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流体工程课程

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Ansys Fluent提供了许多内建模型来研究这种规则流动现象。然而，其他应用程序有时需要额外的定制，这在Ansys Fluent中可以使用用户定义函数或udf提供。用户定义函数(UDF)是一种C或c++代码，可以动态加载到Ansys Fluent中以增强其标准功能。例如，工程师可以使用UDF来定制边界条件、材料属性定义以及表面和体积反应速率。本SimCafe课程将演示如何使用udf对一个典型问题——流过圆柱的流动——的升力系数进行积分。

射流，是一种自由剪切流，是废气从一个受限的来源，如喷嘴进入静止的周围。从工程角度来看，射流中心线速度、扩散速率和穿透长度是感兴趣的参数。根据流动特性，射流可以是层流或湍流。在SimCafe课程中，我们将学习在Ansys Fluent中建立模型，并比较层流和湍流射流结果。我们还将在本课程中讨论k-epsilon湍流模型的重要性。

在大多数工业应用中，强制对流用于有效和高效的传热应用，如汽轮机，热交换器等。当强制流体流动为湍流时，它增加了混合速率，最终导致与层流流动相比增加了传热。这些传热速率可以通过工程模拟计算得到。在这个SimCafe课程中，我们考虑通过管道的湍流，在管道的中间有一个加热的部分。

马赫数，通常用来描述物体相对于声速的速度的无量纲特征数。在这样的速度下，产生了激波，即密度、速度和压力等流动特性的急剧空间不连续。由于压力等流动特性的突然变化，研究激波对运动物体的影响对结构的完整性和稳定性具有重要意义。在这个SimCafe课程中，我们将学习如何使用Ansys Workbench在楔上建模超音速流动。

当气流以较低的雷诺数通过烟囱时，流动是对称的。随着流动雷诺数的增加，流场变得不对称，导致在流动中产生周期性涡结构。这些被称为冯·卡门漩涡，它们周期性地从身体上分离，在身体后面形成一种旋转漩涡的重复模式。当这些涡旋的频率与这些高层结构的共振频率相匹配时，就会在结构中引发剧烈的振荡，可能会损坏甚至毁坏烟囱。在这个Sim Café的例子中，我们将考虑经过圆柱的非定常流动的标准问题，以理解风对烟囱的气动影响。

翼型是飞机机翼或螺旋桨叶片的横截面形状。翼型体的设计主要产生两种气动力:(1)垂直于自由气流，称为升力;(2)在自由气流方向上的阻力，称为阻力。翼型的形状，它的表面积，和攻角起着重要的作用，决定了这些气动力的大小在翼型上。在这个SimCafe课程中，我们将学习进行NACA 0012翼型在6度攻角放置在风洞内的CFD分析，通过使用Ansys Workbench遵循端到端工作流。

流动中的波动是由旋流结构或涡流引起的，它们可以在流动中以各种大小存在——有些小，是均匀和独立的，有些大，受流场控制。为了研究湍流的影响，与所有这些涡旋相关的传输现象需要解决，但由于计算硬件的限制，这并不总是可能的。为了缓解这种情况，引入了时间平均的概念，并开发了一组称为雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)的方程。在这个SimCafe课程中，我们将学习使用Reynolds平均Navier-Stokes (RANS)方法来模拟管内的湍流流动。

由于流体的性质(特别是粘度)，与远离物体的区域相比，外部流动在物体表面附近表现出不同的特性。边界层是物体表面附近的一个狭窄的粘性区域，它的形成是所有外部粘性流动的一个共同因素。模拟帮助我们计算这些力，并做出所需的设计更改，以获得更高的升力和最小的阻力。在这个Sim Cafe课程中，我们考虑一个平板上的稳定流动的标准问题，使用Ansys Workbench来理解平面上的气动效应。

在流动网络中，流动的流体遇到装置和附件，如阀门和弯管。除此之外，流体在流动过程中也可能会突然膨胀或收缩。由于这些不可避免的管件和设计，流体会经历能量损失。在发电等许多行业，这些损失会加剧，并可能变得非常严重。在本Sim Cafe课程中，我们考虑稳态层流通过突然膨胀的管道，利用Ansys Workbench来了解膨胀引起的能量损失。

对动脉血流的研究可以帮助了解动脉内斑块形成的程度。在这种情况下，重要的是了解速度，压力和壁切应力，以确定血液流动的效率。在这个SimCafe课程中，我们学习通过Ansys Fluent中的端到端工作流来模拟流经动脉的血流。

扩散过程完全是由于浓度梯度而发生的。扩散是一个瞬态过程，扩散速率随系统浓度的时间变化而变化。充分了解扩散速率可以帮助工程师设计更高效率的工业设备，而工程模拟在预测这些扩散速率方面发挥着重要作用。在SimCafe课程中，我们学习如何在Ansys Fluent中建模二维瞬态扩散问题，并将得到的数值解与解析结果进行比较。

