计算流体力学的发展及应用_魏淑贤

第27卷第2期河北理工学院学报V o l.27N o.2 2005年5月J o u r n a l o f H e b e i I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y M a y.2005

文章编号:100 7-28 29(20 05)02 -0 115 -03

计算流体力学的发展及应用

魏淑贤, 沈跃,黄延军

(石油大学(华东)物理科学与技术学院, 山东东营 2 570 61)

关键词:计算流体力学;发展;应用

摘要:计算流体力学是流体力学的一个分支。它用于求解固定几何形状空间内的流体的动

量、热量和质量方程以及相关的其它方程,并通过计算机模拟获得某种流体在特定条件下的有

关信息,是分析和解决问题的强有力和用途广泛的工具。对计算流体力学的发展和应用进行

了综述并对其发展趋势做了探讨。

中图分类号:O368文献标识码:A

1 计算流体力学的发展

20世纪30年代,由于飞机工业的需要,要求用流体力学理论来了解和指导飞机设计, 当时,由于飞行速

度很低,可以忽略粘性和旋涡,因此流动的模型为L a p l a c e方程,研究工作的重点是椭圆型方程的数值解[ 1]。利用复变函数理论和解的迭加方法来求解析解。随着飞机外形设计越来越复杂,出现了求解奇异边界积分

方程的方法。以后,为了考虑粘性效应,有了边界层方程的数值计算方法,并发展成以位势方程为外流方程, 与内流边界层方程相结合,通过迭代求解粘性干扰流场的计算方法。

同一时期,许多数学家研究了偏微分方程的数学理论, H a d a m a r d,C o u r a n t,F r i e d r i c h s等人研究了偏微分方程的基本特性、数学提法的适定性、物理波的传播特性等问题,发展了双曲型偏微分方程理论。以后, C o u- r a n t,F r i e d r i c h s,L e w y等人发表了经典论文[ 2],证明了连续的椭圆型、抛物型和双曲型方程组解的存在性和唯一性定理,且针对线性方程的初值问题,首先将偏微分方程离散化,然后证明了离散系统收敛到连续系统,最后利用代数方法确定了差分解的存在性;他们还给出了著名的稳定性判别条件:C F L条件。这些工作是差分方法的数学理论基础。20世纪40年代, V o n N e u m a n

n,R i c h t m y e r,H o p f,L a x和其他一些学者建立了非线性双曲型方程守恒定律的数值方法理论, 为含有激波的气体流动数值模拟打下了理论基础。

在2 0世纪50年代,仅采用当时流体力学的方法,研究较复杂的非线性流动现象是不够的, 特别是不能满足高速发展起来的宇航飞行器绕流流场特性研究的需要。针对这种情况, 一些学者开始将基于双曲型方程数学理论基础的时间相关方法用于求解宇航飞行器的气体定常绕流流场问题,这种方法虽然要求花费更多的计算机时,但因数学提法适定,又有较好的理论基础,且能模拟流体运动的非定常过程, 所以在60年代

[3]

这是应用范围较广的一般方法。以后由L a x、K r e i s

s和其他著者给出的非定常偏微分方程差分逼近的稳定性理论,进一步促进了时间相关方法。当时还出现了一些针对具体问题发展起来的特殊算法。

值得一提的是,我国在2 0世纪50年代也开始了计算流体力学方面的研究[3]。我国早期的工作是研究钝头体超声速无粘绕流流场的数值解方法,研究钝头体绕流数值解的反方法和正方法。以后,随着我国宇航事业的发展,超声速、高超声速绕流数值计算方法的研究工作发展很快。对定常欧拉方程数值解的计算方法进行研究,并给出了钝体超声速三维无粘绕流流场的计算结果。

20世纪70年代,在计算流体力学中取得较大成功的是飞行器跨音速绕流数值计算方法的研究。首先

收稿日期:200 4-11-02

作者简介:魏淑贤(19 78-),女, 山东临沂人, 石油大学(华东)物理科学与技术学院硕士研究生。

制 11 6 河 北 理 工 学 院 学 报 第 27卷 是 M u r m a n 和 C o l e 用松弛方法求解位势流小扰动方程 , 数值模拟带激波的跨声速绕流场 , 解决了跨声速绕流

中的混合问题 。 在他们的工作中第一次将迎风格式应用于空气动力学问题的模拟 。 不久以后 J a m e s o n 提出

了旋转格式 , 将穆尔曼 -科勒方法推广于求解三维跨声速绕流的全位势流方程 , 获得成功 [ 3] 。 同一时期 , 我

国开展了采用时间相关方法求解非定常欧拉方程 、可压缩 N -S 方程和简化 N -S 方程的计算方法研究 。

在 差分格式的构造方面 , 提出了求解欧拉方程的特征符号分裂法和三层格式[ 4] 等 。 在可压缩 N -S 方程

的求 解中 , 计算方法有了很大进展 , 先后提出了开关函数法 、调解因子方法 、紧致迎风格式 、推进迭代法 、无波

动无 自由参数的耗散格式 、界值为限格式和耗散比拟方法等[ 3] 。 这些研究工作进一步改进了计算方法精

度 , 提 高了求解效率 , 且对流场激波的数值模拟有较高的分辨能力 。 而且这些研究成果使得我们在计算流体力学 的差分方法研究工作中初步形成了自己的特点 。

进入 20 世纪 8 0年代以后 , 计算机硬件技术有了突飞猛进的发展 , 千万次机 、亿次机逐渐进入人们的实 践活动范围 。随着计算方法的不断改进和数值分析理论的发展高精度数值模拟已不再是天方夜谭 。 同时随 着人类生产实践活动的不断发展 , 科学技术的日新月异 , 一大批高新技术产业对计算流体力学提出了新的要 求 , 同时也为计算流体力学的发展提供了新的机遇 。实践与理论的不断互动 , 形成计算流体力学的新热点 、 新动力 , 从而推动计算流体力学不断向前发展 。

首先 , 在计算模型方面 , 又提出了一些新的模型 , 如新的大涡模拟模型 、考虑壁面曲率等效应的新的湍流

模式 、新的多相流模式 、新的飞行器气动分析与热结构的一体化模型等 [ 5] 。这就使得计算流体力学的计算

模型由最初的 E u l e r 和 N -S 方程 , 扩展到包括湍流 、两相流 、化学非平衡 、太阳风等问题研究模型在内的多

个模型 [ 6] 。其中以考虑更多流动机制 , 如各向异性的非线性 (应力 /应变关系 )湍流研究为重点 。研究结果 再次证明 , 万能的湍流模型还不存在 , 重要的是如何在模型精度和计算量上较好地取得折中 ;也有学者从更 高层次研究湍流模型问题 , 由湍流流动中速度不可微 , 怀疑 N -S 方程的有效性 , 进而提出以积分方程为基

础的数学模型[ 6] 。

其次 , 在计算方法方面 , 又提出了一些新的计算方法 , 如新的遗传算法 、无网格算法 、新型高精度紧致格

式 、气动计算的新变分原理 、结构 /非结构混合网格新技术 、新型动网格技术等等[ 5] 。 目前计算方法的研究

集中在高精度格式方法 , 即追求三阶精度以上 , 其中又以解决真正实际问题 。 除此之外 , 计算方法研究还涉 及带限制器的高阶插值 、谱方法 、拉格朗日方法 , 时 -空守恒元方法等等 。 将其它方法引进传统的计算流体

力学也是现阶段的重要成果之一[ 6] , 其中特别值得一提的是将基因算法与传统计算流体力学结合在一起 ,

在域分裂和最优化设计等许多方面显示出了良好的应用前景 。在算法分析上 , 除传统的精度 、稳定性 、收敛 性等方面的分析 , 还有更深层次的数值动力学分析 , 即将数值方法看成是动力系统来进行分析 , 揭示了许多 奇异的数值现象 。

