北航CFD讲义第16课,计算流体力学基础部分小结
CFD-基-础(流体力学)
第1章 CFD 基 础计算流体动力学(computational fluid dynamics ，CFD)是流体力学的一个分支，它通过计算机模拟获得某种流体在特定条件下的有关信息，实现了用计算机代替试验装置完成“计算试验”，为工程技术人员提供了实际工况模拟仿真的操作平台，已广泛应用于航空航天、热能动力、土木水利、汽车工程、铁道、船舶工业、化学工程、流体机械、环境工程等 领域。
本章介绍CFD 一些重要的基础知识，帮助读者熟悉CFD 的基本理论和基本概念，为计算时设置边界条件、对计算结果进行分析与整理提供参考。
1.1 流体力学的基本概念1.1.1 流体的连续介质模型流体质点(fluid particle)：几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有大量分子的微 元体。
连续介质(continuum/continuous medium)：质点连续地充满所占空间的流体或固体。
连续介质模型(continuum/continuous medium model)：把流体视为没有间隙地充满它所占据的整个空间的一种连续介质，且其所有的物理量都是空间坐标和时间的连续函数的一种假设模型：u =u (t ,x ,y ,z )。
1.1.2 流体的性质1. 惯性惯性(fluid inertia)指流体不受外力作用时，保持其原有运动状态的属性。
惯性与质量有关，质量越大，惯性就越大。
单位体积流体的质量称为密度(density)，以r 表示，单位为kg/m 3。
对于均质流体，设其体积为V ，质量为m ，则其密度为mVρ= (1-1)对于非均质流体，密度随点而异。
若取包含某点在内的体积V ∆，其中质量m ∆，则该点密度需要用极限方式表示，即0limV mVρ∆→∆=∆ (1-2) 2. 压缩性作用在流体上的压力变化可引起流体的体积变化或密度变化，这一现象称为流体的可压缩性。
压缩性(compressibility)可用体积压缩率k 来量度d /d /d d V V k p p ρρ=-=(1-3) 式中：p 为外部压强。
CFD学习总结
学习CFD差不多四年了，所谓学而不思则罔，我觉得很有必要停下脚步，仔细思量下一步该如何走。
总感觉CFD像是算命，CFDer就像是算命先生。
用少量的信息去推知未知信息。
不知道什么时候听到的一句关于数学用途的话，“数学的作用是预测”，当时是嗤之以鼻的，但是现在想想，还真是那么一回事儿。
我们不管是研究什么，最终的目的都是预测，以已知预测未知。
理论研究也好，试验研究也罢，都没办法跳脱这个圈子。
我们究竟该以一种什么样的态度去对待CFD？CFD在我们的科研工作中应当处于一个什么样的地位？CFD是将数值计算技术与流体动力学相结合的一门交叉学科。
我个人认为，流体力学应当处于一个主要未知，数值计算是其辅助作用的。
换一个角度，流体力学是目的，数值计算是手段。
我们最终要解决的是关于流体力学方面的问题。
因此，在我们的学习过程中，应当将流体力学当做主要的内容，各种流体现象的物理解释、数学描述都应当了然于胸，这样在计算过程中才不至于迷失方向。
而数值计算作为一个工具，一个解决流体力学问题的手段，更多的反应到了我们所使用的软件中。
不管是商用软件也好，自己编程实现也罢，最终目的无非是求解我们所定义的物理过程的数学方程。
现在的大部分硕士生，都处于利用软件阶段。
我碰到很多人问我到底CFD该如何学习，很多时候我都不会跟他们就这个问题进行深谈，一方面，我自己对于CFD的理解还不深，我怕误人子弟。
另一方面，其实我自己都是在走弯路，甚至现在都还在走。
由于目前的商用C FD软件通常都是英文的，对于英语基础不太好的人来讲，学好这么一款英文的软件的确是一件很费心的事情。
我学软件的方式与大多数人可能不同，我喜欢从软件帮助的tutorial开始，通过大量的例子练习达到熟悉软件的目的，在对软件熟悉了之后，再从软件帮助开始，进而学习软件的工作原理。
这种学习方式的一个最大优点在于入门快，通常一个星期就能使用软件，然而一个却存在一个极大的缺陷，基础部牢靠。
遇到问题喜欢依葫芦画瓢，却不知其所以然。
计算流体力学基础及其应用
