
【计】 CFD; Computational Fluid Dynamics
计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)是流体力学的一个分支,通过计算机数值计算和可视化技术,模拟流体流动、传热传质及相关物理现象。其核心在于利用离散化数学方法(如有限体积法、有限差分法)求解描述流体运动的偏微分方程组(如Navier-Stokes方程),从而预测复杂工程场景中的流体行为。
计算(Computational)
指利用计算机算法求解流体控制方程的数值过程,区别于传统解析方法。例如,通过迭代求解离散化的动量方程和连续性方程,模拟飞机翼型周围的气流分布。
流体(Fluid)
涵盖液体与气体,其运动遵循质量守恒、动量守恒和能量守恒定律。典型应用包括汽车风阻优化、心血管血流模拟。
动力学(Dynamics)
强调对流体时变行为的研究,如湍流瞬态结构(通过大涡模拟LES实现)或燃烧化学反应过程(结合化学动力学模型)。
根据美国航空航天学会(AIAA)标准:
"CFD是以数值方法求解流体运动控制方程,实现对流场物理量(速度、压力、温度)的空间与时间演化预测的科学。"
—— AIAA Guide for Verification and Validation of CFD Simulations
术语对照:
来源说明:
计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)是一种通过数值方法和计算机技术模拟流体流动、传热及相关物理现象的交叉学科。以下是其核心要点:
CFD将连续的流体运动方程(如质量、动量和能量守恒方程)离散化为代数方程组,通过计算机求解这些方程,获得流体参数的近似解。其核心思想是将复杂的流体场分解为有限个离散点,建立数学模型进行数值分析。
CFD的基础是纳维-斯托克斯方程(Navier-Stokes Equations),描述了牛顿流体的流动规律: $$ frac{partial rho}{partial t} + abla cdot (rho mathbf{v}) = 0 quad text{(质量守恒)} $$ $$ rho left( frac{partial mathbf{v}}{partial t} + mathbf{v} cdot abla mathbf{v} right) = - abla p + mu abla mathbf{v} + mathbf{f} quad text{(动量守恒)} $$ 其中$rho$为密度,$mathbf{v}$为速度,$p$为压力,$mu$为黏性系数,$mathbf{f}$为外力。
主流的CFD软件包括ANSYS Fluent、OpenFOAM(开源)、COMSOL Multiphysics等,支持从流体仿真到多物理场耦合分析的功能。部分工具还支持通过Python或C++进行二次开发。
若用户提到的“语言”指编程语言或实现方式,CFD通常依赖数值计算语言(如Fortran/C++)及脚本语言(如Python)进行算法开发,但CFD本身并非特定编程语言,而是以数学建模为核心的学科方法。
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