北京航空航天大学计算流体力学大作业

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流体力学大作业

一.选择题1.牛顿内摩擦定律适用于（）。

A．任何流体B．牛顿流体C．非牛顿流体2.液体不具有的性质是（）。

A．易流动性B．压缩性C．抗拉性D．粘滞性3连续介质假定认为流体（）连续。

A．在宏观上B．在微观上C．分子间D．原子间4.在国际单位制中流体力学基本量纲不包括（）。

A．时间B．质量C．长度D．力．5.在静水中取一六面体，作用在该六面体上的力有（）A．切向力、正压力B．正压力 C．正压力、重力 D．正压力、切向力、重力6．下述哪些力属于质量力 ( )A．惯性力B．粘性力C．弹性力D．表面张力 E．重力7．某点存在真空时，（）（）A．该点的绝对压强为正值B．该点的相对压强为正值 c.该点的绝对压强为负值D．该点的相对压强为负值8.流体静压强的（）。

A．方向与受压面有关 B．大小与受压面积有关 B．大小与受压面方位无关9.流体静压强的全微分式为（）。

A．B．C．10.压强单位为时，采用了哪种表示法（）。

A．应力单位B．大气压倍数C．液柱高度11.密封容器内液面压强小于大气压强，其任一点的测压管液面（）。

A．高于容器内液面B．低于容器内液面C．等于容器内液面12.流体运动的连续性方程是根据（）原理导出的。

A.动量守恒B. 质量守恒C.能量守恒D. 力的平衡13. 流线和迹线重合的条件为（）。

A.恒定流B.非恒定流C.非恒定均匀流14.总流伯努利方程适用于（）。

A.恒定流B.非恒定流C.可压缩流体15. 总水头线与测压管水头线的基本规律是：（）、（）A.总水头线总是沿程下降的。

B.总水头线总是在测压管水头线的上方。

C.测压管水头线沿程可升可降。

D.测压管水头线总是沿程下降的。

16 管道中液体的雷诺数与（）无关。

A. 温度B. 管径C. 流速D. 管长17.. 某圆管直径d=30mm，其中液体平均流速为20cm/s。

液体粘滞系数为0.0114cm3/s，则此管中液体流态为（）。

A. 层流B. 层流向紊流过渡C.紊流18.等直径圆管中紊流的过流断面流速分布是（） A呈抛物线分布 B. 呈对数线分布 C.呈椭圆曲线分布 D. 呈双曲线分布19.等直径圆管中的层流，其过流断面平均流速是圆管中最大流速的（）A 1.0倍 B.1/3倍 C. 1/4倍 D. 1/2倍20.圆管中的层流的沿程损失与管中平均流速的（）成正比.A. 一次方B. 二次方C. 三次方D. 四次方21..圆管的水力半径是 ( )A. d/2B. d/3C. d/4D. d/5.22谢才公式中谢才系数的单位是（） A. 无量纲 B. C. D. .23. 判断层流和紊流的临界雷诺数是（）A.上临界雷诺数B.下临界雷诺数C.上下临界雷诺数代数平均D.上下临界雷诺数几何平均24.. 对于管道无压流，当充满度分别为（）时，其流量和速度分别达到最大。

《计算流体力学》作业答案

计算流体力学作业答案问题1：什么是计算流体力学？计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）是研究流体力学问题的一种方法，它使用数值方法对流体流动进行数值模拟和计算。

主要包括求解流体运动的方程组，通过空间离散和时间积分等计算方法，得到流体在给定条件下的运动和相应的物理量。

问题2：CFD的应用领域有哪些？CFD的应用领域非常广泛，包括但不限于以下几个方面：1.汽车工业：CFD可以用于汽车流场的模拟和优化，包括空气动力学性能和燃烧过程等。

2.航空航天工业：CFD可以用于飞机、火箭等流体动力学性能的预测和优化，包括机身、机翼的设计和改进等。

3.能源领域：CFD可以用于燃烧、热交换等能源领域的流体力学问题求解和优化。

4.管道流动：CFD可以用于石油、化工等行业的管道流动模拟和流体输送优化。

5.空气净化：CFD可以用于大气污染物的传输和分布模拟，以及空气净化设备的设计和改进。

6.生物医药：CFD可以用于生物流体输送和生物反应过程的模拟和分析，包括血液流动、药物输送等。

问题3：CFD的数值方法有哪些？CFD的数值方法一般包括以下几种：1.有限差分法（Finite Difference Method，FDM）：将模拟区域划分为网格，并在网格上离散化流体运动的方程组，利用有限差分近似求解。

2.有限体积法（Finite Volume Method，FVM）：将模拟区域划分为有限体积单元，通过对流体流量和通量的控制方程进行离散化，求解离散化方程组。

3.有限元法（Finite Element Method，FEM）：将模拟区域划分为有限元网格，通过对流体运动方程进行弱形式的变分推导，将流动问题转化为求解线性方程组。

4.谱方法（Spectral Method）：采用谱方法可以对流体运动方程进行高精度的空间离散，通常基于傅里叶变换或者基函数展开的方式进行求解。

5.计算网格方法（Meshless Methods）：不依赖网格的数值方法，主要包括粒子方法（Particle Methods）、网格自适应方法（Gridless Method）等。

计算流体力学课程大作业

《计算流体力学》课程大作业——基于涡量-流函数法的不可压缩方腔驱动流问题数值模拟张伊哲航博1011、引言和综述2、问题的提出，怎样使用涡量-流函数方法建立差分格式3、程序说明4、计算结果和讨论5、结论1引言虽然不可压缩流动的控制方程从形式上看更为简单，但实际上，目前不可压缩流动的数值方法远远不如可压缩流动的数值方法成熟。

