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  • 在进行工程造价预算工作中,往往一台好的电脑能加快工作的效率,如果遇到一台电脑导入图纸都要导半天的,那简直是太耽误工作进度了,有时候在算图纸,如果遇到电脑配置不好的情况,画到一半电脑带不动死机了,就对...

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    在进行工程造价预算工作中,往往一台好的电脑能加快工作的效率,如果遇到一台电脑导入图纸都要导半天的,那简直是太耽误工作进度了,有时候在算图纸,如果遇到电脑配置不好的情况,画到一半电脑带不动死机了,就对工作进度有很大的影响。

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    算量软件有很多种,有的软件对电脑配置要求比较高,有的对配置要求比较低。配置只是决定了运行速度而已,不过也是有最低配置要求的软件的运行速度会因为计算机系统配置的不同而略有不同。

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    比如鹏业安装算量软件,目前市场主流的电脑都是可以流畅运行的,在Windows XP、Vista、Win7、Win8、Win10都能使用。建议使用64位版本的操作系统,64位的系统能对大工程、大图纸、大数据更好的支持,使用更加流畅。

    对于鹏业安装算量软件来说目前市场主流的电脑都是可以流畅运行的,当然CPU与内存越高越好,内存越高导入图纸越快,目前市面上常见的CPU是i系列与锐龙系列都可以,当然价格在2000到3000多的低配也可以用,但毕竟有鹏业安装算量软件有三维视图功能,电脑配置越高用的越顺畅。

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  • 目前国内主流的前处理软件包括Hypermesh和Ansa,STARCCM+也具备很强大的网格前处理能力,主流的外流场仿真软件包括STARCCM+和Fluent,以及PowerFLOW,国外也有研发团队采用OpenFOAM计算外流场等。这些商用软件一般...

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    在汽车行业里,CFD的应用是非常广泛的。从发动机,电池,电机,到冷却系统,润滑系统,空调系统,再到整车流场,空气动力学开发,整车热管理分析,水管理分析,气动噪声分析等领域,目前CFD都在发挥越来越重要的作用。

    本系列文章主要介绍整车CFD工程师的工作内容,具体了解一下我们广大的汽车CFD工程师日常都在做些啥,供有志于从事整车CFD分析行业的童鞋参考。

    整车CFD工程师只关注整车集成领域流体相关的分析,一般涉及到的内容包括:空气动力学开发,整车热管理分析,乘员舱舒适性分析,气动噪声分析以及整车水管理分析。研发实力强的公司分工会比较细,工程师往往专注于某一方面或两三个方面的工作内容;而研发实力弱一些,规模较小的公司,可能涉及到的分析项也没这么全,而要求的CFD工程师也是全能型,具备以上各项的分析能力。


    空气动力学开发

    一说起空气动力学,赛车爱好者肯定不陌生,F1比赛解说员常常把空气动力学挂嘴边,什么升力阻力下压力,扰流板,气帘,侧裙等一堆空气动力学套件。

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    近些年来,随着对汽车油耗要求的日益严格,以及人们对汽车颜值要求越来越高,空气动力学性能开发在整车开发中的影响越来越大,如本人曾工作的某自主品牌将空气动力学作为一个单独的属性进行开发,与安全、NVH、热管理等属性并列,可见其重要程度。

    整车开发过程中,空气动力学开发的主要任务是在满足汽车造型设计要求前提下,尽可能提升汽车的空气动力学性能(主要是降低风阻系数),推动空气动力学方案落地,达到既定的风阻开发目标

