【书名】流体力学数值模拟
【作者】：傅德薰主编
【出版日期】1993
【出版社】国防工业出版社
【页数】467页
【内容简介】本书介绍了采用差分方法求解流体力学方程、数值模拟各种绕流流场的工作及不同类型的分离流流场的计算结果,
计算流体力学与数值模拟（简介）
    任何流体运动的规律都是由以下3个定律为基础的：质量守恒定律，动量守恒定律和能量守恒定律。这些基本定律可由数学方程组来描述。如欧拉(Euler)方程，N-S方程。采用数值计算方法，通过计算机求解这些数学方程，研究流体运动特性，给出流体运动空间定常或非定常流动规律，这样的学科就是计算流体力学。 7q|(ZZa 
    计算流体力学的兴起推动了研究工作的发展。自从1687年牛顿定律公布以来，直到本世纪50年代初，研究流体运动规律的主要方法有两种：一是实验研究，它以地面实验为研究手段；另一种是理论分析方法，它利用简单流动模型假设，给出所研究问题的解析解。理论工作者在研究流体运动规律的基础上建立了各类型主控方程，提出了各种简化流动模型，给出了一系列解析解和计算方法。这些研究成果推动了流体力学的发展，奠定了今天计算流体力学基础，很多方法仍是目前解决实际问题时常采用的方法。然而，仅采用这些方法研究较复杂的非线性流动现象是不够的。 
 
    计算流体力学的兴起促进了实验研究和理论分析方法的发展，为简化流动模型的建立提供了更多的依据，是很多分析方法得到发展和完善。然而，更重要的是计算流体力学采用它独有的新的研究方法－－数值模拟方法－－研究流体运动的基本物理特性。这种方法的特点

如下：

    1，给出流体运动区域内的离散解，而不是解析解。这区别于一般的理论分析方法。

    2，它的发展与计算机技术的发展直接相关。这是因为可能模拟的流体运动的复杂程度、解决问题的广度和所能模拟的物理尺度以及给出解的精度，都与计算机速度、内存、视算及输出图形的能力直接相关。

      3，若物理问题的数学提法（包括数学方程及其相应的边界条件）是正确的，则可在较广法的流动参数（如马赫数、雷诺数、飞行高度、气体性质、模型尺度等）范围内研究流体力学问题，且能给出流场参数的定量结果。

      这常常是风洞实验和理论分析难以做到的。而且，要建立正确的数学方程还必须与实验研究相结合。更重要的是实际问题中所求解的多维非线性偏微分方程组十分复杂，其数值解现有数学理论尚不够充分，严格的稳定性分析、误差估计和收敛性理论的发展还跟不上数值模拟的进展。虽然关于广义解唯一性存在性等问题的严格数学理论已经取得了长足的进展，但还不足以对一些感兴趣的具体的复杂问题给出明确的回答。所以在计算流体力学中，仍必须依靠一些较简单的、线性化的、与原问题有密切关系的模型方程的严格数学分析，以及依靠启发性的推理给出所求解问题的数值解的理论依据。然后再依靠数值实验，地面实验和物理特性分析，验证计算方法的可靠性，从而进一步改进计算方法。
      事实上，实验研究、理论分析方法和数值模拟是研究流体运动规律的三种基本方法，他们的发展是相互依赖相互促进的。
    另一方面，计算流体力学的发展进程是伴随着计算机技术的发展而前进的。一般来说，只有计算机的速度、内存和外围设备达到一定程度时才会有计算流体力学新阶段的出现。随着计算技术的提高、巨型计算机的出现，计算流体力学所研究问题的深度和广度不断发展，它不但可用于研究已知的一些物理问题，而且可用于发现新的物理现象。例如甘贝尔（Campbell)和穆勒（Mueller)等人在数值实验中，发现了亚声速斜坡绕流中的分离现象，以后他们在风洞实验中做了证实；又如吉姆(Kim)和莫因(Moin)等人在数值计算中发现了倒马蹄涡，后来被实验研究所证实。其研究领域也随着计算机的速度和内存的增加而不断扩大。
    总之，计算流体力学的兴起促进了流体力学的发展，改变了流体力学研究工作的状况，很多原来认为难以解决的问题，如超声速、高超声速钝体绕流、分离流涡运动、低密度效应、真实气体效应以及湍流问题等，都有了不同程度的发展，且将为流体力学工作提供新的前景。

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