颗粒流与湍流的数值模拟
颗粒流与湍流的数值模拟
颗粒流和湍流是工程、生物、天文学等领域中普遍存在的流体
现象，凭借着计算机的高性能和数值模拟的高精度，研究颗粒流
和湍流的数值模拟已成为研究领域的热点和难点之一。本文将对
颗粒流和湍流的数值模拟的基本概念、数学模型以及数值求解方
法进行讨论和探究。
一、颗粒流的数值模拟
颗粒流是一种研究颗粒、粉末、颗粒悬浮流等问题的物理现象，它是由颗粒在气液、液体或者固体介质中运动而形成的。颗粒流
的研究对于工程、材料、环境等多个领域都具有重要的意义。
颗粒流的数值模拟需要建立数学模型，通常使用离散元法（DEM）和格子玻尔兹曼方法（LBM）来模拟颗粒流的运动和相
互作用。离散元法将颗粒看做是一个个小球，每个小球之间有弹
性碰撞和摩擦力作用，同时还受到外界力的作用。格子玻尔兹曼
方法则是采用微观统计物理学理论而建立的，它通过对分子之间
碰撞的分析来计算宏观流体的行为。
在离散元法中，颗粒流的过程可以分为四个步骤：插入、初始化、运动和相互作用计算。插入是将颗粒放置在一定区域内，初
始化是给颗粒赋予一定的速度和密度，运动是指颗粒在介质中的
运动行为，相互作用计算是指颗粒之间的力学相互作用。通过这
四个步骤，可以得到颗粒流的速度场、密度场、温度场等重要物
理参数。
二、湍流的数值模拟
湍流是流体流动的一种复杂现象，是由于速度和方向的微小扰
动引起的不规则流动。湍流对于流体力学、机械工程等领域有着
广泛的应用。湍流的数值模拟需要建立数学模型，通常采用雷诺
平均Navier-Stokes方程（RANS）和大涡模拟（LES）方法。
雷诺平均Navier-Stokes方程是湍流模拟中最常用的数学模型，
它是对于流场中的运动量、质量和能量守恒进行的方程组。该方
程组可以计算出流场的平均速度、湍流强度和能量耗散率等参数。但是，由于该模型是基于时间平均的，它的精度不够高，无法捕
捉到细小尺度上的流动特征。
大涡模拟方法是一种高分辨率的湍流模拟方法，它将流场分为大尺度和小尺度两部分进行建模。大尺度的流动可以被计算，而小尺度的流动则通过模型求解得到。该方法可以更好地预测湍流特征，但也存在着计算复杂度高和计算成本高等问题。
三、数值模拟的实现
颗粒流和湍流的数值模拟都需要采用高精度的数值方法来求解复杂的数学方程和模型。其中，计算流体力学（CFD）、多相流模拟和计算结构力学等方法是颗粒流和湍流数值模拟中常用的方法。
CFD是一种基于Navier-Stokes方程组的流体力学计算方法，它可以求解各种流动场的速度、温度、压力等物理量。多相流模拟是研究流体中带有固体或气体颗粒的流动问题，它可以模拟颗粒在液体或气体中的运动和力学作用。计算结构力学是研究物体内部力学特性的数值计算方法，它可以模拟物体在流场中的应力和变形情况。
此外，数值模拟还需要使用高性能计算机来进行计算，通过相应的数值计算软件，如FLUENT、ABAQUS等工具，可以进行颗粒流和湍流的数值模拟。
总之，颗粒流和湍流是现代工程、生物、天文学等领域中普遍存在的复杂现象，对于它们的数值模拟有着广泛的研究意义和应用价值。随着科技的发展和计算机技术的不断进步，数值模拟的精度和可靠性将不断提高，给颗粒流和湍流的研究带来新的进展和突破。
颗粒体系的数值模拟与应用研究
颗粒体系的数值模拟与应用研究 颗粒体系广泛存在于自然界中，如沙堆、流沙、飞沙等。同时，颗粒体系也是许多工程领域的重要研究对象，例如粉体冶金、土工建筑、制药工程等。为了深入研究颗粒体系的各种特性，数值模拟成为了一种有效的手段。 一、颗粒体系的数值模拟方法 颗粒体系的数值模拟有多种方法，其中最常见的是分子动力学（Molecular Dynamics, MD）方法和离散元（Discrete Element Method, DEM）方法。 MD方法是一种基于粒子间相互作用力的模拟方法，能够计算颗粒之间相互作用力的大小和方向，并进一步探究颗粒体系的宏观性质。此外，MD方法还包括催化反应、成膜过程等各种过程，能够全面反映物质微观结构特征。 DEM方法是一种基于离散单元的模拟方法，可以通过代表颗粒的离散单元求解颗粒间的相互作用力，从而研究颗粒体系的动态特性和运动规律。与MD方法不同，DEM方法着重于颗粒间的摩擦力和接触力的模拟，在研究颗粒流动特性、颗粒混合等方面多有应用。 二、颗粒体系模拟的应用研究 1. 颗粒流动特性 颗粒流动存在着复杂的流动状态和运动规律，而数值模拟方法能够较为真实地模拟和研究颗粒体系的流动特性。基于DEM方法的颗粒流体力学模型能够解决颗粒流动中的问题，例如颗粒运动的关键参数、颗粒流动的固体结构以及流量和体积分数等。 2. 颗粒混合特性
颗粒混合在许多工业领域中具有重要意义，如制药工程中的颗粒混合可以达到 高效的药物制备过程。通过数值模拟方法，可模拟颗粒混合的运动规律和混合状态，从而探究混合后颗粒的分布情况以及不同混合方式对混合效果的影响等。 3. 颗粒沉降行为 颗粒沉降行为对于污染物治理具有重要意义，例如废水处理过程中颗粒的沉降 速率会影响沉积池的体积和催化剂的使用效果。基于颗粒模型的DEM方法能够克 服物理试验中难以模拟的复杂条件，如不同颗粒材料的沉降速度、颗粒在不同液相中的沉降特性等。 4. 颗粒结构形态的研究 颗粒结构形态是物料物理性质的保证，颗粒形态的缺陷和不一致性会影响物料 物理与化学的性质。通过数值模拟方法的研究，可以控制颗粒结构形态并提高颗粒的制备精度。同时，数值模拟方法可以充分解释颗粒建筑和生长机理以及调控因素。 结语 颗粒体系的数值模拟和应用研究在许多领域都有广泛应用，如能源、制药和化 工等行业，为研究颗粒体系的流动规律、混合状态和沉降特性提供了有效方法，有助于提高物质利用效率和生产质量。未来，随着计算机硬件水平的提高和模型模拟算法的发展，颗粒体系的数值模拟和应用研究将会得到更加广泛的应用和推广。
湍流的数值模拟方法进展