计算流体力学基础及其应用计算流体力学（CFD）是计算机运用精确的数学模型和算法来研究流体力学物理过程的一种技术。
它利用计算机模拟方法处理流体流动和相互作用的过程，以更准确、更快捷的方式研究热流体流动、传热、传质和湍流等物理过程的问题。
CFD的基础是数学方面的流体力学，应用计算机模拟的基本方法是数值方法，用于分析各种流体流动问题以及相关热传导、传质等热力学现象。
此外，计算流体力学还集成有计算机动力学，流体动力学，热力学，结构力学，能量方法，计算工程和多物理场的数值模拟技术，可以更加精准地研究流体动力学，热传递，流体机械，复杂流动等问题。
CFD在工程实践中具有重要作用，其应用领域非常广泛，包括空气、液体、气体和粘性流动等各种固体表面及流体体系的运动和相互作用。
例如，可以用来分析大气环境中污染物的扩散，水力学中河流水流的流动性能和可能形成的机械，风能资源的开发利用，以及气体控制元件的设计等。
CFD技术的研究和应用对改善工业和生活的质量起着重要作用，具有重大的经济效益。
它可以帮助工程师进行快速和准确的表征及设计，从而大大缩短研发和评估的周期，并节省大量的研发费用，从而提高产品的质量和可靠性。
例如，可以用CFD模拟来分析火力发电厂泄漏物介质的运动和湍流，从而确定阀门及其参数，进行管道设计，抑制烟气污染，提高系统效率，实现节能减排等。
此外，CFD还可以用于水工工程，海洋工程，气候变化，大气和海洋环境监测，飞机设计，汽车行业和其他工程方面的问题，有助于数字信息的可视化，预测及避免工程问题，提高效率。
因此，CFD既可以用于重要的实际问题的研究，也可以用于开发新产品，从而为工程实践提供可靠的计算技术，有效地改善系统质量和可靠性，提高经济效益。
综上所述，CFD的研究和应用具有重要的实际意义，可以显着提高工程的质量和可靠性，并带来可观的经济收益。
未来，CFD技术将逐步发展壮大，有效地改善人们的生活和工作环境。
计算流体力学基础
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其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，研究流动现象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，我们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）方程或欧拉(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。
因此，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程(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，而CFD软件本质上就是一些求解流动控制方程的计算机程序。
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。
守恒方程的常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。
式（1）一(3)是未经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）。
N-S方程可以表示成许多不同形式，上面的N—S方程是所谓的守恒形式,之所以称为守恒形式，是因为这种形式的N—S方程求解的变量p、pu、pv、pw、pE是守恒型的，是质量、动量和能量的守恒变量。
事实上也可以直接求解u、v、w、T等原始变量，这种形式的方程被称为非守恒形式，因为这些变量并不守恒.也可以根据具体的流动状况进行简化。
《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。
流体力学知识点总结word
流体力学知识点总结流体力学知识点总结第一章绪论1液体和气体统称为流体，流体的基本特性是具有流动性，只要剪应力存在流动就持续进行，流体在静止时不能承受剪应力。
2流体连续介质假设：把流体当做是由密集质点构成的，内部无空隙的连续体来研究。
3流体力学的研究方法：理论、数值、实验。
4作用于流体上面的力（1）表面力：通过直接接触，作用于所取流体表面的力。