考虑不可压缩流动的N-S 方程：01()P t νρ∇⋅=⎧⎪∂⎨+∇⋅=-∇+∆⎪∂⎩U UUU f U (1.1)其中ν是运动粘性系数，认为是常数。

将方程组写成无量纲的形式：01()Re P t∇⋅=⎧⎪∂⎨+∇⋅=-∇+∆⎪∂⎩U UUU f U (1.2) 其中Re 是雷诺数。

从数学角度看，不可压缩流动的控制方程中不含有密度对时间的偏导数项，方程表现出椭圆-抛物组合型的特点；从物理意义上看，在不可压缩流动中，压力这一物理量的波动具有无穷大的传播速度，它瞬间传遍全场，以使不可压缩条件在任何时间、任何位置满足，这就是椭圆型方程的物理意义。

这就造成不可压缩的N-S 方程不能使用比较成熟的发展型．．．偏微分方程的数值求解理论和方法。

如果将动量方程和连续性方程完全耦合求解，即使使用显示的离散格式，也将会得到一个刚性很强的、庞大的稀疏线性方程组，计算量巨大，更重要的问题是不易收敛。

因此，实际应用中，通常都必须将连续方程和动量方程在一定程度上解耦。

目前，求解不可压缩流动的方法主要有涡量-流函数法，SIMPLE 法及其衍生的改进方法，有限元法，谱方法等，这些方法各有优缺点。

其中涡量-流函数法是解决二维不可压缩流动的有效方法。

作者本学期学习了研究生计算流体课程，为了熟悉计算流体的基本方法，选择使用涡量-流函数法计算不可压缩方腔驱动流问题，并且对于不同雷诺数下的解进行比较和分析，得出一些结论。