风力涡轮机是用来将移动的风的动能转化为电能的。风力涡轮机的主要部件是转子叶片、发电机、齿轮箱和控制系统。转子叶片直接暴露在强风中，应该设计得能够承受这些负载。它们同时承受升力和阻力，为了产生最大功率，需要较高的升力和较低的阻力系数。在这个SimCafe课程中，我们将使用涡轮叶片周围的周期性截面，并使用Ansys Fluent研究相同的力。

了解和研究气动力分布对烟囱等高层结构的稳定性至关重要。这些力可以借助工程模拟来估计。在SimCafe课程中，我们考虑了一个典型的问题，通过圆柱的稳定流动，了解风对烟囱的气动影响使用Ansys Workbench。

为了提高风力涡轮机的效率，设计工程师必须考虑叶片周围的流动行为，并估计流动的风产生的空气动力。工程模拟通常用来估计这些空气动力。在低风速下，涡轮叶片周围的气流通常是稳定的。但随着风速的增加，叶片周围的流动行为变为瞬态。这就在气流中产生了漩涡。在SimCafe课程中，我们将使用瞬态滑动网格方法使用Ansys Fluent对垂直轴风力机建模，并研究其叶片周围的非定常流动行为。

风力涡轮机用来捕获风的动能，并将其转化为电能。根据转子轴的方向，风力涡轮机通常分为(1)垂直轴风力涡轮机(VAWT)和(2)水平轴风力涡轮机(HAWT)。为了提高这些涡轮机的效率，设计工程师必须考虑叶片上的空气动力和叶片周围的流动行为。工程模拟通常用来估计这些空气动力。在本课程中，我们将使用多参考系(MRF)方法建模垂直轴风力机使用Ansys Fluent和研究其叶片周围的流动行为。

对动脉血流的研究可以帮助了解动脉内斑块形成的程度。在这种情况下，重要的是了解速度，压力和壁切应力，以确定血液流动的效率。在这个SimCafe课程中，我们学习通过Ansys Fluent中的端到端工作流来模拟流经动脉的血流。

大多数流体流动(气体或液体)本质上是紊流。这些流动的特征是质量、动量和种类等输运量在空间和时间上的不稳定和不规则波动。这些波动增强了流动的混合。在这个SimCafe课程中，您将学习如何建模三维内部湍流管道流动。您将创建几何图形、计算网格并设置模拟所需的边界条件。本文使用逐步说明解释了成功建模此流体流动问题所需的基本概念和步骤。

当两个平行的流体流以不同的速度运动，使得流体-流体界面处的速度非零时，就形成了混合层。在没有诸如粘度等耗散力的情况下，流体-流体界面处的微小扰动会导致在界面处产生涡旋。在这个SimCafe课程中，您将学习如何使用Ansys WorkBench建模二维周期双剪切层。您将创建几何图形、计算网格，并设置模拟所需的边界条件，并了解颗粒负载流的基本原理。概念和步骤需要成功的模型这一流体流动问题解释使用浸入式逐步演练视频。

燃烧是一个包括热和化学两个过程的过程，在这个过程中，碳氢化合物燃料与氧化剂反应生成产物，伴随着热量形式的能量的释放。它是各种工程应用的组成部分，如内燃机、飞机发动机、火箭发动机、熔炉和电站燃烧器。燃烧模拟被广泛应用于上述应用的设计、分析和性能阶段。在这个SimCafe课程中，您将学习如何为燃料(CH4)和空气混合物圆柱形燃烧室建立轴对称模型。您将设置模拟所需的边界条件。本文使用逐步说明解释了成功建模此流体流动问题所需的基本概念和步骤。

扩散是一种物质从高浓度区域向低浓度区域移动的过程。它完全是由浓度梯度驱动的。在这个SimCafe课程中，您将学习如何使用Ansys WorkBench建立气体的三维扩散模型。您将设置模拟所需的边界条件。基本概念和步骤需要成功建模这一流体流动问题解释使用浸入式逐步演练视频。

冷却电子元件对于平稳、可靠的运行是很重要的。电子器件产生的热功率不利于其运行，经常导致过早故障和寿命缩短。在这个SimCafe课程中，您将学习通过Ansys Workbench中的端到端工作流通过电子盒建模对流传热。您将创建计算网格并设置模拟所需的边界条件。本文使用逐步说明解释了成功建模此流体流动问题所需的基本概念和步骤。

在这个SimCafe课程中，我们将学习如何在Ansys Fluent中建模飞机机翼跨音速流动并分析结果。我们将学习在Ansys Workbench中端到端工作流，并通过所有步骤详细。

生物医学研究人员一直依靠计算流体动力学来建模和理解血液动力学障碍形成和发展背后的物理机制。在这个SimCafe课程中，您将学习如何在分支动脉中建模三维内部血流。您将创建计算网格并设置模拟所需的边界条件。基本概念和步骤需要成功建模这一流体流动问题解释使用浸入式逐步演练视频。

收敛-发散喷嘴广泛应用于推进领域，它们被设计用来产生所需的推力，并协助飞机或火箭的机动性。在这方面，分析喷嘴内部的流动情况，减少总压损失是很重要的。在这个SimCafe课程中，您将学习如何设置一个模拟来分析通过喷嘴的流动和分析结果。