CFD-FASTRAN 是應(yīng)用在空氣動力學(xué)和氣體熱力學(xué)領(lǐng)域的先進(jìn)商業(yè)CFD軟件，它特別適合在航空、航天、兵器、船舶工業(yè)中應(yīng)用。CFD-FASTRAN采用先進(jìn)的多體動力學(xué)模型模擬復(fù)雜的航空、航天工業(yè)問題，包括導(dǎo)彈發(fā)射、機(jī)動和級間分離，飛行器飛行動力學(xué)和外掛物投放。這些復(fù)雜應(yīng)用通過耦合基于密度的可壓縮Euler方程、Navier-Stokes方程和多體動力學(xué)模塊、通用有限速率化學(xué)反應(yīng)模塊和熱非平衡模塊實(shí)現(xiàn)。

CFD-FASTRAN 采用最新的數(shù)值和物理模型，先進(jìn)的前處理和后處理模塊，支持所有的網(wǎng)格技術(shù)，包括多塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格、通常的多面體非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格、嵌套/重疊網(wǎng)格和自適應(yīng)笛卡兒網(wǎng)格。支持大多數(shù)常用的數(shù)據(jù)格式。而且，CFD-FASTRAN 支持所有的軟/硬件環(huán)境在高性能工作站和 PC 機(jī)群上可以進(jìn)行并行計(jì)算。

軟件特征

【資料圖】

CFD-FASTRAN 是基于密度的可壓縮流動有限體積法求解器。求解器采用高階數(shù)值格式和先進(jìn)物理模型為復(fù)雜的工業(yè)流動問題提供了有效和精確的解決方法。求解器包括下列特征:

網(wǎng)格類型

多塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格重疊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格通用的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格(單元類型的任意組合，包括六面體、四面體、笛卡爾、棱柱和多面體)

問題類型

歐拉方程、層流和湍流求解器2D，軸對稱和 3D定常和非定常亞音速、跨音速、超音速和高超音速流動

數(shù)值方法

基于密度的有限體積法Roe格式和Van-Leer 迎風(fēng)通量分裂格式采用 MUSCL方法、Min-Mod、Osher-Chakravarthy 和 Van Leer 通量限制器將格式擴(kuò)展到二階和三階精度顯式多步龍格庫塔法、點(diǎn)隱式和全隱式時(shí)間積分格式

湍流模型

高雷諾數(shù)K -E 湍流模型(包括壁面函數(shù))低雷諾數(shù) k-w 湍流模型*Balwin-Lomax 湍流模型Spalart-Allmaras 湍流模型*Menter 剪切應(yīng)力輸運(yùn)湍流模型(SST 模型)*這些模型僅適用于結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格

化學(xué)模型

對于任意組分和化學(xué)反應(yīng)，采用通用的有限速率化學(xué)反應(yīng)多重能量模型，包括熱平衡和兩溫度熱非平衡模型兩個熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫，包括從 300K 到 6000K 的曲線合數(shù)據(jù)庫和分子數(shù)據(jù)庫表面化學(xué)反應(yīng)模型，考慮完全接觸反應(yīng)、或者附著系數(shù)選項(xiàng)

移動體功能

自動嵌套算法處理網(wǎng)格系統(tǒng)之間的相對運(yùn)動空氣動力學(xué)模型耦合 6自由度(6-DOF)剛體動力模塊，支持常規(guī)約束以及模型間的從屬關(guān)系指定運(yùn)動模型推力和點(diǎn)火模塊用于指定時(shí)間相關(guān)的邊界條件

輸出&后處理

可以在用戶指定的坐標(biāo)系、體軸系、或者慣性坐標(biāo)系下，給出有量綱、或者無量綱的力、力矩、以及速度、加速度和物體位置和方向角。全場求解變量，包括速度、壓力、溫度、密度和馬赫數(shù)。如果指定，也可以將其他的變量，如湍流量和組分濃度輸出。物體運(yùn)動歷程，包括線位移和角位移、線速度和角速度、線加速度和角加速度.Plot3d 和DTF格式輸出

