计算流体力学基础理论与实际应用

1概述

1.1计算流体力学的发展及特点简述

1.2流场数值模拟概念

2流场数值模拟数学模型及定解条件

2.1可压缩非定常黏性流数学模型

2.2不可压缩非定常黏性流数学模型

2.3无黏流数学模型

2.4常用的模型方程

2.5偏微分方程的数学性质及其与流体运动的关系

2.5.1拟线性偏微分方程组的分类

2.5.2偏微分方程组分类的通用方法

2.5.3计算流体力学控制方程类型

2.6流体力学问题的定解条件

3有限差分近似及其数学性质

3.1差分格式和精度分析

3.1.1一阶偏导数差分格式

3.1.2二阶偏导数差分格式

3.1.3差分方程

3.2差分方程的数学性质

4模型方程的常用差分格式

4.1对流方程的差分格式

4.2扩散方程差分格式

4.3对流扩散方程差分格式

4.4计算实例两平行平板间非定常流

4.5多维问题的几种常用差分格式

4.6数值效应

5不可压流场的数值计算

5.1不可压流场计算的流函数涡量法

5.1.1不可压无粘流场计算的流函数涡量法

5.1.2计算实例内置方形体的突然扩张通道流

5.1.3不可压黏性流计算

5.1.4计算实例平板驱动方腔内流场计算

5.2不可压黏性流求解的原始变量法

5.2.1不可压流基本方程分析

5.2.2人工压缩性方法

5.2.3压力修正方法

5.2.4边界条件

6可压缩流场的数值计算

6.1MacCormack格式

6.1.1对流模型方程的MacCormack格式

6.1.2一维欧拉方程的MacCormack格式

6.1.3多维欧拉方程MacCormack格式

6.2多步龙格一库塔格式

6.2.1一维欧拉方程的四步龙格一库塔格式

6.2.2二维欧拉方程的四步龙格一库塔格式

6.3矢通量分裂差分格式

6.3.1一维欧拉方程逆风差分

6.3.2二维欧拉方程逆风差分

6.4TVD格式

6.4.1总变差及其衰减

6.4.2TVD格式

6.5隐式时间离散

6.6可压缩黏性流的差分计算

6.7计算举例超音速平板流的数值计算

7流场网格生成

7.1贴体坐标

7.2坐标转换关系

7.2.1一维坐标转换

7.2.2二维和三维坐标转换

7.2.3任意曲线坐标系下的基本方程

7.3网格生成

7.3.1代数生成方法

7.3.2微分方程生成方法

7.3.3壁面处网格正交性分析

7.3.4自适应网格简介

7.3.5计算网格生成实例卡门翼型绕流计算网格

8三维紊流平均流的有限差分计算

8.1三维紊流平均流N-S方程

8.2紊流模型方程

8.2.1Baldwin-Lomax模型的双层代数紊流模型

8.2.2κ-ε两方程紊流模型

8.3控制方程的空间离散

8.4人工黏性

8.5控制方程的时间离散

8.6加速技术

8.6.1局部时间步长

8.6.2隐式残值光顺

9流场计算多重网格加速方法

9.1迭代法的误差衰减

9.2多重网格法的计算过程

9.3非定常NS方程多重网格法计算过程

附录

附录Ⅰ-1两平行平板间非定常流动源代码(C语言)

附录Ⅰ-2两平行平板间非定常流动源代码(FORTRAN语言)

附录Ⅱ-1内置方形体突然扩张通道内流动(C语言)

附录Ⅱ-2内置方形体突然扩张通道内流动(FORTRAN语言)

附录Ⅲ-1平板驱动方腔流动(C语言)

附录Ⅲ-2平板驱动方腔流动(FoRTRAN语言)

附录Ⅳ-1卡门翼型网格生成源代码(C语言)

附录Ⅳ-2卡门翼型网格生成源代码(FORTRAN语言)

附录Ⅴ卡门翼型xy坐标值

参考文献

　　本书是一本计算流体力学入门教材，立足于基础和实用性，着重阐述计算流体力学基础理论和基本方法，并适当兼顾最新研究成果。通过典型模型流场的计算实例介绍，阐明理论的应用方法，加深读者对理论的理解和锻炼读者对流场计算程序编制能力。教材力图采用浅显易懂方式较全面地阐述计算流体力学基本理论和实际应用，使读者在较短时间内获得流场计算编程和商用软件应用的基本知识及技能。　　本书主要介绍流场数值计算基本概念，流场计算模型方程的数值计算方法，不可压缩流场数值计算方法，可压缩流场数值计算方法，结构化网格生成方法，多重网格法流场计算加速技术以及网格自适应和TVD离散格式概念，几种典型模型流场的计算实例，并在附录中列出相应的FORTRAN和C语言源代码。　　本书可作为高等院校航空宇航推进理论与工程、热能与动力工程及其他相关专业本、专科教材，也可供航空航天、热能工程、天气预报、海浪及风暴潮预报等专业工程技术人员参考。