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XuetangX

计算流体力学基础

Northwestern Polytechnical University via XuetangX

Overview

1. 计算流体力学的定义和学科属性

        计算流体力学是一门利用计算机,采用数值方法离散求解描述物理规律的流动控制方程,得到绕物体流动的定量描述,并以此预测流体运动规律的科学。计算流体力学与理论流体力学、实验流体力学并称为流体力学的三大分支,且三者相互促进、相互补充,共同推动了流体力学的不断发展。

2. 计算流体力学的作用

       计算流体力学既可以用于分析流动机理,探索发现各种新的流动现象,也可以用于气动外形优化设计,提高飞行器性能。从翼型、机翼、桨尖小翼等气动部件到大型客机、运载火箭、无人机、导弹、直升机等各种航空、航天飞行器的气动性能评估和气动外形优化设计,都离不开计算流体力学。

3. 计算流体力学的广泛应用领域

       纵观计算流体力学发展历史,虽然计算流体力学的发展是由航空航天领域的需求所驱动的,但是其应用领域已经拓展到海洋工程、陆地交通、工业制造、土木工程、环境工程、气象领域、能源领域、医学领域、体育领域等众多国防与民生领域。

4. 本课程的目标

       本课程是针对计算流体力学零基础的同学开设的、主要目的是使同学们了解和掌握计算流体力学的基本原理、主要方法,并能运用所学知识编程实现一些简单问题的数值求解,为同学们今后从事流体力学相关领域科学研究和飞行器设计工作打下良好基础。

5. 《计算流体力学基础》课程主要内容

       本课程的第一部分主要介绍计算流体力学的基本思想、流动控制方程及其数学特性,第二部分介绍离散化方法、坐标变换与网格生成,以及一些经典的CFD求解技术,并指导一些简单问题的计算机编程实践。课程最后,我们将学习现代计算流体力学的常用算法,并简要介绍CFD发展的新趋势。

6. 欢迎词

       流体世界奇妙美丽,欢迎同学们走进《计算流体力学基础》的课堂,培养探索万千流体世界奥秘的能力!


Syllabus

  • 课程导学
    • 课程简介
    • 主要参考书
    • 致谢
  • 第一章 绪论
    • 1.1计算流体力学概述
    • 1.2 计算流体力学的简要发展历史
    • 1.3计算流体力学的作用和应用领域
    • 1.4 本课程的主要内容和目标
  • 第二章 流动控制方程的推导及其物理含义的讨论、适合于CFD计算的控制方程形式
    • 2.1 引言
    • 2.2 流动模型
    • 2.3 实质导数&2.4 速度的散度及其物理意义
    • 2.5 连续方程
    • 2.6 动量方程
    • 2.7 能量方程
    • 2.8 对流动控制方程的总结及讨论
    • 2.9 边界条件
    • 2.10 适合计算流体力学的控制方程形式-2.11 总结
  • 第三章 偏微分方程的数学性质及其对CFD的影响
    • 3.1 引言 - 3.2 准线性偏微分方程的分类方法:克莱默法则法
    • 3.3 偏微分方程的更通用分类方法:特征值法
    • 3.4 不同类型偏微分方程的一般性质、物理含义及其对CFD计算方法的影响-3.5 适定性问题
    • 补充:计算流体力学中不同类型的常用模型方程及其特性
  • 第四章 偏微分方程的离散
    • 4.1-引言&4.2有限差分简介
    • 4.3 偏微分方程的差分方程
    • 4.4 显式方法和隐式方法:定义与比较
    • 4.5误差与稳定性分析
  • 第五章 网格与相应变换
    • 5.1 引言
    • 5.2 方程的一般变换
    • 5.3几何变换系数与雅可比行列式
    • 5.4 计算平面的强守恒型方程推导
    • 5.5 CFD计算网格分类简介
    • 5.6 拉伸网格方法
    • 5.7 基于椭圆型方程的贴体网格生成方法
    • 5.8 网格生成与流场求解方法示例
    • 5.9 非结构网格与笛卡尔网格生成方法简介
    • 5.10 自适应网格技术
    • 5.11-适于复杂外形的网格生成策略-5.12-小结
  • 第六章 简单的计算流体力学技术——入门知识
    • 6.1-引言-6.2Lax-Wendroff方法-6.3MacComark方法
    • 6.4 关于L-W和MacComark方法应用范围的讨论
    • 6.5 松弛迭代法
    • 6.6 数值耗散与色散以及人工黏性
    • 6.7 MacComark方法的应用——准一维Laval管流的Euler方程数值求解编程指导
    • 6.8 Jameson中心有限体积法
    • 6.9 交替方向隐式(ADI)求解方法
    • 6.10 压强修正方法及其在不可压缩粘性流动中的应用
    • 6.11 CFD 中使用的计算机图形技术-6.12 小结
  • 三个计算机编程实践练习
    • 第七章 现代CFD前沿技术简介
      • 7.1 引言
      • 7.2 守恒控制方程雅可比矩阵的对角化与分裂
      • 7.3迎风格式
      • 7.4高分辨率格式
      • 7.5 现代高精度格式
      • 7.6 强守恒控制方程隐式求解的线性化方法
      • 7.7 多维隐式问题求解方法
      • 7.8 多重网格方法
      • 7.9 非定常流动数值模拟
      • 7.10 CFD 发展展望与总结
    • 考试

      Taught by

      SONG WEN-PING, HAN ZHONG-HUA, XU HE-YONG, and WANG GANG

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