计算流体力学的研究进展
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SIMPLE algorithm; k-ε equations that are used today; ‘Eddy break-up’ and ‘presumed pdf’ combustion models.
•
D. Brian Spalding带领的研究小组在1970s对计算流体力学的发展做出了重要的贡献：
其中以Fluent（ANSYS）应用比较多。
9
现在，计算流体力学基本上在各个领域都有应用，在航空航天领域的应用更为突出。实际的航空航 天实验是要花费非常多的时间和金钱的，使用计算流体力学的方法能够快速得到问题的近似解，虽 然不是精确解，但是也能够在一定程度上对解决实际问题有帮助。
计 算 流 体 力 学 —— 展概述
研究进
多级导弹分级/操控
导弹空气动力学
飞机外载分离 自动弹药供给装置
苏35战机在飞行过程模拟中使用不同湍流模型的模拟结果
导弹管道发射
空气热化学
飞行员逃生系统模拟
飞机飞行空气动力学
计算流体力学在航空航天领域的运用
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计 算 流 体 力 学 —— 研 究 进 展概述 下面针对一个具体的火箭发动机装药进行距离分析：实际的固体火箭发动机在工作的过程中流动
- A.Thom, ‘The Flow Past Circular Cylinders at Low Speeds’, Proc. Royal Society, A141, pp. 651-666, London, 1933.
•
1953年，日本人Kawaguti对于圆柱扰流问题进行了数值求解：
- M. Kawaguti, ‘Numerical Solution of the NS Equations for the Flow Around a Circular Cylinder at Reynolds Number 40’, Journal of Phy. Soc. Japan, vol. 8, pp. 747-757, 1953.
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使用计算流体力学的方法，可以预测流体流动的情况，定量的得到 流体流动参数，一般在以下情况中有应用： • • • • • • 随时间发生变化的流动传热过程； 二维内燃发动机工作 质量传输问题（如液化和分解）； 过程中温度变化： 相变问题（如融化、凝固、沸腾）； 化学反应（如燃烧和生锈问题）； 机械运动问题（如活塞、风扇、船舵的运动）； 物体所受应力和发生的位移。
研究进
因此，计算流体力学也是 流体力学、计算机和数学 的一个交叉学科：
3
计 算 流 体 力 学 —— 展概述
研究进
比如对于一个实际中有应用的突扩管流，为了分析其中流体流动 的情况，在做出工程计算之外，采用计算流体力学的方法，对于 模型进行以下处理：
这是做沿程阻力 系数测试管实验 的测试管
4
使用以上模型及其简化几何，可以使用计算流 体力学得到如下的速度场：
计 算 流 体 力 学 —— 展概述
研究进
房间内气流流动速度云图
非线性结构材料受力分析 7
计 算 流 体 力 学 —— 展概述
研究进
计算流体力学是在流体力学的基础上发展起来的，Archimedes，Bernoulli，Leonhard， Henry Navier ，George Gabriel Stokes等人逐步建立起的经典流体力学是其应用基础； 进入20世纪，由于一些问题采用传统的解法无法得到精确解，计算流体力学得到发展。 • 1922年，Lewis Fry Richardson发明了第一个数值天气预测系统，把空间分成了许多网 格，并使用了有限差分进行离散； • 1933年，提出了圆柱扰流的最早数值解法：
计 算 流 体 力 学 —— 展概述
研究进
不同雷诺数下突扩管中流体流动的速度分布图 5
计 算 流 体 力 学 —— 展概述
同样，对于其他实际问题， 也可以使用计算流体力学 求解：
研究进
可见，对于计算流体力学的研究价值 还是很大的，通过对各个实际问题的 求解，可以实现全尺寸模拟，不需要 投入过多的实验研究，并能给实验做 出一定的指导。
̶ ̶ ̶ ̶
信息技术的发展使得更多的商业软件出现，能够更简单的解决大多数工程问题， 这些软件主要有：