3 大涡模拟（LES ） 湍流大涡数值模拟（LES ）是有别于直接数值模拟和雷诺平均模式的一种数值模拟手段.利用次网格尺度模型模拟小尺度湍流运动对大尺度湍流运动的影响即直接数值模拟大尺度湍流运动, 将N —S 方程在一个小空间域内进行平均（或称之为滤波），以使从流场中去掉小尺度涡，导出大涡所满足的方程。 3。1 基本思想 很多尺度不同的旋涡一起组成了湍流运动平均流动主要取决于大漩涡的流动，大尺度运动则受到小旋涡的影响。流动中的大涡实现了动量、能量质量、热量的交换，耗散主要是由于小涡作用的。大旋涡中受到流场形状、阻碍物的影响，,使大漩涡的各向异性更加明显。然而小漩涡之间各项同性，相互没有太大的区别，所以建立统一的模型比较容易一些.综上所述,大涡模拟将湍流瞬时运动量通过滤波将运动分成小尺度和大尺度.大尺度的运动受到小尺度的运动的影响可以通过应力项（类似于雷诺应力项）来表示，即为亚格子雷诺应力，以建立这种模型的方法来模拟。而大尺度则是求解运动微分方程而计算出来的，也就是说大涡模拟,要先过滤掉小尺度的脉动,然后再推出小尺度的运动封闭方程以及大尺度的运动控制方程。 3。2 滤波函数 正如上面提到，大涡模拟要先将流动变量分解成小尺度量和大尺度量，我们把这个作用叫做滤波.滤波运算就是在一区域内按照一定的条件对函数进行加权平均，作用是将高波数滤掉，使低波数保留，滤波函数的特征尺度决定了截断波数的最大波长,下面三种滤波函数是最为常用的主要有以下三种：盒式、富氏截断以及高斯滤波函数. 不可压常粘性系数的湍流运动控制方程为N-S 方程: j ij i j j i i x S x P x u u t u ∂⋅∂+∂∂-=∂∂+∂∂)2(1γρ 式中:S 拉伸率张量，表达式为：2/)//(i j j i ij x u x u S ∂∂+∂∂=；γ分子粘性系数；ρ流体密度。 设将变量i u 分解为方程（11）中i u 和次网格变量(模化变量）'i u ,即'+=i i i u u u ， i u 可以采用Leonard 提出的算式表示为: (11） 式中)(x x G '-称为过滤函数，显然G(x)满足 x d x u x x G x u i i ' ''-=⎰+∞ ∞-)()()(⎰+∞ ∞-=1)(dx x G
流体流动中的湍流特性分析与模拟
流体流动中的湍流特性分析与模拟 流体流动是自然界中一种非常常见的现象。它可以在空气中、水中，甚至在地 球内部和宇宙的星际空间中发生。在流体流动中，湍流是一种十分重要且复杂的现象。本文将对湍流的特性进行分析和模拟，以深入理解这一现象。 湍流是一种一阶的动力学效应，其特点是流体粒子之间的速度和压力可以经常 性的在时间上和空间上变化。相比之下，层流是一种有序的流动，流体粒子在流动方向上的速度变化平缓且有序。在湍流中，流体粒子的速度和压力变化时而迅疾时而缓慢，因而产生了非线性的速度与压力关系。这也是湍流难以被精确描述且难以预测的原因之一。 湍流中的流体粒子会发生旋转和交错，使得湍流流动的速度低于平均流速。这 种速度的低下导致了湍流中流体的能量损失，同时也使得湍流中热传输和质量传输的效果变差。另一方面，湍流中的旋转和交错也使得湍流具有较高的混合性，即使在较短的时间内，流体也能够充分混合。这种混合性使得湍流在工程应用中有广泛的应用，比如在化工反应器中，湍流可以增强反应物质的混合度，提高反应效率。 湍流现象的理解和模拟在工程领域具有重要意义。在过去，湍流研究主要依赖 于实验观测。然而，实验的成本高昂且受到实验条件的限制，难以对湍流进行全面的观测和分析。随着计算机的发展和计算流体力学的成熟，数值模拟成为研究湍流的重要手段之一。数值模拟可以通过求解流体运动的基本方程组来模拟湍流中流体粒子的运动。这种方法不仅可以解决湍流的基本规律，还可以模拟湍流在不同参数下的特性，为工程设计提供重要参考。 湍流模拟的关键在于求解流体运动的基本方程组。这些方程包括质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程等。通过数值方法对这些方程组进行离散化和迭代求解，可以得到湍流中不同位置的流速、压力和温度等参数。这些参数可以用来分析湍流的特性，比如湍流的速度分布、湍流的压力变化等。
流体的湍流模型和湍流模拟
流体的湍流模型和湍流模拟 流体力学是研究流体的运动规律和性质的学科，其中湍流模型和湍 流模拟是其中非常重要的研究方向。湍流是流体力学中一种复杂而普 遍存在的现象，它具有不规则、无序和随机性等特点。湍流模型和湍 流模拟的发展，对于理解和预测真实世界中的湍流现象，以及涉及湍 流的工程设计和应用具有重要意义。 一、湍流模型 湍流模型是描述湍流现象的数学模型，在流体力学中起着扮演着非 常重要的作用。根据流体力学理论，湍流是由于流体中微小尺度的速 度涡旋突然出现和消失所导致的现象。由于湍流涡旋的尺度范围很广，从而难以直接模拟和计算。因此，使用湍流模型来近似描述湍流现象，成为了一种常用的方法。 常见的湍流模型包括雷诺平均湍流模型（Reynolds-averaged Navier-Stokes equations, RANS）和大涡模拟（large eddy simulation, LES）等。雷诺平均湍流模型是基于平均流场的统计性质，通过求解雷诺平均速 度和湍流应力来评估湍流效应。而大涡模拟是将湍流现象分解为不同 尺度的涡旋，并通过直接模拟大涡旋来研究湍流运动。 二、湍流模拟 湍流模拟是利用计算机来模拟湍流现象的方法，通常基于数值方法 对流体力学方程进行求解。湍流模拟分为直接数值模拟（direct numerical simulation, DNS）、雷诺平均湍流模拟和大涡模拟等。
