
【計】 CFD; Computational Fluid Dynamics
計算流體動力學(Computational Fluid Dynamics,CFD)是流體力學的一個分支,通過計算機數值計算和可視化技術,模拟流體流動、傳熱傳質及相關物理現象。其核心在于利用離散化數學方法(如有限體積法、有限差分法)求解描述流體運動的偏微分方程組(如Navier-Stokes方程),從而預測複雜工程場景中的流體行為。
計算(Computational)
指利用計算機算法求解流體控制方程的數值過程,區别于傳統解析方法。例如,通過疊代求解離散化的動量方程和連續性方程,模拟飛機翼型周圍的氣流分布。
流體(Fluid)
涵蓋液體與氣體,其運動遵循質量守恒、動量守恒和能量守恒定律。典型應用包括汽車風阻優化、心血管血流模拟。
動力學(Dynamics)
強調對流體時變行為的研究,如湍流瞬态結構(通過大渦模拟LES實現)或燃燒化學反應過程(結合化學動力學模型)。
根據美國航空航天學會(AIAA)标準:
"CFD是以數值方法求解流體運動控制方程,實現對流場物理量(速度、壓力、溫度)的空間與時間演化預測的科學。"
—— AIAA Guide for Verification and Validation of CFD Simulations
術語對照:
來源說明:
計算流體動力學(Computational Fluid Dynamics,簡稱CFD)是一種通過數值方法和計算機技術模拟流體流動、傳熱及相關物理現象的交叉學科。以下是其核心要點:
CFD将連續的流體運動方程(如質量、動量和能量守恒方程)離散化為代數方程組,通過計算機求解這些方程,獲得流體參數的近似解。其核心思想是将複雜的流體場分解為有限個離散點,建立數學模型進行數值分析。
CFD的基礎是納維-斯托克斯方程(Navier-Stokes Equations),描述了牛頓流體的流動規律: $$ frac{partial rho}{partial t} + abla cdot (rho mathbf{v}) = 0 quad text{(質量守恒)} $$ $$ rho left( frac{partial mathbf{v}}{partial t} + mathbf{v} cdot abla mathbf{v} right) = - abla p + mu abla mathbf{v} + mathbf{f} quad text{(動量守恒)} $$ 其中$rho$為密度,$mathbf{v}$為速度,$p$為壓力,$mu$為黏性系數,$mathbf{f}$為外力。
主流的CFD軟件包括ANSYS Fluent、OpenFOAM(開源)、COMSOL Multiphysics等,支持從流體仿真到多物理場耦合分析的功能。部分工具還支持通過Python或C++進行二次開發。
若用戶提到的“語言”指編程語言或實現方式,CFD通常依賴數值計算語言(如Fortran/C++)及腳本語言(如Python)進行算法開發,但CFD本身并非特定編程語言,而是以數學建模為核心的學科方法。
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