再次 , 在研究成果方面 , 英国 M .A .L e s d h z i a e r 关于湍流模型 、美国 H .C .Y e e 关于计算不确定性 、

日本学 者的玻耳兹曼方程解流动问题 、德国的 E .v o n L a v a n t e 关于使用并行计算机进行发动机气缸流场涡和激波的 非定常流动模拟等等 [ 6]

, 都有较新的学术思想 , 较高的学术水平 。

目前 , 计算流体力学研究的热点是 :研究计算方法 , 包括并行算法和各种新型算法 ;研究涡运动和湍流 , 包括可压和不可压湍流的直接数值模拟 、大涡模拟和湍流机理 ;研究网格生成技术及计算机优化设计 ;研究 计算流体力学用于解决实际流动问题 , 包括计算生物力学 、计算声学 、微型机械流动 、多相流及涡轮机械流动

的数值模拟等[ 7] 。 2 计算流体力学的应用

计算流体力学的应用已经从最初的航空航天领域不断地扩展到船舶

[ 8] 、海洋 [ 9] 、化学

[ 10] 、铸造 [ 11] 、 冷 [ 12] 、工业设计 、城市规划设计[ 13] 、建筑消防设计 [ 14] 、汽车 [ 15] 等多个领域 。 近几年来计算流体力学在全机

流场计算 、旋翼计算 、航空发动机内流计算 、导弹投放 、飞机外挂物 、水下流体力学 、汽车等 [ 6] 方面获得广泛

应用 。 这表明计算流体力学在解决工程实际问题方面具有重要的应用价值 。下面仅以在汽车领域的应用为 例 , 介绍计算流体力学应用于工程实际中的速度和深度 。 20 世纪 80 年代初期才开始有计算流体力学应用 于汽车领域的论文发表 , 经过短短的二十余年 , 其应用已涉及到汽车车身设计 、汽车内部空间的空调与通风 、

第2期魏淑贤, 等:计算流体力学的发展及应用117

发动机内部的气体流动以及冷却系、汽车液力变矩器、废气涡轮增压器中的压气机和涡轮的叶轮与蜗壳等中

的流动现象的研究与计算,同时进一步发展到研究汽车与发动机中传热、燃烧以及预测噪声强度与模具设计

等相关的问题[15]。

当着手研究一项计算流体力学课题时,首先需要建立模型,即根据相关专业知识将问题用数学方法表达出来;然后就是如何利用计算流体力学软件,对问题进行求解、分析。整个计算流体力学处理过程大致包括三个部分:前处理,包括几何模型的选取和网格划分;求解器,包括确定计算流体力学方法的控制方程,选择

离散方法进行离散,选用数值计算方法,输入相关参数;后处理,包括速度场、压力场、温度场及其它参数的计

算机可视化及动画处理等[12]。由此和计算流体力学在工程实际中的应用可以将计算流体力学应用的优点大致归纳如下:可以更细致地分析、研究流体的流动、物质和能量的传递等过程;可以容易地改变实验条件、参数, 以获取大量在传统实验中很难得到的信息资料;整个研究、设计所花的时间大大减少;可以方便地用于那些无法实现具体测量的场合,如高温、危险的环境;根据模拟数据,可以全方位的控制过程和优化设计。

随着计算流体力学在工程技术应用中的迅速推广, 计算流体力学也逐渐软件化。C F X、F L U E N T、P H O E- N I C S、C F D2000、C F D++等一大批计算流体力学软件已经商品化[16]。这些商业软件既有通用的也有作为特殊用途的专业软件。这些软件能方便地处理工程技术领域内的各种高难度复杂问题,因而极具吸引力。然而计算流体力学软件在某些领域的应用还不成熟, 有必要在计算精度、功能的强化、计算的效率、收敛性和操作的简单化等方面作进一步的完善。

计算流体力学应用研究中的关键问题包括:对应用于各种具体情况的数学模型、对复杂外形的描述以及对计算网格的划分做进一步研究;探索更有效的算法来提高计算精度,并降低计算费用;进一步开展计算流体力学在各方面的应用等。

计算流体力学的应用现状与现代超级计算机相结合的计算流体力学流体流动模拟工具,使计算流体力学所具有的创立新概念、降低设计成本和缩短生产时间的潜力开始发挥作用。当前, 计算流体力学工作者的

重要任务是发展准确、高效的粘性流计算方法,把计算流体力学应用推向一个更新的应用阶段。

3 展望及结论

计算流体力学主要向两个方面发展:一方面是研究流动非定常稳定特性、分叉解及湍流流动的机理, 更

为复杂的非定常、多尺度的流动特征,高精度、高分辨率的计算方法和并行算法;另一方面是将计算流体力学

直接用于模拟各种实际流动,解决工业生产中提出来的各种问题。美国和日本在这两方面做得最为突出。

在我国经济飞速发展的今天,一些计算流体力学问题的解决,将有利于我国的国民经济建设工作, 我们需要

迎头追赶。

参考文献:

[ 1]刘国俊.计算流体力学的地位、发展情况和发展趋势[J].航空计算技术, 1994(1):15-21.

[ 2]C o u r a n t R,F r i e d r i c h s KO a n d L e w y H.O n t h e P a r t i a l D i f e r e n c e E q u a t i o n s o f M a t h e m a t i c a l P h y s i c s.I B M J o u r n a l.M a r c h.1967:215-234.

[ 3]傅德薰.流体力学数值模拟[ M].北京:国防工业出版社, 1993:3-6.

[ 4]侯天相,周荣春.钝体绕流的非定常差分法[ M].北京:宇航出版社, 1986.

[ 5]张涵信.第四届亚洲计算流体力学会议学术交流情况[J].力学进展, 2001(1):156-157.

[ 6]国家自然科学基金委员会数理科学部.第七届国际计算流体力学尝议简介[ J].力学进展, 1998,28(3):430-431.

[7]傅德薰.第二届国际计算流体力学会议简介[ J].力学进展, 2003(3):388

[ 8]蔡荣泉.船舶计算流体力学的发展与应用[ J].船舶, 2002(4):8-13.

[ 9]周连第.船舶与海洋工程计算流体力学的研究进展与应用[ J].空气动力学学报, 1998,16(1):122-131.

[ 10]尹晔东, 王运东, 费维场.计算流体力学(C F D)在化学工程中的应用[ J].石化技术2000,7(3):166-169.

[11]肖柯则, 夏艺.计算流体力学在铸造过程中的应用[ J].内蒙古工业大学学报,1995,4(3):30-38.

[ 12]翟晓华, 谢晶, 徐世琼.计算流体力学在制冷工程中的应用[ J].制冷, 2003,22(1):17-22.

[ 13]傅晓英, 刘俊, 许剑峰.计算流体力学在城市规划设计中的应用研究[ J].四川大学学报(工程科学版),2002,34(6):36-39.

[14]金杉, 庄达民, 张向阳.计算流体力学在现代建筑消防设计中的应用[ J].消防科学与技术, 2003,22(3):194-197.

[ 15]常思勤, 扈圣刚.计算流体力学进展及其在汽车设计中的应用[ J].武汉汽车工业大学学报, 1997,19(4):12-15.

p p l e m e n t,I r e l a n d,2002.(下转第122页) [ 16]D a-W e n S u n.C o m p u t e r s a n d E l e c t r o n i c s i n A g r i c u l t r u e.s u p

122河北理工学院学报第27卷

参考文献:

[ 1]容柏生.高层住宅建筑中的短肢剪力墙结构体系[ J].建筑结构学报, 1997,18(6):14-19.

[2]过镇海.钢筋混凝土原理[ M].北京:清华大学出版社, 1999.