ΔFΔPΔTAΔAVτ法向应力pA周围流体作用的表面力切向应力作用于A上的平均压应力作用于A上的平均剪应力应力为A点压应力，即A点的压强法向应力为A点的剪应力切向应力应力的单位是帕斯卡（pa），1pa=1N/㎡，表面力具有传递性。
（2）质量力：作用在所取流体体积内每个质点上的力，力的大小与流体的质量成比例。
（常见的质量力：重力、惯性力、非惯性力、离心力）单位为5流体的主要物理性质（1）惯性：物体保持原有运动状态的性质。
质量越大，惯性越大，运动状态越难改变。
常见的密度（在一个标准大气压下）：4℃时的水20℃时的空气（2）粘性huu+duUzydyx牛顿内摩擦定律：流体运动时，相邻流层间所产生的切应力与剪切变形的速率成正比。
即以应力表示τ—粘性切应力，是单位面积上的内摩擦力。
由图可知——速度梯度，剪切应变率（剪切变形速度）粘度μ是比例系数，称为动力黏度，单位“pa·s”。
动力黏度是流体黏性大小的度量，μ值越大，流体越粘，流动性越差。
运动粘度单位：m2/s同加速度的单位说明：1）气体的粘度不受压强影响，液体的粘度受压强影响也很小。
2）液体T↑μ↓气体T↑μ↑无黏性流体无粘性流体，是指无粘性即μ=0的液体。
无粘性液体实际上是不存在的，它只是一种对物性简化的力学模型。
（3）压缩性和膨胀性压缩性：流体受压，体积缩小，密度增大，除去外力后能恢复原状的性质。
T一定，dp增大，dv减小膨胀性：流体受热，体积膨胀，密度减小，温度下降后能恢复原状的性质。
P一定，dT增大，dV增大A液体的压缩性和膨胀性液体的压缩性用压缩系数表示压缩系数：在一定的温度下，压强增加单位P，液体体积的相对减小值。
计算流体力学课程总结
计算流体力学课程总结计算流体动力学(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。
是用电子计算机和离散化的数值方法对流体力学问题进行数值模拟和分析的一个分支。
流体力学和其他学科一样，是通过理论分析和实验研究两种手段发展起来的。
很早就已有理论流体力学和实验流体力学两大分支。
理论分析是用数学方法求出问题的定量结果。
但能用这种方法求出结果的问题毕竟是少数，计算流体力学正是为弥补分析方法的不足而发展起来的。
计算流体力学是目前国际上一个强有力的研究领域,是进行传热、传质、动量传递及燃烧、多相流和化学反应研究的核心和重要技术，广泛应用于航天设计、汽车设计、生物医学工业、化工处理工业、涡轮机设计、半导体设计、HAVC&R 等诸多工程领域。
计算流体力学的任务是流体力学的数值模拟。
数值模拟是“在计算机上实现的一个特定的计算，通过数值计算和图像显示履行一个虚拟的物理实验——数值实验“。
数值模拟包括以下几个部分。
首先，要建立反映问题(工程问题、物理问题等)本质数学模型。
其次，数学模型建立以后需要解决的问题是寻求高效率、高准确度的计算方法。
再次，在确定了计算方法和坐标系统后，编制程序和进行计算式整个工作的主体。
最后，当计算工作完成后，流畅的图像显示是不可缺少的部分。
还有一个就是CFD的基本思想问题，它就是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。
经过四十多年的发展，CFD出现了多种数值解法。
这些方法之间的主要区别在于对控制方程的离散方式。
根据离散的原理不同，CFD大体上可分为三个分支：⏹有限差分法(Finite Different Method，FDM)⏹有限元法(Finite EIement Method，FEM)⏹有限体积法(Finite Volume Method，FVM)有限差分法是应用最早、最经典的CFD方法，也是最成熟、最常用的方法。
工程流体力学的计算方法CFD基础课件
云计算技术使得大规模CFD模拟成为 可能，同时提供了灵活的计算资源和 数据管理方式。未来，云计算技术将 进一步优化，以降低计算成本和提高 计算效率。
THANKS
CFX
工业标准的CFD软件
CFX是全球公认的工业标准的CFD软件之一，广泛应用于能源、化工、航空航天、汽车等领域。它具 有强大的求解器和先进的物理模型，能够模拟复杂的流体流动和传热问题，并提供丰富的后处理功能 。
OpenFOAM
开源CFD软件