直接数值模拟是将流场划分为网格，并通过离散化流体力学方程和湍流模型来求解湍流流场的详细信息。由于该方法需要计算微小尺度的细节，计算量非常大，限制了其在实际工程中的应用。因此，直接数值模拟主要用于湍流现象的基础研究和理论验证。 相比之下，雷诺平均湍流模拟和大涡模拟能够更有效地模拟湍流现象。雷诺平均湍流模拟通过对湍流参数进行求解，来描述平均的湍流效应。而大涡模拟则将湍流现象分为大涡旋和小涡旋，通过模拟大涡旋来捕获湍流流场的主要特征。 三、湍流模型与湍流模拟的应用 湍流模型和湍流模拟在工程设计和应用中有着广泛的应用。在航空航天、汽车工程、能源领域等各个领域中，湍流模型和湍流模拟被用于评估和优化流动行为，提高能效和减少能量损失。 例如，在飞机翼型设计中，湍流模型和湍流模拟可以帮助工程师预测机翼表面的湍流分布，并优化机翼的形状和表面设计，以减少湍流阻力和提高升力效率。在汽车气动设计中，湍流模型和湍流模拟可以帮助工程师评估车辆外形对空气阻力的影响，并优化车身设计以减少阻力，提高燃油效率。 此外，在核工程中，湍流模型和湍流模拟也被广泛应用于核电站的冷却系统设计和安全评估。通过对冷却剂流动的湍流模拟，可以更好地理解和优化核电站中冷却系统的热交换效率和稳定性。
颗粒流与湍流的数值模拟
颗粒流与湍流的数值模拟 颗粒流和湍流是工程、生物、天文学等领域中普遍存在的流体 现象，凭借着计算机的高性能和数值模拟的高精度，研究颗粒流 和湍流的数值模拟已成为研究领域的热点和难点之一。本文将对 颗粒流和湍流的数值模拟的基本概念、数学模型以及数值求解方 法进行讨论和探究。 一、颗粒流的数值模拟 颗粒流是一种研究颗粒、粉末、颗粒悬浮流等问题的物理现象，它是由颗粒在气液、液体或者固体介质中运动而形成的。颗粒流 的研究对于工程、材料、环境等多个领域都具有重要的意义。 颗粒流的数值模拟需要建立数学模型，通常使用离散元法（DEM）和格子玻尔兹曼方法（LBM）来模拟颗粒流的运动和相 互作用。离散元法将颗粒看做是一个个小球，每个小球之间有弹 性碰撞和摩擦力作用，同时还受到外界力的作用。格子玻尔兹曼 方法则是采用微观统计物理学理论而建立的，它通过对分子之间 碰撞的分析来计算宏观流体的行为。
在离散元法中，颗粒流的过程可以分为四个步骤：插入、初始化、运动和相互作用计算。插入是将颗粒放置在一定区域内，初 始化是给颗粒赋予一定的速度和密度，运动是指颗粒在介质中的 运动行为，相互作用计算是指颗粒之间的力学相互作用。通过这 四个步骤，可以得到颗粒流的速度场、密度场、温度场等重要物 理参数。 二、湍流的数值模拟 湍流是流体流动的一种复杂现象，是由于速度和方向的微小扰 动引起的不规则流动。湍流对于流体力学、机械工程等领域有着 广泛的应用。湍流的数值模拟需要建立数学模型，通常采用雷诺 平均Navier-Stokes方程（RANS）和大涡模拟（LES）方法。 雷诺平均Navier-Stokes方程是湍流模拟中最常用的数学模型， 它是对于流场中的运动量、质量和能量守恒进行的方程组。该方 程组可以计算出流场的平均速度、湍流强度和能量耗散率等参数。但是，由于该模型是基于时间平均的，它的精度不够高，无法捕 捉到细小尺度上的流动特征。
湍流流场的模拟与分析方法综述
湍流流场的模拟与分析方法综述 一、前言 湍流流场的模拟与分析方法是目前流体力学领域的热门研究方 向之一。湍流是指流体介质在运动过程中出现的无规律涡旋运动，其运动状态具有不确定性，因此湍流流场模拟与分析方法的研究 具有重要的理论和应用价值。本文主要综述湍流流场的模拟与分 析方法，包括数值方法、实验方法和统计方法三个方面。 二、数值方法 数值方法是湍流流场模拟与分析的主要方法之一。常用的数值 模拟方法包括直接数值模拟 (Direct Numerical Simulation, DNS)、 大涡模拟 (Large Eddy Simulation, LES) 和雷诺平均 (Reynolds Averaged Navier-Stokes, RANS) 方法。 1、直接数值模拟 直接数值模拟是指通过直接求解三维湍流流场的原始材料来模 拟湍流流场。该方法需要极大的计算量和存储量，因此只能用于 小尺度和简单流动的模拟。直接数值模拟可以得到完整的流场信息，但计算量太大，限制了其在实际工程中的应用。 2、大涡模拟
大涡模拟是指通过对湍流流场中能量最大的涡旋进行求解，以 降低模拟所需的计算量和存储量的流场模拟方法。其优点是适用 范围广，能模拟中等和大尺度的流动现象，所需计算量较小，但 仍然需要大量的计算资源。 3、雷诺平均 雷诺平均是指通过平均流场变量来消除湍流流场中的涡旋结构，将湍流流场转化为平均流场的一种稳态方法。在计算中，通常采 用贡献加权平均法来消除湍流涡旋。雷诺平均方法的计算量较小，适用于复杂流动，但精度较低。 三、实验方法 实验方法是模拟和分析湍流流场的一种常用方法，包括流体力 学实验、激光测速实验和高速摄影实验等。实验方法可以直接观 测到湍流现象，尤其适用于复杂的流动现象，但成本较高，仅适 用于实验室规模的研究。 1、流体力学实验 流体力学实验是实验方法中应用最为广泛的一种方法，通过测 量流体介质中各种流动物理量随时间和空间的变化，探究湍流流 场的结构和演化规律。常用的流体力学实验方法包括热线法、热 膜法、压电传感器法、悬挂式热膜法等。 2、激光测速实验
(2021年整理)湍流的数值模拟综述
湍流的数值模拟综述 编辑整理： 尊敬的读者朋友们： 这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（湍流的数值模拟综述）的内容能够给您的工作和学习带来便利。同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。 本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为湍流的数值模拟综述的全部内容。