本文接下来的内容安排为：第2节提出不可压缩方腔驱动流问题，并分析该问题怎样使用涡量-流函数方法建立差分格式、选择边界条件。

计算流体力学大作业

计算液体力学基础及应用课程期末作业-----程序调试最终版学号：134212059 姓名：徐影ContentsCFD模型示意图一、拟一维喷管理论解求解二、拟一维喷管的CFD求解三、理论值与CFD解的对比CFD模型示意图两圆弧直径为10米，喉部直径为0.59米，长为3米clear all;I=imread('xuying.png'); imshow(I)一、拟一维喷管理论解求解喷管内马赫数的变化公依赖于面积比A/A0，所以可以将Ma作为x的函数1.2.采用隐函数绘图给出理论的马赫数解gamma=1.4;h0=59/100;% 取学生学号后两位数的十分之一作喉部直径syms x Ma A_x y;% xz为x坐标,Ma为马赫数A_x=((10.59-2*sqrt(25-(x-1.5)^2))/0.59)^2;% A_x为面积系数figure('Color',[1 1 1]);set(gcf,'position',[0,0,1.5*468,468]);plot_Ma=A_x^2-(2/(gamma+1)+(gamma-1)/(gamma+1)*y^2)^((gamma+1)/(gamma-1))/y^2;subplot(1,2,1);gca=ezplot(plot_Ma,[0,3]);xlabel('x');ylabel('马赫数');title('采用隐函数求解的马赫数结果');grid on; % 得到两条曲线，由递增规律选取上升曲线段，从该曲线上得到一系列点的坐标为[x0,Ma0]load tk.mat;x_0=tk(:,1);Ma_0=tk(:,2);% 这里load的数据采用某算法从上面出的图取点拟合得到，用到polyval和polyfit函数subplot(1,2,2);plot(x_0,Ma_0);xlabel('x');ylabel('马赫数');title('马赫数的理论解');grid on;求出马赫数后，压力、密度、温度的变化都是Ma的函数，求出理论值并绘图1.2.3.p_0=(1+(gamma-1)/2*Ma_0.^2).^(-gamma/(gamma-1));rho_0=(1+(gamma-1)/2*Ma_0.^2).^(-1/(gamma-1));t_0=(1+(gamma-1)/2*Ma_0.^2).^-1;figure('Color',[1 1 1]);set(gcf,'position',[0,0,1.5*468,1.5*468]);subplot(3,1,1);plot(x_0,p_0);title('压力比理论值');xlabel('x');ylabel('p');grid on; subplot(3,1,2);plot(x_0,rho_0);title('密度比理论值');xlabel('x');ylabel('rho');grid on; subplot(3,1,3);plot(x_0,t_0);title('温度比理论值');xlabel('x');ylabel('T');grid on;二、拟一维喷管的CFD求解clear all;L=3;N=31;dx=L/(N-1);x=linspace(0,L,N);C=0.5;n=2000;student_num=59;A=((10+student_num/100-2*((25-((x-1.5).^2))).^0.5)/(student_num/100)).^2;%面积比A/A_0与x坐标的关系第一步，密度比、温度比、速度比的初始条件设定1.2.3.Rou=1-0.3146*x;rhobi=zeros(1,n);T=1-0.2314*x;V=(0.1+1.09*x).*sqrt(T);P_rou_t=zeros(size(Rou));P_v_t=zeros(size(Rou));P_T_t=zeros(size(Rou));P_rou_t_2=zeros(size(Rou));P_v_t_2=zeros(size(Rou));P_T_t_2=zeros(size(Rou));第二步，预估步第三步，并求Δt,求rou, V, T的预测量1.2.3.第四步，修正步第五步，求平均时间导数1.2.3.最后，得到t+Delta t时刻流动参数的修正值为1.2.3.第七步，边界条件处理for j=1:ntemp=Rou(16);% 第二步，预估步for i=2:30P_rou_t(i)=-V(i)*((Rou(i+1)-Rou(i))/dx)-Rou(i)*((V(i+1)-V(i))/dx)-Rou(i)*V(i)*((log(A(i+1))-log(A(i)))/dx);P_v_t(i)=-V(i)*((V(i+1)-V(i))/dx)-((T(i+1)-T(i))/dx+((Rou(i+1)-Rou(i))/dx)*T(i)/Rou(i))*1/1.4;P_T_t(i)=-V(i)*((T(i+1)-T(i))/dx)-0.4*T(i)*(((V(i+1)-V(i))/dx)+V(i)*((log(A(i+1))-log(A(i)))/dx));end% 第三步，并求Δt,求rou, V, T的预测量dt=C*(dx./(V(2:30)+sqrt(T(2:30))));dt=min(dt);Rou1(2:30)=Rou(2:30)+P_rou_t(2:30).*dt;V1(2:30)=V(2:30)+P_v_t(2:30).*dt;T1(2:30)=T(2:30)+P_T_t(2:30).*dt;V1(1)=V(1);T1(1)=T(1);Rou1(1)=Rou(1);% 第四步，修正步%for i=2:30P_rou_t_2(i)=-V1(i)*((Rou1(i)-Rou1(i-1))/dx)-Rou1(i)*((V1(i)-V1(i-1))/dx)-Rou1(i)*V1(i)*((log(A(i))-log(A(i-1)))/dx); P_v_t_2(i)=-V1(i)*((V1(i)-V1(i-1))/dx)-((T1(i)-T1(i-1))/dx+((Rou1(i)-Rou1(i-1))/dx)*T1(i)/Rou1(i))*1/1.4;P_T_t_2(i)=-V1(i)*((T1(i)-T1(i-1))/dx)-0.4*T1(i)*(((V1(i)-V1(i-1))/dx)+V1(i)*((log(A(i))-log(A(i-1)))/dx));end% 第五步，求平均时间导数P_rou_av=(P_rou_t+P_rou_t_2)/2;P_v_av=(P_v_t+P_v_t_2)/2;P_T_av=(P_T_t+P_T_t_2)/2;% 最后，得到t+Delta t时刻流动参数的修正值为Rou(2:30)=Rou(2:30)+P_rou_av(2:30).*dt;T(2:30)=T(2:30)+P_T_av(2:30).*dt;V(2:30)=V(2:30)+P_v_av(2:30).*dt;P(2:30)=Rou(2:30).*T(2:30);% 第七步，边界条件处理V(1)=2*V(2)-V(3);V(31)=2*V(30)-V(29);Rou(31)=2*Rou(30)-Rou(29);T(31)=2*T(30)-T(29);p=Rou.*T;Ma=V./sqrt(T);rhobi(j)=abs((temp-Rou(16))/temp); % 计算后一次时间步与前一时间步之间的密度比的变化情况，以此检验CFD过程收敛性质end最终结果的绘图figure('Color',[1 1 1]);set(gcf,'position',[0,0,1.2*468,1.5*468]);subplot(3,1,1);plot(1:n,rhobi);xlabel('x');ylabel('Ma');title('相对密度比');grid on;% 密度比收敛情况绘图subplot(3,1,2);plot(x,Ma);title('喷管内马赫数分布');xlabel('x');ylabel('Ma');grid on;% 马赫数CFD值绘图subplot(3,1,3);plot(x,p);title('喷管内压力分布');xlabel('x');ylabel('p');grid on; % 压力分布CFD值绘图shu=[x;A;Ma;V;T;p;Rou];显示各参量最终计算结果fprintf('%6s\t%12s\t%12s\t%12s\t%12s\t%12s\t%12s\r\n','x','A/A_0','Ma','v/v_0','T/T_0','p/p_0','rho')% 依次显示坐标点、形状参数、马赫数、速度、温度、压力的结果fprintf('%6.1f\t%12.4f\t%12.4f\t%12.4f\t%12.4f\t%12.4f\t%12.4f\r\n',shu)x A/A_0 Ma v/v_0 T/T_0 p/p_0 rho0.0 3.1709 0.1859 0.1859 1.0000 1.0000 1.00000.1 2.8156 0.2124 0.2121 0.9975 0.9915 0.99390.2 2.5056 0.2389 0.2383 0.9956 0.9847 0.98900.3 2.2361 0.2711 0.2700 0.9922 0.9728 0.98050.4 2.0030 0.3056 0.3038 0.9885 0.9602 0.97140.5 1.8022 0.3451 0.3422 0.9834 0.9433 0.95910.6 1.6303 0.3882 0.3838 0.9775 0.9234 0.94470.7 1.4844 0.4364 0.4298 0.9700 0.8989 0.92670.8 1.3617 0.4891 0.4794 0.9611 0.8701 0.90540.9 1.2600 0.5469 0.5331 0.9502 0.8362 0.88001.0 1.1771 0.6096 0.5903 0.9374 0.7974 0.85071.1 1.1116 0.6776 0.6508 0.9224 0.7536 0.81701.2 1.0620 0.7507 0.7142 0.9051 0.7053 0.77921.3 1.0273 0.8289 0.7800 0.8855 0.6532 0.73761.4 1.0068 0.9119 0.8475 0.8636 0.5982 0.69271.5 1.0000 0.9998 0.9160 0.8394 0.5416 0.64521.6 1.0068 1.0921 0.9849 0.8132 0.4847 0.59601.7 1.0273 1.1887 1.0534 0.7853 0.4288 0.54611.8 1.0620 1.2893 1.1210 0.7559 0.3753 0.49641.9 1.1116 1.3934 1.1869 0.7255 0.3250 0.44802.0 1.1771 1.5009 1.2507 0.6943 0.2788 0.40152.1 1.2600 1.6113 1.3119 0.6629 0.2371 0.35762.2 1.3617 1.7245 1.3705 0.6315 0.2001 0.31682.3 1.4844 1.8398 1.4258 0.6006 0.1678 0.27952.4 1.6303 1.9576 1.4782 0.5702 0.1400 0.24552.5 1.8022 2.0764 1.5269 0.5408 0.1163 0.21512.6 2.0030 2.1983 1.5732 0.5122 0.0962 0.1879。

