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文档介绍：2011年春季中国科学院力学研究所课程
计算流体力学
李新亮
******@imech.
Tel: [phone]
力学所主楼219
参考数目: 傅德薰等:《计算流体力学》,《计算空气动力学》
阎超:《计算流体力学方法及应用》, 任玉新等: 《计算流体力学基础》
J. Blazek: Computational Fluid Dynamics: Principles and Applications
E. F. Toro: Riemann Solvers and numerical methods for fluid dynamics
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第一讲流体力学基本方程
计算流体力学(CFD) 的概念及意义
流体力学的基本方程
偏微分方程组的类型

重点:
流体力学基本概念:连续介质假设,流动描述方法
N-S方程及其无量纲化(熟记);
双曲型方程性质;
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计算流体力学: Computational Fluid Dynamics 简称CFD
第一章绪论
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计算流体力学是通过数值方法求解流体力学控制方程,得到流场的离散的定量描述,并以此预测流体运动规律的学科
CFD: 通过离散求解流动方程得到流动信息
流动控制方程
理论解
(解析解)
精确解: Poiseuille解,
Blasius解, Plantdl 湍流边界层解
渐进解、近似解:
Stokes解
数值解
差分法、有限体积法、边界元法、谱(元)方法、粒子方法……
借助计算机来实现数值求解
在计算机产生之前,数值方法已然产生
方程复杂(非线性偏微方程组), 解析解很难获得
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计算流体力学(CFD): 在航空航天领域得到广泛应用
● 1970 年代, 飞机设计主要依赖风洞实验
YF-17研制,风洞实验13,500小时
● 1980年代,CFD逐渐发展, 部分取代实验
YF-23,风洞实验5,500小时,CFD计算15,000机时
YF17
YF23
YF17
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● 90年代, CFD 在飞机设计中发挥了主力作用
波音777, CFD占主角
● 2000 之后, CFD 取代了大部分风洞实验
波音787:全机风洞实验仅3次
波音787
波音777
●航天领域,CFD发挥着实验无法取代的作用
实验难点:复现高空高速流动条件
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CFD 面临的挑战及主要任务:
多尺度复杂流动的数学模型化;
湍流的计算模型;
转捩的预测模型;
燃烧及化学反应模型;
噪声模型……
可处理间断及多尺度流场的高分辨率、强鲁棒性、高效数值方法;
高精度激波捕捉法;
间断有限元法;
……

可处理复杂外形、易