    从以上的描述我们可以看出一个空气动力学工程师需要和研发链中哪些人打交道:首先是汽车造型设计师,在颜值当道的今天,尤其是国内,造型部门是非常强势的,而空气动力学对造型很少有话语权。一旦造型方向确定,空气动力学工程师只能硬着头皮,使出十八般武艺来优化造型方案的空气动力学性能,这其中得要跟造型部门各种斗智斗勇,在造型细节上对几个毫米都要深抠到底。其次是外饰工程师,方案得到造型认可后,需要由外饰工程师来实现,如轮胎轮辋、后视镜的设计;好的空气动力学性能必然会要求增加一些空气动力学套件,如底部护板,尾翼等等,在满足成本要求的条件下,空气动力学工程师需要与外饰工程师充分沟通,推动方案落地。最后就是其他的属性工程师,空气动力学是整车属性开发中的一项,在推动各种方案过程中往往容易跟其他属性发生冲突,比如,空气动力学要求进气格栅减小来降低风阻,而热管理属性则希望较大的格栅开口来满足发动机电机冷却以及空调性能。这其中就需要空气动力学工程师与其他属性工程师充分沟通,达成一致的目标,有时候需要为其他属性做一些必要的让步。这里我们可以看到,汽车工程师的沟通能力是非常重要的,一个优秀的汽车工程师不但自身具备强大的专业能力,而且需要了解其他性能开发的内容,以及制造工艺等,可以和其他部门的工程师进行充分的沟通达成一致,需要明白哪些地方必须强势,哪些地方可以妥协。当然这些能力可以在工作中培养,一般有几年的开发经验工程师就可以掌握这些技能,在工作沟通中做到游刃有余。

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    那么一个完整的空气动力学性能开发流程是如何的呢?空气动力学工程师在研发过程中的日常工作包括哪些

    各大汽车公司都拥有自己的研发流程,细节上可能存在差异,但总体思路基本是一致的。对于空气动力学性能开发流程,总结一下大致可以分为以下四步:竞品分析,概念设计,工程设计,试制和试验验证。

    (1)竞品分析阶段。

    根据车型开发的项目定位,会从市场上寻找对应的竞品标杆车型,开展竞品车空气动力学性能分析,为提出项目的空气动力学性能开发目标做准备。这一阶段的主要工作包括对竞品车进行CFD空气动力学仿真分析和对竞品车进行风洞试验摸底。正式的开发流程中这个阶段会持续一年左右,但真正用于空气动力学竞品分析的时间大致在3-6个月左右。这一阶段还需要对整个空气动力学性能开发列出工作计划,包括仿真计划,试验计划,以及各种预算费用等。

    (2)概念开发阶段.

    这一阶段造型部门开始释放概念数据。空气动力学工程师主要进行CAS外流场分析。所谓CAS面是汽车初步造型面(Concept A Surface),主要用于工程验证可行性。做CAS面的CFD分析时,建模较简单,一般熟练的工程师半天到一天即可完成一个CAS方案建模,用于分析优化。不过在概念阶段,每一次造型数据释放一般都会有好几个方案,需要对各个方案都进行分析优化,仿真的工作量还是相当大的。到概念设计后期,造型方案基本确定后,会制作油泥比例模型进行风洞试验。这时候就需要空气动力学工程师提报试验预算,联系油泥模型制作厂家,联系风洞试验单位(我了解的国内风洞试验场包括同济大学,吉林大学,重庆中汽研),进行油泥模型的风洞试验。油泥模型的风洞试验既是对造型方案的第一次试验验证,也可以对前期CFD仿真进行对比,验证仿真模型的精度。这个阶段一般在6个月左右。

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    (3)工程设计阶段

    这个阶段造型部门会继续发布造型数据,对CAS数据进行细化形成A面数据,同时对造型方案进行调整。而总布置则会整合各个设计部门的数据发布整车数据。从最早的整车概念数据发布到最终的整车数据冻结,期间会发布4版左右的数据(还包括期间可能发布一些小版本数据),时间持续在1年左右。这一阶段空气动力学工程师的工作量会非常大,需要在整车层面对空气动力学进行全面的优化,以实现既定的空气动力学开发目标。一般整车建模时间在2-4周左右,再对模型进行优化,对各种空气动力学方案验证,工作节奏会比较紧张。同时需要跟造型、总布置、属性、外饰设计等部门保持良好的沟通,确保收到最新的数据更新信息,同时保证自己的方案能被其他部门接受。