OpenFOAM是一款开源的CFD软件，由C编写，具有高度的灵活性和可定制性。它提供了丰富的工具包和案例库，适用于各 种流体动力学模拟，包括复杂流动、传热、化学反应等问题。
粘性。
热传导
流体在温度梯度作用下会产生 热传导现象。
流体动力学基本方程
质量守恒方程
表示流体质量随时间的变化规律 。
动量守恒方程
表示流体动量随时间的变化规律。
能量守恒方程
表示流体能量随时间的变化规律。
流体流动的分类
层流流动
均匀流动和非均匀流动
流体质点仅沿流线方向作有规则的线 运动，互不混杂。
根据流动是否具有空间均匀性进行分 类。
06
CFD未来发展与挑战
高精度算法与求解器
总结词
随着计算能力的不断提升，高精度算法和求解器在 CFD领域的应用将更加广泛。
详细描述
高精度算法和求解器能够提供更精确的流场模拟结果 ，有助于更深入地理解流体动力学现象。未来，高精 度算法和求解器将进一步优化，以适应更复杂、更高 要求的CFD模拟。
多物理场耦合模拟
有限体积法的优点在于能够很好地处 理流体流动中的非线性特性和复杂边 界条件，因此在工程流体力学中得到 了广泛应用。
cfd计算流体力学
cfd计算流体力学CFD计算流体力学————————计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）是一门研究和分析流体运动特性的计算方法。
它利用数学模型和计算机技术来模拟流体运动的物理过程，以获取流体运动的温度、压力、流速和其他变量的解决方案。
CFD技术在航空、航天、电力、水处理、食品加工、冶金、石油化工、医学、化学和机械制造等领域有广泛应用。
## 什么是CFDCFD是一个复杂的计算技术，它可以帮助我们理解流体运动的物理原理，以及它们在一定环境中的行为。
它是通过建立数学模型，利用计算机技术，根据流体的物理运动原理，对其运动过程进行模拟，以获得其运动特性及其影响的变量。
## CFD的工作原理CFD的工作原理是利用数学方法和计算机技术，对流体在某一特定时间内的行为进行数学模拟。
CFD根据流体的物理运动原理，建立数学模型，通过计算机程序对其运动过程进行模拟，以获得其运动特性及其影响的变量。
CFD的工作方式一般分为三个步骤：1. 首先，需要对流体流动的物理场进行划分，将其分成一些小部分，即将流体场分割成一些小的方格子，称为“单元格”。
2. 然后，根据流体物理学原理，建立数学模型，对各个单元格的变量进行计算，得出不同时间步骤的变量数值。
3. 最后，将各个单元格的变量数值合成一个整体，并通过图形可视化来显示出来，从而得出整个流体场的行为特征。
## CFD的应用CFD在航空、航天、电力、水处理、食品加工、冶金、石油化工、医学、化学和机械制造等领域有广泛应用。
例如：- 航空航天领域：可以用CFD来预测飞行器的性能，如飞行速度、飞行高度、飞行载荷等；- 电力领域：可以用CFD来优化发电厂的效率；- 水处理领域：可以用CFD来优化水处理厂的设计布局；- 食品加工领域：可以用CFD来优化食品加工厂的流程设计和布局；- 冶金领域：可以用CFD来优化冶金厂的冶炼工艺；- 其他工业领域也有广泛应用。
《计算流体力学CFD》
动量方程
作用在单位质量流体微团 上的体积力记做 f ，其X
方向的分量为 f x
随流体运动的无穷小微团模型
精选ppt
动量方程
作用在流体微团上的体 积力的X方向分量＝
fxdxdydz
随流体运动的无穷小微团模型
精选ppt
动量方程
作用在流体微 团上的X方向的 压力＝
精选ppt
动量方程
作用在流体微 团上的X方向的 正应力＝
物质导数（运动流体微团的时间变化率）
向量算子
精选ppt
物质导数（运动流体微团的时间变化率）
D/Dt是物质导数，它在物理上是跟踪一个运动的流体微团的 时间变化率；
流体微团在流场中的 运动－物质导数的示 意图
精选ppt
物质导数（运动流体微团的时间变化率）
/t叫做当地导数，它在物理上是固定点处的时间变化率；
流动控制方程经常用物质导数来表达。
精选ppt
物质导数（运动流体微团的时间变化率）
采用流体微团模型来理解物质导数的概念：
沿流线运动的无穷小流 体微团，其速度等于流 线上每一点的当精选地pp速t 度
物质导数（运动流体微团的时间变化率）
流体微团在流场中的运动精选－ppt物质导数的示意图
