流体力学是研究流体(液体和气体)运动和力学行为的学科。在现代科技的推动下,流体力学仿真软件成为了解决和预测流体流动和传热问题的强大工具。
流体力学仿真软件是一类计算机程序,基于流体力学的基本原理和方程式,通过数值计算方法模拟和解决流体流动和传热等复杂问题。这些软件将流体领域的数学模型转化为计算机可处理的离散形式,并利用计算能力进行求解和分析。
该算法是将流体的Euler控制方程在单元控制体内进行积分后离散求解。这是目前CFD领域最成熟且广泛应用的算法。它通过将流体区域划分为多个控制体积,并对每个控制体积内的流体方程进行积分后离散求解。FVM能够处理复杂的边界条件和多种物理现象,适用于从低速到高速,从层流到湍流等各种流动问题。
SPH是Smooth Particle Hydrodynamics光滑粒子流体动力学的简称,它是基于插值理论的无网格数值方法。它是用许多与自己周边粒子相互作用的粒子(质点)来描述物体(连续体),遵从连续介质力学的力学定律。将物体的材料特性、速度和质量以一定的权重分配给每个粒子。在计算过程中,连续性的改变是由于物体的变形引起的。
SPH特别适用于模拟具有非常大变形的现象,因为此种情况使用Lagrangian网格,单元的变形是非常大的,进而计算时间步长会变得非常小,计算变得非常没有效率,此时就需要换用SPH的方法。鸟撞,液体晃动,波浪工程,弹道学,气体流动等都可以用SPH方法。
MPS半隐式运动粒子法流体仿真软件是一种功能强大、应用广泛的数值模拟工具。通过合理选择和使用这类软件,用户可以高效地解决复杂流体动力学问题,为工程设计和优化提供有力支持。
LBM基于格子玻尔兹曼方程(LBE),从介观尺度(mesoscope)描述流体运动。该方法将流体域离散化为一系列格子节点,并在每个节点上定义一组离散的速度方向,称为“速度集合”。流体粒子在每个节点上进行碰撞,并根据碰撞规则更新每个速度方向上的粒子分布函数,然后沿着其对应的速度方向流淌到相邻节点。通过对粒子分布函数进行积分处理,可得流体密度、宏观流体速度、流体压力等宏观物理量。
FEM有限元法,是一种数值分析方法,它将连续的求解区域离散为一组有限个、且按一定方式相互连接在一起的单元的组合体,以求解连续体热、力、电磁等问题。在流体仿真领域,FEM也展现出了其强大的应用潜力。