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    (4)试制和试验验证阶段

    这一阶段就进入到试验验证阶段了。一般会有3批左右的样车下线,时间持续在1年左右。每批试制样车下线的时候,空气动力学工程师需要去车间查看车辆状态,观察样车的各个部件是否达到了设计状态,比如前保格栅是否与冻结的设计数据一致,底盘是否是体现设计状态等等,还要关注自己推动的空气动力学方案有没有在样车中体现。这一阶段空气动力学工程师的主要工作是进行样车的空气动力学风洞试验,CFD空气动力学仿真与试验结果对标,最后对空气动力学性能进行验收。到项目结束后进行项目的空气动力学性能开发总结。

    作为一个空气动力学工程师,需要具备哪些专业技能呢?

    首先最基本的是建模仿真能力。需要会使用基础的建模和仿真软件。目前国内主流的前处理软件包括HypermeshAnsa,STARCCM+也具备很强大的网格前处理能力,主流的外流场仿真软件包括STARCCM+Fluent,以及PowerFLOW,国外也有研发团队采用OpenFOAM计算外流场等。这些商用软件一般应届毕业生学习三五个月就可以熟练使用。

    其次需要有空气动力学开发和优化的能力,这个需要积累一定的工程开发经验。当一个新项目开始后,你需要对空气动力学有一个总体的认识和把握,知道可以从哪些角度去进行优化。对一款车的空气动力学开发目标,有经验的工程师往往在心里有张图谱,CAS需要达到什么水平,整车风阻中机舱内流场占据多少比例,底盘占据多少比例,轮舱占据多少比例,A柱、后视镜占多少比例。当一版数据发布后,Base版空气动力学性能未达标时,可以采用哪些优化手段来提升空气动力学性能,在有限成本的限制下,可以增加哪些空气动力学套件。一个有经验的空气动力学工程师在进行空气动力学优化时往往事半功倍,可以在很短时间内提出有效的优化方案,而且可以被其他兄弟部门接受。而一个缺乏经验的工程师可能会事倍功半,进行了大量的仿真优化验证却没有效果,提出的方案可行性差,不易被其他部门接受等,这都体现了一个工程师的开发能力。当然随着工程经验的积累,这些能力都是可以通过学习提高的。

    最后还是需要提一下空气动力学工程师的沟通能力。一个汽车研发项目涉及几十个部门,上千名工程师。汽车的性能是那么多子系统、子性能的综合体现。这就决定了汽车研发不可能单兵作战,需要和各个部门,各个系统,各个性能达成一致,这也体现了性能集成的重要性。而在这些性能集成的过程中,工程师之间的相互沟通尤为重要。这里的沟通能力包含了表达能力,工作积极性,以及沟通的耐心,沟通不顺时解决问题的能力。有时候这些工作是非常繁琐心累的,我身边就有沟通能力不适应而离职转行的同事。

    汽车空气动力学发展方向有哪些?

    这里的汽车空气动力学发展方向主要是指企业中空气动力学CFD工程师能力拓展和提升的方向。主要包括以下几个方面:

    (1) 自动化寻优方法提升优化效率。

    目前大部分的空气动力学优化工作还是靠工程师手动的修改方案,重新生成网格进行计算,由于方案非常多,优化效率非常低下。现在有很多研发团队已经建设自动优化的能力。对模型进行参数化,设置各优化参数的变量范围确定优化空间,采用寻优算法定义设计样本点,实现以较少的样本点获取更优结果的目的,自动完成优化工作。

    (2) 气动升力的研究

    目前企业中的空气动力学开发主要还是关注气动阻力,对气动升力关注的并不多。实际中气动升力也是非常重要的影响因素。尤其在高速情况下,气动升力增大,汽车容易“发飘”,影响高速稳定性和行车安全。如何在保证较小气动阻力情况下降低气动升力,提升高速稳定性是今后空气动力学开发的一个重要方向。

