二维超声速流通的Anderson流体力学案例解析

该文档可能是针对Anderson编写的《计算流体力学》教材的第八章内容，主要提供了二维超声速流通的示例代码。在流体力学中，超声速流动是指流体的速度超过其所在介质中的声速。这种现象常见于航空和航天领域，如飞机在高速飞行时，空气流过机翼表面的速度就可能达到或超过声速。二维超声速流通是指在流体流动过程中，其物理量（如压力、密度、速度等）在两个相互垂直的方向上不发生改变，只在第三个方向上有所变化的流动状态。这类问题在数学上可通过偏微分方程来描述，通常需要借助计算方法来求解。Anderson的《计算流体力学》是一本广受好评的入门教材，它详细介绍了计算流体力学的基本概念、方法以及应用。第八章作为该书的一个组成部分，应该详细讲解了二维超声速流通的物理原理、数值方法和实际计算过程。读者通过学习本章节内容，将能够掌握如何运用计算机软件模拟和分析超声速流动情况，从而为工程实践中的问题解决提供理论支持和计算工具。" 知识点详细说明： 1. 超声速流动的基本概念：超声速流动是指流体的速度超过了介质中声速的情况。在流体力学中，声速是流体中扰动传播的速度，超声速流动通常伴随着激波的产生，这些激波会对周围的流场产生影响。 2. 二维流动：二维流动是指在流动过程中，物理量沿着两个坐标轴方向没有变化，只在一个方向上有所变化。在数学上，它可以通过偏微分方程来描述，通常考虑的是平面流动或者圆柱对称流动。 3. 超声速流通问题的数学描述：超声速流场通常需要通过Navier-Stokes方程来描述，这是一组描述流体运动的偏微分方程。但为了简化计算，在某些情况下会使用Euler方程，它忽略了粘性和热传导的影响。 4. 数值模拟方法：由于超声速流动的复杂性，直接解析求解偏微分方程通常不可行，因此需要采用数值方法进行模拟。常见的方法有有限差分法、有限体积法和有限元法。 5. 激波和膨胀波：在超声速流中，由于流速超过了声速，流动过程中产生的扰动无法向前传播，从而在某些地方形成激波。激波是超声速流动中的重要特征，它会造成流体参数（如压力、密度和速度）的突变。在激波的另一侧，流体经过膨胀波恢复到亚声速流动状态。 6. 计算流体力学(CFD)：计算流体力学是一门运用数值分析和算法对流体力学问题进行数值模拟和分析的科学。CFD是流体力学、工程学、数学和计算机科学的交叉学科，广泛应用于各种工程问题的求解。 7. Anderson《计算流体力学》一书简介：该书是流体力学领域的经典教材之一，作者James Anderson深入浅出地介绍了计算流体力学的基础理论、方法和应用实例。该书涵盖了从基础概念到复杂流场模拟的各个方面，适合初学者和有经验的研究者。 8. 数值模拟在工程实践中的应用：通过数值模拟，工程师可以在不进行实际物理实验的情况下，预测和分析流体在各种复杂几何形状和操作条件下的流动行为。这有助于优化设计、节约成本和缩短研发周期。特别是在航空航天领域，数值模拟对于飞机和航天器的设计以及飞行器性能评估具有重要意义。 通过上述知识点的介绍，我们可以看到本压缩包子文件中包含的内容对于理解超声速流动具有很高的价值，同时也能够帮助读者深化对计算流体力学相关数值模拟方法的理解和应用。