计算流体力学-中国科学院力学所研究生教育网

计算流体力学
Computational Fluid Dynamics
类型：
属性：专业基础课课时/学分：60/3
一、预修课程
流体力学；空气动力学；偏微分方程数值解法
二、内容简介和教学要求
本课程包含基础及应用两个部分。

基础部分讲述流体力学方程组及其物理含义，双曲型方程组的数理性质，有限差分法及有限体积法的理论基础及计算方法等；应用部分介绍国内外当前流行的高速流动和不可压缩流动的主要解法，网格生成技术，计算流体力学当前的主要问题、最新计算方法、及发展动向等。

此外还介绍了并行计算的基础知识及湍流计算方法等。

本课程的特点是强调基础、突出应用，希望学生通过学习这一课程，对计算流体力学有一个系统深入的理解，具有一定的理论基础和较强的解决实际问题的能力。

同时，在这一课程中也注意把课程学习和研究所的工作结合起来，使学生到研究所后能立即开展和计算流体力学有关的研究工作。

本课程还将讲授并行程序设计的基本内容，使得学生们能够了解并行程序设计的基本思想及编程方法，并能编制基本的并行计算程序。

为培养学生独立思考和独立工作的能力，本课程采用启发的课程讲习方法，鼓励学生在掌握基础知识的基础上自己动手编制程序，以便加深对计算流体力学本质的理解和增强对实际问题的感性认识。

力求学生们学完该课程后，能够独立编写计算流体力学程序。

三、简要目录
第一章引论
1.1 计算流体力学及其特征
1.2 计算流体力学的发展
第二章流体力学方程组及模型方程
2.1 流体力学基本方程
2.2 模型方程及其数学性质
2.3 双曲型方程组的初边值问题
2.4 Riemann 间断解
第三章有限差分方法
3.1 差分方法基本概念
3.2 差分方程的有效性及稳定性分析
3.3 数值解的精度及分辨率分析
3.4 数值解中的耗散效应、色散效应及群速度控制
第四章有限体积法
4.1有限体积法的基本思
4.2 表面积近似及体积积分近似
4.3 插值算法
4. 4 边界条件处理
第五章代数方程的数值求解
5.1 直接法
5.2 迭代法
5.3 分裂算法
5.4 近似因式分解算法
5.5 多重网格法
第六章激波处理与高速流动的数值方法
6.1 捕获激波的主要方法
6.2 激波捕获精度分析及提高捕获激波精度的方法
6.3 Godunov类算法
6.4 TVD方法
6.5 NND算法
6.6 紧致格式及其应用
6.7 WENO方法简介
6.8 群速度控制格式简介
第七章不可压缩粘性流动数值解法
7.1 不可压缩流动基本方程组特点和困难
7.2 涡量流函数算法
7.3 原始变量算法
第八章网格生成技术
8.1 网格生成技术的基本思想
8.2 代数网格法
8.3 微分方程法
8.4 自适应网格
8.5 无结构网格简介
第九章 MPI并行程序设计初步
9.1 MPI并行程序设计的基本概念
9.2 MPI并行程序设计的主要方法
9.3 CFD程序的并行优化
第十章湍流的数值模拟
10.1 工程湍流模式方法
10.2 大涡模拟方法
10.3 直接数值模拟方法
10.4 分离涡模拟方法
10.5 转捩的计算
四、教材
1.计算流体力学（傅德薰、马延文）高等教育出版社， 2002
2. 计算空气动力学（傅德薰、马延文）国防工业出版社，1996
五、参考书
1.计算流体力学方法及应用（阎超）北京航空航天大学出版社 2006
2.计算流体力学（祈孝康、刘儒动、蒋伯诚）国防科大出版社 1989
3.一维流体力学差分方法（水鸿寿）国防工业出版社 1998
教学方式
课堂讲授为主,配合课程内结合实例进行编程练习
六、考核方式
闭卷考试与开卷考试结合。

撰写人：李新亮 2009-12。