計(jì)算力學(xué)與仿真的案例
電廠閥門泄漏的計(jì)算流體力學(xué)仿真研究
摘 要：目前對電廠疏水管道閥門泄漏多采用基于傳熱原理的內(nèi)漏自動(dòng)檢測計(jì)算方法，但是已有研究尚未對閥門泄漏時(shí)管道內(nèi)流體的流動(dòng)和傳熱進(jìn)行分析，且對溫度測點(diǎn)如何布置以及溫度測量的精度要求也缺乏研究。針對以上問題，采用計(jì)算流體力學(xué)仿真的方法，研究了閥門泄漏時(shí)管道內(nèi)傳熱和流動(dòng)情況，分析了不同的管道直徑和保溫材料對所測溫差和泄漏量的影響。研究結(jié)果為實(shí)時(shí)監(jiān)測閥門附近流量的動(dòng)態(tài)變化，進(jìn)行工程現(xiàn)場診斷疏水閥門的泄漏故障提供了模型方法和參考。
關(guān)鍵詞：疏水;閥門;計(jì)算流體力學(xué);Fluent軟件;
熱力系統(tǒng)閥門內(nèi)漏是目前我國火力發(fā)電廠普遍存在的重大節(jié)能問題，通常由于運(yùn)動(dòng)部件卡死、閥片變質(zhì)、彈簧應(yīng)力松弛等原因造成閥門損壞[1],防止閥門內(nèi)漏是火力發(fā)電廠節(jié)能減排的重要舉措。閥門主要用于控制電廠鍋爐和電氣設(shè)備的流體介質(zhì)的通路和斷路調(diào)節(jié)，是電廠廣泛使用的熱力設(shè)備。閥門的基本功能是接通或者切斷管路介質(zhì)的流通，改變介質(zhì)流動(dòng)方向，調(diào)節(jié)介質(zhì)的壓力和流量，保護(hù)管路和設(shè)備正常運(yùn)行[2]。但是由于各種原因，閥門泄漏經(jīng)常發(fā)生在火力發(fā)電廠當(dāng)中，無論哪一個(gè)疏水閥門發(fā)生內(nèi)漏，都會為電廠帶來超出想象的損害[3]。目前，電力、石化、制冷等企業(yè)檢測閥門內(nèi)漏的方法主要依靠定期維修，對閥門進(jìn)行拆卸、檢修和更換。經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，超過50%的閥門并不需要進(jìn)行拆卸修理，過度拆卸會浪費(fèi)大量人力、物力和財(cái)力，閥門維修更換費(fèi)用約占了電力企業(yè)、石油化工企業(yè)維修更換費(fèi)用的15%[4]。當(dāng)旁路閥門的泄漏量達(dá)到主蒸汽流量的2%時(shí)，將使供電煤耗上升4 g/(kW·h)[5]。針對現(xiàn)場使用的閥門監(jiān)測及檢修等易耗品不易購買的問題，陶長興等[6]提出基于CRIO的嵌入式閥門診斷系統(tǒng)。常毅君等[7]總結(jié)了閥門溫度變化智能監(jiān)測的判斷依據(jù)，為電廠疏水管道的實(shí)時(shí)監(jiān)測提供了新的方法。
展開 計(jì)算流體力學(xué)CFD 建模與仿真
什么是 CFD 建模與仿真
計(jì)算流體力學(xué)（CFD）使用納維-斯托克斯方程（包括五個(gè)偏微分方程）來模擬流體的流動(dòng)。這些方程利用計(jì)算機(jī)資源在虛擬環(huán)境中對流體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行近似計(jì)算。CFD 仿真能夠使用特定的模型來補(bǔ)充應(yīng)用的物理屬性，進(jìn)而預(yù)測現(xiàn)實(shí)場景。CFD 建模和仿真結(jié)果通常使用實(shí)驗(yàn)或文獻(xiàn)值進(jìn)行驗(yàn)證。
CFD 建模和仿真適用于汽車、航空航天、制造業(yè)、電子、醫(yī)療保健和環(huán)境工程等領(lǐng)域。簡而言之，所有涉及流體的應(yīng)用都可以使用 CFD 工具進(jìn)行建模和仿真。CFD 建模和仿真廣泛使用的部分原因是出現(xiàn)了多學(xué)科的建模、分析和優(yōu)化要求。
為什么 CFD 建模和仿真很重要
CFD 建模和仿真從根本上改變了設(shè)計(jì)和制造過程。CFD 仿真有以下優(yōu)點(diǎn)：
1.降低制造成本