[ 3]邱洪兴,舒赣平.建筑结构设计[ M].南京:东南大学出版社, 2002.

[ 4]宋建学,彭少民, 刘立新.短肢剪力墙低周反复试验研究[ J].华中科技大学学报, 2002,19(1):91-94.

[ 5]蒋欢军,吕西林.用一种墙体单元模型分析剪力墙结构[ J].世界工程与工程震动,1998,18(3):40-48.

S i m p l e M o d e l o f S h o r t-l e g S h e a r W a l S t r u c t u r e

S U N Z h a o-y i n g,S U Y o u-p o

e r i n g,H e b e i P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y,T a n g s h a n H e b e i063000,C h i n a)

(C o l e g e o f C i v i l a n d A r c h i t e c t u r e E n g i n e

K e y w o r d s:s h o r t-l e g s h e a r w a l s;f i n i t e e l e m e n t a n a l y s i s m o d e l;s h e a r d e f o r m a t i o n;b e a m e l e m e n t

e n d e v e l o p e d b a s e d o n t h e p r o p e r t i e s o

f s h o r t- A b s t r a c t:T h e s i m p l e b e a mm o d e l w i t h s h e a r d e f o r m a t i o n s h a v e b e

r i e d o u t b y A D I N A.

e n c a r

s o f o n e e x a m p l e h a v e b e

l e g s h e a r w a l s i n t h i s p a p e r,a n d t h e a n a l y s i s o f l a t e r a l s t i f n e s

T h e c o m p a r a b i l i t y w i t h t e s t r e s u l t s p r o v e d t h a t t h i s m o d e l h a s t h e a d v a n t a g e s o f c l e a r m e c h a n i c a l c o n c e p t i o n c o n-

c u r a c y.

c e p t,s i m p l e c a l c u l a t i o n a n

d r

e l a t i v e l y g o

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(上接第117页)

p l i c a t i o n o f C o m p u t a t i o n a l F l u i d D y n a m i c s

D e v e l o p m e n t a n d A p

W E I S h u-x i a n,S H E N Y u e,H U A N G Y a n-j u n

(C o l e g e o f P h y s i c s S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,U n i v e r s i t y o f P e t r o l e u m,D o n g y i n g S h a n d o n g257061,C h i n a)

p l i c a t i o n

K e y w o r d s:c o m p u t a t i o n a l f l u i d d y n a m i c s;d e v e l o p m e n t;a p

A b s t r a c t:C o m p u t a t i o n a l f l u i d d y n a m i c s i s o n e f i l i a t i o n o f t h e f l u i d d y n a m i c s.I t u s e s c o m p u t e r t o e v a l u a t e m o-

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g i v e n c o n d i t i o n s.I t i s a v e r y p o w e r f u l a n d v e r s a t i l e t o

p l i c a t i o n s o f c o m p u t a t i o n a l f l u i d d y n a m i c s.A n d t h e f u t u r e t r e n d s o f c o m p u t a t i o n a l f l u i d d y n a m i c s a r e

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p r o p o s e d.

计算流体力学软件CFD在燃烧器设计中的应用探讨

计算流体力学软件CFD在燃烧器设计中的应用探讨[摘要]本文通过对目前燃烧器的现状与技术发展的研究，探讨计算流体力学 软件CFD在燃烧器设计中应用的必要性和可行性，以CFD(计算流体力学)软件为工具，以普通大气式燃烧器为研究对象，采用实验和理论相结合的方法，充分利用现代计算机技术，达到降低燃烧器设计成本和研制费用的目的。 [关键词]燃烧器数值模拟计算流体力学 一、燃烧器的发展现状 1.部分预混式燃烧器的产生及其原理 燃烧的方法被分为扩散式燃烧、部分预混式燃烧和完全预混式燃烧。扩散式燃烧易产生不完全燃烧产物，燃烧温度很低，并未充分利用燃气的能量；而一旦预先混入一部分空气后火焰就会变的清洁，燃烧温度也可以提高，燃烧较充分。完全预混燃烧（无焰燃烧）要求事先按照化学当量比将燃气和空气均匀混合（实际应用中空气系数要大于1），燃烧充分，火焰温度很高，但稳定性较差，易回火。所以民用燃具多采用部分预混式燃烧。 1855年工程师本生发明了一种燃烧器，能从周围大气中吸入一些空气和燃气预混，在燃烧时形成不发光的蓝色火焰，这就是实验室常用的本生灯（单火孔燃烧器）。这种燃烧技术就被称作部分预混式燃烧。 本生灯燃烧所产生的火焰为部分预混层流火焰（俗称本生火焰）。它由内焰，外焰及燃烧区域外围肉眼看不见的高温区组成。火焰一般呈锥体状。燃气—空气的混合气体先在内锥燃烧，中间产物及未燃尽的部分便从锥内向外流出，且混合气体出流的速度与内锥表面火焰向内传播速度相互平衡，此外便形成一个稳定的焰面，呈蓝色。而未燃烧尽的混合气体残余物继续与大气中的空气进行二次混合燃烧，形成火焰外锥。如图1所示，完成燃烧后产生高温co2和水进而在外焰的外侧形成外焰膜（肉眼看不见的高温层）: 图1. 本生灯示意图 如果混合气流是处于层流状态，则外焰面呈较光滑的锥形；如果处于紊流状态，则外焰面产生褶皱，直至产生强烈扰动，气团不断飞散、燃尽。

流体力学复习要点(计算公式)

D D y S x e P gh2 gh1 h2 h1 b L y C C D D y x P hc 第一章 绪论 单位质量力： m F f B m = 密度值： 3 m kg 1000=水ρ， 3 m kg 13600=水银ρ， 3 m kg 29.1=空气ρ 牛顿内摩擦定律：剪切力： dy du μ τ=， 内摩擦力：dy du A T μ= 动力粘度： ρυ μ= 完全气体状态方程：RT P =ρ 压缩系数： dp d 1dp dV 1ρρκ= -=V （N m 2 ） 膨胀系数：T T V V V d d 1d d 1ρρα - == (1/C ?或1/K) 第二章 流体静力学+ 流体平衡微分方程： 01;01;01=??-=??-=??- z p z y p Y x p X ρρρ 液体平衡全微分方程：)(zdz ydy xdx dp ++=ρ 液体静力学基本方程：C =+ +=g p z gh p p 0ρρ或 绝对压强、相对压强与真空度：a abs P P P +=；v a abs P P P P -=-= 压强单位换算：水银柱水柱mm 73610/9800012 ===m m N at 2/101325 1m N atm = 注： h g P P →→ρ ； P N at →→2m /98000乘以 2/98000m N P a = 平面上的静水总压力：（1）图算法 Sb P = 作用点e h y D +=α sin 1 ) () 2(32121h h h h L e ++= ρ 若01 =h ，则压强为三角形分布，3 2L e y D == ρ 注：①图算法适合于矩形平面；②计算静水压力首先绘制压强分布图， α 且用相对压强绘制。 （2）解析法 A gh A p P c c ρ== 作用点A y I y y C xc C D + = 矩形12 3 bL I xc = 圆形 64 4 d I xc π= 曲面上的静水总压力： x c x c x A gh A p P ρ==；gV P z ρ= 总压力z x P P P += 与水平面的夹角 x z P P arct an =θ 潜体和浮体的总压力： 0=x P 排浮gV F P z ρ== 第三章 流体动力学基础 质点加速度的表达式??? ? ? ? ??? ??+??+??+??=??+??+??+??=??+??+??+??=z u u y u u x u u t u a z u u y u u x u u t u a z u u y u u x u u t u a z z z y z x z z y z y y y x y y x z x y x x x x A Q V Q Q Q Q Q G A = === ? 断面平均流速重量流量质量流量体积流量g udA m ρρ 流体的运动微分方程： t z t y t x d du z p z d du y p Y d du x p X = ??-=??-=??- ρρρ1;1;1 不可压缩流体的连续性微分方程 ： 0z u y u x u z y x =??+??+?? 恒定元流的连续性方程： dQ A A ==2211d u d u 恒定总流的连续性方程：Q A A ==2211νν 无粘性流体元流伯努利方程：g 2u g p z g 2u g p z 2 2 222 111++=++ρρ 粘性流体元流伯努利方程： w 2 2222111'h g 2u g p z g 2u g p z +++=++ρρ