輸入&問題設(shè)定

通過直觀、易用的圖形界面設(shè)定支持 PEGASUS 孔切割和嵌套輸入集成了 MDICE，提供了與其它的 CAD 和 CFD 軟件包的接口

模塊介紹

CFD-FASTRAN 求解器采用先進(jìn)的數(shù)值格式和物理模型，為航空和航天工業(yè)領(lǐng)域空氣動力學(xué)和氣體熱力學(xué)應(yīng)用提供了有效和精確的解決方法。

CFD-FASTRAN 求解器包括下列模塊:

流體動力學(xué)模塊

湍流模型模塊

熱化學(xué)模塊

自動套網(wǎng)格模塊

剛體動力學(xué)模塊(6-DOF)

指定運(yùn)動模塊

推理和點(diǎn)火模塊

力和力矩模塊

流固耦合模塊(FSI)

CFD-FASTRAN 流體動力學(xué)塊

CFD-FASTRAN采用基于密度的有限體積法和高階差分格式求解 Navier-Stokes 方程，可精確預(yù)測亞音速、跨音速、超音速和高超音速流動。求解器包括下列突出特點(diǎn):

定常和非定常計(jì)算:

空間格式為 Roe格式 & Van-Leer迎風(fēng)通量分裂格式采用 MUSCL方法、Min-ModOsher-Chakravarthy和Van Leer通量限制器將格式擴(kuò)展到二階和三階精度

時(shí)間積分格式采用顯式多步龍格庫塔法、點(diǎn)隱式格式和全隱式格式

K-E,K-@,Baldwin-Lomax,Spalart-Allmaras 和Menter-SST 湍流模型

支持多塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，通用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格(任意單元類型)和嵌套/重疊網(wǎng)格

CFD-FASTRAN 求解器在許多標(biāo)準(zhǔn)算例得到廣泛的驗(yàn)證，成功應(yīng)用于復(fù)雜的航空航天應(yīng)用。

CFD-FASTRAN 模型模塊

CFD-FASTRAN 采用先進(jìn)的湍流模型模擬邊界層和分離區(qū)內(nèi)湍流的影響。主要包括下列湍流模型:

高雷諾數(shù) k- e 湍流模型(考慮壁面方程):

低雷諾數(shù)k -w 湍流模型*:

Balwin-Lomax湍流模型:

Spalart-Allmaras 湍流模型*

Menter Shear Stress Transport (SST) 湍流模型*

模型僅適用于結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格

CFD-FASTRAN 熱化學(xué)塊

CFD-FASTRAN 使用先進(jìn)的有限速率的化學(xué)反應(yīng)和熱力學(xué)非平衡方程。該模塊具有如下顯著特征兩個熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫，包括從 300K 到 6000K 的曲線擬合數(shù)據(jù)庫和熱非平衡的光譜數(shù)據(jù)庫采用常用的有限速率反應(yīng)處理任意組分和化學(xué)反應(yīng)。

多重能量模型，包括熱平衡和兩溫度熱非平衡模型表面化學(xué)反應(yīng)模型，考慮完全接觸反應(yīng)、或者附著系數(shù)選項(xiàng)

CFD-FASTRAN 熱化學(xué)模塊已得到驗(yàn)證，廣泛地用于復(fù)雜工程流動問題，包括高速導(dǎo)彈，進(jìn)入式飛行器，及可重復(fù)發(fā)射飛行器應(yīng)用(航天飛機(jī))

CFD-FASTRAN自動網(wǎng)格塊

CFD-FASTRAN 采用嵌套網(wǎng)格模塊處理孔切割和多塊網(wǎng)格系統(tǒng)中塊的數(shù)據(jù)交換。該模塊的顯著特點(diǎn):