15春北航《流体力学》在线作业一满分答案

奥鹏15春北航《流体力学》在线作业一一、单选题（共20 道试题，共80 分。

）1. 水力最优断面是（）。

A. 造价最低的渠道断面B. 壁面粗糙系数最小的断面C. 对一定的流量具有最大断面积的断面D. 对一定的面积具有最小湿周的断面正确答案：D2. 比较重力场(质量力只有重力) 中，水和水银所受单位质量力Z水和Z汞的大小（）。

A. Z水<Z汞B. Z水=Z汞C. Z水>Z汞D. 不定正确答案：B3. 圆管紊流阻力平方区的沿程摩阻系数λ( )。

A. 与雷诺数Re有关B. 与Re和管长l有关C. 与Re 和ks/d有关D. 与管壁相对粗糙ks/d有关正确答案：D4. 堰流流量Q与堰上全水头H0的关系是（）。

A. 1/2次方的关系B. 1次方的关系C. 3/2次方的关系D. 2次方的关系正确答案：C5. 渗流模型与实际渗流相比较( ).A. 流量相同B. 流速相同C. 各点压强不同D. 渗流阻力不同正确答案：A6. 均匀流是（）。

A. 当地加速度为零B. 迁移加速度为零C. 向心加速度为零D. 合加速度为零正确答案：B7. 长管并联管道各并联管段的（）。

A. 水头损失相等B. 水力坡度相等C. 总能量损失相等D. 通过的水量相等正确答案：A8. 并联管道1、2，两管的直径相同，沿程阻力系数相同，长度L2＝3L1，通过的流量为（）。

A. Q1=Q2B. Q1＝1.5Q2C. Q1=1.73Q2D. Q1＝3Q2正确答案：C9. 理想流体的特征是（）。

A. 粘度是常数B. 不可压缩C. 无粘性D. 符合pv＝RT正确答案：C10. 堰流的水力现象是( ).A. 缓流穿过障壁B. 缓流溢过障壁C. 急流穿过障壁D. 急流溢过障壁正确答案：B11. 在水力学中常遇到的质量力有（）。

A. 重力和惯性力B. 重力和压力C. 切力和惯性力D. 切力和压力正确答案：A12. 恒定流是（）。

A. 流动随时间按一定规律变化B. 流场中任意空间点的运动要素不随时间变化C. 各过流断面的速度分布相同D. 各过流断面的压强相同正确答案：B13. 金属压力表的读值是（）。

计算流体力学大作业

1 提出问题[问题描述]Sod 激波管问题是典型的一类Riemann 问题。

如图所示，一管道左侧为高温高压气体，右侧为低温低压气体，中间用薄膜隔开。

t=0 时刻，突然撤去薄膜，试分析其他的运动。

Sod 模型问题：在一维激波管的左侧初始分布为：0 ,1 ,1111===u p ρ，右侧分布为：0 ,1.0 ,125.0222===u p ρ，两种状态之间有一隔膜位于5.0=x 处。

隔膜突然去掉，试给出在14.0=t 时刻Euler 方程的准确解，并给出在区间10≤≤x 这一时刻u p , ,ρ的分布图。

2 一维Euler 方程组分析可知，一维激波管流体流动符合一维Euler 方程，具体方程如下：矢量方程：0U ft x∂∂+=∂∂ (0.1)分量方程：连续性方程、动量方程和能量方程分别是：222,,p u ρ()()()()2000u tx u u pt x x u E p E tx ρρρρ∂⎧∂+=⎪∂∂⎪⎪∂∂∂⎪++=⎨∂∂∂⎪⎪∂+⎡⎤∂⎣⎦+=⎪∂∂⎪⎩ (0.2)其中 22v u E c T ρ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭对于完全气体，在量纲为一的形式下，状态方程为：()2p T Ma ργ∞=(0.3)在量纲为一的定义下，定容热容v c 为：()211v c Ma γγ∞=- (0.4)联立(1.2)，(1.3)，(1.4)消去温度T 和定容比热v c ，得到气体压力公式为：()2112p E u γρ⎛⎫=-- ⎪⎝⎭(0.5)上式中γ为气体常数，对于理想气体4.1=γ。

3 Euler 方程组的离散3.1 Jacibian 矩阵特征值的分裂Jacibian 矩阵A 的三个特征值分别是123;;u u c u c λλλ==+=-，依据如下算法将其分裂成正负特征值：()12222k k k λλελ±±+=(0.6)3.2 流通矢量的分裂这里对流通矢量的分裂选用Steger-Warming 分裂法，分裂后的流通矢量为()()()()()()()12312322232121212122f u u c u c u u c u c w γλλλργλλλγλλγλ⎛⎫⎪-++ ⎪=-+-++ ⎪ ⎪ ⎪-+-+++ ⎪⎝⎭＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋(0.7)()()()()()()()12312322232121212122f u u c u c u u c u c w γλλλργλλλγλλγλ⎛⎫⎪-++ ⎪=-+-++ ⎪ ⎪ ⎪-+-+++ ⎪⎝⎭－－－－－－－－－－－(0.8)其中：()()()223321c w γλλγ±±±-+=- c 为量纲为一的声速：22Tc Ma ∞=(0.9)联立(1.3)，(1.9)式，消去来流马赫数得：ργp c =3.3 一阶迎风显示格式离散Euler 方程组 10n n i i x i x i U U f f t xδδ+-++--++=∆∆ (0.10)得到()()n+1nj j 11U =U j j j j t f f f f x++---+∆⎡⎤--+-⎣⎦∆ 算法如下：① 已知初始时刻t=0的速度、压力及密度分布000,,j j j u P ρ，则可得到特征值分裂值0k λ±，从而求出流通矢量0j f ±；② 应用一阶迎风显示格式可以计算出1t t =∆时刻的组合变量1j U ，从而得到1t t =∆时刻的速度、压力及密度分布111,,j j j u P ρ；③ 利用1t t =∆时刻的速度、压力及密度分布111,,j j j u P ρ可得特征值分裂值1k λ±，从而求出流通矢量1j f ±；④ 按照步骤2的方法即可得到2t t =∆时刻的速度、压力及密度分布222,,j j j u P ρ；⑤ 循环以上过程即可得到()1t n t =+∆时刻的速度、压力及密度分布n+1n+1n+1,,j j j u P ρ。

计算流体力学大作业报告

课程综合作业课程名称： _________ 计算流体力学 ___________专业班级： _______________ 研究方向：_______________ 学生姓名： ________________ 学号：________________完成日期： _______________________________________计算流体力学课程综合报告1. 简介计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics ，简称CFD是通过计算机数值计算和图像显示，对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统所做的分析。

其基本思想为: 把原来在时间域及空间域上连续的物理量的场，如速度场和压力场，用一系列有限个离散点上的变量值的集合来代替，通过一定的原则和方式建立起关于这些离散点上场变量之间关系的代数方程组，然后求解代数方程组获得场变量的近似值。