CFD 仿真的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域是制造業(yè)。CFD 建模和仿真可以讓您在實(shí)際制造之前全面了解設(shè)計(jì)模型在極端工作條件下的表現(xiàn)。
2.避免昂貴的測試
在航空航天和許多其他領(lǐng)域，要通過風(fēng)洞測試或試驗(yàn)來確定部件的性能。CFD 建模和仿真工具通過模擬計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)，極大地簡化了這一過程。
展開 計(jì)算流體力學(xué)--多相流仿真專題
圖19.3（a）固相率和液相率的等值面（無風(fēng)的場合）
圖19.3（b）固相率和液相率的等值面（有風(fēng)的場合）
最后，在相同的條件下（有風(fēng)），以冰淇淋為模擬對象再做一次計(jì)算，看看結(jié)果如何。
圖19.4冰淇淋的融化
冰淇淋的粘性系數(shù)是水的10倍，除此以外的物理常數(shù)與水、冰的數(shù)值是一樣的。從圖19.4中，你能看到預(yù)期的結(jié)果嗎？
此外，圖19.3和圖19.4都是以10倍的快鏡頭攝制而成的視頻。
有關(guān)凝固?熔化仿真的討論在這一章就要結(jié)束了。現(xiàn)在不僅能模擬液體的凝固及固體的熔化等過程，就是包括氣相在內(nèi)的氣液固三湘流的模擬，也正在成為現(xiàn)實(shí)可能。這樣的軟件就可以適用于各種各樣的計(jì)算模擬對象。
來源：MSC軟件
展開 計(jì)算流體力學(xué)--多相流仿真專題
多相流仿真中應(yīng)用頻率最高的是自由表面流的仿真。它適用于諸如氣液二相流，液液二相流，氣液固三相流等各種各樣需要模擬的流動(dòng)。由仿真得到的界面運(yùn)動(dòng)，也可以與可視化實(shí)驗(yàn)結(jié)果加以比較而得到驗(yàn)證。
自由表面流的仿真可以分為界面捕捉法（Interface capturing Method）和界面追蹤法（Interface Tracking Method）兩大類。如圖2.1所示那樣，所謂界面捕捉法，就是把表示界面的函數(shù)，讓其隨流體遷移流動(dòng)，從而來模擬界面運(yùn)動(dòng)。界面捕捉法含有MAC法（Marker and Cell），LS法（Level Set）和VOF法（Volume of Fluid）等多種方法。
另一方面，界面追蹤法是根據(jù)界面元素的變形，來分析模擬界面的運(yùn)動(dòng)，如圖2.2所示。界面追蹤法有ALE法（Arbitrary Lagrangian and Eulerian）等等。此外，粒子法（Particle Method）也可認(rèn)為是一種界面追蹤法。
圖2.1 界面捕捉法
圖2.2 界面追蹤法
兩者比較而言，界面追蹤法能夠高精度地模擬界面的運(yùn)動(dòng)。然而，在使用界面追蹤法時(shí)，隨著界面的變動(dòng)，必須重新生成元素。如果界面的變動(dòng)過大，就可能生成扭曲的元素，使計(jì)算變得不穩(wěn)定。當(dāng)然這也可以通過增加元素分割的數(shù)目來避免，這樣一來，就會進(jìn)一步增加計(jì)算的工作量。
現(xiàn)在，大多數(shù)流體的仿真軟件都采用VOF法來模擬自由表面流。其理由列舉如下：首先，在1970年代，由著名的美國洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室（即Los Alamos National Laboratory，該所于2013年迎來了成立七十周年的慶典）開發(fā)了一個(gè)程序代碼為SOLA-VOF的軟件，并把它公開了，從而使VOF法得到了廣泛的應(yīng)用和普及。
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船舶計(jì)算流體力學(xué) (CFD) - 船舶設(shè)計(jì)與優(yōu)化的頂尖仿真工具（免費(fèi)領(lǐng)文檔）
使用船舶計(jì)算流體力學(xué) (CFD) 軟件的主要優(yōu)勢
使用船舶 CFD 軟件，意味著設(shè)計(jì)師可以在真實(shí)工作條件下檢查船舶性能的每個(gè)方面。我們的多物理場 CFD 求解器不斷得以開發(fā)，只為提供以下所需的每一種船舶仿真解決方案：