流体力学的发展现状

流体力学的发展和现状 作为物理的一部分，流体力学在很早以前就得到发展。在19世纪，流体力学沿着两个方面发展，一方面，将流体视为无粘性的，有一大批有名的力学数学家从事理论研究，对数学物理方法和复变函数的发展，起了相当重要的作用; 另一方面，由于灌溉、给排水、造船，及各种工业中管道流体输运的需要，使得工程流体力学，特别是水力学得到高度发展。将二者统一起来的关键是本世纪初边界层理论的提出，其中心思想是在大部分区域，因流体粘性起的作用很小，流体确实可以看成是无粘的。这样，很多理想流体力学理论就有了应用的地方。但在邻近物体表面附近的一薄层中，粘性起着重要的作用而不能忽略。边界层理论则提供了一个将这两个区域结合起来的理论框架。边界层这样一个现在看来是显而易见的现象，是德国的普朗特在水槽中直接观察到的。这虽也是很多人可以观察到的，却未引起重视，普朗特的重大贡献就在于他提出了处理这种把两个物理机制不同的区域结合起来的理论方法。这一理论提出后，在经过约10年的时间，奠定了近代流体力学的基础。 流体力学又是很多工业的基础。最突出的例子是航空航天工业。可以毫不夸大地说，没有流体力学的发展，就没有今天的航空航天技术。当然，航空航天工业的需要，也是流体力学，特别是空气动力学发展的最重要的推动力。就以亚音速的民航机为例，如果坐在一架波音747飞机上，想一下这种有400多人坐在其中，总重量超过300吨，总的长宽有大半个足球场大的飞机，竟是由比鸿毛还轻的空气支托着，这是任何人都不能不惊叹流体力学的成就。更不用说今后会将出现更大、飞行速度更快的飞机。 同样，也不可能想象，没有流体力学的发展，能设计制造排水量超过50万吨的船舶，能建造长江三峡水利工程这种超大规模工程，能设计90万kW汽轮机组，能建造每台价值超过10亿美元的海上采油平台，能进行气候的中长期预报，等等。甚至天文上观测到的一些宇宙现象，如星系螺旋结构形成的机理，也通过流体力学中形成的理论得到了解释。近年来从流体力学的角度对鱼类游动原理的研究，发现了采用只是摆动尾部（指身体大部不动）来产生推进力的鱼类，最好的尾型应该是细长的月牙型。这正是经过几亿年进化而形成的鲨鱼和鲸鱼的尾型，而这些鱼类的游动能力在鱼类中是最好的。这就为生物学进化方面提供了说明，引起了生物学家的很大兴趣。 所以很明显，流体力学研究，既对整个科学的发展起了重要的作用，又对很多与国计民生有关的工业和工程，起着不可缺少的作用。它既有基础学科的性质，又有很强的应用性，是工程科学或技术科学的重要组成部分。今后流体力学的发展仍应二者并重。 本世纪的流体力学取得多方面的重大进展，特别是在本世纪下半叶，由于实验测试技术、数值计算手段和分析方法上的进步，在多种非线性流动以及力学和其他物理、化学效应相耦合的流动等方面呈现了丰富多采的发展态势。 在实验方面，已经建立了适合于研究不同马赫数、雷诺数范围典型流动的风洞、激波管、弹道靶以及水槽、水洞、转盘等实验设备，发展了热线技术、激光技术、超声技术和速度、温度、浓度及涡度的测量技术，流动显示和数字化技术的迅猛发展使得大量数据采集、处理和分析成为可能，为提供新现象和验证新理论创造了条件。 流体力学是在人类同自然界作斗争，在长期的生产实践中，逐步发展起来的。早在几千年前，劳动人民为了生存，修水利，除水害，在治河防洪，农田灌溉，河道航运，水能利用等方面总结了丰富的经验。我国秦代李冰父子根据“深淘滩，低作堰”的工程经验，修建设计的四川都江堰工程具有相当高的科学水平，反映出当时人们对明渠流和堰流的认识已经达

流体力学知识点总结55410

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。 作用于A 上的平均压应力 作用于A 上的平均剪应力 应力 法向应力 切向应力 （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） ΔF ΔP ΔT A ΔA V τ 法向应力 周围流体作用 的表面力 切向应力 A P p ??=A T ??=τA A ??=→?lim 0δA P p A A ??=→?lim 0为A 点压应力，即A 点的压强 A T A ??=→?lim 0τ 为A 点的剪应力 应力的单位是帕斯卡（pa ），1pa=1N/㎡，表面力具有传递性。 B F f m =2m s

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 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↑ 3 /1000m kg =ρ3 /2 .1m kg =ρdu T A dy μ=? h u u+du U y dy x dt dr dy du ?=?=μμτdu u dy h =ρμ ν=

湍流模型发展综述

湍流模型发展综述 摘要：在概述了湍流问题的基础上，本文简要介绍了湍流的四种模型，对湍流模型在不同情况下的模拟能力进行了对比，最后简述了湍流模型的发展方向。 关键词：湍流模型；Navier-Stokes方程组；J-K模型 Abstract：On the basis of introducing the problems of turbulence, this paper briefly analyzed four kinds of turbulence models and compared their ability of simulation in different situations. At last, the paper expounded the development direction of the turbulence model. Key words：Turbulence model; Navier-Stokes equations; J-K model 一、引言 湍流又称紊流,是自然界中常见的一种很不规则的流动现象。当粘性阻尼无法消除惯性的影响时,自然界中的绝大部分流动都是湍流。 湍流运动的实验研究表明，虽然湍流结构十分复杂，但它仍然遵循连续介质的一般动力学规律，湍流流动的各物理量的瞬时值也应该服从一般的N-S方程。对粘性流体服从的N-S方程进行时均化，就可以得到雷诺平均方程。与定常的N-S方程相比，不同之处是在该式右边多了九项与脉动量有关的项，这脉动量的乘积的平均值与密度的乘积是湍流流动中的一种应力，称为湍流应力或雷诺应力。其中，法向雷诺应力和切向雷诺应力各有三个。 湍流问题就是在给定的边界条件下解雷诺方程。由于雷诺平均方程中未知数个数远多于方程个数而出现了方程不封闭的问题，这就需要依据各种半经验理论提出相应的补充方程式，即各种湍流模型。一般按照所用湍流量偏微分方程的物理含义或者数量进行区分，分别称为梅罗尔—赫林方法和雷诺方法。而后者又将湍流模型分成四类。（1）零方程模型；（2）一方程模型；（3）二方程模型；（4）应力方程模型。下面就对这些模型进行简单的描述。 二、湍流模型简介 1、零方程模型 最初的湍流模型只考虑了一阶湍流计算统计量的动力学微分方程，即平均方程，没有引进高阶统计量的微分方程，因而称之为一阶封闭模式或零方程模型。零方程模型又称为代数模型，代数模型又可以分成以下几种模型：（1）Cebeci —Smith 模型，（2）Baldwin—Lomax 模型，（3）Johnson—King 模型。 其中，B-L与C-S模型的不同之处在于外层湍流粘性系数取法不同。后者适用于湍流边界层，而前者则可用于 N-S方程的计算。此两模型已在工程计算中

