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CFDRC為美國CFDRC (CFD Research Corporation)公司所發展的 計算流體力學軟體,提供多樣化工具的模擬和流體流動分析及多樣化 工業應用,可同時分析流力、熱傳、熱輻射、化學反應與質傳、結構 應力與形變、電磁場與電擾動、電泳與電滲透、電漿場之複雜現象。

主要用於微機電工程、半導體製程、生化微機電晶片、醫學工程、航 太、汽車、電子冷卻、化工與製造等的工程領域。

CFDRC 為套裝軟體,最主要分為三套軟體,CFD-GEOM 為model 格點製作,操作介面如圖3-1 所示,CFD-ACE+為所有參數設定與數值 運算之軟體,包括了兩個部份:CFD-GUI和求解器,CFD-GUI則為使用 者介面,方便使用者利用圖形界面設定參數值,操作介面如圖3-2 所 示,CFD-VIEW 為後製軟體,操作介面如3-3所示。其中,CFD-RC是三 維計算流體力學軟體,此軟體已廣泛地被用在空氣動力學(如飛機流

場、汽車流場)、工業工程及建築通風設計、半導體設計、流場結構 藕合計算、電漿流場、流場結構電場藕合計算等等,以下將簡略介紹 CFDRC 最主要的三套軟體。

3-1-1 CFD-GEOM 軟體

CFD-GEOM 軟 體 是 一 套 建 立 幾 何 結 構 和 產 生 格 點 的 系 統 以 利 CFD(Computational fluid dynamics)分析,同時可提供多區塊結構,

多域非結構和多元素混合格點的全域結合。CFD-GEOM 軟體的設計是

8. 支援Plot3D、FAST、NASTRAN、PATRAN、CFDRC Mixed Element

Format(MFG)和CFDRC Data Transfer Facility format(DTF)。

3-1-2 CFD-ACE+ 軟體

CFD-RC是一泛用型finite volume、pressure based 三維計算流 體力學軟體,也是多物理學模擬分析的電腦程式,網格可為結構性與

3-1-3 CFD-VIEW 軟體

CFD-VIEW 軟體即是所謂的後處理器,提供圖像和分析的工具,

以利檢查計算和分析模擬的結果,其操作介面如圖 3-3。

3-1-4 CFDRC 軟體使用流程

CFDRC軟體基本的使用流程如圖3-4,先在CFD-GEOM 軟體建構幾 何模型和分析的格點,在到CFD-ACE+軟體的使用者界面中設定物理性 質、邊界條件、初始條件和求解運算,最後把運算結果到CFD-VIEW 軟 體檢查和分析。

3-2 模擬方法

數值模擬架構一般分為三個流程:即前處理(Pre-Processing),

此部分主要是在建構分析之模型,選用適當的網格元素,定義分析時 所需要的材料及物理性質等特性,因此前處理可視為描述數值分析之 物理意義的重要階段;分析求解(Solve),在模擬軟體的設計概念上,

此部份為最重要的核心部份,在前處理所產生的模型,將在此一模組 中進行分析;後處理(Post-Processing),其最主要的任務乃是將分 析的結果以圖形或文字等形式表現出來,以作為判斷分析之用。

3-2-1 前處理

左右。由於我們選用 CFD-ACE+的 Grid Deformation 模組,因此在做 移動邊界計算時,會先計算所設定移動邊界上每一點速度值而得到之 後移動的位置後,再將整個網格重建後,重新計算每個網格內我們所 需要的變數值,並不是固定式網格的計算,因此雖然前節中,我們模

擬所設定的振動幅度為 0.25μm,小於我們的網格尺寸,但是計算中,

模型中的網格隨時均在動態調整後重建,因此並不影響計算。

(3)選定分析模組:

在 CFD-ACE 中選用 Flow、Free surface(VOF)與 Grid deformation 功能。

(4)設定邊界條件與初始條件:

由於本研究的模型並非利用腔體(chamber),而是利用工作流體 置於振動的噴孔片上的設計,因此模型周圍的邊界皆設定為 outlet。

而噴孔片則是利用 VOF 模組設定其接觸角,Grid deformation 模組 設定其振動幅度與頻率。所使用的物理參數如表 3-1 所示。

為 殘 值 , 當 殘 值 的 數 值 愈 趨 近 於 零 表 示 愈 接 近 所 求 的 解 (exact solution)。疊代次數設定為50次。

(2)求解:

進行計算,時間約五天。

3-2-3 後處理

可利用 CFD-VIEW 觀看計算後流體斷裂脫離飛行情形與隨時間不 同的液氣界面變化情形,並可利用 CFD-VIEW 軟體內部工具列的探針 (probe)得到所要的速度或壓力值等參數。

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