    (3) 气动噪声的研究

    随着对整车舒适性要求越来越高,气动噪声的研究也越来越得到企业的重视。这块后面会专门出一期文章来分享具体的工作内容。

    先分享以上内容,欢迎同行讨论指正。

    图片均来源于网络,如有版权问题请联系作者删除

    参考资料

    (1)https://wenku.baidu.com/view/b7a40015e53a580217fcfe4b.html

    (2)http://www.sohu.com/a/234544174_526283

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  • 自己电脑上建立的文件路径2. EA软件中建立的文件路径二. EA逆向导入java代码三. EA配置执行分析器1. 建立EA执行分析器2. 配置EA执行分析器四. 总结 一. 建立目录结构 1. 自己电脑上建立的文件路径 2. EA软件中建立...

    一. 建立目录结构

    1. 自己电脑上建立的文件路径

    在这里插入图片描述

    2. EA软件中建立的文件路径

    在这里插入图片描述
    EA要先建立好这些目录结构,因为逆向工程导入的是带有java的包,而其他的包无法导入进来,所以必须手动建立,并且一定要先点击SAB GUI CS这个文件夹,然后点击逆向

    二. EA逆向导入java代码

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    选择相应的文件
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    此时包里面就会有自己的java代码
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    三. EA配置执行分析器

    1. 建立EA执行分析器

    在这里插入图片描述
    建立完成之后弹出的界面可以先关闭掉。然后通过双击打开。
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    2. 配置EA执行分析器

    我将我的SAB配置了一下本地路径,这样的话以后找文件目录的时候不需要写那么长的目录结构了,但是这个不配置没有任何影响,只是有一定的方便。
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    我的SAB目录是到以下的目录下,这样方便理解
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    (1). 配置Build

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    (2). 配置Platform

    这个配置可有可无,我们运行通过先编译(build),然后运行(run)
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    (3). run配置

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    四. 总结

    我曾考虑将class文件生成在bin目录下,然后run的时候直接调用bin目录的class文件,但是EA报错了,说是找不到jar包对应的类,这个我很苦恼
    在这里插入图片描述
    以上只是GUI界面的展示方法,如发现错误,或者有更好的方法,可以给与我一点建议。

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  • 来源:新浪 deman的博客,原文来自网络。CFD若要想在工程中得到广泛的应用,必须克服两大难点:准确性与可信性。...与固体应力计算使用有限单元法不同,目前主流的CFD软件几乎都是采用的有限体积法(除...

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    来源:新浪 deman的博客,原文来自网络。


    CFD若要想在工程中得到广泛的应用,必须克服两大难点:准确性与可信性。在工程上,尤其是一些关键的工程中,谁也不敢轻易的应用一些精度与可信度得不到保证的数据。有人会说,在固体计算领域,利用数值计算方法进行辅助设计已经很普遍了啊,用CFD支持设计存在哪些额外的困难呢?

    与固体应力计算使用有限单元法不同,目前主流的CFD软件几乎都是采用的有限体积法(除了CFX采用混合有限元法与有限体积法外,FLUENT、STAR-CD、Phonecis、Flow-3D 等都是采用的有限体积法)。在计算量上来说,相同网格数量的模型,有限体积法消耗的内存要少于有限元法。在有限单元网格中存在的高次单元,其单元节点位于网格边的中点及网格体的中心,但是有限体积法中的高阶格式,其并非在网格单元中添加节点,而是更多的利用周围的节点。正因为如此,有限体积法计算精度要低于有限元法(在相同网格数量情况下)。影响CFD计算精度及可信度的原因自然不可能全怪罪于算法,更多的是问题存在于使用者及客观环境。

