研究生CFD课程讲稿(2004)1--南航.ppt
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1、计算流体力学计算流体力学Computational Fluid Dynamics-研究生课程讲稿研究生课程讲稿研究生课程讲稿研究生课程讲稿.2004-.2004-黄国平黄国平南京航空航天大学南京航空航天大学南京航空航天大学南京航空航天大学.二院二院二院二院计算流体力学课程简介计算流体力学课程简介第一章第一章第一章第一章 CFDCFDCFDCFD绪论绪论绪论绪论 第二章第二章第二章第二章 流体动力学基本方程流体动力学基本方程流体动力学基本方程流体动力学基本方程 第三章第三章第三章第三章 数值离散基础数值离散基础数值离散基础数值离散基础 第四章第四章第四章第四章 网格生成技术网格生成技术网格生成技
2、术网格生成技术第五章第五章第五章第五章 时间推进的时间推进的时间推进的时间推进的EulerEulerEulerEuler/N-S/N-S/N-S/N-S方程组数值解法方程组数值解法方程组数值解法方程组数值解法第六章第六章第六章第六章 不可压缩不可压缩不可压缩不可压缩N-SN-S方程数值解法方程数值解法方程数值解法方程数值解法第七章第七章第七章第七章 其他常用计算流体力学方法介绍其他常用计算流体力学方法介绍其他常用计算流体力学方法介绍其他常用计算流体力学方法介绍 南京航空航天大学 目录本讲11.1.1.1.1计算流体力学概述计算流体力学概述计算流体力学概述计算流体力学概述什么是什么是CFD(Wh
3、at)?为什么需要为什么需要CFD(Why)?1.21.21.21.2计算流体力学的发展计算流体力学的发展计算流体力学的发展计算流体力学的发展CFD产生及发展历程产生及发展历程 1.31.31.31.3计算流体力学中的应用计算流体力学中的应用计算流体力学中的应用计算流体力学中的应用CFD用在什么地方(用在什么地方(Where)?1.4 1.4 1.4 1.4 计算流体力学的形象理解和关键问题计算流体力学的形象理解和关键问题计算流体力学的形象理解和关键问题计算流体力学的形象理解和关键问题 CFD计算的物理对象计算的物理对象数学模型数学模型数值解法数值解法CFD主要工作流程主要工作流程第一章,第一
4、章,CFD绪论绪论 南京航空航天大学 1.1 1.1 计算流体力学概述计算流体力学概述计算流体力学概述计算流体力学概述1.(What)什么是什么是CFD?CFD即计算流体力学即计算流体力学流体力学分支,流体力学分支,Computational Fluid Dynamics,CFD理论分析流体力学(理论分析流体力学(Analytical Fluid Dynamics,AFD)实验流体力学(实验流体力学(Experimental Fluid Dynamics,EFD)CFD已随计算机技术的发展而变得越来越重要。已随计算机技术的发展而变得越来越重要。CFD是利用计算机模拟真实流动现象是利用计算机模拟
5、真实流动现象流体在一定的空间区域连续流动流体在一定的空间区域连续流动 将该区域离散为细小的网格单元将该区域离散为细小的网格单元在这些单元内求解描述流动规律的数学方程在这些单元内求解描述流动规律的数学方程采用可视化技术等分析计算得到的流场采用可视化技术等分析计算得到的流场目录本讲第一章,第一章,CFD绪论绪论 南京航空航天大学 1.1 1.1 计算流体力学概述计算流体力学概述计算流体力学概述计算流体力学概述2.(Why)为什么需要为什么需要CFD?理论分析(理论分析(AFD)可解决的问题非常有限制可解决的问题非常有限制描述流体运动的偏微分方程数学特性非常复杂,迄今为止只有描述流体运动的偏微分方程
6、数学特性非常复杂,迄今为止只有很少数很简单的流动用很少数很简单的流动用AFD获得了结果获得了结果CFD与实验研究(与实验研究(EFD)相比有独特的优势相比有独特的优势不需要实验模型、风洞等,可节省大量的时间和经费不需要实验模型、风洞等,可节省大量的时间和经费可以获得远比实验数据丰富、直观的三维流场结果可以获得远比实验数据丰富、直观的三维流场结果可以模拟许多难以进行实验的流动问题可以模拟许多难以进行实验的流动问题能实现计算机的能实现计算机的“虚拟虚拟”设计设计/分析,一定程度代替制造和测分析,一定程度代替制造和测试试能认识和探索许多新的流动问题能认识和探索许多新的流动问题CFD技术已有较高的水平