湍流的数值模拟 一、引语 流体的流动形态分为湍流与层流。而层流是流体的最简单的一种流动状态。流体在管内流动时，其质点沿着与管轴平行的方向作平滑直线运动。此种流动称为层流或滞流,亦有称为直线流动的.流体的流速在管中心处最大，其近壁处最小。管内流体的平均流速与最大流速之比等于0.5，根据雷诺实验，当雷诺准数引Re<2320时，流体的流动状态为层流.当雷诺数Re〉2320时，流体流动状态开始向湍流态转变，湍流是一种很复杂的流动状态,是流体力学中公认的难题。 自从19世纪末O.Reynolds提出湍流的统计理论以来，已经有一个多世纪了，经过几代科学家的努力，湍流研究取得很大进展，但是仍然不能满足工程应用的需要，以至于经常有悲观的论调侵袭湍流研究。为什么湍流问题没有圆满地解决会受到如此关注呢？因为湍流是自然界和工程中十分普遍的流动现豫，对于湍流问题的正确认识和模化直接影响到对自然环境的预测和工程的质量.例如，当前影响航天器气动力和气动热预测准确度的主要障碍是缺乏可靠的湍流模型。和其他一些自然科学的准题不同，解决湍流问题具有迫切性。 湍流运动的最主要特征是不规则性，这是大家公认的。对于湍流不规则性的深入认识,是一百多年来湍流研究的上要成就之一。早期的科学家认为，像分子运动一样，湍流是完全不规则运动。类似于分子运动产生黏性,湍流的耗散可以用涡黏系数来表述。20世纪初，一些杰出的流体力学家，相继对涡黏系数提出各种流体力学的模型，如Taylor(1921年)的涡模型,Praudtl(1925年)的混合长模型和von Karman （1930年)相似模型等。当科学家用流体力学观念(不是分子观念）来建立湍流耗散的涡黏模型时,就开始考虑连续介质不规则运动的特点,其中有别于气体分子不规则运动的最主要特点是运动的多尺度性.第一个提出流体湍流运动中多尺度输运特性的科学家mchardson(1922年）曾描述湍动能的多尺度传输过程如下：“大涡包含小涡，并喂予速度；小涡包含更小的涡，如此继续直到黏性耗散”.多尺度的思想导致产生描述多尺度的谱概念和谱分析方法，并最终产生了Kolmogorov(1941年)的局部各向同性的通用谱(即5/3谱）。 湍流不仅是多尺度的而且是有结构的运动。20世纪中叶，大量的湍流实验(包括测量和显示）发现多尺度的湍流运动存在某种特殊的运动状态。Townsend（1951年），Corrsin(1955年）和Lumley(1965年)等从脉动序列的间歇性和空间相关相继推测湍流结构的可能形态。理论上也提出过各种湍涡的模型：球涡模型，柱涡模型等。早期的湍流结构主要是从运动学上考虑,把旋涡结构作为湍流统计的样本。我国的周培源教授是近代湍流模式的奠基人之一,他首先提出先解方程后平均的统计方法，就是说湍涡必须满足Navier—Stokes方程（Chou and Chou，1995年）. 真实的、可以观察到的湍流结构通过流动显示,以及稍后湍流直接数值模拟所证实。典型的例子是混合层的Brown—Roshko涡（1976年），图1明显地展示了混合层中存在规则的大涡和分布在大涡周围的细小湍涡.在边界层、槽道和圆管湍流中也存在各式各样的大涡结构.例如，用激光诱导荧光的显示方法，我们可以在圆管湍流中观察到周向（图2a）和流向大涡(图2b）。值得提出的是,不仅在剪切湍流中有大涡结构,简单的均匀各向同性湍流中也存在涡结构。图3展示的是各向同性湍流的直接
流体力学中的湍流模拟方法比较与评估
流体力学中的湍流模拟方法比较与 评估 引言： 湍流是流体力学领域中一个重要且复杂的现象，在自然 界和工程应用中都普遍存在。由于湍流的不稳定性和高度 的非线性特性，准确预测和模拟湍流是一个具有挑战性的 问题。因此，为了更好地理解湍流的性质和行为，并预测 其对工程应用的影响，研究人员开发了多种湍流模拟方法。本文将对流体力学中常用的湍流模拟方法进行比较与评估。 一、直接数值模拟（DNS）方法 直接数值模拟（DNS）是一种较为精确的湍流模拟方法。该方法通过解析求解Navier-Stokes方程，将湍流现象的所 有空间和时间尺度都考虑在内。DNS可以提供准确的湍流 统计数据，但由于计算量巨大，限制了其在工程领域的应用。 二、雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方法
雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方法是湍流模拟中最 常用的方法之一。该方法基于统计平均，将湍流视为时间 均匀的平均流场。RANS方法通过引入湍流模型来描述湍 流的效应，并求解平均速度和湍流应力的方程。虽然RANS方法计算相对快速，但由于使用了湍流模型，其预 测精度受到模型误差的限制。 三、大涡模拟（LES）方法 大涡模拟（LES）方法是介于DNS和RANS之间的一 种方法。该方法通过数值滤波将湍流中的大尺度结构进行 直接模拟，而将小尺度结构根据模型进行参数化或直接忽略。LES方法可以提供较高的模拟精度，并在一定程度上 保留了湍流的具体特征。然而，LES方法的计算成本较高，对网格分辨率的要求也很高。 四、湍流模型比较与评估 为了评估湍流模拟方法的准确性和适用性，通常需要进 行模型比较和验证。湍流模型的性能评价通常通过与实验 数据或更精确的模拟方法进行对比来完成。 1. 实验验证法：
湍流模拟的数值方法介绍
湍流模拟的数值方法介绍 编辑整理： 尊敬的读者朋友们： 这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（湍流模拟的数值方法介绍）的内容能够给您的工作和学习带来便利。同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。 本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为湍流模拟的数值方法介绍的全部内容。