【完整版】理论与应用力学毕业设计

理论与应用力学 学科：理学 门类：力学 专业名称：理论与应用力学 业务培养目标：本专业培养掌握力学的基本理论、基本知识和基本技能，能在力学及相关科学领域从事科研、教学、技术和管理工作的高级专门人才。 业务培养要求：本专业学生主要学习必需的数学、物理的基础知识，学习力学基础理论及某一专业方向的专门知识，加强实验能力和计算机应用能力的训练，注意培养理论分析能力和力学应用的能力。受到科学研究和工程技术应用的初步训练，具有良好的科学素养。 毕业生应获得以下几方面的知识和能力： 1．掌握数学、物理的基础知识，具有较强的分析和演算能力； 2．掌握系统的力学基本理论知识，初步掌握力学的基本实验技能和实验分析方法；掌握一定的工程背景知识，初步学会建立简单力学模型的方法； 3．了解相近专业的一般原理和知识； 4．对本专业范围内科学技术的新发展有所了解； 5．了解国家科技、产业政策、知识产权等有关政策和法规； 6．掌握资料查询、文献检索以及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法；具有一定的实验设计，创造实验条件、归纳、整理、分析实验结果，撰写论文，参与学术交流的能力。 主干学科：力学 主要课程：数学分析、高等代数、数学物理方法、计算方法、程序设计、普通物理学、理论力学、材料力学、弹性力学、流体力学等。 主要实践性教学环节：包括生产实习、科研训练或毕业论文(设计)等，一般安排10--20周。 修业年限：四年 授予学位：理学或工学学士 理论与应用力学复旦大学637637河南理科2009本科一批 理论与应用力学中山大学626627河南理科2009本科一批 理论与应用力学哈尔滨工业大学622622河南理科2009本科一批 理论与应用力学吉林大学619623河南理科2009本科提前批 理论与应用力学西北工业大学601610河南理科2009本科一批 理论与应用力学兰州大学599604河南理科2009本科一批 理论与应用力学辽宁工程技术大学586603河南理科2009本科一批 理论与应用力学兰州理工大学552552河南理科2009本科二批 理论与应用力学内蒙古工业大学543567河南理科2009本科二批 10理论与应用力学河南理工大学539553河南理科2009本科二批

计算流体力学常用数值方法简介[1]

计算流体力学常用数值方法简介 李志印　熊小辉　吴家鸣 (华南理工大学交通学院) 关键词　计算流体力学　数值计算 一　前　言 任何流体运动的动力学特征都是由质量守恒、动量守恒和能量守恒定律所确定的,这些基本定律可以由流体流动的控制方程组来描述。利用数值方法通过计算机求解描述流体运动的控制方程,揭示流体运动的物理规律,研究流体运动的时一空物理特征,这样的学科称为计算流体力学。 计算流体力学是一门由多领域交叉而形成的一门应用基础学科,它涉及流体力学理论、计算机技术、偏微分方程的数学理论、数值方法等学科。一般认为计算流体力学是从20世纪60年代中后期逐步发展起来的,大致经历了四个发展阶段:无粘性线性、无粘性非线性、雷诺平均的N-S方程以及完全的N-S方程。随着计算机技术、网络技术、计算方法和后处理技术的迅速发展,利用计算流体力学解决流动问题的能力越来越高,现在许多复杂的流动问题可以通过数值计算手段进行分析并给出相应的结果。 经过40年来的发展,计算流体力学己经成为一种有力的数值实验与设计手段,在许多工业领域如航天航空、汽车、船舶等部门解决了大量的工程设计实际问题,其中在航天航空领域所取得的成绩尤为显著。现在人们已经可以利用计算流体力学方法来设计飞机的外形,确定其气动载荷,从而有效地提高了设计效率,减少了风洞试验次数,大大地降低了设计成本。此外,计算流体力学也己经大量应用于大气、生态环境、车辆工程、船舶工程、传热以及工业中的化学反应等各个领域,显示了计算流体力学强大的生命力。 随着计算机技术的发展和所需要解决的工程问题的复杂性的增加,计算流体力学也己经发展成为以数值手段求解流体力学物理模型、分析其流动机理为主线,包括计算机技术、计算方法、网格技术和可视化后处理技术等多种技术的综合体。目前计算流体力学主要向二个方向发展:一方面是研究流动非定常稳定性以及湍流流动机理,开展高精度、高分辩率的计算方法和并行算法等的流动机理与算法研究;另一方面是将计算流体力学直接应用于模拟各种实际流动,解决工业生产中的各种问题。 二　计算流体力学常用数值方法 流体力学数值方法有很多种,其数学原理各不相同,但有二点是所有方法都具备的,即离散化和代数化。总的来说其基本思想是:将原来连续的求解区域划分成网格或单元子区

流体力学知识点大全

流体力学-笔记参考书籍： 《全美经典-流体动力学》 《流体力学》张兆顺、崔桂香 《流体力学》吴望一 《一维不定常流》 《流体力学》课件清华大学王亮主讲 目录： 第一章绪论 第二章流体静力学 第三章流体运动的数学模型 第四章量纲分析和相似性 第五章粘性流体和边界层流动 第六章不可压缩势流 第七章一维可压缩流动 第八章二维可压缩流动气体动力学 第九章不可压缩湍流流动 第十章高超声速边界层流动 第十一章磁流体动力学 第十二章非牛顿流体 第十三章波动和稳定性

第一章 绪论 1、牛顿流体： 剪应力和速度梯度之间的关系式称为牛顿关系式，遵守牛顿关系式的流体是牛顿流体。 2、理想流体：无粘流体，流体切应力为零，并且没有湍流？。此时，流体内部没有内摩擦，也就没有内耗散和损失。 层流：纯粘性流体，流体分层，流速比较小； 湍流：随着流速增加，流线摆动，称过渡流，流速再增加，出现漩涡，混合。因 为流速增加导致层流出现不稳定性。 定常流：在空间的任何点，流动中的速度分量和热力学参量都不随时间改变， 3、欧拉描述：空间点的坐标； 拉格朗日：质点的坐标； 4、流体的粘性引起剪切力，进而导致耗散。 5、无黏流体—无摩擦—流动不分离—无尾迹。 6、流体的特性：连续性、易流动性、压缩性 不可压缩流体：0D Dt ρ= const ρ=是针对流体中的同一质点在不同时刻保持不变，即不可压缩流体的密度在任何时刻都保持不变。是一个过程方程。 7、流体的几种线 流线：是速度场的向量线，是指在欧拉速度场的描述； 同一时刻、不同质点连接起来的速度场向量线； (),0dr U x t dr U ??=

迹线：流体质点的运动轨迹，是流体质点运动的几何描述； 同一质点在不同时刻的位移曲线； 涡线：涡量场的向量线，(),,0U dr x t dr ωωω=????= 涡线的切线和当地的涡量或准刚体角速度重合，所以，涡线是流体微团 准刚体转动方向的连线，形象的说：涡线像一根柔性轴把微团穿在一起。 第二章流体静力学 1、压强：0lim A F dF p A dA ?→?==? 静止流场中一点的应力状态只有压力。 2、流体的平衡状态： 1）、流体的每个质点都处于静止状态，==整个系统无加速度； 2）、质点相互之间都没有相对运动，==整个系统都可以有加速度； 由于流体质点之间都没有相对运动，导致剪应力处处为零，故只有： 体积力(重力、磁场力)和表面力(压强和剪切力)存在。 3、表面张力：两种不可混合的流体之间的分界面是曲面，则在曲面两边存在一 个压强差。 4、正压流场：流体中的密度只是压力(压强)的单值函数。() dp p ρ? 5、涡量不生不灭定理 拉格朗日定理：理想正压流体在势力场中运动时，如某一时刻连续流场无旋，则 流场始终无旋。0,,ndA U ωω?==??? 有斯托克斯公式得：00,A l U x ndA δωΓ=?=?=??