CFD可以看作是在流动基本方程（质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程）控制下对流动的数值模拟。

通过这种数值模拟，我们可以得到极其复杂问题的流场内各个位置上的基本物理量（速度、压力、温度、浓度等）的分布，以及这些物理量随时间的变化情况，确定旋涡分布特性、空化特性及脱流区等。

还可据此算出相关的其他物理星，如旋转式流体机械的转矩、水力损失和效率等。

此外，与CAD联合，还可进行结构优化设计等。

2. 计算流体动学的特点:①流动问题的控制方程一般是非线性的，自变量多，计算域的几何形状和边界条件复杂，很难求得解析解，而用CFD方法则有可能找出满足工程需要的数值解。

②可利用计算机进行各种数值试验，例如，选择不同流动参数进行物理方程中各项有效性和敏感性试验，从而进行方案比较。

③它不受物理模型和实验模型的限制，省钱省时，有较多的灵活性，能给出详细和完整的资料，很容易模拟特殊尺寸、高温、有毒、易燃等真实条件和实验中只能接近而无法达到的理想条件。

④数值解法是一种离散近似的计算方法，依赖于物理上合理、数学上适用、适合于在计算机上进行计算的离散的有限数学模型，且最终结果不能提供任何形式的解析表达式，只是有限个离散点上的数值解，并有一定的计算误差。

计算流体力学大作业sod激波管

Байду номын сангаас
•
Γ
S
无源：SΦ=0；稳态：非稳态项=0，简化为：
d u d Γ d
dx dx dx
方程离散化
对简化后的控制方程在目标节点所在的控制容积内积分：
e
w
du
dx
dx
e
w
d dx
Γ
d
dx
dx
扩散项采用中心差分，得：
u
e
u w
Γe x
E
P
Γe x
P W
PE
WP
记对流强度F=ρu，扩散传导性D=Γ/Δx。Fe=(ρu)e，Fw=(ρu)w；De=Γe/ΔxPE， Dw=Γw/ΔxWP。针对本问题，采用均匀网格，Fe=Fw=ρu，De=Dw=Γ/Δx。代入上式，得到：
300 continue write(4,*)bb-deltx/2,upfai(M) close(unit = 4)
（3）网格数n=20；u=2.0m/s（Pe=1.0，F=2.0，D=2.0）
离散方程满足守恒性、有界性和输运性三个物理特征。数据显示，混合格式的结果与中心差分的结果一致，相较于一阶上风格式误差较小，因为该情况下扩散占的比重较对流大，一阶上风会过高估计上游信息对下游的影响。
1.内节点法：
（1）网格数n=5；u=0.1m/s（Pe=0.2，F=0.1，D=0.5）
节点位置
表1 u=0.1m/s，Δx=0.2m结果对比表
数值解与误差率
解析解
中心差分
误差率
一阶上风误差率
混合
误差率
1
x=0.1
0.9388
0.9421

北航计算流体力学大作业题目及分析

• 体积力模型 • 要求：阐述清楚各类模型的特点及其适用性，利用文献中的算例说明各模型的优缺点
无反射边界条件方法
• Thompson特征边界条件（一维到高维） • Giles无反射边界条件（二维） • 要求：要阐述清楚以上两种无反射边界条件方法的原理以及推导过程，并利用文献中的算例说明各种边界条件定义方法对模拟结果的影响
• • • • 当地时间步长方法残差光顺法多重网格方法低速预处理方法
• 要求：三种方法的原理、数值方法、适用性等要阐述清楚，要有文献的算例和分析
网格生成方法及网格质量控制
• 结构化网格生成方法 • 非结构网格生成方法
• 网格类型及网格质量对模拟结果准确性的影响分析
• 要求：要阐述清楚常用的网格生成方法，对网格质量对模拟结果的影响要利用文献的算例进行分析
通量差分分裂格式
• • • • Riemann问题及近似Riemann解 Godnov格式 Roe格式膨胀激波问题、Carbuncle问题（运动强激波的计算不稳定问题）、以及熵修正方法
• 要求：要阐述清楚格式的构造思路和方法、格式的特点、与其它类型通量格式的计算比较等
对流迎风分裂格式
• AUSM格式（Liou M.S.)
– 格式构造的思想 – AUSM、AUSMD/P格式（Jameson）
– SLIP格式、CUSP格式、…… – LED概念
• 要求：要阐述清楚格式的构造思路和方法、格式的特点、与其它类型通量格式的计算比较等
通量计算的高精度格式
• ENO、WENO概念及格式 • 间断Galerkin方法 • 拟谱方法
– Spectral Difference – Spectral Volume – Penalty Lifting method

计算流体力学大作业

计算流体力学大作业流体力学是研究流体运动和力学性质的物理学分支，广泛应用于各个领域，例如天气预报、航空航天工程、水力工程等。

本文将介绍流体力学的基本概念，并结合具体的应用案例进行分析和计算。

首先，我们来了解流体力学的一些基本概念。

流体是一种由分子或离子组成的具有流动性质的物质，包括气体和液体。

流体力学研究流体的运动规律和受力情况。

流体力学的研究对象主要包括流体的运动状态、速度场、压力场和力学性质。

流体力学的基本方程包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。

质量守恒方程描述了流体质量的守恒原则，即流体的质量既不会凭空消失也不会凭空增加。

动量守恒方程描述了流体的动量守恒原则，即流体在受力作用下会改变其速度和方向。

能量守恒方程描述了流体的能量守恒原则，即流体在受力作用下会改变其热能和动能。

接下来，我们将结合具体的应用案例进行流体力学的计算。

以水力工程为例，假设有一个水泵，流入口直径为15厘米，流出口直径为10厘米，水泵的转速为2000转/分钟。

我们需要计算水泵的流量和水速。

首先，我们可以使用质量守恒方程来计算流量。

根据质量守恒方程，流体的质量流量是恒定的。

我们可以根据流入口和流出口的横截面积和水速来计算质量流量。

假设流入口的水速为v1，流出口的水速为v2，流入口的横截面积为A1，流出口的横截面积为A2，则有以下公式：质量流量1=质量流量2ρ*A1*v1=ρ*A2*v2其中，ρ为水的密度，A1和A2分别为流入口和流出口的横截面积，v1和v2分别为流入口和流出口的水速。