湍流模拟的数值方法介绍 湍流流动是自然界常见的流动现象，是一种高度非线性的复杂流动，但人们已 经能够通过某些数值方法对湍流进行模拟，取得与实际比较吻合的结果。对于湍流 运动,已经采用的数值计算方法主要可以分为三类：直接数值模拟、大涡模拟和雷 诺时均方程法。 1。直接数值模拟（Direct Numerical Simulation，简称DNS） 方法就是直接用瞬时的N-S方程对湍流进行计算.DNS的最大好处是无需对湍流 流动作任何简化或近似，理论上可以得到相对准确的计算结果.DNS对内存空间及计 算速度的要求非常高，目前还无法用于真正意义上的工程计算，但大量的探索性工 作正在进行之中. 2. 大涡模拟法（large eddy simulation，简称LES） 为了模拟湍流流动，一方面要求计算区域的尺寸应大到足以包含湍流运动中出 现的最大的涡，另一方面要求计算网格的尺度应小到足以分辨最小涡的运动。然而，就目前的计算机能力来讲,能够采用的计算网格的最小尺度仍比最小涡的尺度大许多。因此，目前只能放弃对全尺度范围上涡的运动的模拟，而只将比网格尺度大的 湍流运动通过N—S方程直接计算出来,对于小尺度的涡对大尺度运动的影响则通过 建立模型来模拟，从而形成目前的大涡模拟法。LES方法的基本思想可以概括为： 用瞬时的N-S方程直接模拟湍流中的大尺度涡,不直接模拟小尺度涡,而小涡对大涡 的影响通过近似的模型来考虑。总体而言，LES方法对计算机内存及CPU速度的要 求仍比较高，但低于DNS方法。 3。雷诺平均法（RANS：Reynolds-averaged Navier—Stokes） 虽然N-S方程可以用于描述湍流，但N—S方程的非线性使得用解析的方法精 确描写三维时间相关的全部细节极端困难,即使能真正得到这些细节,对于解决实际 问题也没有太大的意义.这是因为,从工程应用的观点上看，重要的是湍流所引起的 平均流场的变化，是整体的效果。雷诺平均法（Reynolds—averaged Navier-Stokes，简称RANS）是将非稳态的N—S控制方程组作时间平均运算，湍流的各种 瞬时量被表示成时均值和脉动值之和，在所得的时均方程中会出现脉动值的乘积的 时均值这一类新未知量，从而使方程组不封闭。要使方程组封闭，必须作出假设， 即建立模型,把未知的更高阶的时间平均值表示成较低阶的在计算中可以确定的量 的函数。雷诺平均法是目前使用最为广泛的湍流数值模拟方法。RANS把平均掉的 “高频”运动对平均运动的影响通过雷诺应力（或称湍流应力)来模拟.根据Reynolds应力的确定方式可以分为两大类：雷诺应力模型和涡粘模型. 雷诺应力模型包括雷诺应力方程模型（Reynolds Stress equation Model，简 称RSM）和代数应力模型（Algebraic Stress equation Model,简称ASM)。RSM直 接构建应力模型方程，用耗散方程考虑长度尺度的变化，并计算六个雷诺应力分量，因此克服了将涡粘性假设用于复杂湍流条件时的一些缺陷，在模拟浮力流、强旋流 以及曲率、近壁效应等各向异性湍流时具有一定的优越性.尽管近年来，RSM获得了 迅速发展,但由于计算工作量大大增加，再加上这种模型的关联处理和系数的确定 多基于简单流动条件，在复杂湍流条件下尚需要作进一步的调整和改进，因此目前
颗粒流数值模拟技术及应用pdf
颗粒流数值模拟技术及应用pdf 颗粒流数值模拟技术及应用 随着工业化的不断发展，固体颗粒在粉体工程、化工、冶金、环 保等领域的应用越来越广泛。而粒子作为流体中的一种特殊物质，在 其运动过程中会表现出许多非线性、不稳定的现象，如物料堆积、塌陷、拥塞等。为更好地了解这些现象并优化工业生产中的颗粒物流， 颗粒流数值模拟技术应运而生。 颗粒流数值模拟技术是以数学方法为基础，通过对颗粒流动及其 物理变化的数值模拟来分析、预测和控制颗粒物流系统运动特性的科 学技术。它通过建立计算模型和数值求解，使得人们能够更好的了解 颗粒流动的行为特征和现象规律。目前，颗粒流数值模拟技术主要分 为两个方向：一是离散元颗粒流数值模拟，另一个是连续介质颗粒流 数值模拟。 离散元颗粒流数值模拟技术是将颗粒体系看作由大量带载荷的单 个颗粒所构成的软体，颗粒与颗粒间相互碰撞、弹性变形和能量传递。这种模拟技术的优点在于可以较为真实地模拟颗粒流动的微观细节， 如颗粒间的气体流动、物料混合与分离等。这种模拟方法的缺点在于 计算量较大，计算时间比较长。 连续介质颗粒流数值模拟技术则是基于连续介质的假设，将颗粒 体系看作一个流体，求解代表颗粒流动的偏微分方程。这种模拟技术 的优点在于计算效率高，计算量较小，适用于大规模颗粒流动问题。
不过，这种模拟方法的缺点在于对微观颗粒行为的描述能力不如离散元颗粒流数值模拟。 目前，颗粒流数值模拟技术已经得到了广泛的应用。例如在粉体配料系统中，可以通过数值模拟来优化粉体的混合过程、均匀程度和混合时间。在热力学燃气力学领域，颗粒流数值模拟技术可以用于汽车发动机中的燃烧过程模拟，进一步研究燃烧过程中颗粒物的产生和排放问题。在矿业工程领域，颗粒流数值模拟技术可以用于挖掘机、煤矿储气罐和精矿输送管道等颗粒物料运输的数值模拟和优化。还有许多其他应用领域，如建筑材料、食品、纺织等等。 总之，颗粒流数值模拟技术已经成为颗粒物流领域的重要工具和手段。正确的模拟方法和数值求解技术的运用，可以对颗粒物流的流动、变形特征和运动规律进行定量预测和分析，为提高生产效率和物资利用率奠定坚实基础。
低雷诺数下湍流流动特性的数值模拟与分析
