CFD仿真如何对付很薄很复杂的结构？

没有深夜痛哭过，不足以谈人生。

没有熬夜画过网格，也不足以自称CFD老手。

网格民工不怕几何大，怕的是它不同方向不一样大。

通俗地说：害怕细长条，害怕薄片，更害怕扎堆的薄片。比如热交换器，石油化工、汽车船舶、航空航天哪哪都要用。

看外观，热交换器可能长这样，一种粗犷的美：

但其内心相当细腻，管翅犬牙交错，板翅交替排列，强迫症浑身舒坦。

但在CFD工程师眼中，这些结构一点都不美。它们意味着软件卡死，内存爆炸，电脑死机。。。

之前我们讲过，结构有限元对付很薄的零件，通常把它简化成壳单元：有限元分析如何应对很薄的零件？

那流体仿真呢？

CFD中没有壳单元，而是用另一种简化：多孔介质。

多孔介质指的是由骨架和大量微小空隙组成的物质。海绵，土壤，木材，都可以认为是多孔介质。

从流体角度看，多孔介质有两个特点：由固体和流体组成；流体可以流过该区域，且存在流阻。

你看这两个特点，管翅和板翅换热器是不是也具备？于是，就可以考虑将复杂固体及其包含的空隙，整体打包，简化为一块多孔介质。

如此一来，什么复杂内部结构？不在乎。你只需要告诉我多孔介质的孔隙度，以及流体流过它会有多大阻力即可。

孔隙度很容易计算，就是空腔体积/总体积，但流阻计算就费功夫了。

工程领域应用最广泛的流阻模型是达西-Forchheimer 模型，其核心思想是：总的流动损失由粘性损失和惯性损失两部分组成，粘性损失与速度成正比，惯性损失与速度的平方成正比。

简单总结：流阻是流速的二次函数。

接下来你可以做试验，或者做一小段结构的三维CFD模拟，得到一些流速与压降数据。基于这些数据做二次曲线拟合，就得到了二次函数的系数。

天洑智能热流体仿真软件AICFD支持多孔介质模型。在设置时，将二次函数一次项和二次项系数，分别以粘性阻力和惯性阻力系数输入，即可用规则的多孔介质域模拟复杂结构的流动及换热。

多孔介质无法模拟流动细节，但能相当准确地模拟整体流动特征。比如计算总流阻、计算总换热量，用微观细节的牺牲换宏观尺度的快速求解。

AICFD的帮助文档中，就有汽车热交换器的多孔介质模拟案例，欢迎到天洑官网下载，安装体验。