物质导数（运动流体微团的时间变化率）
空间位置固定的 精选ppt 有限控制体模型
空间位置固定的有限控制体模型
通过控制面S流出控制体的净质量流量
＝控制体内质量减少的时间变化率
SVdSt
dV V
或
tV dVSVdS0
空间位置固定的 精选ppt 有限控制体模型
空间位置固定的有限控制体模型
连续性方程：
tV dVSVdS0
CFD学习心得
CFD学习心得第一篇：CFD学习心得关于网格的几个误区尽管当前出现了不少使用无网格方法的FEA及CFD代码，但是网格划分依然是大多数CAE工作者们最重要的工作任务，对于高质量网格生成的重要性怎么强调都不过分。
但是如何生成高质量的或更精细的网格呢？查看网格生成软件所输出的网格质量报告是最基本的方式，使用者还需要对网格是否适用于自己的物理问题做出自己的判断。
不幸的是，使用者对于“好网格”存在很多的误区。
如今已经很难在工程学科中找到关于网格划分方面的课程，数值算法在大多数工程学科中成了选修课程。
因此，新生代CAE使用者对于网格在CAE系统中的工作机理方面的欠缺也不足为怪了。
这里有5个最主要的误区：误区1：好的网格必须与CAD模型吻合越来越多的CAE使用者来自于原来的设计人员，他们在CAD方面受到了良好的培训，因此他们倾向于CAE模型体现所有的几何细节特征，他们认为更多的细节意味着计算结果能够更加贴近于真实情况。
然而这种观点是不正确的，好的网格是能够解决物理问题，而不是顺从CAD模型。
CAE仿真的目的是为了获取物理量：应力、应变、位移、速度、压力等。
CAD模型应当是从物理对象中提取的。
大量与物理问题不相干的或对于仿真模型影响较小的细节特征在建立CAD模型之前就应当进行简化。
因此，了解所仿真的系统中的物理细节是最基本的工作任务。
好的网格应当简化CAD模型并且网格节点是基于物理模型进行布置。
这意味着：只有在充分了解所要仿真的物理系统前提下才可能划分出好的网格。
误区2：好的网格一直都是好的我们经常看到CAE使用者花费大量的心血在改变网格尺寸、拆解几何及简化几何上，以期能够获得高质量的网格。
他们仔细的检查网格生成软件输出的网格质量报告，这是很有必要的。
但是这事儿做得太过也不一定好，因为好的网格也不一定永远都好，网格的好与坏，还取决于要仿真的物理问题。
例如，你生成了一套非常好的网格，其能够很好的捕捉机翼的绕流，能够很精确的计算各种力。
CFD 基 础(流体力学)
第1章 CFD 基 础计算流体动力学(computational fluid dynamics ，CFD)是流体力学的一个分支，它通过计算机模拟获得某种流体在特定条件下的有关信息，实现了用计算机代替试验装置完成“计算试验”，为工程技术人员提供了实际工况模拟仿真的操作平台，已广泛应用于航空航天、热能动力、土木水利、汽车工程、铁道、船舶工业、化学工程、流体机械、环境工程等 领域。
本章介绍CFD 一些重要的基础知识，帮助读者熟悉CFD 的基本理论和基本概念，为计算时设置边界条件、对计算结果进行分析与整理提供参考。
1.1 流体力学的基本概念1.1.1 流体的连续介质模型流体质点(fluid particle)：几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有大量分子的微元体。
连续介质(continuum/continuous medium)：质点连续地充满所占空间的流体或固体。
连续介质模型(continuum/continuous medium model)：把流体视为没有间隙地充满它所占据的整个空间的一种连续介质，且其所有的物理量都是空间坐标和时间的连续函数的一种假设模型：u =u (t ,x ,y ,z )。
1.1.2 流体的性质1. 惯性惯性(fluid inertia)指流体不受外力作用时，保持其原有运动状态的属性。
惯性与质量有关，质量越大，惯性就越大。
单位体积流体的质量称为密度(density)，以r 表示，单位为kg/m 3。
对于均质流体，设其体积为V ，质量为m ，则其密度为m Vρ= (1-1) 对于非均质流体，密度随点而异。
若取包含某点在内的体积V ∆，其中质量m ∆，则该点密度需要用极限方式表示，即0lim V m Vρ∆→∆=∆ (1-2) 2. 压缩性作用在流体上的压力变化可引起流体的体积变化或密度变化，这一现象称为流体的可压缩性。