Fluent (UK and US)；CFX (UK and Canada)；Fidap (US)；Polyflow (Belgium)； Phoenix (UK)；Star CD (UK)；Flow 3d (US)；ESI/CFDRC (US)；SCRYU (Japan)
传热变化很大，通过数值模拟的方法，可以得到发动机内温度、压力、气流马赫数等参数随时间、 空间的变化过程，同时还可验证含金属推进剂在发动机呃逆的运动情况。
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计 算 流 体 力 学 —— 展概述
研究进
谢谢老师和各位同学！
wangliang@hrbeu.edu.cn
12
计 算 流 体 力 学 —— 展概述
研究进
计算流体力学是什么？
概念和研究价值 应用领域及发展史
几个CFD的研究成果
王良 S314020083
http://www.hrbeu.edu.cn/ © wl-heu ; Fluent Inc. 2014
1
计 算 流 体 力 学 —— 展概述
研究进
计算流体力学（CFD）是流体力学的一个分支，它是流体力学、传热学 和数值计算的结合，主要使用数值计算的方法，解决目前工程中流体的流动 和传热问题。
流体流动问题、传热问题、传质问题
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计 算 流 体 力 学 —— 展概述
对于一个具体的工程流动传热问题，一般的 求解过程如下：
实际问题 建立数学模型 选取计算方法 进行工程预算，得到 预估结果 对于建立的模型进行简化， 对计算域进行离散化 对离散计算域上各个节 点求解，得到近似值 比较工程计算结果和数值 结果，得出最终结果 把计算结果转化为实际手 段，解决工程实际问题 问题解决
实际卫星云图上的卡门涡阶
来自百度文库
8
计 算 流 体 力 学 —— 研 究 进 展概述 1960s以后，随着计算机技术的提高，计算流体力学也得到发展：
• Los Alamos提出了许多离散格式，对理论计算提供了有效的帮助，其中好多格式到现 在还有使用：
̶
̶ ̶
Particle-In-Cell (PIC); Marker-and-Cell (MAC); k-ε turbulence model.
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D. Brian Spalding带领的研究小组在1970s对计算流体力学的发展做出了重要的贡献：
其中以Fluent（ANSYS）应用比较多。
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现在，计算流体力学基本上在各个领域都有应用，在航空航天领域的应用更为突出。实际的航空航 天实验是要花费非常多的时间和金钱的，使用计算流体力学的方法能够快速得到问题的近似解，虽 然不是精确解，但是也能够在一定程度上对解决实际问题有帮助。
计 算 流 体 力 学 —— 展概述
研究进
多级导弹分级/操控
导弹空气动力学
飞机外载分离 自动弹药供给装置
苏35战机在飞行过程模拟中使用不同湍流模型的模拟结果
导弹管道发射
空气热化学
飞行员逃生系统模拟
飞机飞行空气动力学
计算流体力学在航空航天领域的运用
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计 算 流 体 力 学 —— 研 究 进 展概述 下面针对一个具体的火箭发动机装药进行距离分析：实际的固体火箭发动机在工作的过程中流动
- A.Thom, ‘The Flow Past Circular Cylinders at Low Speeds’, Proc. Royal Society, A141, pp. 651-666, London, 1933.
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1953年，日本人Kawaguti对于圆柱扰流问题进行了数值求解：
- M. Kawaguti, ‘Numerical Solution of the NS Equations for the Flow Around a Circular Cylinder at Reynolds Number 40’, Journal of Phy. Soc. Japan, vol. 8, pp. 747-757, 1953.
