Hi，大家好，今天小编来为大家解答计算流体力学这个问题，Phoenic计算流体力学很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！
本文目录
一、如何入门计算流体力学
计算流体力学的冲击－其它方面的应用
在第一部分，作为本书的出发点，首先介绍计算流体力学的一些基本原理和思想，同
时也导出并讨论流体力学的基本控制方程组，
这些方程组是计算流体力学的物理基础，
解和应用计算流体力学的任何一方面之前，
必须完全了解控制方程组的数学形式和各项的物
理意义，所有这些就是第一部分的注意内容。
地点：世界上任何地方的一个主要机场。
事件：一架光滑美丽的飞机沿着跑道飞奔，起飞，很快就从视野中消失。几分钟之内，
飞机加速到音速。仍然在大气层内，飞机的超音速燃烧式喷气发动机将飞机推
－轨道速度－飞行器进入地球轨道的速度。
这是不是一个充满幻想的梦？这个梦还没有实现，这是一个星际运输工具的概念，从
纪八十年代到九十年代，已经有几个国家已经开始这方面的研制工作。特别的，图
设计的飞行器的图纸。美国从八十年代中期开始就进行这项精深
这样的推进力使飞机飞的更快更高的
设想总有一天会实现。但是，只有当
发展到了一定程度，能够高效准确可靠的计算通
过飞行器和发动机周围的三维流场的时候，
－风洞－还不存在这种超音速飞行的飞行体系。
我们的风洞还不能同时模拟星际飞行器在飞
世纪，也不会出现这样的风洞，因此，
是设计这种飞行器的主要手段。为了设计这种飞行器和其它方面的原因，出现了
在现代实际流体力学中非常重要。
组成了流体力学理论研究和发展的
世纪，主要也是在在欧洲，逐渐出现了理论流体动力学
是有关流体动力学和航空动力学发展历史的）
力学的研究和实践包括两个方面（所有物理科学和工程问题）
年代学习流体力学，你需要在理论和实验方面进行学。
随着高速数字数字计算机的到来，
以计算机为基础的解决物理问题的数字代数也发展的很精
这些对我们今天研究和实践流体动力学提供了革命性的方法，
所表明的，在分析解决流体动力学问题中，
和纯理论以及纯实验研究同等重要。
就要发挥作用。因此，现在通过学习
，你就会参与一场令人敬畏的，历史性的革命中，
虽然不能代替其它方法，它毕竟提供了一个新的研究方法，非常有前景。
对纯理论和纯实验研究有非常好的协调补充作用，
。经常需要理论和试验方法。流体动力学的发展依赖于这三种方法的协调发
有助于理解和解释理论和试验的结果，反过来，
是计算流体力学的缩写，在本书中，也将使
在不同马赫数和雷诺数下给定流体条件，
的结果累死于实验室中风洞的结果。风
洞一般来说是一种沉重、笨拙的装置，
和此不同，它通常是一个计算程序（以软盘为
可以将程序存储在一个指定的计算机上，在千里之外，
在任何一个终端设备上就可以使用程序进行计算，也即是说
更深一步对比，可以以此计算程序为工具来做数字实验。例如，假设有个程序可以计
所示的流过机翼的粘性、亚音速可压缩流体的运动（这个计算程序是有
。这些计算程序采用有限差分法来求解粘性流体运动的完整
方程和其它的流体控制方程在第二章中导出，在参考书
采用的是标准的计算方法，这些标准计算方法贯穿本书的各个章节中，也就是说
具备了求解流过机翼表面的可压缩流体的运动，
现在假设已经有了这样一个程序，
那么现在就可以做一些有趣的实验，
文字描述上和风洞实验完全相同，
只是用计算机所做的实验是数字的。
这个例子是一个数字实验，在一定程度上可以阐明流场的物理作用，而真实实验却不
时，流体机翼的层流和湍流的区别是什么？对于计算机程序来说，这是一个正问
题。层流状态下计算一次，湍流状态下计算一次，
计算以后比较两种情况下的结果。在这种
仅仅通过控制程序中的开关量就可以改变真实流体的自然特征，
所示的为层流运动，即使在攻角为
的情况下，计算结果表明在机翼上下表
中，分离流对应于低雷诺数流动（
