一、计算流体力学的基本介绍
一、什么是计算流体力学
(CFD)?
计算流体力学
(Computational Fluid Dynamics)
是流体力学的一个新兴的分支,是一
个采用数值方法利用计算机来求解流体流动的控制偏微分方程组,并通过得到的流场和?/p>
它物理场来研究流体流动现象以及相关的物理或化学过程的学科。事实上,研究流动现?/p>
就是研究流动参数如速度、压力、温度等的空间分布和时间变化,而流动现象是由一些基
本的守恒方程(质量、动量、能量等)控制的,因此,通过求解这些流动控制方程,我?/p>
就可以得到流动参数在流场中的分布以及随时间的变化,这听起来似乎十分简单。但遗憾
的是,常见的流动控制方程如纳维一斯托克斯
(Navier-Stokes)
方程或欧?/p>
(Euler)
方程都是
复杂的非线性的偏微分方程组,以解析方法求解在大多数情况下是不可能的。实际上,对
于绝大多数有实际意义的流动,
其控制方程的求解通常都只能采用数值方法的求解?/p>
因此?/p>
采用
CFD
方法在计算机上模拟流体流动现象本质上是流动控制方?/p>
(多数情况下是纳维一
斯托克斯方程或欧拉方程)
的数值求解,
?/p>
CFD
软件本质上就是一些求解流动控制方程的
计算机程序?/p>
二、计算流体力学的控制方程
计算流体力学的控剖方程就是流体流动的质量、动量和能量守恒方程。守恒方程的?/p>
见的推导方法是基于流体微元的质量、动量和能量衡算。通过质量衡算可以得到连续性方
程,通过动量守恒可以得到动量方程,通过能量衡算可以得到能量方程?/p>
?/p>
(1)
一
(3)
是未?/p>
任何简化的流动守恒微分方程,即纳维一斯托克斯方程
( N-S
方程
)
?/p>