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使用计算流体力学的方法，可以预测流体流动的情况，定量的得到 流体流动参数，一般在以下情况中有应用： • • • • • • 随时间发生变化的流动传热过程； 二维内燃发动机工作 质量传输问题（如液化和分解）； 过程中温度变化： 相变问题（如融化、凝固、沸腾）； 化学反应（如燃烧和生锈问题）； 机械运动问题（如活塞、风扇、船舵的运动）； 物体所受应力和发生的位移。
研究进
因此，计算流体力学也是 流体力学、计算机和数学 的一个交叉学科：
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计 算 流 体 力 学 —— 展概述
研究进
比如对于一个实际中有应用的突扩管流，为了分析其中流体流动 的情况，在做出工程计算之外，采用计算流体力学的方法，对于 模型进行以下处理：
这是做沿程阻力 系数测试管实验 的测试管
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使用以上模型及其简化几何，可以使用计算流 体力学得到如下的速度场：
计 算 流 体 力 学 —— 展概述
研究进
房间内气流流动速度云图
非线性结构材料受力分析 7
计 算 流 体 力 学 —— 展概述
研究进
计算流体力学是在流体力学的基础上发展起来的，Archimedes，Bernoulli，Leonhard， Henry Navier ，George Gabriel Stokes等人逐步建立起的经典流体力学是其应用基础； 进入20世纪，由于一些问题采用传统的解法无法得到精确解，计算流体力学得到发展。 • 1922年，Lewis Fry Richardson发明了第一个数值天气预测系统，把空间分成了许多网 格，并使用了有限差分进行离散； • 1933年，提出了圆柱扰流的最早数值解法：
计 算 流 体 力 学 —— 展概述
研究进
不同雷诺数下突扩管中流体流动的速度分布图 5
计 算 流 体 力 学 —— 展概述
同样，对于其他实际问题， 也可以使用计算流体力学 求解：
研究进
可见，对于计算流体力学的研究价值 还是很大的，通过对各个实际问题的 求解，可以实现全尺寸模拟，不需要 投入过多的实验研究，并能给实验做 出一定的指导。
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信息技术的发展使得更多的商业软件出现，能够更简单的解决大多数工程问题， 这些软件主要有：
Fluent (UK and US)；CFX (UK and Canada)；Fidap (US)；Polyflow (Belgium)； Phoenix (UK)；Star CD (UK)；Flow 3d (US)；ESI/CFDRC (US)；SCRYU (Japan)
传热变化很大，通过数值模拟的方法，可以得到发动机内温度、压力、气流马赫数等参数随时间、 空间的变化过程，同时还可验证含金属推进剂在发动机呃逆的运动情况。
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计 算 流 体 力 学 —— 展概述
研究进
谢谢老师和各位同学！
wangliang@hrbeu.edu.cn
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计 算 流 体 力 学 —— 展概述
研究进
计算流体力学是什么？
概念和研究价值 应用领域及发展史
几个CFD的研究成果
王良 S314020083
http://www.hrbeu.edu.cn/ © wl-heu ; Fluent Inc. 2014
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计 算 流 体 力 学 —— 展概述
研究进
计算流体力学（CFD）是流体力学的一个分支，它是流体力学、传热学 和数值计算的结合，主要使用数值计算的方法，解决目前工程中流体的流动 和传热问题。
流体流动问题、传热问题、传质问题
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计 算 流 体 力 学 —— 展概述
对于一个具体的工程流动传热问题，一般的 求解过程如下：
实际问题 建立数学模型 选取计算方法 进行工程预算，得到 预估结果 对于建立的模型进行简化， 对计算域进行离散化 对离散计算域上各个节 点求解，得到近似值 比较工程计算结果和数值 结果，得出最终结果 把计算结果转化为实际手 段，解决工程实际问题 问题解决
实际卫星云图上的卡门涡阶
来自百度文库
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计 算 流 体 力 学 —— 研 究 进 展概述 1960s以后，随着计算机技术的提高，计算流体力学也得到发展：
• Los Alamos提出了许多离散格式，对理论计算提供了有效的帮助，其中好多格式到现 在还有使用：
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Particle-In-Cell (PIC); Marker-and-Cell (MAC); k-ε turbulence model.