的计算结果也显示这种层流状态下的分量流是不稳定的。
计算这种流动采用的方法是时间匹
使用的是————————————
（有关时间匹配法的原理和数值细节在随后章节
显示的是该不稳定流动在给定时刻下流线的瞬态图。
显示的是采用湍流模型计算时所计算出的流线图。
的数字实验可以分析在其它参数相同的情况下，层流和湍
流的区别，而这在实验室中是做不到的。
在实验室中，物理实验和数字实验同时进行，数字实验有时可以有助于解释物理实验，
甚至可以确定物理实验不能确定的表面现象。图
子。这种比较还有更深层的含义：图
攻角的函数关系，实验数据是有托马斯博士和他的同事在————大学获得的（见参考书
这里显示了两个截然不同的计算结果，
定分离流下升力系数的振幅。这在图
和实验结果相差比较大，图中立方体代表的是湍流状态下的结果，对应于图
示的稳定流动，湍流情况下举力系数
此图更进一步表明了这种对比的结果。
的情况下的计算结果，实心圆和振幅栏给出层流状态下
而实心方块代表的是稳定湍流下的结果，
计算结果和实验结果的重要性不仅仅在于比较。
由于观测本身存在一些不确定的因素，
因此不能确定流动是层流还是湍流，
的计算结果，可以得出结果，在风洞试验中，流过机翼表面的流动确
实是湍流，因为湍流模型计算的结果和实验相符而层流却不相等。这是一个
在这种情况下也能提供一种实验条件下解
的计算机和代数模型局限于解决理论问题，
平机，管道流动，飞机等主要都是三维流动。在
年代，数字计算机的存储能力和计算速
度还不能用来计算任何实际的三维流动。到了
年代，情况开始逐渐发生变化。现在
对三维流动的计算已经很丰富了，
要成功的对实际应用的三维流动进行分析计算，
如对飞机飞行中的整个流场进行分析，
但是三维计算方法在工业和市政设施中越来越盛行。
三维流动的计算程序已经成为工业标准，
有人在设计工程中就采用这样的程序。
在接近音速的时候空气动力学模型复杂，
在接近音速时候自由流表面压力系数的分布情况，这些数值是
发展的有限体积直接数值方法计算出来的结果。图
表面的的等压系数线图，一条等压线对应于一个固定的压力轨迹，等压线密集的
特别是机翼尾部和包围机身的外部，
近声波的振动。包括局部振动和扩展振动的区域也显示在图中
提供了一种计算完整飞机周围流场的方法，包括表面三维压力分布。结构工
他们只有清楚的了解到飞行器的空气动力受力的分布细节才能够
这一点对空气动力学家也很重要，
得到升力和推进力的情况（关于这方面的细节详见参考书
果也提供了有关机身和机翼交界处涡旋的生成情况，图
度。了解这些涡旋的运动情况和它们和飞行器的其它部
分如何相互作用，对飞行器的整体空气动力设计非常重要。
是一个非常有力的设计工具，正如在第二部分介绍的，作为一种设计工具，
二、流体力学三大基本方程公式
1、流体力学三大基本方程公式：连续性方程、能量方程、动量方程。
2、力学的一个分支，主要研究在各种力的作用下，流体本身的静止状态和运动状态以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动规律。
3、与流体动力学平行发展的是水力学（见液体动力学）。这是为了满足生产和工程上的需要，从大量实验中总结出一些经验公式来表达流动参量之间关系的经验科学。
4、普朗克又提出了许多新概念，并广泛地应用到飞机和汽轮机的设计中去。这一理论既明确了理想流体的适用范围，又能计算物体运动时遇到的摩擦阻力。使上述两种情况得到了统一。
5、流体力学是在人类同自然界作斗争和在生产实践中逐步发展起来的。中国有大禹治水疏通江河的传说。秦朝李冰父子（公元前3世纪）领导劳动人民修建了都江堰，至今还在发挥作用。大约与此同时，罗马人建成了大规模的供水管道系统。
6、对流体力学学科的形成作出贡献的首先是古希腊的阿基米德。他建立了包括物体浮力定理和浮体稳定性在内的液体平衡理论，奠定了流体静力学的基础。此后千余年间，流体力学没有重大发展。15世纪意大利达·芬奇的著作才谈到水波、管流、水力机械、鸟的飞翔原理等问题。
