FLUENT与CFD：计算流体动力学基础及应用

"本次讲座主要围绕计算流体动力学(CFD)及其在FLUENT软件中的应用展开，涉及CFD的定义、基本思想、数值模拟与实验、理论分析的关系、CFD的局限性以及CFD的工作流程。" 计算流体动力学(CFD)是通过对流场控制方程组的数值求解，来研究流体行为及其相关效应的科学。它能定量描述流场在时间和空间上的变化，用于预测诸如流体流动、传质、传热、相变、化学反应和结构力学等现象。CFD的基本思路是将连续的物理量离散化，通过建立离散点上的场变量之间的代数方程组，然后求解这些方程来获得近似解。 FLUENT是一款广泛使用的CFD软件，其使用包括前处理、主体程序运行和后处理三个主要阶段。前处理涉及问题的定义、计算区域的选择、建模、网格划分和边界条件设定；主体程序则负责求解流体力学方程，涵盖质量、动量、能量等输运方程，并支持各种物理模型，如湍流、燃烧、辐射、多相流、相变和动网格技术；后处理阶段则对计算结果进行可视化和分析。 CFD与实验、理论分析相比，虽无法提供精确的解析表达式，但能提供近似准确的数值结果。然而，它依赖于合理的数学模型、适当的离散方法和计算机计算，且结果需要通过实验验证。此外，CFD的局限性体现在其依赖于经验丰富的用户来选择合适的物理模型、网格质量和求解策略，以及处理计算误差。 FLUENT的前处理部分，用户需要选择适当的物理模型，比如对于复杂几何形状，可能需要用到GAMBIT这样的前处理软件来创建和编辑几何模型，划分网格。主体程序执行时，用户需指定材料属性、边界条件和初始条件，然后设置求解器参数。后处理阶段，FLUENT可以生成流场、温度、压力等参数的图形，帮助用户直观理解计算结果。 FLUENT作为CFD工具，为工程师和科研人员提供了强大的流体流动和热传递问题解决方案，但同时也要求使用者具备深厚的理论基础和实践经验，以便正确设置和解释计算结果。