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    CFD软件是一个黑盒子,利用CFD软件解决工程问题,软件使用者对于数据流向并不清楚,实际上对于非CFD专业的人事来说,也不必完全清楚CFD的内部运作方式,但如何有效的利用当前的软件,如何最大限度的发挥当前软件的计算性能,将计算结果精度及可信度提高,仍然是非常重要的,也是每一个从事CFD工程应用的人必须注意的。最需要注意的部分包括下面一些内容。

    精度

    1. 算法导致的精度问题

    一般来说,高阶算法的精度要高于低阶精度。但是收敛性却相反,采用高阶算法要比低阶算法收敛更困难一些。在一些高速流动情况中,采用迎风格式比中心差分格式能更好的收敛,在扩散占优的流动中则相反。以FLUENT为例,其具有一阶迎风格式与二阶迎风格式、幂律格式、QUICK格式,以及三阶MUSCL格式。通常一阶迎风格式用于初步求解,较少用于最终计算结果的获得;QUICK格式在结构网格中具有三阶精度且收敛性较好,但是在非结构网格中只有二阶精度;二阶迎风格式在实际工程中用得非常多;三阶MUSCL格式用得较少,收敛性不是很好。

    2. 边界条件

    边界条件会对计算结果产生本质影响。也就是说,不确切的边界条件会导致不确切的计算结果,错误的边界条件一定得不到正确的结果。在实际工程中,能做为边界位置的信息一定是确切的。换句话说,用户使用不确切的边界值,责任不在软件。当然,有时候受条件限制得不到边界物理量,但软件的使用者应当对自己输入的边界值负责。

    其实相比较固体有限元应力计算,流体边界值难以测量也是导致计算精度及可信度降低的原因之一。在固体计算中,边界值可以是力可以是位移,这些都是容易测量的量。但是在流体中,边界值常常是压力、速度、流量、体积分数等物理量,这些量的测量都是对实验人员的考验。

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    3. 网格

    网格是为计算所准备的,也许将来对NS方程的数值求解不再依赖于网格。由于网格的存在,导致数值计算永远得不到真值。这里不去追究数学方程与真实世界的差异,只分辨数值计算结果与数学方程解的差别。在理论上,只有在计算网格大小为0的时候数值计算结果才等同于数学方程的解,但是大家都知道,网格大小为0是不可能的。同时由于计算机的精度限制,网格尺寸缩小会增加舍入误差,也就是说,计算精度并不是随着网格数量的减小而不断增加,同时,网格尺寸的减小会增加计算资源的消耗。在进行计算中,常常要进行网格独立性验证,也是避免做这类吃力不讨好的事情。

    4. 模型

    将模型放在精度这里其实是不太合适的,但是不恰当的模型的确会很大程度上影响到计算精度。例如FLUENT中的湍流模型有很多种,如零方程模型、一方程模型、双方程模型等等,不同的模型有其最合适的使用范围,如果使用不当,势必会造成计算精度下降。合理的选择计算模型,不止能提高计算精度,也能提高计算结果的可信度。但是要合理地选择模型,很大程度上依赖于使用者的理论功底和对问题的认识程度。

    可信度

    在AIAA的官方文档中,对于可信度的验证是有明确的说明的。可信度通常指数学模型与真实世界的差异。在这方面,CFD软件使用者能控制的部分并不多,主要有以下一些方面。

    1. 几何模型

    有时候为了网格划分方便或计算资源考虑,简化了真实模型细节。例如一些微小特征、将三维模型简化为二维计算、周期模型等等。需要注意的是,在进行简化之前,对模型简化所可能造成的后果有明确的认识。究竟能不能简化、简化会不会造成精度的严重损失,这些都是需要考虑的。比如,计算一段直管中的流动问题,从几何上来讲,可以简化为平面模型、可以简化为轴对称旋转问题、可以简化为轴对称问题,但是对于不同的物理情况,能否简化就很值得商榷。

    模型中的细小特征简化问题也是需要去思考的。将细小模型进行简化是出于计算资源上的考虑,但若细小特征处于敏感位置,对计算结果的影响比较大时,能否将其简化掉则也是必须考虑的问题。

