cfd算法课

① CFD仿真模拟的介绍

什么是CFD?简单地说，CFD就是利用计算机求解流体流动的各种守恒控制偏微分方程组的技术，这其中将涉及流体力学(尤其是湍流力学)、计算方法乃至计算机图形处理等技术。
因问题的不同，CFD技术也会有所差别，如可压缩气体的亚音速流动、不可压缩气体的低速流动等。对于暖通空调领域内的流动问题，多为低速流动，流速在10m/s以下；流体温度或密度变化不大，故可将其看作不可压缩流动，不必考虑可压缩流体高速流动下的激波等复杂现象。从此角度而言，此应用范围内的CFD和数值传热学NHT(Numerical Heat Transfer)等同。另外，暖通空调领域内的流体流动多为湍流流动，这又给解决实际问题带来很大的困难。由于湍流现象至今没有完全得到解决，目前HVAC内的一些湍流现象主要依靠湍流半经验理论来解决。
总体而言，CFD通常包含如下几个主要环节：建立数学物理模型、数值算法求解、结果可视化。 建立数学物理模型是对所研究的流动问题进行数学描述，对于暖通空调工程领域的流动问题而言，通常是不可压流体的粘性流体流动的控制微分方程。另外，由于暖通空调领域的流体流动基本为湍流流动，所以要结合湍流模型才能构成对所关心问题的完整描述，便于数值求解。
如下式为粘性流体流动的通用控制微分方程，随着其中的变量f的不同，如f代表速度、焓以及湍流参数等物理量时，上式代表流体流动的动量守恒方程、能量守恒方程以及湍流动能和湍流动能耗散率方程。基于该方程，即可求解工程中关心的流场速度、温度、浓度等物理量分布。 上述代数方程求解后的结果是离散后的各网格节点上的数值，这样的结果不直观，难以为一般工程人员或其他相关人员理解。因此将求解结果的速度场、温度场或浓度场等表示出来就成了CFD技术应用的必要组成部分。通过计算机图形学等技术，就可以将我们所求解的速度场和温度场等形象、直观地表示出来。如下图2所示即为某会议室侧送风时的速度场和温度场。其中颜色的暖冷表示温度高低，矢量箭头的大小表示速度大小。
可见，通过可视化的后处理，可以将单调繁杂的数值求解结果形象直观地表示出来，甚至便于非专业人士理解。如今，CFD的后处理不仅能显示静态的速度、温度场图片，而且能显示流场的流线或迹线动画，非常形象生动。

② CFD网格生成技术如何入门

强烈不推荐自己从头写网格生成程序。商业软件之所以能拿出来卖钱就是因为它已经把解决方案做的比较完整了，而且结构网格生成已经非常成熟，基本没有什么算法改进的余地了。局部加密如果指的是生成网格时调节网格密度的话，Pointwise和ICEM CFD都有非常完整的支持；如果指的是根据流场自适应加密网格，那么这件事情应该交给solver而不是网格生成程序。如果想要半自动生成网格， 至少ICEM CFD是支持使用脚本参数化生成网格的。至于网格生成效率，我只能说复杂外形生成结构化网格本身就是一件效率不高的事情，和你用什么软件无关。推荐的Gmsh的确是简单网格生成的利器。用脚本生成网格非常快。但是输出的网格似乎只支持以非结构网格的形式存储，不知道答主使用的solver是否支持。如果想尽可能快地上手生成网格，推荐使用Pointwise。自底向上生成网格的思路和一般人的思维方式比较契合。对于一个CAE工程师，他的工作也就只能飞机，汽车，轮船，火箭等等中的一个对于一个干工程的CAE博士或者硕士，可能三到五年工作只能是其中的一个部件了你几年可能就面对这一个部件，还要low到用四面体去划分比如燃气轮机流体工程师毕生面对的都是叶片，所以就有TUROGRID、AUTOGRID分叶片流场结构化网格模块又如电子件传热工程师面对的是总是电子器件，就有ICEPAK这种能自动分结构网格的专业前处理软件。

