CFX软件简介

CFX

　　CFX是全球第一个通过ISO9001质量认证的大型商业CFD软件，是英国AEA Technology 公司为解决其在科技咨询服务中遇到的工业实际问题而开发，诞生在工业应用背景中的CFX一直将精确的计算结果、丰富的物理模型、强大的用户扩展性作为其发展的基本要求，并以其在这些方面的卓越成就，引领着CFD技术的不断发展。目前，CFX已经遍及航空航天、旋转机械、能源、石油化工、机械制造、汽车、生物技术、水处理、火灾安全、冶金、环保等领域，为其在全球6000多个用户解决了大量的实际问题。

　　CFX软件的基本结构和功能

　　CFX包括前处理系统，求解器和后处理系统。

　　前处理系统CFX-BUILD

　　CFX-BUILD是一种以结构分析软件MSC/PATRAN为基础的图形处理系统。CFX-BUILD将

　　计算机辅助设计(CAD)过程和计算流体力学(CFD)分析的工作相结合，使得工程师在做产

　　品的工程设计时(CAD阶段开发)即可对过程的特性进行分析。

　　CFX-BUILD 以下列先进的方法构造非结构化的多块化的网格。

　　1) 可以直接访问各种CAD软件：如CADDS5，CATIA，Eucllid3，Pro/Engineer和Unigrap

　　hics。

　　2) 可以从任一CAD系统例如MSC/PATRAN和I-DEAS，以IGES格式直接读入CAD图形。

　　3) 具有很强的操作功能，例如可以自动调整和组合各种曲面，从CAD数据读入高质量网

　　格。

　　4) 具有出色的几何造形能力，例如可向任意曲面扩展。

　　5) 带有很强的图形处理工具。

　　6) 具有高度自动的曲面和体网格划分能力，以保证生成高质量的网格。

　　CFX 4

　　CFX 4能用于计算各种流体流动、燃烧和传热过程。适用于直角/柱面/旋转坐标系，

　　稳态/非稳态流动，瞬态/滑移网格，不可压缩/弱可压缩/可压缩流体，浮力流，多相流

　　，非牛顿流体，化学反应，燃烧，NOx生成，辐射，多孔介质及混合传热过程。CFX 4还

　　包括辐射换热模块CFX-RADIATION和材料数据库模块CFX-INFOCHEM。

　　CFX 4采用有限体法，自动时间步长控制，SIMPLE算法，代数多网格、ICCGaLine、

　　Stone和Block Stone解法。差分格式包括：隐i、上风、高次上分、Quick、CONDIF、T

　　VD/MUSCL、CCCT。壁a边界条件包括：线性/对数/平方，非滑移/滑移/混合,静止/运动

　　/旋转，绝热/等温/恒热流/混合等。

　　其主要功能包括：

　　1) 非结构化多模块：CFX 4有一个非结构化多模块求解器。能有效、精确地表达复杂几

　　何形状，任意连接模块即可构造所需的几何图形。在每一个模块内，网格的生成可以确

　　保迅速、可靠地进行，这种多块式网格允许扩展和变形，例如计算气缸中活塞的运动和

　　自由表面的运动。

　　滑动网格功能允许网格的各部分可以相对滑动或旋转，这种功能可以用于计算混合容

　　器中转动的叶片和隔板间的相互作用。

t　2) 先进的湍流模型：CFX 4引进了各种公认的湍流模型。例如：k-?模型，低雷诺数k-?