7、17世纪，帕斯卡阐明了静止流体中压力的概念。但流体力学尤其是流体动力学作为一门严密的科学，却是随着经典力学建立了速度、加速度，力、流场等概念，以及质量、动量、能量三个守恒定律的奠定之后才逐步形成的。
三、计算流体力学的基本方程是什么
1、inflation方法主要用于计算流体力学(CFD)中，因为CFD分析中，经常需要对边界层进行细化处理，需要边界处的网格密度较其他地方划分得细密一些，这时候就可以用到inflation方法，inflation处理的网格包含六面体和楔形体。
2、为了说明计算流体力学主要方法，需先了解流体力学运动的基本方程的性质和分类。流体力学的基本方程是在19世纪上半叶由C.-L.-M.-H.纳维和G.G.斯托克斯等人建立的，称为纳维-斯托克斯方程，简称N-S方程，二维非定常不可压缩流体的N-S方程为：
3、式中u、v为沿着x、y方向上的速度分量；t为时间；p为压力；ρ为密度；ν为运动粘性系数。在不同条件下，N-S方程的数学性质也不一样。
4、①N-S方程描述粘性流体随时间而变的非定常运动。时间项和方程右边的高阶导数项决定方程的性质。它同二维热传导方程类似，属于抛物型方程。
5、②粘性流体的定常运动是将原方程中的时间项省去。此时N-S方程的性质，取决于它的高阶导数项，和拉普拉斯方程一样，为椭圆型方程。
6、③无粘流的欧拉方程是将N-S方程的右边粘性项略去而得。它也适用于可压缩流体。从形式上不容易判断欧拉方程的性质。因多数无粘流动皆为无旋流动，故如将欧拉方程改用速度势ψ表示，则二维定常可压缩气流的方程为：
7、式中c为声速。此式是二阶偏微分方程
8、的一般形式，其性质要看B2-AC小于或等于0而定。在超声速区，B2-AC大于0，即
9、上式类似于波动方程，为双曲型；在亚声速区，B2-AC小于0，即
10、上式便与拉普拉斯方程相同，为椭圆型。总之，流体力学的运动方程是极其复杂的非线性偏微分方程，具有各种不同的类型，而且往往还是混合型的。要全面描述流体的运动，还必须同时考虑其他方程，如连续性方程、能量方程和状态方程等。所以计算流体力学在很大程度上就是针对不同性质的偏微分方程采用和发展相应的数值解方法。
11、根据流体运动的普遍规律如质量守恒、动量守恒、能量守恒等，利用数学分析的手段，研究流体的运动，解释已知的现象，预测可能发生的结果。理论分析的步骤大致如下：
12、一般做法是：针对实际流体的力学问题，分析其中的各种矛盾并抓住主要方面，对问题进行简化而建立反映问题本质的“力学模型”。流体力学中最常用的基本模型有：连续介质（见连续介质假设）、牛顿流体、不可压缩流体、理想流体（见粘性流体）、平面流动等。
13、针对流体运动的特点，用数学语言将质量守恒、动量守恒、能量守恒等定律表达出来，从而得到连续性方程、动量方程和能量方程。此外，还要加上某些联系流动参量的关系式（例如状态方程），或者其他方程。这些方程合在一起称为流体力学基本方程组。
14、流体运动在空间和时间上常有一定的限制，因此，应给出边界条件和初始条件。整个流动问题的数学模式就是建立起封闭的、流动参量必须满足的方程组，并给出恰当的边界条件和初始条件。
15、在给定的边界条件和初始条件下，利用数学方法，求方程组的解。由于这方程组是非线性的偏微分方程组，难以求得解析解，必须加以简化，这就是前面所说的建立力学模型的原因之一。力学家经过多年努力，创造出许多数学方法或技巧来解这些方程组（主要是简化了的方程组），得到一些解析解。
16、求出方程组的解后，结合具体流动，解释这些解的物理含义和流动机理。通常还要将这些理论结果同实验结果进行比较，以确定所得解的准确程度和力学模型的适用范围。
17、参考资料来源：百度百科-计算流体力学
18、参考资料来源：百度百科-流体力学
关于计算流体力学的内容到此结束，希望对大家有所帮助。