③ CFD网格并行分解方法基本介绍

做过一点点MPI并行和OPENMP并行。MPI并行的存储方式为分布式存储，也就是复制多份变量到各个进程中，各个进程中同名变量相对独立。因此，需要MPI_SEND等函数来进行通讯，需要MPI_BARRIER等函数对各个进程进行进度调度。在MPI中，各个进程是相对独立的。因此一般需要独特的算法对原算法进行分解，像我以前做的，将计算域切块，各个计算域独立计算，仅仅在各个计算域的交界处进行一些处理。还有许多并行算法等，这只是一种比较简单的方法。OPENMP相对比较简单。它的存储方式是共享存储。因此各个线程所涉及的变量是同一变量。这也是它需要注意的地方。一般而言OPENMP并没有非常特殊的分解方法，往往仅仅是对循环进行分解即可。

④ cfd是什么意思

1，CFD，英语全称(Computational Fluid Dynamics），即计算流体动力学。CFD是近代流体力学，数值数学和计算机科学结合的产物，是一门具有强大生命力的交叉科学。

2，“中央大厨房”的英文缩写为“Central Food Depot”，含义是集中式的食品补给中心，业态为实行“6-12”营业时间的熟食便利店。

3，CFD旱地冰球中心，英文名China Floorball Development （Center），简称CFD，CFD旱地冰球中心于2013年成立，随后将旱地冰球项目推进到全国近80所高校，100多所中小学，社会俱乐部超过100家，培训旱地冰球教练员600多名。

(4)cfd算法课扩展阅读：

CFD是计算流体力学（Computational Fluid Dynamics）的简称，是流体力学和计算机科学相互融合的一门新兴交叉学科，它从计算方法出发，利用计算机快速的计算能力得到流体控制方程的近似解。

CFD兴起于20世纪60年代，随着90年代后计算机的迅猛发展，CFD得到了飞速发展，逐渐与实验流体力学一起成为产品开发中的重要手段。

⑤ 关于CFD中的算法问题

只有追踪粒子这种情况 采用 拉格朗日法，动网格还是欧拉

⑥ 试着列举计算流体力学cfd方法的优缺点

认识CFD的优势要将其与纯理论的流体力学和实验的流体力学进行对比

CFD是虚拟的，节省了硬件开发时间，对一些大尺度模型（飞机、涵洞等）进行全尺度模拟相对便宜。纯理论的流体力学基于有限的认识无法求解方程组，很少的能够应用于工业上的解，而实验往往昂贵耗时，难以独立地考虑某个因素的影响，一般无法进行全尺寸试验，不能完全模拟实际环境。上述缺陷CFD都可以克服。

但由于算法的缺陷，对一些问题CFD处理仍有局限，湍流的高精度模拟一直是难以克服的难题，硬件限制进行高精度的DNS不很现实，且一些情况下网格无关性的验证缺乏依据，还需要依靠实验结果来证明。