　　模型，RNG k-?模型，代数雷诺应力模型，微分雷诺应力模型，微分雷诺通量模型等。

　　3) 多相流：CFX 4的多相流模型可用于分析工业生产中出现的各种流动。包括单体颗粒

　　运动模型，连续相及分散相的多相流模型和自由表面的流动模型。

　　4) 传热：CFX 4可以计算对流、传导和辐射。CFX4-RADIATION采用Monte Carlo法和区域

　　离散法计算辐射。

　　5) 化学动力学和燃烧模型：n应动力学模型可以用以分析包括几种化学物质和多个化学

　　反应的化学体系。对于每一个反应物类，程序自动设置传递方程，计算速率常数、反应

　　热和相的变化。燃烧模型可以求解任一燃料的燃烧过程。

　　CFX 5

　　CFX 5是一种强大的新型藕合求解器。其优势在于处理流动物理现象简单而几何形状

　　复杂的问题。CFX 5能同时求解压力和动量方程，求解过程稳定可靠。目前a行的版本中

　　提供稳态/非稳态流动，不可压缩层流/湍流，自然对流摸型等，其它物理模型计划将于

　　今后发行的版本中加入。与大多数CFD程序采用的SIMPLE算法相比，CFX 5占用机时少，

　　对于网格节点多的工程问题，这一优点尤其突出。

　　CFX-TASCflow

　　CFX-TASCflow在旋转机械CFD计算方面具有很强的功能。它可用于不可压缩流体，亚

　　/临/超音速流体的流动，采用具有壁面函数的k-?模型、2层模型和Kato-Launder模型等

　　湍流模型，传热包括对流传热、固体导热、表面对表面辐射，Gibb’s辐射模型，多孔介

　　质传热等。化学反应模型包括旋涡破碎模型、具有动力学控制复杂正/逆反应模型、Fla

　　melet模型、NOx和碳黑生成模型、拉格朗日跟踪模型、反应颗粒模型和多组分流体模型

　　。CFX-TurboGrid是一个用于快速生成旋转机械CFD网格的交互式生成工具，很容易用来

　　生成有效的和高质量的网格。

　　CFX-VISUALISE

　　CFX-VISUALISE应用了国际上知名的Advanced Visual System Inc.的图形工具。以各变

　　量的彩色等值图，除去隐蔽线的视图和明暗视图，速度矢量和任一剖面的等值面图；彩

　　色流线图和动画球粒指示流线图；任意变量的彩色图；表面网格图；探测某一点的场参

　　数等图形方式使用户充分理解计算结果。

　　CFX 10

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　　1995 年， CFX 收购了旋转机械领域著名的加拿大 ASC 公司，推出了专业的旋转机械设计与分析模块－ CFX-Tascflow， CFX-Tascflow一直占据着 90% 以上的旋转机械 CFD 市场份额。同年， CFX 成功突破了 CFD 领域的在算法上的又一大技术障碍，推出了全隐式多网格耦合算法，该算法以其稳健的收敛性能和优异的运算速度，成为 CFD 技术发展的重要里程碑。 CFX 一直和许多工业和大型研究项目保持着广泛的合作，这种合作确保了 CFX 能够紧密结合工业应用的需要，同时也使得 CFX 可以及时加入最先进的物理模型和数值算法。作为 CFX 的前处理器， ICEM CFD 优质的网格技术进一步确保 CFX 的模拟结果精确而可。

　　CFX4是基于分块结构化，控制容积法的通用计算流体软件。它提供了丰富的湍流、燃烧、辐射和多相流模型。CFX4能模拟多种多相流现象，包括有自由表面的流动、连续相和弥散相的混合、气体喷射、沉降、喷雾等。用户可以通过User Fortran实现复杂的计算模型。CFX5有灵活的前后处理能力和先进的求解方法。CFX5采用基于CAD技术的前处理，有强大的几何生成工具和自动非结构化网格生成器。

　　和大多数CFD软件不同的，CFX除了可以使用有限体积法之外，还采用了基于有限元的有限体积法。基于有限元的有限体积法保证了在有限体积法的守恒特性的基础上，吸收了有限元法的数值精确性。

　　在CFX中，基于有限元的有限体积法，对六面体网格单元采用24点插值，而单纯的有限体积法仅仅采用6点插值；对四面体网格单元采用60点插值，而单纯的有限体积法仅仅采用4点插值。在湍流模型的应用上，除了常用的湍流模型外，CFX最先使用了大涡模拟（LES）和分离涡模拟（DES）等高级涡流模型。

　　CFX 是第一个发展和使用全隐式多网格耦合求解技术的商业化软件，这种求解技术避免了传统算法需要“假设压力项－求解－修正压力项”的反复迭代过程，而同时求解动量方程和连续方程，加上其多网格技术，CFX的计算速度和稳定性比较传统方法提高了许多。此外，CFX的求解器在并行环境下获得了极好的可扩展性。 CFX可运行于UNIX，LINUX和WINDOWS平台上。