(讲稿)毕业设计论文指之国内外设计研究现状的写法和范文

[讲稿]毕业论文指之国内外研究现状的写法与范文 毕业论文指之“国内外研究现状”的撰写 一、写国内外研究现状的意义 通过写国内外研究现状，考察学生对自己课题目前研究范围和深度的理 解与把握，间接考察学生是否阅读了一定的参考文献。这不仅是毕业论文 撰写不可缺少的组成部分，而而且是为了让学生了解相关领域理论研究前沿，从而开拓思路，在他人成果的基础上展开更加深入的研究，避免不必 要的重复劳动或避免研究重复。 二、国内外研究现状写法 在撰写之前，要先把从网络上和图书馆收集和阅读过的与所写毕业论文 选题有关的专著和论文中的主要观点归类整理，找出课题的研究开始、发 展和现在研究的主要方向，并从中选择最具有代表性的作者。 1. 在写毕业论文时，简写课题的研究开始、发展和现在研究的主要方向， 最重要的是对一些现行的研究主要观点进行概要阐述，并指明具有代表 性的作者和其发表观点的年份。 2. 再者简单撰写国内外研究现状评述研究的不足之处，可分技术不足和研 究不足。即还有哪方面没有涉及，是否有研究空白;或者研究不深入; 还有哪些理论或技术问题没有解决;或者在研究方法上还有什么缺陷等 等。 3. 最后简略介绍发展趋势。 三、写国内外研究现状应注意的问题 1.注意写的是把研究现状，而不是写课题物本身现状，重要体现研究。例如，写算法的可视化研究现状，应该写有哪些专著或论文、哪位作者、有什

么观点等;而不是大量算法的可视化研究何时产生、有哪些交易品种、 如何演变，此只需一笔带过，也是对研究的一种把握。 2.要写最新研究成果和历史意义重大的研究成功，主要写最新成果。 3(不要写得太少或写的太多。如果写的少，说明你查阅的材料少;如果太 多则说明你没有归纳，只是机械的罗列。一般2-3 页A4 纸即可。 4.如果没有与毕业论文选题直接相关的文献，就选择一些与毕业论文选题比较靠近的内容来写。多从网络上找资料，学习和练习。 “国内外研究现状”的撰写范文 在计算机图形学领域，三维可视化是一个重要的研究方向，许多研 究人员己经进行了大量卓有成效的研究，并有许多成熟的技术己经应用 到实际中，出现了大量的优秀的可视化软件产品，如3DMAX、MAYA、EVS、AVS 等。这些产品主要应用于游戏、电影动画、工业设计以及其它专业领域的研究，而与GIS 联系较少。 可视化理论与技术用于地图学与GIS 始于90 年代初。1993 年，国际 地图学协会(ICA)在德国科隆召开的第16 届学术讨论会上宣告成立可视化委员会(CommissionOnVisualization),其主要任务是定期交流可视化技术在地图学领域中的发展状况和研究热点，并加强与计算机领域的协作。1996 年该委员会与美国计算机协会图形学专业组(ACMSIGGAPH)进行了跨 学科的协作，制订了一项称为“CartoProiect"的行动计划，旨在探索计算机图形学领域的理论和技术如何有效地应用于空间数据可视化中，同时 也探讨怎样从地图学的观点和方法来促进计算机图形学的发展。1998 年 2 月由B(H(Mccormick 等根据美国国家科学基金会召开的“科学计算可 视化研讨会"的内容撰写的一份报告中正式提出了“科学计算可视化

计算流体力学软件Fluent在烟气脱硫中的应用

计算流体力学软件Fluent在烟气脱硫中的应用 ０引言 污染最为有效的方法之一，而石灰石—石膏湿烟气脱硫是目前能大规模控制燃煤造成ＳＯ ２ 法脱硫技术以其脱硫效率高、吸收剂来源丰富、成本低廉、技术成熟和运行可靠等优点获得广泛应用．从气液两相流体力学和化学反应动力学的观点看，脱硫吸收塔内流体流动的目的是强化气液两相的混合和质量传递、延长气液两相在塔内的接触时间、增大气液两相的接触面积并尽量减小吸收塔的阻力．合理的塔内流场分布对提高脱硫效率、降低脱硫投资和运行成本都具有重要意义． 目前，国内外对烟气脱硫吸收塔进行大量研究，主要采用实验方法，如研究塔的阻力特性、液滴运动速度沿塔高变化和ＴＣＡ塔内温度场分布等，这些研究对指导工业应用具有重要意义，但其结果往往只针对特定的设备或结构，具有较大的局限性．随着计算机技术的迅速发展，计算流体力学（ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＦｌｕｉｄＤｙｎａｍｉｃ，ＣＦＤ）已成为研究三维流动的重要方法：周山明等［４］利用ＦＬＵＥＮＴ计算空塔和喷淋状态下的塔热态流场，结果表明脱硫吸收塔入口处流场变化最剧烈、压降损失最大，并根据计算结果改造来流烟道；孙克勤等采用混合网格和随机颗粒生成模型对烟气脱硫吸收塔的热态流场进行数值模拟；郭瑞堂等采用ＦＬＵＥＮＴ结合非稳态反应传质－反应理论对湿法脱硫液柱冲的吸收进行数值模拟． 击塔内的流场和ＳＯ ２ 本文尝试应用ＦＬＵＥＮＴ对某脱硫吸收塔内烟气脱硫过程进行初步数值模拟，通过对内部流场进行分析验证本文模拟的合理性，进而对脱硫过程中脱硫吸收塔内是否存在湿壁现象进行深入分析研究． １基于ＲＡＮＳ求解器的ＣＦＤ数值模拟 方法 １．１控制方程 时均的不可压缩连续性方程和Ｎ Ｓ方程 （ＲＡＮＳ方程）如下： １．２湍流模型和多相流模型

47全国自考流体力学知识点汇总

3347流体力学全国自考 第一章绪论 1、液体和气体统称流体，流体的基本特性是具有流动性。流动性是区别固体和流体的力学特性。 2、连续介质假设：把流体当作是由密集质点构成的、内部无空隙的连续踢来研究。 3、流体力学的研究方法：理论、数值和实验。 4、表面力：通过直接接触，作用在所取流体表面上的力。 5、质量力：作用在所取流体体积内每个质点上的力，因力的大小与流体的质量成比例，故称质量力。重力是最常见的质量力。 6、与流体运动有关的主要物理性质：惯性、粘性和压缩性。 7、惯性：物体保持原有运动状态的性质；改变物体的运功状态，都必须客服惯性的作用。 8、粘性：流体在运动过程中出现阻力，产生机械能损失的根源。粘性是流体的内摩擦特性。粘性又可定义为阻抗剪切变形速度的特性。 9、动力粘度：是流体粘性大小的度量，其值越大，流体越粘，流动性越差。 10、液体的粘度随温度的升高而减小，气体的粘度随温度的升高而增大。 11、压缩性：流体受压，分子间距离减小，体积缩小的性质。 12、膨胀性：流体受热，分子间距离增大，体积膨胀的性质。 13、不可压缩流体：流体的每个质点在运动过程中，密度不变化的流体。 14、气体的粘度不受压强影响，液体的粘度受压强影响也很小。 第二章流体静力学 1、精致流体中的应力具有一下两个特性： 应力的方向沿作用面的内法线方向。 静压强的大小与作用面方位无关。 2、等压面：流体中压强相等的空间点构成的面；等压面与质量力正交。 3、绝对压强是以没有气体分子存在的完全真空为基准起算的压强、 4、相对压强是以当地大气压强为基准起算的压强。 5、真空度：若绝对压强小于当地大气压，相对压强便是负值，有才呢个·又称负压，这种状态用真空度来度量。 6、工业用的各种压力表，因测量元件处于大气压作用之下，测得的压强是改点的绝对压强超过当地大气压的值，乃是相对压强。因此，先跪压强又称为表压强或计示压强。 7、z+p/ρg=C: z为某点在基准面以上的高度,可以直接测量,称为位置高度或位置水头.。 p/ρg=h p，称为测压管高度或压强水头,其物理意义是单位重量的液体具有的压强势能,简称压能。 z+p/ρg称为测压管水头，是单位重量液体具有的总势能，其物理意义是静止液体中各点单位重量液体具有的总势能相等。 第三章流体动力学基础 1、描述流体运动的两种方法：拉格朗日法和欧拉法。 2、拉格朗日法：从整个流体运动是无数个质点运动的综合出发，以个别质点为观察对象来描述，再讲每个质点的运动情况汇总起来，就描述了流体的整个流动。 3、欧拉法：以流体运动的空间点作为观察对象，观察不同时刻各空间点上流体质点的运动，再将每个时刻的情况汇总起来，就描述了整个运动。

