CFD解析方法采用数值方程式表示实际流体。为了使其简化,往往采用位势流理论、边界层近似和完全气体近似等,进而导入相应的湍流数学模型,并进行数值计算。由于计算是基于对实际流体的近似进行,故应考虑计算前提近似的影响。根据计算结果的精确度、可信性、计算机条件和计算经验等确定合适的数值解法,然后编写程序代码,利用计算机进行求解计算和后处理。
数值计算方法的实质是把描述空气运动的连续介质数学模型离散成大型代数方程组,建立可在计算机上求解的算法。通过偏微分方程的离散化和代数化,将无限信息系统变为有限信息系统(离散化),把偏微分方程变为代数方程(代数化),再通过采用适当的数值计算方法,求解方程组,得到流场的数值解。离散的实质解通常以两种形式给出:网格上的近似值,如差分法等;单元中易于计算的近似表达式,如有限元和边界元等。
CFD是建立在全Navier-Stokes方程(简称N-S方程)近似解基础上的计算技术。根据近似解的公差等级,可把N-S方程的解法分为以下4类:
1)线性非黏性流方法;
2)非线性非黏性流方法;
3)平均雷诺数基础上的N-S方程解法;
4)全N-S方程解法。
CFD数值计算方法主要包括有限差分法(FDM)、有限元法(FEM)和边界体积法(BIM)等。其中,有限差分法包括有限体积法(FVM)、流线曲率法(SCM)、质量网格法(PIC)和流体网格法(FLIC)等,这些方法均为有限差分法的一种或其变形的一种方法。3种CFD数值计算方法的比较见表1-3。
表1-3 3种CFD数值计算方法的比较(www.xing528.com)
(续)
由于有限体积法应用较广泛,也有人将CFD数值计算方法分为有限差分法、有限元法和有限体积法3类。
流场计算分析中求解N-S方程的应用情况见表1-4。
表1-4 流场计算分析中求解N-S方程的应用情况
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