　　CFX可计算的物理问题包括可压与不可压流体、耦合传热、热辐射、多相流、粒子输送过程、化学反应和燃烧问题。还拥有诸如气蚀、凝固、沸腾、多孔介质、相间传质、非牛顿流、喷雾干燥、动静干涉、真实气体等大批负责现象的使用模型。在其湍流模型中，纳入了k-є模型、低Reynolds数k-є模型、低Reynolds数Wilcox模型、代数Reynolds应力模型、微分 Reynolds应力模型、微分Reynolds通量模型、SST模型和大涡模型。

　　CFX为用户提供了表达式语言（CEL）及用户子程序等不同层次的用户接口，允许用户加入自己的特殊物理模型。

　　CFX-BladeGen

　　交互式涡轮机械叶片设计工具，CFX－BladeGen集成了AEA Technology多年旋转机械设计和分析的专业经验。CFX－BladeGen图形界面优美，完全符合旋转机械领域工程师的专业习<。CFX-BladeGen使参数设计到CFD分析和CAD设计之间的转移在数分钟即可完成。

　　CFX －BladeGen可以设计各种旋转和静止叶片元件，用户通过修改已有设计或完全依*CFX－BladeGen中的工具设计新型叶片，适用于广泛的轴向流和径向流叶型，如导流轮、泵、压缩机、涡轮机、1压机、涡轮增压机、风扇、鼓风机等等。CFX－BladeGen可设计曲面或直纹面叶片，具有线性或组合斜角的前缘<尾缘，边缘外形可以很容易地从圆形修改到任意椭圆率直至简单的直线。

　　CFX-BladeGen的曲线控制功能如切向控制使设计更加容易。轮毂和机匣曲线的连续性和质量可进行检查并可分割成两个或多个线段。叶片的Lean和Rake也可显示。轴流涡轮的设计人员现在通过设计相互独立的压力面和吸力面曲线可以获得更好的跨音速叶型。通过同样的方法，泵的设计人员可以在吸力面的尾缘附近增加特殊处理。通过输入内部展向截面数据并独立处理，设计人员可很容易地设计多层叶片。风扇和压缩机设计人员可以用通用叶型厚度分布设计叶片，如NACA，C4/C7。

　　CFX －BladeGen在涡轮机的叶片设计，高级CFD分析和CAD设计制造之间架设了一个至关重要的纽带。用CFX－BladeGen设计的叶片几何可以送入CFX－TurboGrid或CFX－TASCgrid生成高效网格，然后在CFX－TASCflow中分析和评价所设计叶片的性能。一旦叶片性能达到要求，这些叶片的几何数据就可以直接送到诸如Pro/ENGINEER或AutoCAD的环境中以进行下一步的CAD/CAM设计和制造。流体工程分析因此成为设计过程的一个完整的，不可或缺的组成部分，大大缩短了产品的开发周期，降低了设计费用，并提高了产品性能。

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　　CFX软件简介

　　作为世界上唯一采用全隐式耦合算法的大型商业软件。算法上的先进性，丰富的物理模型和前后处理的完善性使ANSYS CFX在结果精确性，计算稳定性，计算速度和灵活性上都有优异的表现。

　　除了一般工业流动以外，ANSYS CFX还可以模拟诸如燃烧，多相流，化学反应等复杂流场。ANSYS CFX还可以和ANSYS Structure及ANSYS Emag等软件配合，实现流体分析和结构分析，电磁分析等的耦合。

　　ANSYS CFX也被集成在ANSYS Workbench环境下，方便用户在单一操作界面上实现对整个工程问题的模拟。

　　特色功能

　　先进的全隐式耦合多网格线性求解器

　　收敛速度快（同等条件下比其他流体软件快1-2个数量级）

　　可以读入多种形式的网格，并能在计算中自动加密/稀疏网格

　　优秀的并行计算性能

　　强大的前后处理功能

　　丰富的物理模型，可以真实模拟各种工业流动

　　简单友好的用户界面，方便使用

　　CCL语言使高级用户能方便加入自己的子模块

　　支持批处理操作

　　支持多物理r耦合

　　支持Workbench集成

　　客户价值

　　能拥有从几何到网格到流体计算及后处理的整体解决方案

　　前后接口丰富稳定，用户不用放弃原来熟悉的工具

　　支持多物理场耦合，满足实际工程流体模拟需要

　　能方便地加入自己编写的模型