计算流体力学概述及应用

计算流体力学（Computational Fluid Dynimics，CFD）是通过计算机数值计算和图像显示，对包含有流体流动和热传导等相关的物理现象的系统所做的分析。CFD的基本思想可以归结为：把原来在时间域及空间域上连续的物理量的场，如速度场，用一系列有限个离散点上的变量值的合集来代替，通过一定的原则和方式建立起关于这些离散点上场变量之间关系的代数方程组，然后求解代数方程组，获得场变量的近似值。

CFD的长处是适应性强，应用面广。流动问题的控制方程一般是非线性的，自变量多，计算域的几何形状和边界条件复杂，很难求得解析解，而用CFD方法则有可能找到满足工程需要的数值解。

CFD也存在一定的局限性。首先，数值解法是一种离散近似的计算方法，依赖于物理上合理、数学上适用、适用于在计算机上进行计算的、离散的有限数学模型，且最终结果不能提供任何形式上的解析表达式，只是有限个离散点上的数值解，并有一定的计算误差；第二，它不像物理模型实验一开始就给出流动现象并定性地描述，往往需要由原体观测或物理模型实验提供某些流动参数，并需要对建立的数学模型进行验证；第三，程序的编制及资料的收集、整理和正确利用，在很大程度上依赖于经验和技巧。此外，因数值处理方法等原因有可能导致计算结果的不真实，例如产生数值粘性和频散等伪物理效应；最后，CFD因涉及大量数值计算，因此，常需要较高的计算机软硬件配置^[43]。CFD的计算流程如图3-4所示。(www.xing528.com)

图3-4 CFD计算流程图[43]