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计算流体力学基础Computational fluid Dynamics;第一章 引 言 ;一、 概述;1. 条件： 硬件：发展迅速 软件： CFD比较成熟，FLOWLAB 效果：例子，飞机阻力;二、 CFD及其应用例;In short, todays CFD software provides power industry users with a comprehensive virtual modeling tool for predicting many types of fluid f low and heat transfer phenomena. Today, many of our customers are benefiting from this important technology. （CFD） ;CFD拥有包括流体流动、传热、辐射、多相流、化学反应、燃烧等问题丰富的通用物理模型；还拥有诸如气蚀、凝固、沸腾、多孔介质、相间传质、非牛顿流、喷雾干燥、动静干涉、真实气体等大批复杂 现象的实用模型。 ;航空航天：图a为模拟美国F22战斗机的结果，图中显示的是对称面上的马赫数分布。计算共采用了260万个网格单元。模拟的升力、阻力及力矩系数都与实验值吻合的很好。 图b是某飞机多段翼周围的压力分布 图c是美国J-31型涡轮喷气发动机的整机模拟。包括进气道、压缩机、燃烧室、尾喷管四个部分。;汽车领域：图a日本汽车工业协会模拟的某汽车外流场，图中显示了对称面、地面和车身表面的压力分布。 图b 模拟F1方程式赛车的外流场，图中显示的是对称面和地面的压力分布。 ;建筑工业：图a 模拟伦敦街区一角的外部风场，图中显示了建筑物表面的压力分布。采用建筑物的风载模拟，为建筑的强度设计提供有效的压力数据，同时针对建筑物的具体特点，设计更灵活的通风系统。 图b 某帐篷式大型体育场的内部通风问题。图中显示的是体育场表面的网格划分。在设计初期就得到体育场内的详细流场信息，从而及时发现可能存在的通风隐患，修改通风设计方案，加快设计周期，提高设计质量。;船舶工业：图a 计算船舶问题。船行速度为2.064 [m/s] 整船的计算阻力为43.9 [N]，而实验结果为44.3[N]。误差几乎为1%。 图b 德国模拟的船后螺旋桨转动对船体的影响。 图c 是美国海军模拟的某型号潜艇在水下的运动。图中显示的是潜艇转弯时周围的流线。通过使用CFD，能更快地设计出在阻力、机动性等方面都有很大提高的潜艇。;能源工业：图a是CFD模拟的500 [Mwe]电站煤粉锅炉炉内燃烧。结果显示了在燃烧器喷流交叉形成的高温、高氧区，NOX生成速率大。 图b显示的是管壳换热器的流线及温度分布。同时考虑管外流体、管内流体、以及管壁部分的耦合传热。 图c是模拟燃料电池中氧浓度的分布。用户开发了专门的电化学反应模型，通过催化层的电化学反应速率模拟当地的电流密度。;石油化工：图a 模拟流化床内气泡的形成和发展过程。多相流模型可以模拟任何扩散和连续流动的组合，包括液体、固体、气体和化学物质。 图b 是模拟废热回收装置内的温度变化过程，并准确预报了管内介质的出口温度。通过模拟，找出了原始设计的弊端在于换热面积过小，导致各管间温度相差较大。 图c 模拟出添加剂的浓度分布。改变添加剂的投放位置，用CFD模拟来优化添加剂浓度分布，以达到最好的防腐效果;冶金工业：图a 模拟的钢水铸造过程，图中显示的是铸造模具内的流线及表面温度分布 图b是模拟连续加热炉，该炉采用直接加热方式，从图中温度分布可以看出，钢带有一角的温度过高，这会影响钢产品的质量。 图c是模拟优化铸造炉内烧嘴的类型和位置。很好地模拟出了融池内因浮力驱动产生的二次流现象，及诸如回流区、涡、表面波的发展、温度分布的不均匀性等设计缺陷。 ; 不受实验等条件限制： 有利于单独参数影响的研究 例如局部参数变化 系统装置的联合研究 例如配套的部件和设备 其他条件下无法的研究 高温、两相流、超常尺寸等;压力云图;压力云图;三种烟囱内压力云图比较;产品的开发; 出口管内流场;四、CFD分析的一般过程;五、 CFD的研究内容;六、 CFD的发展史;2、开始走向工业应用阶段(1975—1984) ;3、进一步兴旺发达的近期(1985年至今) ;数学知识;高斯散度定理