船體阻力預(yù)測
螺旋槳性能，包括空化的預(yù)測
由螺旋槳或虛擬碟盤組成的自推進(jìn)系統(tǒng)仿真
預(yù)測船舶運(yùn)動(dòng)、對海浪的響應(yīng)和相互作用
空氣動(dòng)力學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)組合仿真
流體力學(xué)和抗壓力組合仿真
與一維系統(tǒng)仿真工具的協(xié)同仿真
通過此概述視頻了解更多信息。
為何對船舶應(yīng)用全尺寸 CFD 仿真？
以比例模型測試船舶設(shè)計(jì)給預(yù)測增加了不確定性。得到的結(jié)果必須放大，才能預(yù)測實(shí)際性能；而為此采用的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系可能會導(dǎo)致不準(zhǔn)確性。可以按全尺寸進(jìn)行 CFD 建模，而不再需要放大結(jié)果。此外，全尺寸仿真可以確保邊界層效應(yīng)得以正確捕獲，同樣，螺旋槳性能可以準(zhǔn)確預(yù)測。通過此白皮書詳細(xì)了解船舶全尺寸 CFD 仿真的優(yōu)勢。
使用船舶 CFD 軟件，讓船舶設(shè)計(jì)師和工程師可以在真實(shí)的運(yùn)行條件下以全尺寸檢測船舶性能。自動(dòng)化方面的最新進(jìn)展意味著可以在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)完成設(shè)計(jì)測試，便于探索各種不同選項(xiàng)、執(zhí)行設(shè)計(jì)優(yōu)化以及將最高效的設(shè)計(jì)投入市場。
船舶設(shè)計(jì)流程各個(gè)階段的解決方案
我們的解決方案可以助力創(chuàng)建船舶數(shù)字化雙胞胎，從最早的概念階段開始，直到最終的生產(chǎn)設(shè)計(jì)和運(yùn)作。我們的解決方案產(chǎn)品組合可以幫助您更快實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)，提供包括以下功能在內(nèi)的性能預(yù)測：
多物理場 CFD 仿真
空氣動(dòng)力學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)仿真
一維系統(tǒng)分析
結(jié)構(gòu)完整性和聲學(xué)預(yù)測
自動(dòng)化探索和設(shè)計(jì)優(yōu)化
智能報(bào)告和數(shù)據(jù)分析
我們的解決方案中包括軟件、物理測試和工程服務(wù)，可幫助您滿足甚至超越效率要求。將這些解決方案作為完整產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)的一部分。
展開 中國計(jì)算力學(xué)大會暨國際華人計(jì)算力學(xué)大會2018在南京舉行
2018年8月19-22日，中國計(jì)算力學(xué)大會暨國際華人計(jì)算力學(xué)大會’2018（CCCM-ISCM2018）在南京國際會議大酒店隆重舉行,700多位來自中國、美國、英國、法國、德國、澳大利亞、新加坡、香港等國家和地區(qū)的計(jì)算力學(xué)專家和學(xué)者參加了大會。本次大會得到了國家自然科學(xué)基金委員會的大力支持與指導(dǎo)，由中國力學(xué)學(xué)會、中國力學(xué)學(xué)會計(jì)算力學(xué)專業(yè)委員會和國際華人計(jì)算力學(xué)協(xié)會主辦，河海大學(xué)和江蘇省力學(xué)學(xué)會承辦。清華大學(xué)莊茁教授、浙江大學(xué)鄭耀教授和河海大學(xué)章青教授為本次大會共同主席。
大會開幕式由中國力學(xué)學(xué)會計(jì)算力學(xué)專業(yè)委員會副主任委員章青教授主持，河海大學(xué)校長徐輝教授致歡迎詞，國際計(jì)算力學(xué)協(xié)會主席廖榮錦教授（WK.Liu）、中國力學(xué)學(xué)會計(jì)算力學(xué)專業(yè)委員會主任委員莊茁教授和國際華人計(jì)算力學(xué)協(xié)會主席鄭耀教授分別發(fā)表了講話。