低雷诺数下湍流流动特性的数值模拟与分析 湍流流动是一种非常常见且复杂的流动形式，在许多工程和自然现象中都广泛 存在。要准确地预测和理解湍流流动的行为，数值模拟成为一种重要的工具。低雷诺数下湍流流动是指雷诺数比较小的条件下的湍流流动，这种情况下流体的惯性效应较小，粘性效应较为显著。 为了进行低雷诺数下湍流流动的数值模拟与分析，我们首先需要确定适合的数 值方法和数值模型。对于湍流流动，常见的数值方法有直接数值模拟（DNS）、 大涡模拟（LES）和雷诺平均纳维-斯托克斯方程（RANS）等。在低雷诺数下，直 接数值模拟是可行的，因为湍流的时间和空间尺度都可以在计算范围内详细地解析。直接数值模拟适用于小尺度问题，但计算成本较高。另一种方法是大涡模拟，通过模拟和解析大尺度涡旋的运动，较小尺度的湍流结构可通过子网格模型估计。而雷诺平均纳维-斯托克斯方程则通过对湍流场进行平均处理来降低计算成本，但模型 的准确性可能会受到影响。 在数值模拟时，我们需要选择合适的数值网格，以确保计算结果的准确性和稳 定性。一般来说，较小尺度的湍流结构需要更细的网格进行模拟，以充分捕捉湍流的细节。在低雷诺数下，流场的影响范围相对较小，可以使用结构化网格或非结构化网格，具体选择要根据具体问题而定。 另外，数值模拟过程中还需要考虑湍流模型的选择。湍流模型是描述湍流流动 中的粘性损失和湍流的传输特性的数学模型。常见的湍流模型有充分发展的k-ε模型、k-ω模型和雷诺应力输运模型等。对于低雷诺数下的湍流流动，应特别注意选 择适合较低雷诺数下流动的湍流模型，以准确描述其中的复杂性。 在进行数值模拟时，我们需要设定适当的边界条件和初始条件。边界条件是指 在流场的边界上给定的速度、压力和温度等参数，初始条件是指在初始时刻给定的流场状态。边界条件和初始条件的设定应基于实际问题，并尽可能准确地反映真实流动情况。
cfd数值模拟 流体力学参数
cfd数值模拟流体力学参数 流体力学参数是研究流体运动和流体与固体之间相互作用的重要指标。在工程领域，使用CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体力学）数值模拟方法可以对流体力学参数进行精确计算和预测。本文将从不同角度介绍几个常见的流体力学参数，并探讨CFD 数值模拟方法在计算这些参数方面的应用。 我们来讨论雷诺数（Reynolds number）这一重要的流体力学参数。雷诺数是描述流体流动状态的指标，它与流体的惯性力和粘性力之间的比值有关。通过CFD数值模拟，我们可以计算出流体在不同雷诺数下的流动情况。例如，当雷诺数较小时，流体流动主要受到粘性力的影响，流动状态呈现出层流的特点；而当雷诺数较大时，惯性力主导了流动过程，流动状态则呈现出湍流的特征。CFD数值模拟可以帮助我们更好地理解和分析不同雷诺数下的流体流动行为，对于优化工程设计具有重要意义。 除了雷诺数，涡量（Vorticity）也是流体力学中常用的参数之一。涡量描述了流体流动时旋转的程度，是流场旋转性质的度量。在CFD数值模拟中，我们可以通过计算速度场的旋度来得到涡量的分布情况。涡量的大小和分布可以反映流体流动的复杂性和旋转性质，对于分析和预测流体运动中的涡旋结构和涡街现象具有重要意义。CFD数值模拟可以帮助我们直观地观察和分析涡量的分布，为相关工程问题的解决提供有力支持。
压力系数（Pressure coefficient）也是流体力学中的重要参数之一。压力系数描述了流体流动中压力分布的非均匀性，是表征流场压力特征的关键指标。通过CFD数值模拟，我们可以计算出流体在不同位置的压力系数分布。压力系数的分布对于理解流体流动中的压力变化和力学特性具有重要意义。CFD数值模拟可以帮助我们预测和优化流体流动中的压力分布，为工程设计和流体力学问题的解决提供参考。 湍流能量耗散率（Turbulent kinetic energy dissipation rate）也是流体力学中的关键参数之一。湍流能量耗散率描述了湍流流动中能量转化和能量耗散的过程，是表征湍流流动特性的重要指标。通过CFD数值模拟，我们可以计算出流体流动中的湍流能量耗散率分布。湍流能量耗散率的分布对于理解湍流流动中的能量转化过程和湍流特性具有重要意义。CFD数值模拟可以帮助我们分析和预测湍流流动中的能量转化和耗散过程，为相关工程问题的解决提供重要依据。 流体力学参数是研究流体流动和流体与固体相互作用的重要指标。CFD数值模拟方法可以帮助我们计算和预测不同流体力学参数的分布和变化，为工程设计和流体力学问题的解决提供有力支持。通过对流体力学参数的深入研究和分析，我们可以更好地理解和掌握流体力学的基本原理，为工程实践和科学研究提供更加准确和可靠的基础。
颗粒流动的数值模拟及实验研究
颗粒流动的数值模拟及实验研究 颗粒流动是一种复杂的现象，涉及到颗粒间的相互作用、运动 规律等多个方面。为了深入研究颗粒流动的特征和机理，科研工 作者们通过数值模拟和实验研究等多种手段，不断地探索和发现 着新的知识和成果。 一、颗粒流动的特征 颗粒流动是指由多颗粒组成的流体在外力驱动下的运动，其特 征主要包括：流态发生变化、颗粒间存在复杂的相互作用、流体 的分布形态和粒子的分布均匀性等方面。 二、数值模拟的研究方法 数值模拟是通过计算机模拟的手段对颗粒流动进行分析和研究，其研究方法包括：离散元方法、CFD方法等。 离散元方法，即基于颗粒的微观模型，通过模拟颗粒的运动以 及颗粒间的相互作用，得出颗粒流动的宏观行为。这种方法主要 适用于颗粒数较少，流动过程中颗粒的相互作用较为复杂的情况。 CFD方法，即计算流体力学，是基于流体的宏观模型，通过建 立热力学方程和动量方程，对流动过程进行模拟和计算。这种方 法适用于流体密度较大、流体动力学参数较为简单的情况。 三、实验研究的手段和方法
实验研究是通过实际操作和测量对颗粒流动进行分析和研究，其手段和方法包括：流变仪、振荡板等。 流变仪是实验室中常用的颗粒流变测试仪器，通过测量颗粒在不同条件下的流变特性，分析颗粒流动的变化和特征。 振荡板是一种实验装置，通过振动颗粒床，观察颗粒的运动和变化过程，从而研究颗粒流动的特征和规律。 四、数值模拟和实验研究的应用 颗粒流动的数值模拟和实验研究在多个领域中都得到了广泛的应用，如：材料科学、工程力学等。 在材料科学中，颗粒流动的数值模拟和实验研究可用于分析材料的流变特性、制备过程中的颗粒分布、粒度分布等，从而优化材料制备工艺，提高产品质量。 在工程力学中，颗粒流动的数值模拟和实验研究可用于分析颗粒在输送过程中的运动特征、优化输送系统的设计、改进输送效率、降低系统的维护成本等。 综上所述，颗粒流动的数值模拟和实验研究，对于深入了解其特征和机理，优化材料制备工艺，提高系统的输送效率等方面都具有重要的意义和作用。随着科技的不断进步和发展，相信这一领域的研究也会得到更加深入和精细的探索和实践。
