文档介绍：流体力学退出中国科学文化出版社目录流体力学基础第一篇第二篇流体动力学基本原理及流体工程退出第三篇计算流体动力学第一篇流体力学基础绪论场论与正交曲线坐标流体静力学流体运动学第一章第二章第三章第四章退出返回第二篇流体动力学基本原理及流体工程流体动力学微分形式基本方程流体动力学积分形式基本方程伯努利方程及其应用量纲分析和相似原理流动阻力与管道计算边界层理论流体绕过物体的流动气体动力学基础第五章第六章第七章第八章第九章退出返回第十章第十一章第十二章第十三章计算流体动力学数学物理基础流动问题数值求解的基本步骤流动控制方程离散方程的建立方法差分方程特性分析第一节第二节第三节第四节退出返回第十三章计算流体动力学数学物理基础退出返回第1页第一节流动问题数值求解的基本步骤计算流体力学(CFD)是流体力学的一个分支,集数学、计算机科学、工程学和物理学等多门学科知识于一体。它通过计算机模拟建立流动模型,求解流体力学问题,即获得某种流体在特定条件下的有关信息。相对于实验研究,CFD计算具有成本低、速度快、资料完备、可以模拟真实或理想条件等优点。随着计算机技术的高速发展,CFD正逐渐成为研究各种流体现象和流动过程的有力工具,在工业领域得到了越来越广泛的应用。本章是全篇的数学与物理基础部分,着重讨论以下四个问题:(1)介绍对流动问题进行数值计算的基本思想与步骤;(2)讨论流动控制方程的类型及其对数值计算的影响;(3)介绍建立有限差分离散方程的方法,重点是控制容积积分法;(4)分析离散方程的数学特性(相容性、收敛性与稳定性)及主要的物理特性(守恒性与对流项的迁移性)。第十三章计算流体动力学数学物理基础退出返回第2页第一节流动问题数值求解的基本步骤描述流动问题的偏微分方程组只在一些简单的情况下才有精确解。对于大多数工程实际问题,只能采用实验研究或近似解法。与分析解不同,数值解法得出的是求解区域中某些代表性点上未知量的近似值。流动问题的数值求解过程大致包括六个步骤。现以房间中的气流流场计算问题为例说明如下。(一)建立简化物理模型,确定初始条件(a)(b),若欲采用数值方法计算其流动状况,则从简化计算的角度可作如下假设:(1)流动已处于稳定状态;(2)温度恒定,气体的物性为常数;(3)在垂直于纸面方向上速度变化可忽略不计(即简化成二维问题);(4)进风口的流速较低,流动是层流。通过这些假设,就把这一实际问题简化成为一个二维、稳态、常物性、无内热源的层流流动问题,这就是所研究问题的物理模型。第十三章计算流体动力学数学物理基础退出返回第3页第一节流动问题数值求解的基本步骤(二)给出控制方程式及其边界条件有关控制方程问题将在下一节中详细讨论。边界条件问题在以后章节也会作专门探讨。(三)(a)的区域离散区域离散化必须在所需分析的区域中选定需要计算流体速度的点(称为节点)。区域离散化方法在本小节下面还要单独讨论。(a)所示情形,,其中沿区域横向有L1个节点,竖向有M1个节点。(四)建立离散方程按一定的规则,建立每个节点上未知量与其相邻节点上未知量间的代数关系式(离散方程)。如由气流的Navier-Stokes方程和引入的流函数,可得出每一节点与其相邻节点速度间的关系式。这一过程称为控制方程的离散化。第十三章计算流体动力学数学物理基础退出返回第4页第一节流动问题数值求解的基本步骤建立控制方程并确定初始条件与边界条件划分子区域、确定节点数(区域离散化)建立离散方程(方程离散化)求解代数方程解收敛?分析计算结果修改离散方程系数线性问题非线性问题是否(五),。