流体工程课程

在本课程中，将介绍几个研讨会示例，演示Ansys Fluent网格水密几何工作流程的基本方面，以生成模拟网格。每个示例都包含一个用于重新创建网格的视频演练。将根据演练提供用于重新创建网格的CAD文件。最后的网格文件也提供了参考。

Ansys Fluent提供了许多内置模型来研究这种规律的流动现象。但是，其他应用程序有时需要额外的定制，在Ansys Fluent中可以使用用户定义函数或udf提供定制。用户定义函数(UDF)是一种C或c++代码，可以动态加载到Ansys Fluent中以增强其标准特性。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对典型问题(流过圆柱体的气流)的升力系数进行积分。

射流，这是一种自由剪切流，是废气从一个受限的来源，如喷嘴到安静的周围。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。根据射流的流动性质，射流可以是层流或湍流。在本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- ε湍流模型的重要性。

在大多数工业应用中，强制对流用于蒸汽轮机、热交换器等应用中有效和高效的传热。当强制流体流动为湍流时，与层流流动相比，它增加了混合速率并最终导致传热增加。这些传热速率可以在工程模拟的帮助下计算。在这个SimCafe课程中，我们考虑通过管道的湍流，管道中间有一个加热部分。

马赫数，这是一个典型的无量纲数，通常用来描述物体相对于声速的速度。在这样的速度下，激波，即在密度、速度和压力等流动特性中产生的尖锐的空间不连续。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变得非常重要。在这个SimCafe课程中，我们将学习如何使用Ansys Workbench建模楔形上的超音速流动。

当气流以较低雷诺数通过烟囱时，流动是对称的。随着流动雷诺数的增加，流场变得不对称，导致流动中产生周期性的涡旋结构。这些被称为冯·卡门涡，它们周期性地从身体上分离出来，在身体后面形成一个重复的漩涡模式。当这些漩涡的频率与这些高层建筑的共振频率相匹配时，就会在结构中引起剧烈的振荡，可能会损坏或更糟的是，摧毁烟囱。在这个Sim Café的例子中，我们将考虑非定常流过圆柱的典型问题，以了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)垂直于自由水流方向的气动力，称为升力;(2)朝向自由水流方向的阻力，称为曳力。翼型的形状，它的表面积，和攻角起着重要的作用，决定这些气动力的大小对翼型。在这个SimCafe课程中，我们将学习使用Ansys Workbench进行NACA 0012翼型在6度攻角放置在风洞内的CFD分析。

流动中的波动是由旋转流动结构或涡流引起的，它们可以在流动中以各种大小存在——有些很小，是均匀和独立的，而另一些很大，受流场的支配。为了研究湍流的影响，需要解决与所有这些涡流相关的传输现象，由于计算硬件的限制，这并不总是可能的。为了缓解这一问题，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。在本SimCafe课程中，我们将学习使用雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)方法对管道内的湍流进行建模。

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征。边界层是靠近物体表面的一个薄而窄的粘性区域，它的形成是所有外部粘性流动的一个共同因素。模拟可以帮助我们计算这些力，并进行必要的设计更改，以获得更高的升力和最小化阻力。在这个Sim Cafe课程中，我们考虑了平板上稳定流动的典型问题，以了解使用Ansys Workbench在平面上的空气动力学效应。

在流动网络中，流动的流体遇到装置和附件，如阀门和弯道。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，而且可能会变得很大。在这个Sim Cafe课程中，我们考虑了通过突然膨胀的管道的稳定层流，以使用Ansys Workbench了解由于膨胀造成的能量损失。

对动脉血流的研究有助于了解动脉内斑块的形成程度。在这种情况下，重要的是要了解速度、压力和壁面剪切应力，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中的端到端工作流程来建模通过动脉的血液流动。

扩散过程完全是由于浓度梯度发生的。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。充分了解扩散速率有助于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，应设计成能够承受这些负载。它们同时经历升力和阻力，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，我们将使用一个周期部分周围的涡轮叶片和研究同样使用Ansys Fluent的力量。

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。这些力可以在工程模拟的帮助下估计出来。在这个SimCafe课程中，我们考虑了一个典型的稳定流动问题，通过圆柱体来理解风对烟囱的气动影响，使用Ansys Workbench。

风力涡轮机用于捕捉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)。为了提高这些涡轮的效率，设计工程师必须考虑叶片上的气动力和叶片周围的流动行为。工程模拟通常用于估计这些空气动力。在本课程中，我们将使用多参考系(MRF)方法，使用Ansys Fluent建模垂直轴风力涡轮机，并研究其叶片周围的流动行为。

为了提高风力涡轮机的效率，设计工程师必须考虑这些叶片周围的流动行为，并估计流动的风所产生的气动力。工程模拟通常用于估计这些空气动力。在低风速时，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。在这个SimCafe课程中，我们将使用瞬态滑动网格方法来建模垂直轴风力涡轮机使用Ansys Fluent，并研究其叶片周围的非定常流动行为。

对动脉血流的研究有助于了解动脉内斑块的形成程度。在这种情况下，重要的是要了解速度、压力和壁面剪切应力，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中的端到端工作流程来建模通过动脉的血液流动。

大多数流体流动(气体或液体)本质上是湍流的。这些流动的特征是质量、动量和物种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混合。在本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。基本概念和需要成功建模这个流体流动问题的步骤解释使用一步一步的说明。

当两股平行流体以不同的速度运动，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-流体界面上的微小扰动会导致界面上涡的产生。在这个SimCafe课程中，您将学习如何使用Ansys WorkBench建模二维周期性双剪切层。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础知识。概念和需要成功建模这个流体流动问题的步骤解释使用身临其境的逐步演练视频。

燃烧是一个过程，包括两个过程，即热过程和化学过程，其中碳氢化合物燃料与氧化剂反应生成产物，并以热量的形式释放能量。它是各种工程应用中不可分割的一部分，如内燃机、飞机发动机、火箭发动机、熔炉和电站燃烧室。燃烧模拟被广泛应用于上述应用的设计、分析和性能阶段。在本SimCafe课程中，您将学习如何建模与燃料(CH4)和空气混合物的圆柱形燃烧室轴对称情况。您将设置模拟所需的边界条件。基本概念和需要成功建模这个流体流动问题的步骤解释使用一步一步的说明。

扩散是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建模气体的三维扩散。您将设置模拟所需的边界条件。基本概念和成功建模此流体流动问题所需的步骤将使用身临其境的逐步演练视频进行解释。

冷却电子元件对于平稳、可靠的运行非常重要。电子器件产生的热功率对其运行有害，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中的端到端工作流程来建模通过电子箱的对流换热。您将创建计算网格并设置模拟所需的边界条件。基本概念和需要成功建模这个流体流动问题的步骤解释使用一步一步的说明。

在这个SimCafe课程中，我们将学习如何在Ansys Fluent中模拟飞机机翼上的跨声速流动并分析结果。我们将学习Ansys Workbench中的端到端工作流程，并详细介绍所有步骤。

生物医学研究人员一直依靠计算流体动力学来模拟和理解血液动力学疾病形成和发展背后的物理机制。在这个SimCafe课程中，您将学习如何在分叉动脉中建模三维内部血液流动。您将创建计算网格并设置模拟所需的边界条件。基本概念和成功建模此流体流动问题所需的步骤将使用身临其境的逐步演练视频进行解释。

聚散喷嘴广泛应用于推进领域，设计用于产生所需的推力，并协助飞机或火箭的机动性。在这方面，分析喷嘴内的流动，减少总压损失是很重要的。在本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并分析结果。