压缩性(compressibility)可用体积压缩率k 来量度d /d /d d V V k p pρρ=-= (1-3) 式中：p 为外部压强。
计算流体力学简明讲义讲解
第一章绪论第一节计算流体力学：概念与意义一、计算流体力学概述任何流体运动的规律都是由以下3个基本定律为基础的：1）质量守恒定律；2）牛顿第二定律（力＝质量×加速度），或者与之等价的动量定理；3）能量守恒定律。
这些基本定律可由积分或者微分形式的数学方程（组）来描述。
把这些方程中的积分或者（偏）微分用离散的代数形式代替，使得积分或微分形式的方程变为代数方程（组）；然后，通过电子计算机求解这些代数方程，从而得到流场在离散的时间/空间点上的数值解。
这样的学科称为计算流体（动）力学（Computational Fluid Dynamics，以下简称CFD）。
CFD有时也称流场的数值模拟，数值计算，或数值仿真。
在流体力学基本方程中的微分和积分项中包括时间/空间变量以及物理变量。
要把这些积分或者微分项用离散的代数形式代替，必须把时空变量和物理变量离散化。
空间变量的离散对应着把求解域划分为一系列的格子，称为单元体或控制体（mesh，cell，control volume）。
格子边界对应的曲线称为网格（grid），网格的交叉点称为网格点（grid point）。
对于微分型方程，离散的物理变量经常定义在网格点上。
某一个网格点上的微分运算可以近似表示为这个网格点和相邻的几个网格点上物理量和网格点坐标的代数关系（这时的数值方法称为有限差分方法）。
对于积分型方程，离散物理量可以定义在单元体的中心、边或者顶点上。
单元体上的积分运算通常表示为单元体的几何参数、物理变量以及相邻单元体中物理变量的代数关系（这时的数值方法称为有限体积方法和有限元方法）。
所谓数值解就是在这些离散点或控制体中流动物理变量的某种分布，他们对应着的流体力学方程的用数值表示的近似解。
由此可见，CFD得到的不是传统意义上的解析解，而是大量的离散数据。
这些数据对应着流体力学基本方程的近似的数值解。
对于给定的问题，CFD 研究的目的在于通过对这些数据的分析，得到问题的定量描述。
计算流体力学CFD（非常好）
气体动力学1.理想气体运动的基本方程组理想气体：无粘性、无导热性雷诺数：度量粘性效应的相对大小的量纲一的数R e=ρVLμ=惯性力粘性力●要确定理想气体的流场，一般需要知道六个参数：速度V的三个分量，压力p，密度ρ和温度T。
因此理想气体动力学要建立六个独立的基本方程，连同初边值条件，以构成定解问题。
●基本方程所依据的是三个方面的物理定律，即运动学方面的质量守恒定律，动力学方面的牛顿定律和热力学方面的第一、第二定律以及气体热状态方程。
●建立基本方程时首先面临着这么一个问题：怎样选取流体物质形态的模型作为研究对象。
有两种流体模型可供选择。
一种是随体观点的模型，它认定某个有确定质量的流体团，称为封闭系统，其特点是：(1) 系统的体积τ(t)和界面积σ(t)随流体运动而随时变化；(2) 在系统的界面上，只有能量交换，没有质量交换。
一种是当地观点的模型，它在流体空间认定一个固定的控制面所包围的区域，称为开口系统，其特点是：(1) 系统的体积τ和界面积σ是固定不变的；(2) 在系统的界面上，既有能量交换，也有质量交换。
对于上述两种流体模型，即封闭系统和开口系统，还有两种数学表达形式。
一种是选取有限质量（体积）的系统，写成积分形式的基本方程。
另一种是选取微元质量（体积）的系统，写成微分形式的基本方程。
微分形式的方程适用于连续流程，便于探讨流场各处的参数分布规律。
积分形式的方程便于从总体上研究问题，而且可以用来求解系统中有间断面存在的情况。
综上所述，理想气体运动的基本方程组的要点可归为：六个方程、三个方面、两种观点、两种形式。
1.1 连续性方程质量守恒方程（当地观点、微分形式）微元体的质量平衡式：微元体内质量的增加率=进入微元体的质量净流率微元体内质量的增加率：ððt (ρδxδyδz)=ðρðtδxδyδz进入微元体的质量流率的净变化率：通过微元体每一个表面的质量流率等于密度、速度分量和面积的乘积。
CFD 基 础(流体力学)分析