希望对你有所帮助

⑦ 计算流体力学(CFD)的前景怎么样

先说我的总体看法吧，总的来说，这个方向还是不错的，相对于大多数工科专业，算是中等偏上水准，基本不会愁找不到工作，但是也不是什么发大财的专业。如果是认真的做了几年，能了解物理过程，写的一手程序，或者有自己开发的CFD代码，这都是硬本领。如果所谓的做CFD只是用现成的商用软件算一些花花绿绿的图，那就另说了。具体的来说，从地域上，先说国内吧，国内做CFD的，硕士博士差不多的学校毕业的，还是有很多企业公司可以去的，主要是国企研究所之类的，汽轮机 航天航空发动机 汽车内燃机等等。外企的话像GE之类的在国内其实研发并不多。美国的话，几家大的CFD软件公司ansys，cd adapco， converge science，都还不错。其他公司像GE的话这几年效益有点不行，utc 普惠的话，没有绿卡就别想了。ansys和GE都有一些名校情结，里面gatech pure cornell毕业的比较多。 ansys fluent的技术头头graham goldin去年跳槽，去converge待了一年然后去了cd adapco。ansys产品多，名气大，但是cd和converge现在都发展的很快。待遇的话，其实各家都差不多。像converge的fresh phd的起薪在8-9w刀一年。后面中期发展大概是十几万，在美国算中产小康水平。跟码农这种本科硕士硅谷起薪10w刀没法比，但是这些cfd公司所处的城市消费水平也没加州那么高，所以生活质量还是不错的。行业也还算稳定。汽车行业也是CFD就业的一个方向，但是美国近些年汽车行业不太景气，行业也不稳定，动不动就lay off。对于国际学生这种没有绿卡的，工作机会就少了更多了。从方向上来说，计算流体力学里面也有很多不同方向，有做纯流体非反应流的，有做化学燃烧的反应流的，有做DNS的，有做LES，RANS的，有做计算算法的，有做网格方法的，各个方向真的差别还挺大的。就像我开头说的，如果是做算法，经常写一些大型程序，或者有自己开发的代码的，几年硕士或者博士下来，都能掌握一手硬本领，知晓物理概念，数学功底扎实，还会写程序，以后工作前景应该是不错的。如果所谓的做CFD只是用一些现成的商用软件算一些花花绿绿的图，那真的就另说了。CFD这个领域好好做，真的是能学到不少东西的，它结合了物理概念（流体 燃烧 等等），数学知识，计算机编程。所以我觉得这还是一个不错的方向。

⑧ 可以用MATLAB做计算流体力学CFD的模拟吗

Matlab主要优势在于快速建立模型。我曾经用 C 写过二维浅水方程求解器，计算效率确实高，但是测试起来就很痛苦了。有时候计算解产生了振荡，你不知道到底是模型的问题，还是程序的问题。这个时候Matlab的优势就很明显，交互式编程嘛，可以随时检查计算时中间变量，并且还有方便的绘图工具。在互联网技术中，可以分为前端与后端两部分，所以我想或许数值模拟也可采用类似这种方法。模型的一部分主要负责计算，这部分采用 C、C++、Fortran 等静态语言编写，而建立模型与前后处理等部分则采用Matlab、Python、Julia 等交互式语言编写，这样既能提高模型的计算效率，又能提高模型的建立与测试速度。这只是我的一些设想，其实openFOAM、Nektar++、dell. II、还有hpGEM都是类似这种模式构建的（基本运算库+求解器），但是除了openFOAM其他的模型似乎应用很少，我觉得还是不够方便的原因。假如这些模型能够和Matlab这种交互式语言结合，相信也会有更多的用户愿意采用。MATLAB的code一般是作为教学使用，主要演示CFD算法，计算规模比较小，方程也比较简单。实用的CFD求解器写起来很麻烦的，题主目前的情况，想从头写MATLAB代码模拟项目估计不大现实。做项目的话最好还是使用开源或商用的软件，例如Fluent、CFX以及OpenFOAM等，这些软件功能完善、上手也快，适合入门。既然Fluent安装不上，如果会用Linux的话可以试一下OpenFOAM。OpenFOAM是开源软件，有适合各类问题的solver，算例也很多，应该能找到跟项目有关的。工程任务，一般是三维问题，雷诺数也不会低。用matlab编程，不管求解RANS或者直接求解这强非线性的N-S方程，执行效率不高，计算量大，debug还是比较费事费时的；

⑨ 请问如何从零开始学习CFD

如果你觉得弄几张花哨的流场图，就叫CFD的话，你可以弄个ANSYS。
要想好好学习原理的话，先把FD搞明白，再搞CFD
我的入门书籍是 陶文铨 的 数值传热学， 以前听过他的课，认真做了作业，后来发现书上介绍也就是冰山一角，还有很多方向都没有介绍到，有很多的方向都可以深入研究。
在我看来没有自己流体代码的人都不叫会CFD，就像会用photoshop的人很多，但是大家都不自称搞是图像处理的，然而很多用CFD商业软件的人都自称是搞计算流体力学的。我觉得比较不恰当。所以平时没事可以写写代码，累积自己的代码库，同时也是学习的过程。