工程流体力学中颗粒运动与沉降的数值模拟
工程流体力学中颗粒运动与沉降的数值模拟 在工程流体力学中，颗粒运动与沉降是一个重要的研究领域。通过数值模拟可 以更好地理解和预测颗粒在流体中的行为，为工程设计和优化提供指导和依据。本篇文章将从数值模拟的基本原理、数值方法和应用案例三个方面，介绍工程流体力学中颗粒运动与沉降的数值模拟。 一、数值模拟的基本原理 在工程流体力学中，颗粒运动与沉降的数值模拟基于流体动力学和颗粒动力学 两个基本理论。流体动力学描述了流体的运动规律，可以通过求解Navier-Stokes 方程来模拟流体的运动。颗粒动力学则描述了颗粒在流体中的运动行为，可以通过求解Newton第二定律来模拟颗粒的运动。 数值模拟的基本原理是将流体和颗粒分别离散为有限体积或体元，并在计算区 域内建立离散的计算网格。通过将流体和颗粒的运动方程离散化，利用数值方法求解离散方程组，得到流体和颗粒的运动状态。数值模拟的结果可以通过后处理方法得到流体和颗粒的运动轨迹、速度、压力等参数。 二、数值方法 常见的数值方法包括有限体积法、有限差分法和有限元法。在工程流体力学中，常用的方法是有限差分法和有限元法。 1. 有限差分法 有限差分法将计算区域内的流体和颗粒分别离散为有限数量的节点，并采用有 限差分近似方法，将连续的偏微分方程转化为代数方程组。然后利用迭代方法求解代数方程组，得到流体和颗粒的运动状态。 2. 有限元法
有限元法将计算区域内的流体和颗粒分别离散为有限数量的单元，并采用有限元插值方法，将连续的偏微分方程转化为代数方程组。然后利用迭代方法求解代数方程组，得到流体和颗粒的运动状态。 三、应用案例 工程流体力学中颗粒运动与沉降的数值模拟已经在很多领域得到广泛应用。以下是几个典型的应用案例： 1. 颗粒沉降 通过数值模拟可以研究颗粒在不同流体环境下的沉降行为，预测颗粒的沉降速度和沉降路径。这对于污水处理、污泥沉降和固体废弃物处理等工程设计与运营十分重要。 2. 气固流动 在气固流动中，颗粒与气体的相互作用对于流动的特性和传热传质过程有很大影响。通过数值模拟可以研究颗粒在气固流动中的分布、浓度分布和传输行为，对于燃烧、气体净化和颗粒输送等过程进行优化设计。 3. 颗粒悬浮体 颗粒悬浮液是一种常见的流体系统，如悬浮液的混凝与沉降、颗粒在管道中的输送等。通过数值模拟可以研究颗粒在悬浮液中的分布、浓度分布和输送行为，优化悬浮液的混凝、过滤和分离等工艺过程。 4. 颗粒流动 颗粒流动是一种多相流动，如颗粒在物料输送、储存和流化床等过程中的行为研究。通过数值模拟可以研究颗粒在流动过程中的分布、堆积和运动行为，为工程设计和优化提供指导。 总结：
颗粒流体力学的模拟与实验
颗粒流体力学的模拟与实验前言 颗粒流体力学是近年来发展较为迅速的一个研究领域，其广泛应用于物理、化学、生物、地质、工程等领域。颗粒流体力学的研究方法主要包括理论模型和实验模拟两种，本文将分别介绍这两种方法的相关知识和研究进展。 第一章颗粒流体力学理论模型 颗粒流体力学主要研究的是由大量固体颗粒组成的粒子流体，这些颗粒之间的相互作用力会影响颗粒的运动轨迹和排列形态。在理论模型研究中，一般采用计算机模拟方法，通过建立数学模型和模拟算法来模拟颗粒流体的运动状态。 一、颗粒流体力学的基本原理 颗粒流体力学研究的基本原理是多体动力学模型，即对颗粒之间的相互作用力进行建模，通过动力学方程求解颗粒运动轨迹。多体动力学模型的基本假设是颗粒之间只有简单的碰撞作用，可以通过弹性碰撞理论来描述颗粒之间的相互作用力。 二、颗粒流体力学模型发展历程 颗粒流体力学理论模型的发展历程可以分为三个阶段： 1、刚性球体模型
最早的颗粒流体力学模型是刚性球体模型，即将颗粒看作刚性 球体，通过碰撞理论计算颗粒运动轨迹，但该模型忽略了颗粒自 身的形变和流体力学特性。 2、软粒子模型 为了考虑颗粒自身的形变和流体力学特性，研究者提出了软粒 子模型，该模型将颗粒看作弹性球体，并通过流体动力学原理描 述颗粒之间的相互作用力。 3、离散元模型 离散元模型是目前应用最广泛的颗粒流体力学模型，该模型将 颗粒划分为离散的单元，通过牛顿运动定律和分子动力学方法计 算颗粒之间的相互作用力。离散元模型可以模拟颗粒流体的形变、流动和颗粒分布等运动特性，具有较高的精度和可靠性。 第二章颗粒流体力学实验模拟 颗粒流体力学实验模拟是将理论模型应用到实际问题中进行验 证和优化的一种手段，通过设计实验装置和实验方案，模拟颗粒 流体的运动状态，通过实验数据检验理论模型的可靠性和精度， 同时提供重要的实验数据支持。 一、实验方法 颗粒流体力学实验模拟可以分为三类方法：
空气湍流中颗粒输运现象的实验与数值模拟
空气湍流中颗粒输运现象的实验与数值模拟 近年来，随着人们对空气污染问题的关注度不断提高，空气湍流中颗粒输运现 象也越来越引起关注。颗粒输运是指在空气湍流中被气流带动的颗粒运动，这种现象在很多工程和科学领域都具有重要的应用价值。因此对空气湍流中颗粒输运现象进行实验和数值模拟研究，对解决实际问题和提高科学研究水平都有着重要的意义。 一、空气湍流中颗粒输运的实验研究 实验是研究空气湍流中颗粒输运现象的重要手段。通过实验可以获取颗粒运动 的精确数据，比如颗粒的位置、速度和轨迹等。在实验研究中，一般会借助一些工具或设备来模拟空气湍流的运动状态，比如风洞、旋转桶等。 风洞实验是一种比较常用的方法，可用于模拟不同流场条件下的颗粒输运现象。风洞内部一般设置一些装置，如高速旋转扇叶、混沌装置等，以模拟气流的运动状态。通过对风洞内颗粒运动轨迹和速度的测量，可以获得较为准确的实验数据。 另外，旋转桶也是一种常见的实验设备。在旋转桶内，颗粒团随着桶的旋转而 产生沿圆周的惯性力而运动，在运动过程中经历了湍流的紊动效应，这种方法可以用于模拟颗粒输运的统计性质。 二、空气湍流中颗粒输运的数值模拟研究 除实验研究外，数值模拟是研究空气湍流中颗粒输运现象的另一种重要手段。 数值模拟可以通过计算机模拟，模拟出在特定条件下颗粒的运动状态。 湍流是空气中一种社会现象，其特点是流体运动状态不规则而复杂。对湍流进 行数值模拟是一种非常困难的问题。当前常用的数值模拟方法包括拉格朗日方法和欧拉方法。拉格朗日方法是用一系列离散颗粒来模拟整个流场，而欧拉方法是建立流场的数学模型，通过求解这个模型得到整个流场的状态。
