计算流体力学基本原理

《计算流体力学基本原理》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、计算流体力学基本原理吴子牛编著２００１内容简介　　枟计算流体力学基本原理枠把计算流体力学作为一门独立的学科进行介绍．它涉及计算流体力学较为规范的内容，包括流体力学的基本原理、流体力学基本方程的计算形式与配套模型、方程的基本理论、构造计算方法的基本原则、计算方法的分析理论和一些实用化计算技术．本书可供从事计算流体力学的科研、技术人员参考，也可以作为流体力学专业和应用数学专业研究生和本科生的教学参考书．图书在版编目（CIP）数据计算流体力学基本原理／吴子牛编著畅北京：科学出版社，２００１ISBN７唱０３唱００８１２８唱５I．计…　II．吴

2、…　III．计算流体力学IV．０３５中国版本图书馆CIP数据核字（２０００）第６１４５１号出版北京东黄城根北街１６号邮政编码：１００７１７http：／／www．sciencep．com印刷科学出版社发行各地新华书店经销倡　　　　　　　　２００１年２月第一版开本：７８７×１０９２　１／１６　　　　　　　　２００１年２月第一次印刷印张：１８１／２印数：１—２８００字数：４１６０００定价：35畅00元前言计算流体力学（简称CFD，来源于英文的ComputationalFluidDynamics）作为一门独立的学科在近三十年成为流体力学与应用

3、数学的热门研究内容．计算流体力学的发展促使人们去重新书写流体力学基本方程和构造物理模型、重新了解基本方程的性质、重新理解传统差分的局限、重新研究一整套研究稳定性、收敛性、唯一性的理论．计算流体力学有属于它的基本理论、基本方法、基本逻辑和它独特的应用范围，因而属于一门独立的学科．计算流体力学的发展不但为流体力学研究提供了一种手段，而且带动了应用数学的发展和促进了计算机的发展．本书介绍计算流体力学最基本的原理．本书与一般计算流体力学书籍相比，并不深入介绍具体的计算方法，而是试图把计算流体力学作为一门相对独立的学科来论述，内容包括如下几乎具

4、有同等重要性的六个方面：一、流体力学基本原理．流体力学基本原理自然是计算流体力学的基础．流体力学本身包含了丰富的知识，但这里介绍的基本原理只涉及流体运动学基础、动力学方程和方程的特殊形式．流体力学基本原理将在第一章中介绍，主要强调流体力学基本方程是如何构造的，如何推导它们的一些特殊形式和在不同坐标系中的形式．即使对具有一定流体力学基础的读者也建议不要越过这一章，因为本章内容的取舍考虑了计算流体力学的需要．虽然许多知识尤其是运动学基础是一般读者非常熟悉的，但也包含了一些读者不一定熟悉的内容，如在非惯性坐标系下能量方程的推导．本章所强调的

5、分析思维有助于读者阅读本书其他部分的内容．另外，本书绝大多数章目都有边界条件（包括内边界条件）的讨论，了解不同部分给定边界条件的方式能帮助正确理解如何处理边界条件．二、流体力学基本方程的计算形式和模型化处理．在连续介质力学范畴下，流体力学基本方程为纳维斯托克斯方程（NavierStokes方程，简称N唱S方程），在理想流体假设下为欧拉方程（Euler方程）．基本方程有多种形式，但必须写成一些特殊形式（计算形式）才便于用标准的计算方法求解．另外一般流体力学问题包含有由小到大的多种尺度，而一般计算只考虑某种宏观尺度．为了只计算宏观尺度并考

6、虑其他尺度的部分影响，必须进行模型化处理．流体力学基本方程的计算形式和模型化处理将在第二章介绍，主要强调NS方程和欧拉方程的几种计算形式及其由来（包括所有的雅可比矩阵的计算及其对角化处理），和具有典型多尺度效用的湍流和两相流问题的模拟原理、特征多尺度问题的统一计算方法、方程的无量纲化处理．模型化处理是计算流体力学的一部分特殊的而且十分重要的内容，在本书中以适当篇幅介绍，目的是体现计算流体力学基本原理的完整性．三、基本方程的性质．NS方程作为数学上的偏微分方程具有许多特殊性质，数学研究还很不完善，数学上甚至很难证明NS方程是否有解．解的

7、存在性、唯一性与稳定性　·ii·　　　　　　　　　　　　　　　计算流体力学基本原理是偏微分方程理论中的基本问题，即所谓的适定性问题．NS方程很特别，属于一种混合型方程，不同分量方程的性质不一样；对于不同流动条件，方程的性质又不一样，但在理想流假设下NS方程即欧拉方程的基本性质决定了计算流体力学的地位．欧拉方程的处理是计算流体力学的关键．欧拉方程在数学上属于双曲守恒方程，包含了丰富的数学内容，如适定性、特征理论、弱解理论、熵条件等．这些内容的研究构成了计算流体力学方法研究的基础，将在第三章中介绍．四、构造计算方法的基本原理．NS方程属于

8、非线性偏微分方程组，在一般情况下是无法求解析解的，因此必须用计算机求解．计算机只能进行大量的加减乘除等简单代数运算，计算机的这种运算速度是人的运算速度无法比拟的．通过用差分或其他办法把非线性偏微分方程转化为只包含简单加减