我们可以通过这个公式计算出水泵的流量。

其次，我们可以使用动量守恒方程来计算水速。

根据动量守恒方程，流体在受力作用下会改变其速度和方向。

假设水泵在流出口施加了一个压力，我们可以通过动量守恒方程来计算出水速。

假设流入口的速度为v1，流出口的速度为v2，流入口的压力为P1，流出口的压力为P2，则有以下公式：ρ*A1*v1+P1=ρ*A2*v2+P2其中，ρ为水的密度，A1和A2分别为流入口和流出口的横截面积，v1和v2分别为流入口和流出口的水速，P1和P2分别为流入口和流出口的压力。

北航计算流体力学大作业

网格生成方法及网格质量控制（文献综述）院系：能源与动力工程学院姓名：学号：指导老师：宁方飞一、前言有限元网格生成是工程科学与计算科学相交叉的一个重要研究领域，在经历了30多年发展后的今天依然十分活跃一方面，有限元法己成为一种能够有效地求解各类工程和科学计算问题的通用数值分析方法：另一方面，计算机硬件运算能力的不断提高也容许人们对工程和科学计算的规模、复杂度、效率、精度等方面提出更高的要求。

作为有限元走向工程应用的桥梁的有限元网格生成由此获得了源源不断的外在动力。

同时，有限元网格生成算法研究中的某些难点问题始终未能获得真正意义上的解决，它们的研究解决对计算几何与计算数学都具有重要的理论价值。

有限元网格生成方法研究领域己取得许多重要成果，形成了独特的方法论体系，提出了许多有效的算法并研制出一些成功的工程化软件产品。

近10年来，有限元网格生成方法研究不断地深入、完善和发展，各国科研人员不断尝试得到适应性强、应用范围广泛的网格生成方法。

研究重点由二维平面问题转移到三维曲面和三维实体问题，从三角形/四面体网格自动生成转移到四边形/六面体网格自动生成，在并行网格生成、自适应网格生成、贴体坐标网格生成、各向异性网格生成等方面亦取得许多重要进展[1]。

另一方面，不同的网格在有限元计算中表现各异。

网格质量对数值求解效率、收敛性和精度的巨大影响也在逐渐被人们认识到。

因此，网格生成后的质量分析、后处理成为新的研究课题。

尤其针对复杂计算区域，或者不易获得实验数据校核的计算区域，更需要获得高质量的计算网格。

二、网格生成方法对不规则区域中的流动与传热问题进行数值计算，首先要解决如何进行区域离散化问题。

现在有多种对不规则区域进行离散生成计算网格的方法，统称为网格生成技术。

本章主要详细介绍结构与非结构网格生成技术。

2.1 概述积分区域的网格划分直接影响到方程离散的难易，数值计算的快慢和所需计算机内存的大小，也影响到数值解的收敛性和准确性。

北航计算流体力学大作业

汽车气动特性分析1.汽车模型图1为原设计图，图2为二维简化模型示意图：图 1 汽车模型设计图图 2 简化模型示意图2. 题目要求流体属性：空气静温T=300K 、静压Pa p 510015.1⨯=、气体常数R=8314./29.、比热比4.1=γ，只计算层流。

（1）工况一：汽车在地面行驶，速度分别为：12、120、240km/h ，对应马赫数取为Ma = 0.01、0.1、0.2。

（2）工况二：假设汽车在天空飞行，速度分别为：Ma = 0.2、0.8、2.0。

（3）分别采用基于密度的算法和基于压力的算法。

输出结果：（1）网格生成推荐采用ICEM ，要求在Tecplot 中显示温度场、压力场、马赫数分布、流线图；（2）对比分析当Ma = 0.2时工况1和工况2流场的差别。

（3）对于工况二，Ma = 2.0，基于密度的算例在原网格(大约100*80)基础上加密1倍(200*160)，分析网格对计算结果的影响。

（4）比较采用基于密度的算法和基于压力的算法的收敛情况。

（5）分析汽车的阻力和升力随行驶速度的变化规律。

（6）在完成二维计算的基础上，尝试采用三维模型计算可获得加分(工况1或者工况2，Ma = 0.2)。

3. 输出结果3.1. 工况一网格如图3所示（140*80）：图 3 工况一网格3.1.1.温度场图 4 基于密度0.01马赫图 5 基于密度0.1马赫图 6 基于密度0.2马赫注：初始温度设置为300K 图7 基于压力0.01马赫图8 基于压力0.1马赫图9 基于压力0.2马赫3.1.2.压力场图10 基于密度0.01马赫图11 基于密度0.1马赫图12 基于密度0.2马赫注：初始压强设置为101325Pa 图13 基于压力0.01马赫图14 基于压力0.1马赫图15 基于压力0.2马赫3.1.3.马赫数分布图16 基于密度0.01马赫图17 基于密度0.1马赫图18 基于密度0.2马赫图19 基于压力0.01马赫图20 基于压力0.1马赫图21 基于压力0.2马赫3.1.4.流线图图22 基于密度0.01马赫图23 基于密度0.1马赫图24 基于密度0.2马赫图25 基于压力0.01马赫图26 基于压力0.1马赫图27 基于压力0.2马赫3.2.工况二网格如图28所示（100*80）：图28 工况二网格（计算结果图见下一页）3.2.1.温度场图29 基于密度0.2马赫图30 基于密度0.8马赫图31 基于密度2马赫注：初始温度设置为300K 图32 基于压力0.2马赫图33 基于压力0.8马赫图34 基于压力2马赫3.2.2.压力场图35 基于密度0.2马赫图36 基于密度0.8马赫图37 基于密度 2.0马赫注：初始压强设置为101325Pa 图38 基于压力0.2马赫图39 基于压力0.8马赫图40 基于压力 2.0马赫3.2.3.马赫数分布图41 基于密度0.2马赫图42 基于密度0.8马赫图43 基于密度 2.0马赫图44 基于压力0.2马赫图45 基于压力0.8马赫图46 基于压力 2.0马赫3.2.4.流线图图47 基于密度0.2马赫图48 基于密度0.8马赫图49 基于密度 2.0马赫图50 基于压力0.2马赫图51 基于压力0.8马赫图52 基于压力 2.0马赫3.3.对比分析当Ma = 0.2时工况1和工况2流场的差别3.4.对于工况2，Ma = 2.0，基于密度的算例在原网格(大约100*80)基础上加密1倍(200*160)，分析网格对计算结果的影响网格对比如下：图53 100*80网格图54 200*160网格计算结果如下所示：总结：加密网格后结果的连续性较差。

