Page 61 - 数值模拟驱动的高温合金热加工技术

第二章 数值模拟基础理论与方法

年来，相关研究学者对欧拉方程求解流体问题的算法进行了深入研究，并取得了
较精确的计算结果。
（三）计算流体力学的应用

计算流体力学的应用已从航空航天的初始领域扩展到船舶、海洋、化学、铸
造、制冷、工业设计、城市规划与设计、建筑防火设计、汽车等诸多领域。近年
来，计算流体力学（CFD）在全流场计算、旋翼计算、航空发动机内部流场计算、
导弹发射、飞机贮存、水下流体力学、汽车等领域得到了广泛的应用。这说明计

算流体力学在解决实际工程问题中具有重要的应用价值。以计算流体力学在工程
实践中应用的速度和深度为例，介绍了计算流体力学在汽车领域的应用实例。20
世纪 80 年代初开始应用在汽车领域中发表的流体力学计算，短短的二十年后，
它已被应用于车身的内部空间设计的流动现象的研究和计算，汽车空调通风、发

动机内气体流动和冷却系统、液力变矩器，在压缩机和涡轮机叶轮和蜗壳在废气
涡轮增压器，同时，对汽车和发动机的燃烧传热研究的进一步发展和预测噪声强
度和模具设计等相关问题。
当我们开始研究计算流体力学问题时，首先需要建立一个模型，即根据相关

的专业知识，用数学的方法来表达问题，然后用计算流体动力学软件来解决和分
析问题。计算流体动力学过程一般包括三个部分：预处理，包括几何模型与网格
的选择；求解器，包括确定计算流体动力学方法，方程的离散，数值计算方法的
选择、输入相关参数；后处理，包括速度场、压力场、温度场等参数的计算机可

视化和动画等。的优点和计算流体动力学 CFD 的应用在工程实践中的应用大致
可以归纳如下：更详细地分析和研究流体流动、传质、传热过程；可以很容易地
改变实验条件和参数，获得了大量的传统硬实验获取信息的整个研究数据；设计
时间大大缩短；可以方便地用于那些不能达到特定的测量场合，如高温、危险环境；

根据模拟数据，可以控制过程和全方位优化设计。随着计算流体力学在工程技术
应用中的迅速普及，计算流体力学越来越受到软件界的重视。CFX、FLUENT、
PHOE-NICS、CFD2000、CFD++ 等一大批计算流体力学软件已经商品化。这些
商业软件既有专业软件的通用性又有特殊性。这些软件可以很容易地处理工程

和技术领域中的各种困难和复杂的问题，因此它是非常有吸引力的。然而，CFD
软件在某些领域的应用还不成熟。需要进一步提高计算精度、功能增强、计算效
率、运算的收敛性和简化。

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