本次大會安排了17個(gè)大會邀請報(bào)告，設(shè)置了68個(gè)專題會場。我國計(jì)算力學(xué)事業(yè)發(fā)展的奠基人之一、中國科學(xué)院鐘萬勰院士，國際計(jì)算力學(xué)學(xué)會主席、美國西北大學(xué)廖榮錦教授（WK.Liu），前任美國計(jì)算力學(xué)學(xué)會主席、美國加州大學(xué)圣地亞哥分校陳俊賢教授(JS.Chen)，歐洲科學(xué)院、歐洲科學(xué)與藝術(shù)院、歐洲人文與自然科學(xué)院張傳增院士等分別應(yīng)邀做了大會邀請報(bào)告，與會專家學(xué)者圍繞“計(jì)算力學(xué)進(jìn)展與應(yīng)用”的前沿與熱點(diǎn)問題進(jìn)行了深入交流和研討。
會議期間，舉辦了首屆中國力學(xué)學(xué)會計(jì)算力學(xué)專業(yè)委員會計(jì)算力學(xué)終身成就獎(jiǎng)、第五屆錢令希計(jì)算力學(xué)獎(jiǎng)和第六屆國際華人計(jì)算力學(xué)協(xié)會獎(jiǎng)（ICACM）的頒獎(jiǎng)儀式。鐘萬勰院士、崔俊芝院士、北京大學(xué)袁明武教授和清華大學(xué)姚振漢教授獲得了中國力學(xué)學(xué)會計(jì)算力學(xué)專業(yè)委員會計(jì)算力學(xué)終身成就獎(jiǎng)。浙江大學(xué)鄭耀教授獲得了錢令希計(jì)算力學(xué)獎(jiǎng)（成就獎(jiǎng)），大連理工大學(xué)王博教授獲得了錢令希計(jì)算力學(xué)獎(jiǎng)（青年獎(jiǎng)）。
展開 關(guān)于計(jì)算流體力學(xué)，你知道多少？ 附計(jì)算流體力學(xué)從實(shí)踐中學(xué)習(xí)下載
理論分析研究能夠表述參數(shù)影響形式，為數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究提供了有效的指導(dǎo)；試驗(yàn)是認(rèn)識客觀現(xiàn)實(shí)的有效手段，驗(yàn)證理論分析和數(shù)值計(jì)算的正確性；計(jì)算流體力學(xué)通過提供模擬真實(shí)流動(dòng)的經(jīng)濟(jì)手段補(bǔ)充理論及試驗(yàn)的空缺。
更重要的是，計(jì)算流體力學(xué)提供了廉價(jià)的模擬、設(shè)計(jì)和優(yōu)化的工具，以及提供了分析三維復(fù)雜流動(dòng)的工具。在復(fù)雜的情況下，測量往往是很困難的，甚至是不可能的，而計(jì)算流體力學(xué)則能方便的提供全部流場范圍的詳細(xì)信息。與試驗(yàn)相比，計(jì)算流體力學(xué)具有對于參數(shù)沒有什么限制，費(fèi)用少，流場無干擾的特點(diǎn)。出于計(jì)算流體力學(xué)如此的優(yōu)點(diǎn)，我們選擇它來進(jìn)行模擬計(jì)算。簡單來說，計(jì)算流體力學(xué)所扮演的角色是：通過直觀地顯示計(jì)算結(jié)果，對流動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行仔細(xì)的研究。
計(jì)算流體力學(xué)在數(shù)值研究大體上沿兩個(gè)方向發(fā)展，一個(gè)是在簡單的幾何外形下，通過數(shù)值方法來發(fā)現(xiàn)一些基本的物理規(guī)律和現(xiàn)象，或者發(fā)展更好的計(jì)算方法；另一個(gè)則為解決工程實(shí)際需要，直接通過數(shù)值模擬進(jìn)行預(yù)測，為工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。理論的預(yù)測出自于數(shù)學(xué)模型的結(jié)果，而不是出自于一個(gè)實(shí)際的物理模型的結(jié)果。計(jì)算流體力學(xué)是多領(lǐng)域較差的學(xué)科，涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)、流體力學(xué)、偏微分方程的數(shù)學(xué)理論、計(jì)算幾何、數(shù)值分析等，這些學(xué)科的交叉融合，相互促進(jìn)和支持，推動(dòng)了學(xué)科的深入發(fā)展。
