7.3.9简化热模型
7.3.10散热器
7.3.11TEC(热电制冷器）材料
7.4涡轮机械行业最佳实践
涡轮机械
涡轮设备，"能量从流体转移到转子。
泵与风机设备，通过离心叶轮或风机叶片将能量传输到流体。
7.4.1离心泵和轴流风机
目标
确定最大流量。(在О压头损失时)。
确定给定压头损失的流量。
确定给定流量的压头。
确定性能曲线。
应用举例
水泵。
冷却风机”（轴流)。
冷却风机”（径流)”。
建模策略
没有不必要特征的无错的"CAD几何模型对于提高分析效率来说是很重要的。尤其是在叶轮和涡壳上要移除细小的边和面，以及耐磨环和外壳上细小的缝隙。
延伸进口和出口到至少3～4倍的叶轮水力直径，这样可以避免边界条件直接影响结果。
旋转区域应包裹叶轮，但是不要接触任何静态的元件，其边界应该位于涡轮外直径和水域直径的中间。
想方便地加密叶片边缘附近和泵壳涡舌处的网格，可以尝试使用有边缘特征的面"（而不是用一个大面延伸覆盖叶片或蜗壳)。"这样可以更容易地在这些关键区域加密局部网格。
轴流风机的典型结构是指由叶轮及其周围的圆柱形区域组成的结构。在进出口设计延长区域，延长到离旋转区域3～4倍的水力半径的长度
7.4.2涡轮
目标
流动行为(上下游的旋涡)。
是否需要在上下游处对流动进行机械矫正。”
合成扭矩。
合成旋转速度。
功率。
根据负载函数转动（负载转速与空载转速)。.
应用举例
涡轮流量计。
水轮。
牙医电钻。
风车。
建模策略
没有不必要特征的无错的CAD 几何模型对于提高分析效率来说是很重要的,尤其是在叶轮和涡壳上要移除细小的边和面，以及耐磨环和外壳上细小的缝隙。
延伸进口和出口到至少3～4倍的叶轮水力直径，这样可以避免边界条件直接影响结果。
旋转区域应包裹叶轮，但是不要接触任何静态的元件，其边界应该位于涡轮外直径和水域直径的中间。
●想方便地加密叶片边缘附近和泵壳涡舌处的网格，可以尝试使用有边缘特征的面（而不是用一个大面延伸覆盖叶片或涡壳)。这样可以更容易地在这些关键区域加密局部网格。
7.4.3错误排查
1·结果与实验不符世
检查分析设置（压力、流量、转速、流体)是否与测试条件一致。
检查仿真用的几何体是否能反映实际几何体。
检查扭矩、压力和流动是否达到了稳态―（已停止变化)。如果没有，就增加时间步。
加密整体网格，减小时间步长。
最大速度超过了叶轮尖端的速度，"或者求解发散。
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