01-计算流体力学概述

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1、ElectiveCourseforGraduateStudents课程的主要内容1.计算流体力学概述计算流体力学2.计算流体力学的基础知识3.控制方程的离散化方法ComputationalFluidDynamics4.湍流的模拟5.边界条件6.网格技术孙晓颖7.计算实例HarbinInstituteofTechnology8.计算流体力学软件9.上机1课程参考书第一章计算流体力学概述1.王福军，计算流体动力学分析——CFD软件原理与应用，清华大学出版社，北京，20081.1流体力学回顾2.J.D.Anderson,Comp

2、utationalFluidDynamics:TheBasicwithApplications.McGrawHill.清华大学出版社1.2计算流体力学的定义与特点(影印版)，19951.3计算流体力学的应用3.H.K.Versteeg,W.Malalasekera,AnIntroductiontoComputationalFluidDynamics:TheFiniteVolume1.4本课程学习的主要内容Method.Wiley,NewYork,19954.孙瑛，孙晓颖，曹曙阳(译)《用于建筑物抗风设计的CFD计算指南》，

3、中国建筑工业出版社。(付印中)231.1流体力学回顾流体与固体的主要区别¢研究对象——流体包括了气体和液体主要在于抵抗外力特性不同。流体的定义与基本特征固体：具有固定的形状。Afluidisanybodywhosepartsyieldtoanyforce流体：没有固定的形状，随容器的形状不同而不同。impressedonit,andbyyielding,areeasilymoved固体：既能承受压力，也能承受拉力和剪切力。amongthemselves.流体：只能承受压力，一般不能承受拉力和剪切力。——Newton,168

4、7易于流动的物体。固体：在确定的剪切力的作用下产生固定的变形。——国内教科书流体：在剪切力作用下产生连续的变形，即连续运动。451¢研究内容——建立描述流体运动的基本方程，确液体与气体的异同定流体流经（flowin）各种通道或绕流（flow液体与气体的共同点：around）不同物体时流动参数的分布规律，探求两者均具有易流动性，即在任何微小切应力作用下都能量转换及各种损失的计算方法，并解决流体与限制其流动的固体壁之间的相互作用问题。会发生变形或流动，故二者统称为流体。液体与气体的区别：¾气体易于压缩；而液体难于压缩。¾液体有

5、一定的体积，存在自由液面；气体能充满任意形状的容器，无一定体积，不存在自由液面。内部绕流外部绕流67天气和气候¢研究流体力学的意义——流体是无所不在的龙卷风雷暴☆天气和气候☆交通工具：火车，飞机，汽车和船舶☆环境☆生理学和医学全球气候飓风☆体育运动和休闲娱乐☆工业、农业等等89交通工具环境飞机舰艇空气污染河流、水利高速列车潜艇10112生理学与医学体育运动与休闲娱乐水上运动自行车赛艇血泵心脏辅助装置赛车冲浪1213工业¢研究方法——实验方法、理论分析和数值模拟实验方法：在流体力学的发展过程中，实验方法是最先使用的一种。优点

6、：可以借助各种先进仪器设备，给出多种复杂流动的准确、可靠的观测结果。缺点：实验研究通常费用高昂，周期很长；有些流动条件难以通过实验模拟，而且对不同情况，需作不同实验，即所得结果的普适性较差。建筑理论分析：继实验方法之后出现的是分析方法，优点：农业：灌溉可以给出具有一定适用范围的简洁明了的解析解或近似食品：纯净解析解，明确地给出了各种物理与流动参量之间的变化化工：干燥、分离等等关系。缺点：一般只能研究简单流动模型，数学上难度很大，数学模型必须进行简化，解析解的适用范围窄。1415数值模拟：数值模拟方法是随着计算机技术的高1.

7、2计算流体力学的定义与特点速发展出现而广泛应用的。优点：克服理论研究和实验研究的缺点，深化对于流体运动规律的认¢定义：以计算机作为模拟手段，运用一定的计识并提高解决工程实际问题的能力。缺点：对复算技术寻求流体力学各种复杂问题的离散化数杂而又缺乏完善数学模型的问题，仍无能为力。值解。三个学科分支：•数值解而不是解析解；理论分析理论流体力学•计算技术起关键作用；实验方法实验流体力学•与计算机的发展紧密相关数值模拟计算流体力学16173¢理论流体力学、实验流体力学、计算流体力学是¢计算流体力学的工作步骤流体力学研究工作的三种主要

8、手段――既互相独ß问题的界定和流动区域的几何描述立又相辅相成明确流场的几何形状、流动条件和对于数值模拟的要求ß选择主控方程和边界条件ß理论分析具有普遍性――各种影响因素清晰可见、主控方程包括质量守恒、动量守恒和能量守恒方程等为实验和计算研究提供依据边界条件包括固体壁面条件，来流、出流条件，周期条ß实验研