CFD方法是對流場的控制方程用計(jì)算數(shù)學(xué)的方法將其離散到一系列網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上求其離散的數(shù)值解的一種方法。控制所有流體流動(dòng)的基本定律是：質(zhì)量守恒定律、動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律。由它們分別導(dǎo)出連續(xù)性方程、動(dòng)量方程（N-S方程）和能量方程。應(yīng)用CFD方法進(jìn)行平臺內(nèi)部空氣流場模擬計(jì)算時(shí)，首先需要選擇或者建立過程的基本方程和理論模型，依據(jù)的基本原理是流體力學(xué)、熱力學(xué)、傳熱傳質(zhì)等平衡或守恒定律。
展開 中國計(jì)算力學(xué)大會暨國際華人計(jì)算力學(xué)大會及近場動(dòng)力學(xué)分會召開
中國計(jì)算力學(xué)大會是我國力學(xué)界每兩年一次的綜合性學(xué)術(shù)盛會，是廣大力學(xué)科技工作者學(xué)術(shù)交流的重要平臺，迄今已舉辦十余屆。國際華人計(jì)算力學(xué)大會是世界華人力學(xué)專家和學(xué)者相聚的盛會，旨在促進(jìn)華人學(xué)者展示近年來在計(jì)算力學(xué)領(lǐng)域取得的最新進(jìn)展與成就，加強(qiáng)世界華人計(jì)算力學(xué)工作者的交流，提高中國計(jì)算力學(xué)工作者在國際學(xué)術(shù)舞臺中的地位，進(jìn)一步促進(jìn)計(jì)算力學(xué)的發(fā)展和工程應(yīng)用。
中國計(jì)算力學(xué)大會暨國際華人計(jì)算力學(xué)大會于2018年8月19日至23日在南京國際會議大酒店成功召開。本次會議由中國力學(xué)學(xué)會計(jì)算力學(xué)專業(yè)委員會(CACM)、國際華人計(jì)算力學(xué)協(xié)會(ICACM)主辦，河海大學(xué)和江蘇省力學(xué)學(xué)會(JSTAM)承辦。大會得到了計(jì)算力學(xué)相關(guān)領(lǐng)域同仁的熱情響應(yīng)，有來自中國、美國、英國、法國、澳大利亞、新加坡等國家和地區(qū)的700多位計(jì)算力學(xué)專家和學(xué)者參加了本次大會。
會議召開地點(diǎn)：南京國際會議大酒店
南京國際會議大酒店位于南京著名的鐘山風(fēng)景區(qū)內(nèi)，環(huán)境優(yōu)雅。下圖為鐘山風(fēng)景區(qū)內(nèi)的美齡宮秋季鳥瞰圖：
會議開幕式由中國力學(xué)學(xué)會計(jì)算力學(xué)專業(yè)委員會副主任、江蘇省力學(xué)學(xué)會常務(wù)理事章青教授主持，河海大學(xué)校長徐輝教授致歡迎詞，國際計(jì)算力學(xué)協(xié)會主席廖榮錦教授、中國力學(xué)學(xué)會計(jì)算力學(xué)專業(yè)委員會主任莊茁教授、國際華人計(jì)算力學(xué)協(xié)會主席鄭耀教授分別發(fā)表講話。
大會開幕式由河海大學(xué)章青教授主持：
大會座無虛席：
大會座無虛席：
開幕式期間還進(jìn)行了第五屆錢令希計(jì)算力學(xué)獎(jiǎng)和第六屆ICACM獎(jiǎng)的頒獎(jiǎng)儀式。浙江大學(xué)鄭耀教授獲得錢令希計(jì)算力學(xué)成就獎(jiǎng)，大連理工大學(xué)王博教授獲得錢令希計(jì)算力學(xué)青年獎(jiǎng)。
展開 一文帶你了解計(jì)算流體力學(xué)CFD及其應(yīng)用領(lǐng)域 附計(jì)算流體力學(xué)基礎(chǔ)任玉新下載
計(jì)算流體力學(xué)的發(fā)展
