流体机械内流场数值计算

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1、参考教材西安交通大学能源与动力工程学院本科生课程本科生教材计算流体动力学（1）王福军，计算流体动力学分析，清华大学出版社，2004。张楚华（2）韩占忠等，Fluent流体工程仿真计算，西安交通大学流体机械研究所北京理工大学出版社，2004。邮编：710049电子信箱：chzhang@mail.xjtu.edu.cn2004-06-152课程重点（1）对流－扩散方程的有限体积法；理论研究生教材（2）NS方程组的压力修正算法；（3）陶文铨，数值传热学，西安交通大学出（3）利用Fluent商业软件对简单流动

2、计算。版社，2001。实践（4）马铁犹，计算流体动力学，北京航空学院出版社，1985。（5）傅德薰，马延文，计算流体力学，高等教育出版社，2002。2004-06-1532004-06-154先修课程（1）流体力学（2）传热学§0计算流体力学简介（3）微积分2004-06-1552004-06-156毛主席语录：认识自然，改造自然§0.2研究流动的方法§0.1研究流动的意义（1）理论流体力学：即通常所说的流体力学，是利用数学与力学方法研究流动现（1）认识流动：揭示自然界中的流动规律及象，从而得到流动控

3、制方程组及其解析解流体工程中的工作原理；的学科。基本内容：（2）控制流动：通过改造流动设计，提高流(a)流动控制方程组及其定解条件；动效率，增加结构安全性，降低流动噪声(b)解析解；Berker1963，Wang1989，等。1991：单向流动，极小雷诺数流动，极大雷诺数流动（势流，边界层）；(c)封闭模型（本构方程，湍流模型）。2004-06-1572004-06-158（3）计算流体力学，ComputationalFluid（2）实验流体力学：是在实验条件下，模化Dynamics。在计算机上利用数

4、值方法，把流动的微分控制方程离散成为代数方程自然界及工程中的流动现象，并利用实验组，从而得到流动的近似数值解的方法。手段测试流动物理量的方法。三者关系：理论研究具有对实验与数值研模化：放大实验，缩小实验，原型实验。究具有理论指导意义；实验研究对理论研实验手段：皮托管，文丘利管，传感器，究与数值计算具有检验作用；但对一般的热线仪，LDV，PIV等实际流动没有解析解，实验研究周期长，技术难度大，代价高。数值研究开拓了前流动物理量：V，P，T等（性能实验，流场两者的研究范围。实验）2004-06-15920

5、04-06-1510§0.3计算流体力学基本步骤分析流动的性质，并对流动现计算流体力学的基本思想：物理模型象的物理过程进行相应的简化建立控制方程组及定解条件数学模型把空间时间上连续分布（无穷点）的流动把流动区域划分为很多子区域(网格)，并从每个网物理量用一系列有限个离散点（节点）上Gambit区域离散格中选取出节点的过程的值来表示，通过一定的方法建立起这些把微分方程组转换为代数方程离散方程组，如有限元法，有节点上的变量值之间的代数方程组，从而限体积法，有限差分法得到所求解变量的近似值。Fluent代数

6、方程组求解直接求解，迭代求解收敛吗？NoYes2004-06-15112004-06-15从计算结果中取出所12后处理关心的流动参数§0.4常见的CFD软件§0.5CFD预备知识有限元法：Ansys,Nastran,Fidap,Fasflow,Pastran,Cosmos;（1）对流扩散方程一维对流扩散方程有限体积法：Phoenics,Fluent,Star-CD,Numeca,CFX,Flow-3D。二维对流扩散方程（2）NS方程组（3）Tayler级数展开式及有限差分2004-06-1513200

7、4-06-1514§1.1区域离散1.区域离散：将流动区域划分为网格，并从网格中选取节点的过程。2.网格分类：结构化网格:四边形，六面体§1计算流体力学基本概念非结构化网格:三边形，四面体，棱柱体等3.网格的要素：顶点，节点，控制体积，控制界面顶点：网格的角点节点：未知变量Φ存放的位置外节点法：未知变量位于网格角点；内节点法：未知变量位于网格中心。控制体积：用来离散流动控制方程的有限几何体。控制界面：控制体积之间的分界面。2004-06-1516一维标记方法4.网格标记方法方法1方法2二维标记方法方法

8、1方法2Pi，jPi，jEi＋1，jEi＋1，jWi－1，jWi－1，jei＋1/2，jNi，j＋1wi－1/2，jSi，j－1ei＋1/2，jδx=PEewi－1/2，jδx=PWni，j＋1/2wsi，j－1/2Δx=weP2004-06-15172004-06-1518例2.利用代数方法对Laval喷管进行网格划分，其中上、下例1.将[0，1]区间5等分，分别利用内节点法与外节点法确定壁面分别为y＝f(x)和y=g(x)，在水平方向＆竖直方向上各节