1.2 計算流體力學(xué)問題的解決過程

采用CFD解決某一實際問題分為3步：前處理、求解、后處理。下面對這3個過程進行具體說明。

1.2.1 前處理

前處理的目的是將具體問題轉(zhuǎn)化為求解器可以接受的形式。這里，求解器可以接受的形式就是計算域和網(wǎng)格，即前處理需要建立計算域并劃分網(wǎng)格。這兩者雖然只是求解過程的準備工作，但都很耗時，且對求解結(jié)果的精確度起決定性影響。

計算域，即CFD分析的區(qū)域，一般為流動區(qū)域。對計算域進行合理處理可以極大地減小計算量，如果是具有對稱性的流動，可以設(shè)置一個含對稱面（或?qū)ΨQ軸）的計算域處理。又如，如果只關(guān)心流場的某一細部，通過設(shè)置合理邊界條件和該細部的計算域，可只對該細部的計算域進行CFD分析，無須求解整個流場。

網(wǎng)格，即對計算域劃分的單元。網(wǎng)格的數(shù)目和質(zhì)量對求解過程有重要的影響。網(wǎng)格的數(shù)目應(yīng)該夠多，以確保能合理描述流動過程；但網(wǎng)格的數(shù)目不應(yīng)過分地多，以免浪費計算資源。在網(wǎng)格的質(zhì)量方面，應(yīng)該盡量使用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。對于二維流動的模擬，應(yīng)盡量使用四邊形網(wǎng)格；對于三維流動的模擬，應(yīng)盡量使用六面體網(wǎng)格，以提高求解精度。網(wǎng)格劃分通常要占到CFD總體模型與參數(shù)設(shè)置時間的40%以上。對實際模型劃分高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，需要進行專門的網(wǎng)格劃分訓(xùn)練和經(jīng)驗積累。網(wǎng)格劃分技術(shù)并不神秘，只要經(jīng)過訓(xùn)練，人人都可以成為復(fù)雜模型結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分的高手。

對計算域劃分好網(wǎng)格后，可定義邊界條件。邊界條件定義好后即完成前處理，此時可以輸出網(wǎng)格文件給求解器計算了。

1.2.2 求解

求解器讀取前處理生成的文件后，設(shè)置好各種模型和參數(shù)，就可以開始進行迭代計算了。

在求解器界面中，讀入前處理生成的文件后，應(yīng)首先檢查該文件的網(wǎng)格質(zhì)量是否符合求解器的要求，網(wǎng)格是否出現(xiàn)負體積。確認網(wǎng)格沒有問題后，應(yīng)檢查計算域單位（如尺寸單位、參數(shù)單位等）。然后設(shè)置求解器，如是定常還是非定常問題、顯式還是隱式格式等。再設(shè)置各類模型，如湍流模型、多相流模型、組分傳輸模型、化學(xué)反應(yīng)模型、輻射模型等。再設(shè)置流體的物性，如密度、比熱、導(dǎo)熱率、粘性等。再具體設(shè)置計算域的邊界條件。然后設(shè)置壓力與速度耦合方式、離散格式、欠松弛因子。最后對計算域進行初始化，并設(shè)置關(guān)鍵位置的求解參數(shù)監(jiān)視器，就可以開始進行迭代計算了。

1.2.3 后處理

后處理過程即對已經(jīng)計算收斂的結(jié)果繼續(xù)處理，以獲得直觀清晰的、便于交流的數(shù)據(jù)和圖表。后處理可以利用商業(yè)求解器自帶的功能進行，如FLUENT和CFX都自帶了較為完善的后處理功能，可以獲得計算結(jié)果的矢量圖、等值線圖、跡線圖等。后處理也可以利用專業(yè)的后處理軟件完成，如常用的TECPLOT、origin、FIELDVIEW和EnSight等后處理軟件。