除了模型的选择之外，数值模拟的关键也在于颗粒-流体相互作用力的求解方法。通常，我们需要考虑到气固两相的相互作用力并建立相应的物理模型。 三、结论 空气湍流中颗粒输运现象的实验和数值模拟研究是研究流体力学的一个重要分支。通过实验可以获得颗粒的运动轨迹和速度数据，进而加深对颗粒输运的认识。而数值模拟则通过计算机模拟，来模拟空气湍流中的颗粒输运现象，可以用于预测空气污染、工业过程中的颗粒输运等。在未来，这两种研究方法的不断深入将带来更深刻的认识和更多应用价值。
fluent 颗粒轨迹法 -回复
fluent 颗粒轨迹法 -回复粒子轨迹法（Particle Trajectory Method）是一种常用的数值模拟方法，用于模拟颗粒在 流体中的运动轨迹。它广泛应用于颗粒流、颗 粒沉降、颗粒凝聚、颗粒分散等领域，并被广 泛应用于颗粒传输和生物流体力学等复杂现 象的研究中。 粒子轨迹法的基本思想是通过将颗粒分为 几个质点，并跟踪每个质点的位置和速度来模 拟颗粒的运动。这些质点根据流体速度和力学 方程进行计算和更新，从而得到颗粒在流体中 的运动轨迹。该方法的基本假设是颗粒的数量 足够大，以至于可以近似将颗粒视为连续介质。 在使用粒子轨迹法模拟颗粒运动时，首先需 要确定颗粒的初始位置和速度。这可以通过实 验观测或从其他模拟方法中获得。然后，根据
流体速度场和颗粒的物理性质，计算每个颗粒 质点所受到的力和加速度。力的计算包括浮力、重力、阻力等。颗粒的轨迹根据质点的速度和 位置进行更新，直到达到模拟结束的条件或达 到最大模拟时间。 在模拟颗粒运动时，需要考虑颗粒与流体之 间的相互作用。颗粒与流体之间的作用包括流 体速度场对颗粒的影响以及颗粒对流体的影 响。流体速度场对颗粒的影响通过计算流体速 度与颗粒速度的差异来确定颗粒质点受到的 加速度。颗粒对流体的影响则通过考虑流体连 续性方程、动量方程和颗粒运动方程的耦合来 实现。 粒子轨迹法在模拟颗粒运动中具有优势。首先，它可以模拟颗粒在复杂流动场中的运动，如湍流流动和多相流动。其次，该方法可以考
虑颗粒之间的相互作用，包括颗粒与颗粒之间的碰撞和颗粒与固体界面之间的摩擦。此外，粒子轨迹法可以模拟颗粒在不同尺度上的运动，从微观颗粒到宏观颗粒流。 然而，粒子轨迹法也存在一些限制。首先，该方法的计算量较大，尤其在模拟大尺度颗粒流动时需消耗大量计算资源。其次，由于颗粒之间的复杂相互作用，颗粒运动的模拟结果可能存在一定的误差。因此，粒子轨迹法通常需要与实验数据进行验证和校准。
流体流动数值模拟
流体流动现象普遍存在于自然界及多种工程领域中。所有这些流动过程都遵循质量守恒、动量守恒、能量守恒和组分守恒等基本物理定律；而且流动若处于湍流状态，则该流动系统还要遵守附加的湍流输运方程。本讲座将依据流体运动的特性阐述计算流体动力学的相关基础知识及任务；在流体运动所遵循的守恒定律及其数学描述的基础上，介绍数值求解这些基本方程的思想及其求解过程。 第一节计算流体动力学概述 计算流体动力学（CFD）技术用于流体机械内部流动分析及其性能预测，具有成本低，效率高，方便、快捷用时少等优点。近年来随着计算流体力学和计算流体动力学及计算机技术的发展, CFD技术已成为解决各种流体运动和传热，以及场问题的强有力、有效的工具，广泛应用于水利、水电，航运，海洋，冶金，化工，建筑，环境，航空航天及流体机械与流体工程等科学领域。利用数值计算模拟的方法对流体机械的内部流动进行全三维整机流场模拟，进而进行性能预测的方法越来越广泛地被从事流体机械及产品性能取决于各种场特性的设计、科研等科技人员所使用；过去只有通过实验才能获得的某些结果或结论，现在完全可借助CFD模拟的手段来准确地获取。这不仅既可以节省实验资源,还可以显示从实验中不能得到的许多场特性的细节信息。 一、什么是计算流体动力学 计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics，简称CFD)是通过计算机数值计算和图像显示，对包含流体流动和有热传导等相关物理现象的系统所做的分析。CFD的基本思想可以归结为：把原来在时间域及空间域上连续的物理场（如速度场和压力场，以及热力场等），用一系列有限个离散点上变量值的集合来代替；并通过一定的原则和规律建立起关于这些离散点上的场变量之间关系，从而组成这些场变量之间关系的代数方程组；然后求解这种代数方程组，来获得这些场变量的近似值[1-3]；这就是流动的数值计算。或者直观地说，通过数值计算中的各种离散方法，把描述连续流体运动的控制偏微分方程离散成代数方程组，由此建立该流动的数值模型；再根据问题的具体情况，设定边界条件和初始条件封闭方程组；然后通过计算机数值计算求解这种代数方程组，从而获得描述该流场场变量的某些运动参数的数值解。 计算流体动力学是在经典流体力学、数值计算理论、计算方法，以及计算机科学与技术的基础上建立和发展起来的多学科、多领域交叉的流体力学中的一个新分支；或可以说是一门新学科。他将科学的理论知识与实际工程计算紧密地结合在了一起，是我们流体机械及流体工程学科和工程领域中目前科学研究与工程计算、分析或设计的高质、高效，短周期、低费用的强有力不可或缺的重要工具。