第1章 CFD 基 础计算流体动力学(computational fluid dynamics ，CFD)是流体力学的一个分支，它通过计算机模拟获得某种流体在特定条件下的有关信息，实现了用计算机代替试验装置完成“计算试验”，为工程技术人员提供了实际工况模拟仿真的操作平台，已广泛应用于航空航天、热能动力、土木水利、汽车工程、铁道、船舶工业、化学工程、流体机械、环境工程等 领域。
本章介绍CFD 一些重要的基础知识，帮助读者熟悉CFD 的基本理论和基本概念，为计算时设置边界条件、对计算结果进行分析与整理提供参考。
1.1 流体力学的基本概念1.1.1 流体的连续介质模型流体质点(fluid particle)：几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有大量分子的微元体。
连续介质(continuum/continuous medium)：质点连续地充满所占空间的流体或固体。
连续介质模型(continuum/continuous medium model)：把流体视为没有间隙地充满它所占据的整个空间的一种连续介质，且其所有的物理量都是空间坐标和时间的连续函数的一种假设模型：u =u (t ,x ,y ,z )。
1.1.2 流体的性质1. 惯性惯性(fluid inertia)指流体不受外力作用时，保持其原有运动状态的属性。
惯性与质量有关，质量越大，惯性就越大。
单位体积流体的质量称为密度(density)，以r 表示，单位为kg/m 3。
对于均质流体，设其体积为V ，质量为m ，则其密度为m Vρ= (1-1) 对于非均质流体，密度随点而异。
若取包含某点在内的体积V ∆，其中质量m ∆，则该点密度需要用极限方式表示，即0lim V m Vρ∆→∆=∆ (1-2) 2. 压缩性作用在流体上的压力变化可引起流体的体积变化或密度变化，这一现象称为流体的可压缩性。
压缩性(compressibility)可用体积压缩率k 来量度d /d /d d V V k p pρρ=-= (1-3) 式中：p 为外部压强。
ansys cfd 入门指南 计算流体力学基础及应用
ansys cfd 入门指南计算流体力学基础及应用【ansys cfd 入门指南计算流体力学基础及应用】1. 介绍计算流体力学（CFD）是一种利用计算机对流体流动和传热过程进行数值模拟和分析的技术。
在工程、航空航天、汽车、船舶、能源等领域中有着广泛的应用。
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计算流体力学基础部分小结
一．偏微分方程（PDE）的性质：
1．线性方程、非线性方程和方程的守恒型
2．椭圆、抛物、双曲方程的定义和判断方法
二．构筑差分方式的方法
1．用Taylor公式
2．用多项式
三．差分方程（PDE）的性质
1．相容性、收敛性和稳定性；Lax定理
2．等价微分方程推导和精度分析
3．稳定性分析：孤立扰动法和V on Neumann方法四．推进型方程（双曲、抛物型方程）
1．影响域和依赖域；双曲型方程的CFL条件
2．频散和耗散
3．显式格式和隐式格式的不同特点（对双曲方程而言）4．抛物型方程常用格式
①FTCS格式
②Dufort-Frankel格式
③Laasonen格式
④Crank-Nicolson格式
5．双曲型方程常用格式
①Euler后差格式（仅对迁移方程而言）
②Lax-Wendroff格式（含推导）
③MacCormark格式
④Crank-Nicolson格式
五．平衡型方程（椭圆型方程）
1．求解Laplace方程的五点格式
2．各种迭代方法（含推导）
①点迭代（Jacobi、G-S和SOR）
②线迭代（Jacobi、G-S和SOR）
③ADI法（Jacobi、G-S和SOR）
六．常见格式（Euler方程）
1．MacCormark格式的优缺点
2．AF格式的特点
（以上两种格式均以Euler方程为求解对象）
七．网格生成与坐标变换
1．为什么要采用贴体网格
2．为什么要进行坐标变换
3．对网格的几个主要的要求
八．边界条件处理
1．确定边界条件的两个原则
2．何谓“解析边界条件”？何谓“数值边界条件”？
3．如何确定进出口边界条件？
4．如何确定物面边界条件？。