流体力学课程报告.doc

流体力学在建筑工程中的应用　　　 　　　 姓名：杜科材 班级：1033002 学号:1103300233　　　 　 摘要：简要介绍了流体力学的基本知识，针对计算流体力学计算的特点及模拟的目的, 对当前CFD 在建筑工程方向的研究进展进行了论述, 介绍了CFD的处理过程, 探讨了CFD 技术在建筑工程中的应用前景, 指出将理论分析、实验研究及数值模拟结合起来, 从而推动建筑工程的发展。并结合实际的工程实例论述了计算流体力学在现代建筑消防设计中的应用。　　 　　 关键词： 流体力学；建筑工程；数值模拟；烟气流场模拟　 　　 1 流体力学学科的研究方法　 流体力学是力学的一个重要分支, 是一门重要的技术基础课程.它是研究流体的机械运动规律以及运用这些规律解决实际工程问题的一门学科。流体力学是一门既有较强理论性又有较强工程实际意义的课程, 几乎每本流体力学教科　 书的绪论中都提到: 流体力学是为解决实际问题而产生的,并随着社会的发展而进步的学科。许多近现代科学的重大成就都源于流体力学的研究, 从上远古时期的治水工程, 到18世纪造船、航海的崛起, 从20 世纪的航空技术的发展, 到现　　　 在生物技术、环境科学的飞速进步, 无不渗透着流体力学的相关理论。在整个流体力学课程的学习过程中, 大多数人都被深奥的理论、繁杂的概念和高阶偏微分方程所难倒。这就要求学习者必须有扎实的高等数学知识、灵活的综合分析问题和处理问题能力。　　　 特别是在21 世纪, 最激烈的竞争就是高素质人才的竞争。而高校教育的任务就是要为国家培养造就一大批具有宽广、深厚、扎实的基础理论和技术基础理论, 具有创新性和创造性的高级工程技术人才以适应经济时代对人才的要求。因此要求学生在拓宽基础知识面, 打好坚实的理论基础的基础上重点提高综合析和迅速解决问题的能力流体力学作为一门古老的学科, 其生命力在于不断同其　　 它学科领域相结合, 用它自身的学科视角审视其它领域, 解决其中存在的有关问题, 同时其自身在解决各种矛盾问题当中得到不断的发展同。任何一门学科的知识量是无尽的, 不可能通过有限的学时讲授很多内容, 如何运用流体力学基本理论解决实际问题就显得十分重要。　　　 那么, 流体力学的学习有什么规律可寻? 怎样才能与实际工程相结合? 这对教与学的双方都提出了更高的要求。　 概括起来, 流体力学的研究方法大致分为3 类: 实验、理论和数值模拟方法。　 1.1 实验方法　　　 实验方法是通过对具体流动的观察与测量, 来认识流动的规律。理论上的分析结果需要经过实验验证, 实验又需用理论来指导. 流体力学的实验研究, 包括原型观测和模型实验, 而以模型实验为主。　 1.2 理论方法　　 理论方法是通过对流体物理性质和流动特征的科学抽象, 提出合理的理论模型。根据物质机械运动的普遍规律,建立控制流体运动的闭合方程组, 将实际的流动问题, 转化为数学问题, 在相应的边界条件和初始条件下求解。理论研　 究方法的关键在于提出理论模型, 并能运用数学方法求出理论结果, 达到揭示运动规律的目的。由此而产生了多相流体力学等。　　　 1.3 数值方法　　　 数值方法是在计算机应用的基础上, 采用各种离散化方化方法(有限差分法、有限元法等) , 建立各种数值模型, 通过计算机进行数值计算和数值实验, 得到在时间和空间上, 许多数字组成的集合体, 最终获得定量描述流场的数值解。近三四十年来, 这一方法得到很大发展, 已形成一个专门的分支学科——计算流体力学。　　　 2 计算流体力学在建筑工程中的应用　　 2.1 计算流体力学简介　　　 计算流体力学( Computational Fluid Dynamics, 简称CFD) 是基于计算机技术的一种数值计算工具, 用于求解流体的流动和传热问题。它是流体力学的一个分支, 用于求解固定几何形状空间内的流体动量、热量和质量方程以及相关的其他方程, 并通过计算机模拟获得某种流体在特定条件下的有关数据。CFD 最早用于航空航天事业, 用离散方程解决空气动力学中的流体力学问题,后来不断扩展到海洋[ 1] 、化学[ 2] 、铸造[ 3] 、制冷[ 4] 、城市规划设计[ 5] 、汽车[ 6] 等多个领域。近年来, CFD 也开始越来越多地应用到建筑工程中, 如对于高层建筑风场的模拟。　　　 CFD计算相对于实验研究, 具有成本低、速度快、周期短、效率高, 可以模拟真实及理想条件, 后处理技术较完善, 便于分析计算结果等优点。20 世纪60 年代末, CFD 技术已经在流体力学各相关行业得到了广泛的应用[ 7] 。这些年来, 随着计算机技术的发展, CFD 应用方面的研究开始活跃起来。CFD 模拟的目的是做出预测和获得信息, 以达到对流体流动的更好控制。建立数学物理模