流体力学综述

流体力学综述 奇妙的流体力学：流体力学是研究流体在受到一系列力和边界条件作用时流体的运动和内部应力的科学。生活中我们与流体力学息息相关，很多貌似很奇怪、很难理解的现象，如河流中沙丘的形成、浴帘效应、杯中水的涡旋等现象，都可以用流体力学的只是来解释 流体力学的特点： 1、研究对象范围广：大到宇宙中的天体星云，小到人体内的毛细血管大气运动、沙漠迁移、河流泥沙运动、管道中煤粉输送、化工中气体催化剂的运动海水运动(包括波浪、潮汐、中尺度涡旋、环流等)乃至地球深处熔浆的流动，都属于流体力学的研究范畴。 2、研究历史悠久：流体力学是在人类同自然界作斗争和在生产实践中逐步发展起来的。公元前2000余年中国有大禹治水疏通江河的传说；秦朝李冰父子带领劳动人民修建的都江堰，至今还在发挥着作用；大约与此同时，古罗马人建成了大规模的供水管道系统等等，这都是人们对于自然的探索与改造。箭弩的发明反映了原始人对箭头的流线型降低摩阻及尾翅的稳定性问题的探索。 3、对整个自然科学贡献大：流体力学为自然科学的研究提供里一个完整的体系，并且对整个自然科学的一些根本性的东西产生了重要的影响。作为与量子力学、相对论相齐名的一个重大科学理论，混沌理论自产生以来产生的巨大影响同时也被广泛应用于各领域。 流体力学的研究内容： 1、流体静力学：主要研究流体处于静止状态时的力和平衡关系。 ? 浮力规律的探讨—阿基米德（十七世纪以前） 对流体力学学科的形成作出第一个贡献的是古希腊的阿基米德，静力学和流体静力学的奠基人，他建立了包括物理浮力定律和浮体稳定性在内的液体平衡理论，奠定了流体静力学的基础。他的著作《论浮体》相当详细地讨论了正回旋抛物体在流体中的稳定性，研究了不同的高与底的比、具有不同的比重及在流体中处于不同位置时这种立体的性态。 ? 帕斯卡原理（静压传递原理）（1651-1654） 其基本内容是加在密闭液体任何一部分上 const 2g 2 =+g v p ρ 的压强，必然按照其原来的大小由液体向各个方向传递。帕斯卡的著作《论液体的平衡和空气的重力》代表了十七世纪力学发展的里程碑。静压传递原理是液压与气压传动的基础，在液压千斤顶、液压机等机械上有非常广泛的应用。 F1／F2（F 为施加的力）＝S2／S2（S 指大小活塞的面积） 2、 理想流体的运动学和动力学 ：流体动力学中主要研究无粘性不可压缩流体在绕过物体时的流动和管内流动规律的一个分支，又称经典流体动力学。这一学科分支的任务是求解流场中的速度、压力分布和物体受力。它忽略了真实流体的粘性和压缩性，也不考虑表面张力，从而大大简化了复杂的流体动力学问题，故常作为近似处理许多工程问题的依据。 牛顿、伯努利、欧拉、拉格朗日、拉普拉斯、纳维、柯西、泊松、圣维南、斯托克斯、雷诺等科学家对流体力学的发展都做出了巨大贡献。 ? 牛顿-站在巨人的肩上：他的著作《自然哲学的数学原理》发表于1687年，牛顿内摩擦定律-第一个系统研究流体力学的人。他所研究的流体我们定义为“牛顿流体”，是指在受力

流体力学l论文

流体力学原理在煤矿通风系统分析与风机选择中的应用 院系 专业 班级 姓名 学号 指导教师

流体力学原理在煤矿通风系统分析与风机选择中的应用 摘要矿井的通风就是流体在井下巷道中的流动，通过应用流体力学原理同时结合煤矿井下的环境。针对各巷道的特点对局部阻力成因进行分析，对各种参数进行计算，用科学的方式选择合理的通风方式和通风设备，同时得出解决井下通风过程中出现的一系列的问题的方法。 关键词流体力学参数计算通风设备涡漩 由于煤矿井下在生产的过程中会产生有毒、有害、有爆炸性的气体、粉尘等物质，但为了保证工作场所人员的安全、健康的工作《煤矿安全规程》规定这些气体、粉尘不得超过规定值。基于此就需要对井下各工作地点创造良好的通风环境，保证有足够的新鲜空气，使气温适宜。煤矿井下巷道风流运动过程中。由于巷道两帮条件的变化。均匀流在局部地区受到局部阻力物（如巷道断面突然变化、风流分叉与交汇、巷道转弯等）的影响而破坏，引起风流流速的大小、方向或分布的变化，产生涡漩等．造成风流的能量损失，同时又有可能引起瓦斯等有害气体的积聚，从而给安全带来隐患。为了解决这些问题就需要对矿井的通风过程中的一些参数进行计算选择合理的通风方式和通风设备就显得尤为重要。矿井局部通风机是煤矿采掘中不可缺少的通风安全设备，其性能特性的优劣直接与煤矿生产安全紧密相关。从流体力学原理出发．以风机为例，给出合理选择风机的科学依据和方法，这对实现节能、安全、高效生产具有积极意义。 1 煤矿井下风流流动状态 风流在同一巷道中，因流速的不同，形成质不同的流动状态。通过实验表明，流体在直巷内流动时，在一般情况下，当Re < 2000-3000流体状态为层流,当Re > 4000时流动状态为紊流，在Re = 2000-4000的区域内时，流动状态可能能是层流．也可能是紊流。随着巷道的粗糙程度，风流根据进入巷道的情况等外部条件而定。而层流流动时，只存在南黏性引起的各流层间的滑动摩擦力；紊流流动时，则有大小不同的涡体动荡于各流层之间，除了黏性阻力外，还存在由于质点掺混、互相碰撞所造成的惯性阻力。 巷道风流流态与巷道平均风速、断面及巷道周界长有关，具体表示为： 根据此公式可以计算出风流在巷道中的流动状态。 2 巷道通风阻力流体力学原理 2.1局部阻力的分析

