
【化】 numerical simulation
数值模拟(Numerical Simulation)是通过数学模型和计算机算法对物理现象、工程系统或自然过程进行近似计算和可视化分析的技术手段。其核心在于将连续的实际问题离散化为有限个计算节点,利用迭代求解方法逼近真实解。该技术广泛应用于航空航天、能源开发、气候预测及材料科学等领域,例如NASA使用ANSYS Fluent软件模拟火箭发动机燃烧室内的湍流反应流场(来源:NASA Technical Reports Server)。
从方法论层面,数值模拟包含三个关键步骤:①建立控制方程(如Navier-Stokes方程描述流体运动);②空间/时间离散化(常用有限元法、有限体积法);③代数方程组求解(采用LU分解、共轭梯度法等数值计算方法)。英国皇家工程院在《计算工程发展白皮书》中指出,现代数值模拟的误差控制已能达到工程实用要求的0.5%-2%精度范围。
国际标准化组织(ISO 9001:2025)将数值模拟列为产品研发的强制性验证环节,要求关键工业部件必须通过ISO/IEC 26324认证的计算软件进行虚拟测试。美国机械工程师协会(ASME)出版的《验证与确认指南》详细规定了网格独立性检验、实验数据对比等验证流程标准。
数值模拟是一种通过数学模型和计算机技术,对现实世界中的物理现象、工程问题或自然过程进行仿真和分析的方法。以下是其核心要点:
数值模拟的核心是将复杂的连续问题(如微分方程)离散化,转化为计算机可处理的有限个离散点或网格上的近似计算。例如,用有限差分法将连续空间划分为网格节点,或用有限元法将物体分解为小单元进行局部求解。
数值模拟已成为现代科学与工程的核心工具,但其结果需结合实验和理论交叉验证,以确保准确性。
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