計(jì)算流體動(dòng)力學(xué) (Computational Fluid Dynamics) 簡寫為CFD，經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的迅猛發(fā)展，這門學(xué)科已經(jīng)是相當(dāng)?shù)某墒炝耍粋€(gè)重要的標(biāo)志就是近幾十年來，各種CFD通用軟件的陸續(xù)出現(xiàn)，成為商品化軟件，服務(wù)于傳統(tǒng)的流體力學(xué)和流體工程領(lǐng)域，如航空、航天、船舶、水利等。隨著CFD通用軟件的性能日益完善，應(yīng)用的范圍也不斷的擴(kuò)大，在化工、冶金、建筑、環(huán)境等相關(guān)領(lǐng)域中也被廣泛應(yīng)用。
現(xiàn)代流體力學(xué)研究方法包括理論分析，數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究三個(gè)方面。這些方法針對不同的角度進(jìn)行研究，相互補(bǔ)充。理論分析研究能夠表述參數(shù)影響形式，為數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究提供了有效的指導(dǎo)；試驗(yàn)是認(rèn)識客觀現(xiàn)實(shí)的有效手段，驗(yàn)證理論分析和數(shù)值計(jì)算的正確性；計(jì)算流體力學(xué)通過提供模擬真實(shí)流動(dòng)的經(jīng)濟(jì)手段補(bǔ)充理論及試驗(yàn)的空缺。
更重要的是，計(jì)算流體力學(xué)提供了廉價(jià)的模擬、設(shè)計(jì)和優(yōu)化的工具，以及提供了分析三維復(fù)雜流動(dòng)的工具。在復(fù)雜的情況下，測量往往是很困難的，甚至是不可能的，而計(jì)算流體力學(xué)則能方便的提供全部流場范圍的詳細(xì)信息。與試驗(yàn)相比，計(jì)算流體力學(xué)具有對于參數(shù)沒有什么限制，費(fèi)用少，流場無干擾的特點(diǎn)。出于計(jì)算流體力學(xué)如此的優(yōu)點(diǎn)，我們選擇它來進(jìn)行模擬計(jì)算。簡單來說，計(jì)算流體力學(xué)所扮演的角色是：通過直觀地顯示計(jì)算結(jié)果，對流動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行仔細(xì)的研究。
計(jì)算流體力學(xué)在數(shù)值研究大體上沿兩個(gè)方向發(fā)展，一個(gè)是在簡單的幾何外形下，通過數(shù)值方法來發(fā)現(xiàn)一些基本的物理規(guī)律和現(xiàn)象，或者發(fā)展更好的計(jì)算方法；另一個(gè)則為解決工程實(shí)際需要，直接通過數(shù)值模擬進(jìn)行預(yù)測，為工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。理論的預(yù)測出自于數(shù)學(xué)模型的結(jié)果，而不是出自于一個(gè)實(shí)際的物理模型的結(jié)果。
展開 計(jì)算航空航天和計(jì)算流體力學(xué)的發(fā)展與未來
今天，要想通過仿真獲取飛機(jī)認(rèn)證，以及保持每架飛機(jī)和飛機(jī)部件（即“數(shù)字孿生”）的精確數(shù)字形式，都需要嚴(yán)肅認(rèn)真的規(guī)劃。研究計(jì)算航天學(xué)，尤其是研究計(jì)算流體力學(xué) (以下簡稱 CFD) 在過去幾十年間的演變將會對未來發(fā)展大有裨益。
由于本文的篇幅限制，我們無法做到詳盡無遺地闡述整個(gè)歷史，但我們將指出 CFD 如何繼續(xù)發(fā)展，成為科學(xué)領(lǐng)域中與理論和實(shí)驗(yàn)并存的第三個(gè)重要支柱1。
數(shù)十年來的 CFD 發(fā)展歷史
20 世紀(jì) 70 年代的 CFD
標(biāo)志著應(yīng)用 CFD 的發(fā)展拉開序幕的一個(gè)偉大里程碑是 1974 年 Antony Jameson 開發(fā)的用于 3-D 后掠翼設(shè)計(jì)的 FLO22 代碼2（其前身 1-21 的開發(fā)始于 1970 年）。FLO22 從根本上改變了若干家企業(yè)的機(jī)翼設(shè)計(jì)，由于準(zhǔn)確度高，計(jì)算速度相對較快，至今仍在使用。