计算流体力学的发展及应用

计算流体力学的发展及应用 计算流体力学的发展： 20世纪30年代，由于飞机工业的需要、要求用流体力学理论来了解和指导飞机设计，当时由于飞行速度很低，可以忽略粘性和旋涡，因此流动的模型为拉普拉斯方程，研究工作的重点是椭圆型方程的数值解。利用复变函数理论和解的迭加方法来求解析解。随着飞机外形设计越来越复杂，出现了求解奇异边界积分方程的方法。以后为了考虑粘性效应，有了边界层方程的数值计算方法，并发展成以位势方程为外流方程，与内流边界层方程相结合，通过迭代求解粘性干扰流场的计算方法。同一时期许多数学家研究了偏微分方程的数学理论，Courant，Fredric等人研究了偏微分方程的基本特性、数学提法的适定性、物理波的传播特性等问题，发展了双曲型偏微分方程理论。以后，Courant，Fredric，Lowy等人发表了经典论文，证明了连续的椭圆型、抛物型和双曲型方程组解的存在性和唯一性定理，并针对线性方程的初值问题，首先将偏微分方程离散化，然后证明了离散系统收敛到连续系统，最后利用代数方法确定了差分解的存在性；他们还给出了著名的稳定性判别条件：CFL条件。这些工作是差分方法的数学理论基础。20世纪40年代，V onNeumann，Richmyer，Hopf，Lax和其他一些学者建立了非线性双曲型方程守恒定律的数值方法理论，为含有激波的气体流动数值模拟打下了理论基础。

在20世纪50年代，仅采用当时流体力学的方法，研究比较复杂的非线性流动现象是不够的，特别是不能满足高速发展起来的宇航飞行器绕流流场特性研究的需要。针对这种情况，一些学者开始将基于双曲型方程数学理论基础的时问相关方法用于求解宇航飞行器的气体的定常绕流场问题，这种方法虽然要求花费更多的计算机时，但因数学提法适定，又有较好的理论基础，且能模拟流体运动的非定常过程，所以在60年代这是应用范围较广的一般方法。以后由Lax、Kais和其他著者给出的非定常偏微分方程差分逼近的稳定性理论，进一步促进了时间相关方法。当时还出现了一些针对具体问题发展起来的特殊算法。 进人2O世纪80年代以后，计算机硬件技术有了突飞猛进的发展，计算机逐渐进人人们的实践活动范围。随着计算方法的不断改进和数值分析理论的发展高精度模拟已不再是天方夜谭。同时随着人类生产实践活动的不断发展，科学技术的日新月异，一大批高新技术产业对计算流体力学提出了新的要求，同时也为计算流体力学的发展提供了新的机遇。实践与理论的不断互动，形成计算流体力学的新热点、新动力，从而推动计算流体力学不断向前发展。首先，在计算模型方面，又提出了一些新的模型，如新的大涡模拟模型、考虑壁面曲率等效应的新的湍流模式、新的多相流模式、新的飞行器气动分析与热结构的一体化模型等这就使得计算流体力学的计算模型由最初的Euler和Ⅳ—s方程，扩展到包括湍流、两相流、化学非平衡、太阳风等问题研究模型

计算流体动力学和动态耦合热力学毕业论文中英文资料外文翻译文献

计算流体动力学和动态耦合热力学软件 在顶吹转炉中的应用 Mikael ERSSON, Lars H?GLUND, Anders TILLIANDER, Lage JONSSON and P?r J?NSSON 应用程序冶金部，皇家技术学院（KTH） SE-10044，瑞典首都斯德哥尔摩。 （2007年11月8日收到，2007年12月10日接受） 一种新的建模方法被提出，这种建模方法是使用计算流体力学软件相连结热力学数据库以获取动态模拟冶金过程的现象。这种建模方法已被应用在一个基本的氧气顶吹转炉模型。通过各种气体之间的反应研究。结果表明,大量的表面气体的流通是完全受对流控制的。此外，在这个过程中大量产生的CO脱碳可能会放慢从浴缸喷出的液滴的脱碳率。在目前的模拟反映实验室的实验条件下，这点也被证实在这个过程中所产生的炉渣（FeO和/或SiO2）接近于零，即只产生的气体（二氧化碳CO2）就好比是氧气射流击中钢液。它也说明如何从几秒钟的采样推算脱碳速度，只要是含碳量足够的高可以在后期的时候做含碳量的模拟，从而得到的碳含量的粗略估计。总的结论是，通过Thermo-Calc的数据库和CFD软件的动态耦合来达到冶金动态模拟是有可能的。 关键词：转炉;计算流体力学，热力学建模;炉渣和动态模拟。 介绍 在许多涉及氧气喷射撞击到钢液面的冶金过程中，为了优化涉及动力学的部分，如脱碳，底层流体动力学是需要的。现在对于这个问题已经几个实验报告和一些数值或计算流体动力学（CFD）的报告。Szekely and Asai已经介绍了一种将液体的冲击射流表面的计算模型。Ngyen and Evans通过使用这种方法计算溶池喷嘴直径比液体表面所造成变形的冲击射流的影响，张等人模仿了一种同时使用顶吹和底吹复合吹炼的情况。Odenthal等人展示了一种顶吹转炉

计算流体力学_CFD_的通用软件_翟建华

第26卷第2期河北科技大学学报Vol.26,No.2 2005年6月Journal of Hebei University of Science and T echnology June2005 文章编号:100821542(2005)022******* 计算流体力学(CFD)的通用软件 翟建华 (河北科技大学国际交流与合作处,河北石家庄050018) 摘要:对化学工程领域中的通用CFD(Computational Fluid Dynamics)模拟软件Phoenics,Flu2 ent,CFX等的具体特点和应用情况进行了综述,指出了他们各自的结构特点、特有模块、包含的数学模型和成功应用领域;给出了选用CFD软件平台的7项准则,对今后CFD技术的发展进行了预测,指出,今后CFD研究的主要方向将集中在数学模型开发、工程改造和新设备开发及与工艺软件的匹配连用等方面。 关键词:计算流体力学;模拟软件;CFX;FLUENT;PH OENICS 中图分类号:T Q015.9文献标识码:A Review of commercial CFD software ZH AI Jian2hua (Department of Int ernation Exchange and Cooperation,H ebei University of Science and Technology,Shijiazhuang H ebei 050018,China) Abstr act:The paper summar izes the features and application of the CF D simulation software like Phoenics,F luent and CFX etc in chemical engineering,and discusses their str ucture features,special modules,mathematical models and successful application areas.It also puts forward seven r ules for the good choice of commercial CF D code for the CF D simulation resea rcher s.Based on t he predict ion of the technology development,it points out the possible r esear ch direction for CF D in the future will focus on the development of mathematical model,project transformat ion,new equipment and their matching application with technologi2 cal softwa re. Key words:CF D;simulation software;CF X;FLUENT;P HOENICS CFD(Computational Fluid Dynamics)软件是计算流体力学软件的简称,是用来进行流场分析、计算、预测的专用工具。通过CFD模拟,可以分析并且显示流体流动过程中发生的现象,及时预测流体在模拟区域的流动性能,并通过各种参数改变,得到相应过程的最佳设计参数。CFD的数值模拟,能使我们更加深刻地理解问题产生的机理,为实验提供指导,节省以往实验所需的人力、物力和时间,并对实验结果整理和规律发现起到指导作用。随着计算机软硬件技术的发展和数值计算方法的日趋成熟,出现了基于现有流动理论的商用CFD软件。这使许多不擅长CFD工作的其他专业研究人员能够轻松地进行流体数值计算,从而使研究人员从编制繁杂、重复性的程序中解放出来,以更多的精力投入到研究问题的物理本质、问题提法、边界(初值)条件和计算结果的合理解释等重要方面上,充分发挥商用CFD软件开发人员和其他专业研究人员各自的智力优势,为解决实际工程问题开辟了道路。 CFD研究走过了相当漫长的过程。早期数值模拟阶段,由于缺乏模拟工具,研究者一般根据自身工作性质和研究过程,自行编制模拟程序,其优点是针对性强,对具体问题的解决有一定精度,但是,带来的问题 收稿日期:2004208221;修回日期:2004211221;责任编辑:张军 作者简介:翟建华(19642),男,河北平乡人,教授,主要从事化工CFD、高效传质与分离和精细化工方面的研究。