计算流体力学

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计算流体力学(Computational Fluid Dynamics)20世纪50年代以来,随着计算机的发展而产生的一个介于数学、流体力学和计算机之间的交叉学科,主要研究内容是通过计算机和数值方法来求解流体力学的控制方程,对流体力学问题进行模拟和分析。

简史

流体力学和其他学科一样,是通过理论分析和实验研究两种手段发展起来的。很早就已有理论流体力学和实验液体力学两大分支。理论分析是用数学方法求出问题的定量结果。但能用这种方法求出结果的问题毕竟是少数,计算流体力学正是为弥补分析方法的不足而发展起来的。

早在20世纪初,理查德就已提出用数值方法来解流体力学问题的思想。但是由于这种问题本身的复杂性和当时计算工具的落后,这一思想并未引起人们重视。自从40年代中期电子计算机问世以来,用电子计算机进行数值模拟和计算才成为现实。1963年美国的F.H.哈洛和J.E.弗罗姆用当时的IBM7090计算机,成功地解决了二维长方形柱体的绕流问题并给出尾流涡街的形成和演变过程,受到普遍重视。1965年,哈洛和弗罗姆发表“流体动力学的计算机实验”一文,对计算机在流体力学中的巨大作用作了引人注目的介绍。从此,人们把60年代中期看成是计算流体力学兴起的标志。

计算流体力学的历史虽然不长,但已广泛深入到流体力学的各个领域,相应地也形成了各种不同的数值解法。就目前情况看,主要是有限差分方法和有限元法。有限差分方法在流体力学中已得到广泛应用。而有限元法是从求解固体力学问题发展起来的。近年来在处理低速流体问题中,已有相当多的应用,而且还在迅速发展中。

参考文献

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