分離的多塊網(wǎng)格組成

通過圖形界面輸入?yún)?shù)，求解器自動執(zhí)行孔切割。

允許用戶設(shè)置數(shù)據(jù)交換層確定孔的尺寸

允許用戶設(shè)置用于計(jì)算模板系數(shù)的邊緣點(diǎn)的數(shù)目

接受 PEGASUS 孔切割數(shù)據(jù)

CFD-FASTRAN 自動嵌套模塊在大量的應(yīng)用中得到驗(yàn)證，包括外掛物分離，飛行員救生系統(tǒng)，導(dǎo)彈級間分離，發(fā)射和機(jī)動

CFDFASTRAN 剛體動力學(xué)塊(6-DOF)

CFD-FASTRAN 采用六自由度 (6-DOF)模塊求解剛體運(yùn)動。六自由度模塊(6-DOF)與 N-S 流動求解器耦合進(jìn)行相對運(yùn)動物體間的氣動力分析

6-DOF 模塊的顯著特點(diǎn)如下基于 Etkins原理的剛體運(yùn)動方程與流動求解器完全耦合

允許用戶指定與時(shí)間、或者距離相關(guān)的點(diǎn)力，用五階多項(xiàng)式或函數(shù)表示。

允許用戶指定約束和模型的相關(guān)性

允許用戶指定模型的先后順序

對于多重區(qū)域和表面地廣義推力積分

CFD-FASTRAN 指定運(yùn)動塊

CFD-FASTRAN 采用指定運(yùn)動模能力模擬已知或指定的運(yùn)動。模塊與 NS 方程流動求解器耦合進(jìn)行物體相對運(yùn)動時(shí)的氣動力特性分析。

與流動求解器完全耦合

通過五階多項(xiàng)式、正弦和余弦多項(xiàng)式，或者時(shí)間函數(shù)指定位移，速度或者加速度的變化。

可在慣性坐標(biāo)系或者體坐標(biāo)系上定義運(yùn)動模型。

運(yùn)動模型可以具有相互關(guān)聯(lián)和先后次序

通過圖形界面定義輸入和輸出

CFD-FASTRAN 力和點(diǎn)塊

CFD-FASTRAN 采用推力和點(diǎn)火模塊來定義推進(jìn)系統(tǒng)時(shí)間相關(guān)的邊界條件(例如火箭噴嘴).推力和點(diǎn)火模塊主要包括下列顯著特點(diǎn):

與時(shí)間相關(guān)的溫度，壓力和速度邊界條件可從用戶提供的文件中讀取

在應(yīng)用力和力矩，剛體動力學(xué) 6-DOF 模塊中，自動計(jì)算推力

多個模塊可同時(shí)使用或順序使用

通過圖形界面進(jìn)行模塊定義

CFD-FASTRAN力塊

CFD-FASTRAN 用靈活的和易用的模塊處理力和力矩?cái)?shù)據(jù)的輸出。力和力矩模塊包括下列顯著特征:

用戶可以選擇計(jì)算整個模型或者部分模型的力和力矩

可在慣性坐標(biāo)系、體坐標(biāo)系、或者用戶定義的坐標(biāo)系內(nèi)計(jì)算力和力矩

根據(jù)用戶提供的數(shù)據(jù)，進(jìn)行有量綱輸出和無量綱輸出

CFD-FASTRAN 流固耦合模塊

CFD-FASTRAN 給出了流固耦合(FSI)問題的解決方案，尤其是氣動彈性問題。流固耦合模塊包括如下特點(diǎn):

采用 N-S方程進(jìn)行流動求解

結(jié)構(gòu)動力學(xué)用三維有限元方法進(jìn)行分析

結(jié)構(gòu)控制的實(shí)現(xiàn)采用壓電激勵的有限元分析方法

流體和結(jié)構(gòu)動力學(xué)界面始終一致

采用無限插值算法模擬由于結(jié)構(gòu)彈性導(dǎo)致網(wǎng)格變形

通過 MDICE實(shí)現(xiàn)各個分析模塊之間的數(shù)據(jù)交換同步

通過圖形界面進(jìn)行模塊定義