【小白的CFD之旅】01 引子【轉(zhuǎn)載】

2017-01-18 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

小白的CFD之旅

寫在前面

CFD是計(jì)算流體力學(xué)的英文簡稱,是計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)的主要分支,目前廣泛應(yīng)用與科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)中。這是一門綜合了數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)及流體力學(xué)的綜合學(xué)科,涉及到眾多的專業(yè)理論,如果缺少相應(yīng)的專業(yè)基礎(chǔ),要想將CFD應(yīng)用于工程中則需要花費(fèi)較多的時(shí)間。

CFD工程應(yīng)用主要涉及到以下幾個(gè)方面:

力學(xué)建模:將現(xiàn)實(shí)世界中的物理現(xiàn)象抽象為計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的力學(xué)模型。這部分在CFD應(yīng)用中是最為重要的一步,然而在實(shí)際工作中常常被忽略。力學(xué)建模要求CFD應(yīng)用者具備良好的流體力學(xué)理論功底。只有具備良好的理論素質(zhì),才能夠準(zhǔn)確的把握現(xiàn)象的本質(zhì),而不至于造成因?yàn)椴槐匾募?xì)節(jié)而舍去核心本質(zhì)。
數(shù)值計(jì)算:將力學(xué)模型轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可求解計(jì)算的代數(shù)方程組以及代數(shù)方程組的數(shù)值求解。力學(xué)建模通常得到的是微分方程,除非一些特別簡單的物理現(xiàn)象,否則這些微分方程基本上很難得到解析解。CFD通常采用的是數(shù)值求解技術(shù),通過離散化技術(shù)將微分方程轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)容易求解的代數(shù)方程。
網(wǎng)格生成:數(shù)值計(jì)算過程中的數(shù)值離散技術(shù)通常要用到計(jì)算網(wǎng)格。我們將連續(xù)的求解域切割成離散的小的空間的過程稱之為網(wǎng)格生成。生成高質(zhì)量的網(wǎng)格是優(yōu)質(zhì)計(jì)算的前提。
計(jì)算結(jié)果解釋:計(jì)算機(jī)求解代數(shù)方程后獲取的是計(jì)算域空間上所有節(jié)點(diǎn)上的物理量的值,為了更好地利用計(jì)算結(jié)果,通常將數(shù)值計(jì)算結(jié)果以圖形圖表的形式進(jìn)行展示。

本系列教程以一個(gè)研究生小白的學(xué)習(xí)經(jīng)歷為主線,內(nèi)容涵蓋CFD工程應(yīng)用的幾個(gè)主要方面,除了包含技術(shù)內(nèi)容外,還包含了一些學(xué)習(xí)過程中的困擾和茫然,這其實(shí)也是本人在剛學(xué)習(xí)CFD的時(shí)候的心路歷程。很久以前就想將這一段經(jīng)歷分享出來,給CFD初學(xué)者一些幫助。

CFD涉及的內(nèi)容太繁雜,完全依靠自學(xué)是一件非常艱辛的事情,現(xiàn)在想起當(dāng)年一個(gè)人天天泡在圖書館啃著那些滿頁都是數(shù)學(xué)符號(hào)的專業(yè)書籍,都不敢相信自己居然能夠堅(jiān)持下來。那時(shí)候不像現(xiàn)在有那么多的參考書,周圍又沒有人引導(dǎo),走了不少的彎路,浪費(fèi)了很多的時(shí)間,如果能夠重來的話,有很多的事情實(shí)際上是沒必要去做的,因此本系列將以過來人的觀點(diǎn)來引導(dǎo)事情的發(fā)展,與真實(shí)歷程其實(shí)有一定的偏移。

雖然以前寫過不少的文字,但以小說的情況來寫這種技術(shù)性的文章還是第一次,文筆生澀之處在所難免,工科生的文字總是偏于簡潔甚至簡陋,從而忽略了文字表述上的優(yōu)美,遇到生澀之處, 看官們大可一笑而過。