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    2. 物理模型

    再一次提到物理模型。现实世界是一个复杂的系统,我们在进行研究时,不可能考虑所有的影响因素,只能选取一些主要因素去进行考虑。很简单的例子,NS方程是从三大守恒定律出发的,所做的假设比较少,但是很遗憾,对于复杂结构直接数值求解NS方程目前还不可能,于是为了工程需要,对NS方程离散过程进行了一系列的简化,于是出现了各种湍流模式,出现了各种燃烧模型、多相流模型。

    3. 模型参数

    现在很多工程软件都集成了物理模型,其中很多模型参数都是一些半经验或经验参数,并不一定会适应自己的模型。但是这些模型参数的获取是一件非常困难的事情,通常都是通过实验获取。

    在最后,再来谈谈CFD计算结果的验证以及计算修正的问题。

    通常实验是最好的验证手段,但是存在一个问题,实验过程中的参数很难与计算输入的参数完全吻合。对于实际工程问题,采用实验有时候是唯一的验证手段。一般来说,数值计算结果在工程上与实验结果误差在10%以内是被允许的。在数值计算结果与实验数据存在很大差异时,一般进行以下一些步骤的检查:

    1. 检查几何模型

    分析是否忽略了关键几何特征、检查边界位置是否合适。很多时候边界位置设得不合适,可能会导致计算振荡,不收敛等情况发生。同时,由于不同的软件对于不同的边界组合方式处理方法存在差异,需要选择合适的边界组合方式(如FLUENT中压力边界与outflow边界相冲,最好不要同时出现,可能导致收敛问题。流量入口边界收敛要比压力入口困难)。

    2. 检查物理模型

    是否选用了不合适的模型。每一种模型都有一定的使用范围,使用者需要对这些使用限制有深刻的认识才能更好的进行选择。例如FLUENT中,湍流模型有很多,标准K-E模型适合一般的工程流动问题,但是对于强旋流误差较大,RNG K-E模型适合旋转流动湍流计算,SA模型适合航空外流计算,K-W适合边界层计算,雷诺模型适合各向异性湍流的计算,但是计算量大不易收敛。因此在进行选择需要仔细的考虑选择的模型是否适合自己的问题,一旦模型选择错误,轻则造成大的误差,重则不收敛计算出错。

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    3. 检查是否忽略了不该忽略的物理现象

    例如计算复杂几何模型时出现大的负压区,是否需要考虑空化。计算高压气体时,是否考虑可压缩性,是否考虑粘性热。还有一些情况下,是否考虑蒸发、冷凝等相变情况。有时候这些物理现象会导致计算的不收敛乃至计算错误。

    4. 优化网格

    网格质量始终是CFD工程师们的努力内容。好的网格质量能够增强收敛、提高计算精度、减少计算时间,因此在时间充足的情况下,尽可能的去提高网格质量。同时,对于流动情况复杂的区域进行网格加密处理。在计算结果达到要求后,还需要进行网格独立性验证。

    5. 边界条件检查

    测量精度是否满足要求?若边界信息不是通过仪器测量得出而是通过计算,那么采用的公式使用条件是否能够接受?

    总之,虽然CFD的输入、输出较为简单,但是要想得到比较好的计算结果实际上是相当的困难的,不但需要良好的实验设备的支持,更需要使用者拥有深厚的理论功底。在当前,很多高校的学生都加入了CFD计算这个行业,有很多像我这样的半路出家的,理论基础薄弱,在应用CFD过程中出现了很多的问题,不但会在工程上造成灾难,还会败坏CFD的名声。所以痛定思痛,下定决心学好理论,只有拥有良好的理论功底,才有可能将CFD更好的应用于工程中,更好的让CFD指导产品设计。

    上面说的都比较浅,要深入的探讨CFD的检验与确认,可以参阅AIAA的文档《AIAA Guide for Verification and Validation of Computational Fluid Dynamics Simulation》。

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空空如也

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