计算流体力学大作业

南京理工大学动力工程学院计算流体力学大作业题目基于Fluent的小口径炮弹流体动力学分析专业姓名学号电话成绩年月日基于Fluent的小口径炮弹流体动力学分析摘要小口径火炮武器系统广泛应用于陆军、海军和空军，用于野战防空、要地防空、舰船防空和飞机空中近距格斗。

本文以小口径炮弹为研究对象，对其进行了飞行过程中的流体动力学分析，对其控制方程进行了分析，最后利用ANSYS软件的Fluent模块对其在来流马赫数为2.5，迎角为5度的情况时的空气绕流情况进行了仿真分析，得到了炮弹的阻力系数和升力系数变换图、速度矢量图、流线绕流图和弹的压力分布图，并对所得到的结果进行了分析，得出了一些结论。

这对以后小口径炮弹的改进有很大的帮助。

关键词：小口径火炮仿真 Fluent1、引言小口径速射火炮是抗击中低空飞机、直升机、巡航导弹、战役战术导弹的重要武器装备，是形成弹幕、终端毁伤来袭武器以保卫重要目标的最后一道屏障。

随着战场条件和目标特性的变化，对近程防空反导武器提出了新的需求，在国内外现有小口径速射火炮武器系统的基础上，分析高射速发射火炮武器系统的特点，分析炮弹在出炮口后的飞行流体动力学特性有非常重要的意义。

小口径速射火炮【1】，涵盖23mm、25mm、30mm、35mm、37mm等口径，发射方式涵盖转管发射（多管转管自动机、多转管自动机共架）、转膛发射、双管联动、并行发射及电控串行发射（“金属风暴”）等。

随着技术的进步，小口径速射火炮性能突飞猛进，瞬时射速达到几万～几十万发/min。

其中，射速为1000～8000发/min的小口径火炮发射、弹药技术等技术群称为“高射速发射技术”；而发射速度达到8000发/min以上的小口径火炮发射技术、弹药技术等技术群则称为“超高射速发射技术”。

高射速发射技术，由小口径火炮武器系统的雷达、光电等传感器跟踪来袭目标，计算机解算，指挥火炮，发射密集弹丸形成弹幕，击落穿过中远程防空火力的“漏网者”，有效保卫重要目标、战略要地、机动部队和二次打击能力，是抗击巡航导弹、空地导弹、反舰导弹、制导炸弹以及无人飞机等攻击的有效屏障。

《计算流体力学》结课作业要点

2012～2013学年第1学期12级研究生《计算流体力学》结课作业适用专业：供热供燃气通风及空调工程一、结合某一具体学科，阐述纯理论方法、实验方法及数值方法在科学研究中的各自优缺点，在此基础上论述数值模拟方法的发展前景。

（不少于4千字）。

流体力学是力学的一个重要分支, 是研究流体(液体和气体)的力学运动规律及其应用的学科, 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特征，以及流体和相邻固体界面有相对运动时的相互作用和流动规律。

在人们的生活和生产活动中随时随地都可遇到流体，流体力学与人类的日常生活和生产事业密切相关。

按其研究内容的侧重点不同，分为理论流体力学和工程流体力学。

其中理论流体力学主要采用严密的数学推理方法，力求准确性和严密性，工程流体力学侧重于解决工程实际中出现的问题，而不追求数学上的严密性。

当然由于流体力学研究的复杂性，在一定程度上，两种方法都必须借助于实验研究，得出经验或半经验的公式。

在实际工程的诸多领域流体力学都起着十分重要的作用。

如气象、水利的研究，船舶、飞行器、叶轮机械和核电站的设计及其运行，可燃气体或炸药的爆炸，都广泛地用到流体力学知识。

许多现代科学技术所关心的问题既受流体力学的指导，同时也促进了流体力学自身的不断发展。

1950年后，计算机的发展给予流体力学以极大的推动作用。

目前，解决流体力学问题的方法主要有实验方法、理论分析方法和数值方法三种。

实验方法同物理学、化学等学科一样，流体力学的研究离不开实验，尤其是对新的流体运动现象的研究。

实验能显示运动特点及其主要趋势，有助于形成概念，检验理论的正确性。

二百年来流体力学发展史中每一项重大进展都离不开实验。

流体力学实验研究方法有实物实验、比拟研究和模型研究三类：实物实验是用仪器实测原型系统的流动参数，适用于较小的原型；比拟实验是利用电场和磁场来模拟流场，实施起来限制条件较多；模型研究是实验流体力学最常用的研究方法。

实验研究的一般过程是：在相似理论的指导下建立实验模型，用流体测量技术测量流动参数，处理和分析实验数据。

北京航空航天大学五系流体力学实验LDA实验报告

研究生《流体力学实验》——激光多普勒测速（LDA）技术实验报告班级姓名实验日期指导教师北京航空航天大学流体力学研究所一、实验简述LDA 方法是利用一束激光照射随流体流过测量区域的微小粒子，通过探测粒子散射光的多普勒频移来测量流速的一种方法。

