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CFD软件在流体力学教学中的应用
作者：彭维红 张海翔
来源：《亚太教育》2016年第07期
摘要：描述粘性流体运动的N-S方程在流体力学中有十分重要的意义，用以描述实际流体的动量传递，是一个非线性偏微分方程，求解非常困难和复杂，目前只有在某些十分简单的流动问题上才能求得精确解，因而特别需要计算流体力学软件的介入。文章以实用堰和溶洞型多孔介质的流体流动为实例，将CFD软件应用于流体力学教学中，让学生直观形象的理解各种流动概念，建立清晰的物理概念，缩短认识过程。
关键词：N-S方程；计算流体力学；实用堰；溶洞型多孔介质
中图分类号：G642文献标志码：A文章编号：2095-9214（2016）03-0069-01 一、引言
流体力学的教学内容理论性强、概念多、公式繁杂。在流体力学学习过程中为了明白一个定理，甚至为了准确地理解一个概念，学生首先需要读懂数学，然而读懂了数学不一定意味着已经明白了数学符号背后所代表的物理意义，流体力学教学实践表明，学生从读懂数学到理解流动问题的物理本质有一个过程。而几乎所有的重要概念和原理都与流体的流动联系在一起，仅依靠教师的语言描述和书本、黑板上的文字、图形、公式推导来说明，常使学生感到抽象、不易理解，教师的一个重要任务就是帮助学生完成从读懂数学到理解流动的物理本质这一转变过程。
流体力学作为正在蓬勃发展的前沿基础学科，新理论、新方法、新技术日新月异，新发现、新成果、新应用层出不穷。随着流体力学研究的不断深入，人们对复杂流体流动机理的认识也在不断深化和发展，而计算流体动力学（CFD）[1]是近代流体力学、数值数学和计算机科学结合的产物，是一门具有强大生命力的边缘科学。它以电子计算机为工具，应用各种离散化的数学方法，对流体力学的各类问题进行数值实验、计算机模拟和分析研究，能够直观地反映流体流动过程[2]。
二、理论计算与数值分析的结合
由于流体运动的复杂性，流体力学的学习可以通过理论分析和数值计算共同完成。通过理论分析，独立地完成一定量的课后练习题是流体力学学习过程的重要组成部分，解题过程本质上就是利用流体力学的基本原理和基本方程分析和解决实际问题的一个训练过程；而数值计算则训练学生将实际工程问题简化为数学物理模型，并选用恰当的数学工具加以求解的能力，在这一过程中可以增强学生对流动过程本质的理解，将数学工具与物理问题有机地结合起来，一个好的综合性或设计性作业练习有时相当于让学生完成一个小的科研项目；其次，鼓励学生参
CFD软件在流体力学教学中的应用