圖 1：1976 年的地面試驗(yàn)、飛行試驗(yàn)和 FLO-22 CFD 的運(yùn)輸機(jī)翼截面升力分布的手繪對比圖。圖片來自參考文獻(xiàn) 2，經(jīng)作者許可使用。
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行業(yè)洞察 I 計(jì)算航空航天和計(jì)算流體力學(xué)的發(fā)展與未來
隨著計(jì)算工具在未來幾十年中不斷發(fā)展，在 ASSESS 和 CFD 2030 愿景研究等工作的指導(dǎo)下，以及在 Cadence 等公司的帶領(lǐng)下，它們必將為運(yùn)營商帶來高性能的交通工具，并為制造商和設(shè)計(jì)師帶來穩(wěn)定的業(yè)務(wù)績效。
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行業(yè)前沿 I 什么是計(jì)算流體力學(xué) (CFD)的網(wǎng)格劃分技術(shù)？
CAE工程師必學(xué)：斷裂力學(xué)的一些知識點(diǎn) 附斷裂力學(xué)中的數(shù)值計(jì)算方法及工程應(yīng)用下載
奇異性理論一直延續(xù)至今，但奇異性斷裂力學(xué)在物理上存在本質(zhì)的缺陷，這主要表現(xiàn)在兩方面：
其一，在實(shí)際中發(fā)現(xiàn)的裂紋其上下表面間距和裂紋頂端曲率半徑都是有限值，且不等于零；
其二，實(shí)際裂紋，即使在裂紋頂端，應(yīng)力與應(yīng)變均為有限值，不存在所謂的應(yīng)力與應(yīng)變的奇異性。
這樣，基于數(shù)學(xué)尖裂紋和應(yīng)力奇異性的物理量缺乏堅(jiān)實(shí)的物理基礎(chǔ)。為了完善理論，呈現(xiàn)非奇異性，可以采用比較符合真實(shí)情形的半圓形頂端的鈍裂紋（或切口）模型，但鈍裂紋的曲率半徑的測量需要用金相的方法測出，這就需要金相斷裂力學(xué)的發(fā)展。
未來的發(fā)展趨勢
彈塑性斷裂力學(xué)雖取得了一些進(jìn)展，但仍有許多尚待深入研究的問題，它是當(dāng)前斷裂力學(xué)的主要研究方向之一。斷裂動(dòng)力學(xué)，對于線性材料還有待完善；對于非線性材料，尚處于研究初期，是斷裂力學(xué)的又一主要研究方向。隨著對斷裂問題的深入研究及數(shù)學(xué)工具的方便使用，斷裂力學(xué)理論會日益成熟，斷裂力學(xué)應(yīng)用會日漸廣泛。
對于數(shù)值計(jì)算方法，其未來的發(fā)展趨勢為：跨尺度的斷裂力學(xué)數(shù)值計(jì)算方法、并行數(shù)值計(jì)算方法、解析法與數(shù)值法的結(jié)合、多種計(jì)算方法的有機(jī)結(jié)合于融合、數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化。
下載地址：斷裂力學(xué)中的數(shù)值計(jì)算方法及工程應(yīng)用
展開 計(jì)算流體力學(xué) | 控制方程
內(nèi)容結(jié)構(gòu)指引
計(jì)算流體力學(xué)概述 | 流體力學(xué)的一些基本概念 | 流體力學(xué)的控制方程
粘性流動(dòng)的控制方程（納維-斯托克斯方程） | 無粘流的控制方程（歐拉方程）
適合CFD的控制方程 | NS方程的無量綱化 | 簡化NS方程
主要名詞檢索
計(jì)算流體力學(xué)（CFD） | 離散化 | 連續(xù)介質(zhì)假設(shè) | 流動(dòng)微團(tuán) | 控制體 | 流動(dòng)模型 | 物質(zhì)導(dǎo)數(shù)
當(dāng)?shù)貙?dǎo)數(shù) | 遷移導(dǎo)數(shù) | 速度散度 | 拉格朗日描述 | 歐拉描述 | 控制方程 | 連續(xù)性方程 | 動(dòng)量方程