LDA 能够测量三维速度，时均速度分量，速度脉动强度，雷诺应力，PSD的理想方法。

其特点有：（1）非接触光学测量（点测量）方法（2）绝对测量方法 (无需标定)（3）精度高, 不确定度小于0.1%（4）空间分辨率高，测量体尺寸10μm量级（5）能够测三维速度（2D LDA+1D LDA）（6）能够识别速度方向, 可用于有回流的流动测量（7）速度测量范围大: -150m/s --- 1000 m/s（8）响应频率高, 采样频率可达400～800MHz （硬件）但也有不足之处，透光要求，播撒粒子，对震动敏感；光学系统调整困难。

二、基本原理1.多普勒效应 (Christian Doppler,1842)当波源相对观察者运动时，观察者感受到的波的频率发生变化。

当波源朝向观察者运动时，观察者接收到的频率比原始频率高；当波源远离观察者时，接收到的频率变低。

观察者对于一个LDA系统：其中：::::::DSDSDSffrVVa观察者感受到的波的频率波源发出的波的频率观察者到波源的单位矢量波源运动速度矢量观察者运动速度矢量波速() ()(1)()1PO OP RP R P i iRP RPV r V r rc cf f f fV r c c V r c c⎛⎫⋅⋅+ ==+=-⎪⋅+⋅+⎝⎭对于双光束系统（本实验采用后向散射）：而：111(1())R i O RPf f V r rc→→→=-+221(1())R i O RPf f V r rc→→→=-+12212()sin 2i D R R O O n i f f f f V r r V c θλ→→→=-=-=则D n f k V =2sin2ik λθ=为了确定速度的正负方向，加入布拉格盒（其本质为一个声光调制器，包括一个信号发生器fshift=40MHz ，激光频率增加了fshift=40MHz ），光路图如下图所示，多普勒信号是一脉动V V V '+='+=D D D f f f另外信号的振幅大小按一定规律变化。

计算流体力学作业电子版

1. 已知有限体积法求解的通用控制方程为()()()u div div grad S tρφρφφ∂+=Γ+∂ 其中φ为通用变量，可代表u 、v 、w 、T 等求解变量。

（1）试说明通用控制方程中各项的物理意义；（2）对于特定的方程，φ、Γ、S 具有特定的形式，对应于质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程、（多种化学组分的）组分质量守恒方程，试写出φ、Γ、S 的具体表达式。

解答：（1）方程中的各项（从左到右）分别是瞬态项、对流项、扩散项及源项。

（2）2. 简述有限体积法建立离散方程时应遵守的四条基本原则。

解答：1) 控制体积界面上的连续性原则当一个面为相邻的两个控制体积所共有时，在这两个控制体积的离散方程中，通过该界面的通量（包括热通量、质量通量、动量通量）的表达式必须相同。

即：通过某特定界面从一个控制体积所流出的热通量，必须等于通过该界面进入相邻控制体积的热通量，否则，总体平衡就得不到满足。

2) 正系数原则中心节点系数aP 和相邻节点系数anb 必须恒为正值。

该原则是求得合理解的重要保证。

当违背这一原则，结果往往是得到物理上不真实的解。

例如，如果相邻节点的系数为负值，就可能出现边界温度的增加引起的相邻节点温度降低。

3) 源项的负斜率线性化原则源项斜率为负可以保证正系数原则。

从式(C2)中看到，当相邻节点的系数皆为正值，但有源项Sp 的存在，中心节点系数aP 仍有可能为负。

当我们规定Sp ≤0，便可以保证aP 为正值。

4) 系数aP 等于相邻节点系数之和原则当源项为0时，我们发现中心节点系数等于相邻节点系数之和，而当有源项存在时也应该保证这一原则，如果不能满足这个条件，可以取SP 为0。

3．什么是对流质量流量F 、扩散传导量D 以及Pelclet 数Pe ，试用定义式表达之。

解答：F 表示通过界面上单位面积的对流质量通量(convective mass flux)，简称对流质量流量；D 表示界面的扩散传导性(量)(diffusion conductance)。

计算流体力学上机实验报告

《计算流体力学》上机实验报告班级：姓名：学号：北京航空航天大学流体力学研究所上机实验名称两平行平板间不可压缩流体绕物体的平面无旋流动一、实验目的通过具体算例，熟悉和掌握使用CFD方法获取给定流场的流动参数。

二、实验内容、方法及步骤1.流动问题描述如下图所示，考虑在平行放置的两平板之间流过的理想不可压缩流体绕方形物体的平面无旋流动。

2.求解区域H；绕流物体是边长为2的正方形，设两平行平板之间的距离为6L。

根据流动的对称性，可取流上游来流入口位置与物体中心的距离为3动区域的四分之一作为求解区域，如下图所示。

3. 控制方程对于不可压缩流体的平面无旋流动，流函数在区域内满足Laplace 方程22220xy4. 边界条件（1）OABC 是一条流线，规定0OABC；（2）对 OE 上任意一点 0,P y ，有Py ；（3） ED 也是一条流线，所以2EDH ；（4）根据对称性，在 CD 上有0CDx。

5. 定解问题对于这里考虑的流动，可用下述定解问题来描述22220 , 0 , , , 20 , x yOABC y OE HED CDx在内在上在上在上在上6. 求解区域的离散化－计算网格将单位长度等分成n 份，记1h n ，于是求解区域沿x 方向可划分成M L n 个网格，用0,1,2,3,,j M 来标记；沿y 方向可划分成2HNn 个网格，用0,1,2,3,,k N 来标记。

这些网格点可分成三类：（1）当 01j L n 且 0k N ，或者当 1L njM 且 n k N 时，网格点落在流场内部，称为内点。

这些网格点上的流函数需通过求解方程组来计算；（2）当 1Ln j M 且 0k n 时，网格点落在正方形物体内部，网格点上不存在流场，无需计算；（3）其余的网格点落在流场的边界上，称为边界点。

这些网格点上的流函数直接由边界条件给定，也无需计算。

7. 定解问题的离散化－差分格式Laplace 方程22220xy的差分近似为1,,1,,1,,122220j kj k j kj k j k j k hh边界条件0x的差分近似为,1,0j kj kh8. 内点上流函数的计算－迭代算法在实际的计算中，内点的数量非常多，计算流函数需要求解大型的代数方程组。