流动与传热问题的数值计算和展望-1-陈志坚.pptxVIP

流动与传热问题的数值计算和展望陈志坚为什么需要CFD？如何学好 CFD？流体力学方程组的求解地震, 现在还是预报太难近6221人遇难 2015年4月25日，尼泊尔 流体力学方程组的求解地震69227人遇难 374643人受伤 17923人 失踪 2008年5月12日，汶川 流体力学方程组的求解天气预报 2011年4月26-28日, 龙卷风流体力学方程组的求解天气预报 三天之内总共288个龙卷风344人死亡电网损坏警报的故事宵禁的故事流体力学方程组的求解海啸2011，3月11日 日本流体力学方程组的求解血管内的血液流动 空气对飞机和汽车的绕流 冲击波和爆炸波引发的危害 爆炸波小心颈椎！流体力学方程组的求解新药的研制新陈代谢现象的模拟多学科交叉现象的模拟…………CFD已经融入生活的各个方面CFD的作用？CFD的局限？机翼表面的湍流内燃机液雾燃烧近来有加入电荷以增加燃烧效率Heisenberg’s two Questions流体力学基本方程组流体基本特征量：密度，压力，速度，温度连续方程动量方程能量方程方程特点：非线性由非线性而出现的现象：湍流，波动，涡旋（龙卷风）流体力学基本方程组基本功训练：导出流体力学方程编写一个1D程序有限差分法最早出现的方法泰勒级数展开适用于直角坐标系统场值为当地值 (非平均值)可以得到高精度的解对复杂几何物体无效通用程序不采用有限元法有限差分法最早出现的方法泰勒级数展开适用于直角坐标系统可以得到高精度的解场值为当地值 (非平均值)不适用对流问题无守恒特性对复杂几何物体无效通用程序不采用最适用于计算物体变形适用于任何坐标系统场值为当地值 (非平均值)对复杂几何物体特别有效可以得到高精度的解不适用对流问题通用固体结构计算采用通用流体流动计算不大采用有限容积法有限差分法有限元法最早出现的方法泰勒级数展开适用于直角坐标系统可以得到高精度的解场值为当地值 (非平均值)无守恒特性对复杂几何物体无效通用程序不采用最适用于计算流体流动网格体积平均适用于任何坐标系统对复杂几何物体有效， 但精度受影响需要特别处理， 才能得到高精度的解具有守恒特性通用流体流动计算采用通用固体结构计算不采用最适用于计算物体变形结点权余平均适用于任何坐标系统对复杂几何物体特别有效可以得到高精度的解不适用对流问题无守恒特性通用固体结构计算采用通用流体流动计算不大采用有限差分法有限元法有限容积法最适用于计算物体变形结点权余平均适用于任何坐标系统对复杂几何物体特别有效可以得到高精度的解无守恒特性通用固体结构计算采用通用流体流动计算不大采用最早出现的方法泰勒级数展开适用于直角坐标系统可以得到高精度的解无守恒特性对复杂几何物体无效通用程序不采用最适用于计算流体流动网格体积平均适用于任何坐标系统对复杂几何物体有效，但精度受影响需要特别处理，才能得到高精度的解具有守恒特性通用流体流动计算采用通用固体结构计算不采用有限容积法 ＋ 有限元法固体计算 ＝ 完整计算流体计算＋网格怎么办？耦合怎么办？网格与耦合固体网格流体网格 流体提供压力给固体固体提供结点速度给流体有限容积法：积分估计任一连续的物理量都被离散的定义在每个控制容积的重心 是该真实量在控制容积内的体积平均值：是真实值，点点不同 有限容积法就是在划定的每一个控制容积内，对物理量的通用输运方程作控制容积体积平均意义上的积分估计有限容积法：利用高斯定理体积分与面积分的转换对流项：扩散项：流体力学基本方程组-扩散项wePWE流体力学基本方程组-热传导方程wePWE均匀网格，且K=1时，边界网格怎么办？流体力学基本方程组固定边界法weET0P均匀网格，且K=1时，流体力学基本方程组T034125T+流体力学基本方程组Ghost Cell法T0ewP-1E均匀网格，且K=1时，流体力学基本方程组34125包含边界信息有限容积法求解流体力学方程组进入流体部分2D Vortex Simulation Video有限容积法求解流体力学方程组连续方程动量方程先考虑定常不可压问题对动量方程在任一控制容积 P 积分大写字母P， W，E为控制容积(Control Volume)小写字母w，e为控制容积界面(Face)对流项 (Convection)：对流项包括速度的平方（非线性），需要做线性化处理定义质量通量(Mass Flux)：对流项可以写为：F由前一次迭代值计算将待求的速度变量分离开了 (拟线性)待求变量定义在控制容积界面和需要转化为定义在控制容积中心流动方向成为判别的依据规定：取上游值流体由P流向E，P是上游流体由E流向P，E是上游W是上游流体由W流向P，P是上游流体由P流向W，写成数学公式（一阶上风格式，1st Order Up-Winding)定义算符对流项可以写为定义系数对流项最后为(系