7、,并在发展;同时计算机运算能力每技术已有较高的水平,并在发展;同时计算机运算能力每3年提高一倍,两者结合使年提高一倍,两者结合使CFD的作用越来越强。的作用越来越强。目录本讲第一章,第一章,CFD绪论绪论 南京航空航天大学 1.2 1.2 计算流体力学的发展计算流体力学的发展计算流体力学的发展计算流体力学的发展CFD技术产生晚,发展快,地位越来越重要技术产生晚,发展快,地位越来越重要20世纪初开始的理论基础研究世纪初开始的理论基础研究松弛迭代、松弛迭代、CFL条件、条件、Lax定理等定理等6070年代初步形成数值计算能力,无粘线性问题计算年代初步形成数值计算能力,无粘线性问题计算面元法,用于飞
8、机和汽车工业面元法,用于飞机和汽车工业7080年代实现了无粘非线性问题的计算年代实现了无粘非线性问题的计算全速势方程计算,激波装配法,不可压全速势方程计算,激波装配法,不可压N-S方程计算方程计算8090年代取得了年代取得了Euler/N-S方程计算突破方程计算突破TVD、MUSCL等高分辨率格式,时间推进的有限体积法等高分辨率格式,时间推进的有限体积法90年代至今,年代至今,CFD技术继续发展技术继续发展ENO格式、大涡模拟、直接数值模拟格式、大涡模拟、直接数值模拟目录本讲第一章,第一章,CFD绪论绪论 南京航空航天大学 1.3 1.3 计算流体力学中的应用计算流体力学中的应用计算流体力学中
9、的应用计算流体力学中的应用(Where)?可用于非常广泛的涉及流体运动的领域?可用于非常广泛的涉及流体运动的领域航空航天航空航天天气预测天气预测舰船设计舰船设计汽车工业汽车工业能源工程能源工程化学工业化学工业生物工程生物工程体育竞赛体育竞赛F-18战斗机X-43高超音速飞机目录本讲第一章,第一章,CFD绪论绪论 南京航空航天大学 1.3 1.3 计算流体力学中的应用计算流体力学中的应用计算流体力学中的应用计算流体力学中的应用(Where)?可用于非常广泛的涉及流体运动的领域?可用于非常广泛的涉及流体运动的领域航空航天航空航天天气预测天气预测舰船设计舰船设计汽车工业汽车工业能源工程能源工程化学工
10、业化学工业生物工程生物工程体育竞赛体育竞赛 23/1/1999 美国风暴的卫星照片和预测图象目录本讲第一章,第一章,CFD绪论绪论 南京航空航天大学 1.3 1.3 计算流体力学中的应用计算流体力学中的应用计算流体力学中的应用计算流体力学中的应用(Where)?可用于非常广泛的涉及流体运动的领域?可用于非常广泛的涉及流体运动的领域航空航天航空航天天气预测天气预测舰船设计舰船设计汽车工业汽车工业能源工程能源工程化学工业化学工业生物工程生物工程体育竞赛体育竞赛舰船绕流的CFD模拟目录本讲第一章,第一章,CFD绪论绪论 南京航空航天大学 1.3 1.3 计算流体力学中的应用计算流体力学中的应用计算流
11、体力学中的应用计算流体力学中的应用(Where)?可用于非常广泛的涉及流体运动的领域?可用于非常广泛的涉及流体运动的领域航空航天航空航天天气预测天气预测舰船设计舰船设计汽车工业汽车工业能源工程能源工程化学工业化学工业生物工程生物工程体育竞赛体育竞赛CFD得到的汽车车身压力分布和气流流线目录本讲第一章,第一章,CFD绪论绪论 南京航空航天大学 1.3 1.3 计算流体力学中的应用计算流体力学中的应用计算流体力学中的应用计算流体力学中的应用(Where)?可用于非常广泛的涉及流体运动的领域?可用于非常广泛的涉及流体运动的领域航空航天航空航天天气预测天气预测舰船设计舰船设计汽车工业汽车工业能源工程能
12、源工程化学工业化学工业生物工程生物工程体育竞赛体育竞赛水力发电和火电站的流动问题CFD模拟目录本讲第一章,第一章,CFD绪论绪论 南京航空航天大学 1.3 1.3 计算流体力学中的应用计算流体力学中的应用计算流体力学中的应用计算流体力学中的应用(Where)?可用于非常广泛的涉及流体运动的领域?可用于非常广泛的涉及流体运动的领域航空航天航空航天天气预测天气预测舰船设计舰船设计汽车工业汽车工业能源工程能源工程其他工业其他工业生物工程生物工程体育竞赛体育竞赛化工容器及管道流动问题室内通风等目录本讲第一章,第一章,CFD绪论绪论 南京航空航天大学 1.3 1.3 计算流体力学中的应用计算流体力学中的
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