https://zenn.dev/marbocub/articles/cfd-with-freecad-using-cfdof-tutorial1

使用FreeCAD进行CFD分析

使用FreeCAD，计算流体力学（CFD）分析相对简单。
本页介绍了基于导入FreeCAD的3D模型，使用CfdOF工作台进行CFD分析的步骤。

提前准备

在 FreeCAD 上安装 CfdOF Workbench，完成设置，以便使用 OpenFOAM 和 ParaView。
如果你在设置界面把默认输出目录设置为（半宽句号），你可以把CFD结果保存到和CAD数据相同的目录里。 它让保存结果变得更容易。.

分析目标

在这里，我们分析了3D打印机的冷却管道。 我想做的是，

• 向风管吹气
• 观察管道内的气流
• 看看风管尖端的空气如何绕过喷嘴流动
• 看看排气管的排气方向
• 检查风管正好在桌面上方时水流的流动情况。

没错。
你需要的模型就在风管和喷嘴周围。 由于本次分析针对OSHW模型，我下载了STEP文件，并将所需数据导入FreeCAD以对齐位置。

分析目标（Vz-打印头-打印v30）

工作开始

请按照以下步骤操作：

1. 空间（空气）建模
2. 分析设置
3. 设定界限
4. 网格创建
5. 解析执行
6. 可视化（ParaView）
7. 分析，直接在表格上方

1. 空间（空气）建模

使用PartDesign工作台。

1.1. 空间

我们模拟一个容器状空间，完美地嵌入你想分析的区域（风管和喷嘴周围区域）。 喷嘴周围的大小应为前、左、右和向下约30~50毫米。
创建一个新的实体，使用草图和拉伸件来制作合适的盒子。 之后安装进气口（缓冲段）时，让风管入口从空间突出约0.5毫米。
这次我们用的是矩形形状，但其他形状（圆柱形或球体等）也可以。 基本上，空间越小，分析时间越短。

创造空间

俯视图

侧面图

1.2. 跑步部分

由于分析流体入口附近的流动可能不稳定，因此设有运行区。 用肉眼画出风管入口的形状，推到合适长度，然后建模缓冲段。 这次，我会把它做成宽松的50毫米。

估算草图

推送结果

1.3. 模具切割

通过布尔运算从空间中切割出风管和喷嘴。

布尔运算的模具切割

选举结果
通过这个，我能够模拟空间（空气）。

2. 分析设置

使用CfdOF工作台。

使用CfdOF_Analysis按钮创建分析容器，并在其中设置以下三个项目。

2.1. 物理模型

选择以下内容：

• 稳态
• 单相
• 等温
• 粘性
• 兰斯RANS
• kOmegaSST

2.2. 流体性质

从预定义的流体库中选择空气。

2.3. 初始化字段

设置如下：

• 速度：势流
• 压力：1e + 02 kPa（约1个大气压）
• 湍流：默认值

3. 设定界限

划定三个边界：墙体、进水口和开口。

按下CfdOF_FluidBoundary键会增加一个边界。 总共加三个边界。
只有在CfdOF ver.1.30.1中，每次打开边界界面，压力值都会变为0，按确定键时压力会被保存（覆盖原始设置）。 我们建议更新到版本1.30.2或更高版本。

3.1. 墙面

管道和喷嘴作为流体的墙面。 由于该分析有最多的墙体，因此将墙设为默认值。
选择无滑子类型。

3.2. 流输入

将入口设在助跑区之外的入口。
子类型是体积流量，数值为2.4升/秒。

流量是根据风扇目录值计算的。
双滚珠轴承24V 5015风扇的目录气流略高于5立方英尺每分钟。 以升计，大约是2.4升/秒。 （输入数据时，单位表示为l/s。）

• CFM代表立方英尺每分钟（ft3/min ft3/分钟）是1 CFM ≒ 0.472 L/sec的缩写

3.3. 出口

实际上，被分析的空间周围有更宽的空间。 将周围的六个表面设为出口。
亚型subtype 是环境压力。

周围压力也是1e + 02 kPa（约1个大气压）。

4. 网格创建

4.1. 数据存储

在创建网格之前，你需要先设置好CAD数据存储目录。 请在此保存数据。

4.2. 网格创建

选择空间数据体后，按下CfdOF_MeshFromShape键打开网格创建界面。

别忘了先选好身体。
背景设定

• 网格工具：cfMesh
• 基本元件尺寸：1毫米

可以这么说吧。
在分析出风口较小的管道时，应将元件尺寸设置得更小。
保存网格文件，运行网格，等待一会儿，网格生成。

计算时间不到30秒。
当你按下“导入表面网格”按钮时，创建的网格会显示在屏幕上。

选举结果

检查从前线到风管的部分，并平滑地进行网格。

该区域已半透明以检查内部，管道和喷嘴也采用网格状结构，未被压碎。

5. 执行分析

打开CfdSolver，保存案件设置，然后运行solver。

计算时间大约是8分钟。

6. 可视化（ParaView）

按下同一面板上的ParaView按钮。
如果你想稍后再打开，可以在 ParaView 的 case 目录里打开 pv.form 文件，把 Case Type 设置为 Decomposed Case，然后应用加载它。

6.1. 墙面展示

选择OpenFOAMReader1，选择组/墙，然后应用。

选择 CleantoGrid1，在视图菜单中勾选显示多块检查器，取消勾选 internalMesh 选项。

这样可以显示墙面。

6.2. 流量显示

选择OpenFOAMReader1并添加Stream Tracer。

选择点云，设置约2000分，将布局中显示的球移动到与助跑区重叠，然后应用。 之后，将颜色改为U（流量）。

显示了来自管道出口的流量。
要观察管道内部的流动，选择CleantoGrid1并适度降低不透明度。 将颜色改为p（压力）。

管道内的流动也被显示出来。
通过根据需要调整显示设置，你可以让画面更容易地看和直观。

选举结果

喷嘴和排气方向的流动

管道内部的流动：红色区域表示流速较快。

7. 表格上方案例分析

返回 FreeCAD，编辑空间模型的主体，并将高度降低，直到空间底部正好在喷嘴下方。

侧面图
将底部排除在开启边界设置界面之外（底部将被视为墙面）。
在ParaView中重新运行网格创建和分析，以可视化它们。

结果：液体暴露在极高压力下，颜色从黄色→变成红色。

排气方向直接显示在表格上方：用红线标记的区域表示流速较高。

分析结果讨论

在3D打印机的打印台上，显示该管道在20x20毫米范围内大致均匀流动。 此外，如第6.2节所示，风管的流动分为两支，表明设计意图避免直接进入喷嘴下方，重点朝向周围环境。 排气管似乎朝前（每张图片中都是左/下方向）。
从这些结果来看，它不适合低速高清3D打印，更适合高速3D打印。

结论

我们介绍了使用FreeCAD进行CFD分析的步骤。 通过分析现实中使用的风管模型，我们帮助我们理解了这些风管的特性。
如果你能将用其他CAD文件创建的模型导入FreeCAD，就能轻松地进行CFD分析。
请将其作为你项目的设计工具之一。