計算流體動力學簡稱CFD，通過數值方法求解流體運動的控制方程，得到離散流場的定量描述，并以此預測流體運動規律的學科。

CFD主要是求解流場中的數值解的過程，通過把流體運動控制方程的離散化，將流體質點上的控制方程轉化為代數方程組，然后通過計算機求解質點上的代數方程組并得到流場在離散的時間、空間點上的數值解。

計算流體動力學為水力機械提供了設計、優化和模擬的廉價工具，在實際的工程應用過程當中，流動狀況往往比較復雜，所以使得測量過程變得很困難，而計算流體力學能提供全部流場內的詳細信息。

CFD技術為流體機械提供了一種相對廉價的設計方法，在流體機械行業中開發新產品時往往都要利用CFD進行流場優化。CFD技術在流體機械行業內越來越占據重要的地位。

本課程重點講述CFX這種仿真工具在流體機械內的應用，以及相應的仿真優化流程。其中包括Turbogrid結構網格劃分及其用法、ICEM網格劃分、利用CFX對流體機械（泵、風機、壓縮機）的仿真分析、利用workbench進行流體機械的流固耦合分析、利用Workbench進行優化流程、CFD-POST的后處理分析等等。

對于新手來講，想要系統的學習流體機械整個仿真流程確實是一件困難的事。不僅要知道這樣做，還要知道為什么這樣做，很多從事仿真工作的工程師知道這樣做，但是不知道為什么這樣做。這一塊就是我們需要提升的地方。

本期系列課結合自己做過的實際例子，來為大家講述流體機械的仿真流程，不僅教大家怎么做，而且講解為什么要這樣做？當然要想真正理解CFD（計算流體力學），還需要大家多學習，所練習，多思考。下面我帶領大家初步了解一下流體機械的奧秘。

一、流道模型輸入（葉輪、擴壓器）

在開始仿真之前我們需要獲得流道的模型，對于流體機械而言，我們需要獲得葉輪、擴壓器、其他過流部件的流道。擴壓器在水泵和風機中叫蝸殼。對于壓縮機來講，還需要劃分無葉擴壓器和有葉擴壓器的模型。

二、網格劃分

使用Turbogrid劃分旋轉機械的結構化網格

網格劃分是我們進行流場模擬的前提，在這里我們利用Turbogrid來劃分葉輪的網格，這樣可以形成流面方便我們進行后處理。蝸殼的網格通常采用ICEM來劃分。

1、基本劃分的劃分原則如下：

① 網格要和幾何保持良好的貼合；

② 在流動復雜區域進行網格加密。這也是利用Turbogrid進行葉輪網格劃分的優點。

③ 對于網格如有必要需要進行網格無關性檢查。

④ 不同交界面之間的網格尺寸盡量一致

在這里我們還將學習如何利用DM和Turbogrid做葉輪的逆向處理，如何利用Turbogrid給現有的三維葉輪模型劃分網格。

2、如何使用TurboGrid給現有葉輪畫網格

第一步，我們從Cfturbo導出的文件可以看出，其導出的文件一共有四個文件。

從圖中我們可以看出這里面我只是截取了其中一個流面截線的點坐標。其余的點坐標也是以這樣的格式導入到里面的。

同樣的道理，前后蓋板的文件也是以這樣的格式做好相應的.curve文件。第二步，我們看一下怎么講葉片的點坐標以什么樣的格式放入到里面。

從圖中我們可以看出這里面我只是截取了其中一個流面截線的點坐標。其余的點坐標也是以這樣的格式導入到里面的。

同樣的道理，前后蓋板的文件也是以這樣的格式做好相應的.curve文件。

第三步，我們看一下如何編輯配置文件。

配置文件的內容如下：

① 位置是葉片數② 位置是旋轉軸③ 位置是后蓋板點文件的位置④ 位置是導入單位⑤ 位置是葉片型線點坐標文件的位置

還有前蓋板點坐標文件的位置沒有標出來，你需要將前后蓋板以及葉片型線點坐標文件換成你做好的點坐標文件的位置以及長度單位改成MM，葉片數改成自己的葉片數。

做好配置文件之后在Turbogrid里面打開TSE文件即可。

三、CFX前處理

這一部分主要包括：

1、新建文件

2、導入網格

3、定義模擬類型（穩態模擬、瞬態模擬）

4、創建計算域（按照導入網格模型的個數建立），在這個過程中還需要定義域的相關特性。

5、指定邊界條件：這里面就涉及了邊界條件的選擇以及定義。

6、建立交界面：不同域之間的進行數據傳遞需要建立交界面。

7、初始化流場：初始化流場對于流場計算有著非常重要的意義。

8、定義求解控制；

9、定義輸出；

10、定義運行

11、控制計算

離心泵設置示意圖

離心壓縮機設置示意圖

四、CFD-POST后處理

做仿真的目的是驗證我們的設計結果并為我們的設計提供優化思路，所以我們需要在CFD-POST中進行后處理，根據流場的仿真分析的結果提供合理的優化建議，當然這一切都是在我們前面流場模擬是準確合理的。

一般來說，我們做CFD分析都是為實現我們前期的優化設計目標的。一般的，我們做正向設計時，先做葉輪的設計，先做好葉輪設計，優化完葉輪設計后，在匹配后面的流道，比如蝸殼等等其他過流部件。

后處理中，我們一般要得到外特性、速度分布圖、壓力分布圖等等，根據不同的需要，我們需要做出不同的后處理。

流面壓力分布

五、利用WorkBench進行優化過程

這一小節講述如何利用WorkBench進行旋轉機械的優化流程。