能量方程 | 守恒型 | 非守恒型 | 納維-斯托克斯方程 | 歐拉方程 | 守恒型方程的向量形式
通向量 | 源項(xiàng) | 解向量 | 無量綱量 | 特征量 | 無量綱化 | 定常流方程 | 不可壓流方程
邊界層方程 | 小擾動(dòng)方程
計(jì)算流體力學(xué)概述
a. 定義
計(jì)算流體力學(xué)（CFD）是 通過數(shù)值方法求解流體力學(xué)控制方程，得到流場的離散定量描述，并以此預(yù)測流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的學(xué)科。
實(shí)際問題的流動(dòng)控制方程復(fù)雜，解析解難以獲得，我們通常采用數(shù)值方法求解，值得一提的是，在計(jì)算機(jī)產(chǎn)生之前，數(shù)值方法已然產(chǎn)生。
離散化分為流場的離散化（網(wǎng)格生成）與方程的離散化（計(jì)算格式）
流體力學(xué)研究的三種方法
CFD與試驗(yàn)相比各有千秋，CFD不能完全替代真實(shí)試驗(yàn)
b. CFD常用方法
CFD常用方法
c.
展開 CFD（計(jì)算流體力學(xué)）在各行業(yè)中的應(yīng)用 附王福軍計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析-CFD軟件原理與應(yīng)用下載
CFD（計(jì)算流體力學(xué)）技術(shù)的發(fā)展源于核武器、航空航天等一些高科技領(lǐng)域。過去由于CFD技術(shù)涉及復(fù)雜的流體力學(xué)理論讓人望而卻步。如今，隨著計(jì)算機(jī)以及相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是一些CFD商業(yè)軟件的出現(xiàn)，CFD技術(shù)已不再是停留在“象牙塔”中的高深學(xué)問，它已在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮出越來越大的作用。知網(wǎng)的數(shù)據(jù)顯示，CFD相關(guān)文獻(xiàn)在各行業(yè)內(nèi)的分布較均衡且數(shù)量較多，說明目前CFD在國內(nèi)的影響非常廣泛。
CFD相關(guān)文獻(xiàn)在各行業(yè)中的分布情況（來源于知網(wǎng)2022年2月）
CFD在各行業(yè)的一些應(yīng)用如下。
1. 航空航天
就航空航天工程應(yīng)用而言，CFD的貢獻(xiàn)與成就是舉世矚目的，從低速、高速、跨聲速、超聲速到高超聲速，CFD數(shù)值技術(shù)在不斷地拓展其應(yīng)用范圍。在工程應(yīng)用方面，CFD經(jīng)歷了從平板/翼型到機(jī)翼/全機(jī)的復(fù)雜構(gòu)型數(shù)值模擬，從簡單的簡諧運(yùn)動(dòng)到六自由度多體分離、投放，螺旋槳、直升機(jī)滑流，這些無不凝聚著CFD研究人員與工程師們的智慧與付出。從單一流場的數(shù)值模擬到氣動(dòng)噪聲、考慮結(jié)構(gòu)變形、電磁計(jì)算、等離子控制和飛行力學(xué)等學(xué)科的耦合，CFD技術(shù)在氣動(dòng)設(shè)計(jì)、氣動(dòng)彈性、等離子主動(dòng)控制、多物理場耦合、數(shù)字化飛行、控制律驗(yàn)證等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。CFD不再僅僅是一個(gè)計(jì)算平臺，而且開始成為飛行器設(shè)計(jì)過程中不可缺少的工具。
2. 化工
化工工程是CFD重要的應(yīng)用與發(fā)展領(lǐng)域，著名的CFD商業(yè)軟件Fluent就誕生于化工領(lǐng)域，CFD能夠準(zhǔn)確地描述化工過程中的流體流動(dòng)、混合、傳熱規(guī)律，近年來逐漸開始耦合到化學(xué)反應(yīng)中應(yīng)用于化學(xué)工程領(lǐng)域，并表現(xiàn)出巨大潛力。
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