教 案
课 程 名 称： 计算流体力学理论 授 课 人 员： 32号 授 课 对 象： 指 导 教 员：
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2016年 10 月 12 日
一、基本内容
2016年10月12 日第1授课日期 次 章节名称 §8.1 计算流体力学应用 课 题 CFD实践-喷管流场计算 授课地点 多媒体教室201教室 授课时数 1 累计时数 1 教 学 目 的 了解CFD的作用。 通过CFD实例演示掌握CFD计算流程。 教 学 分步骤演示喷管流场计算过程。 重 点 教 学 CFD计算流程。 难 点 授课方式 理论授课+多媒体演示+电脑演示操作 教学场地 保障条件 （器材、设备） 多媒体教室 讲义，《计算流体力学理论》 一台安装了gambit，fluent等软件的计算机 教学文件 工具与装备 （设备、仪器） 课后作业 按照演示算例流程，计算喷管尾流在外界的流场。
二、授课过程设计
内 容 ? 课题引入 首先看一段视频：关于液体发动机测试的视频。 科学家在设计新的发动机时，需要研究发动机内部的流场分布，获取发动机工作性能，都离不开流体力学。流体力学的研究一般分为三种： 第一种是实验研究：其好处是结果可信，但是存在实验条件 附 记 通过喷管实验引出新的研究受限且耗资大、周期长等缺陷。 第二种是理论分析：其所得结果具有普遍性，但它往往要求对计算对象进行抽象和简化，才有可能得出理论解，对于多数非线性情况无解。 有没有一种花费少、效率高的研究方法呢？那就是计算流体力学(computational Fluid Dynamics,简称CFD，也称“计算流体动力学”)。就是在计算机上数值求解流体与气体动力学基本方程的学科，通过计算机数值计算和图像显示，对包含有流体力学流动和热传导等到相关物理现象的系统所做的分析。 计算流体力学方法克服了前面两种方法的弱点，在计算机上实现—个特定的计算，就好像在计算机上做一次物理实验。 今天，通过利用CFD软件来计算在航空航天领域广泛使用的喷管的内部流场的一个算例来简要介绍CFD的计算流程。 ? 计算流体力学的作用 其既可以作为研究工具也可以作为设计工具。 （1）进行“数值风洞”，观察流动现象，进行数值实验研究。例如研究子弹出膛的流场，可以清晰的观察到子弹周围温度和马赫数的变化。 （2）提供设计所需数据。可以获得弧形翼导弹在不同攻角情况下的压强分布，进而改进弧形弹翼设计。 ? 计算流体力学计算流程 前处理：前端处理通常要生成计算模型所必需的数据，这一过程通常包括建模，数据输入，生成网格等。 方法 介绍三种方案，从其他两种方法的弱点引出CFD方法 提出问题？ 解算器：CFD的核心运算器（solver)将根据具体模型完成计算任务，并生成结果数据。 后处理：后处理过程通常是对生成结果数据惊醒组织和诠 释，一般以直观可视化图像或动画形式来给出。 市场上有众多专业CFD软件，本课采用的是在美国市场占 有率达60%的计算软件是Fluent，其自带前处理软件包Gambit 且包含后处理功能。凡跟流体，热传递及化学反应等有关的工 业均可使用。它具有丰富的物理模型、先进的数值方法以及强大的前后处理功能，在航空航天、汽车设计、石油天然气、涡轮机设计等方面都有着广泛的应用。 下面以一个简单的喷管模型为例，利用Fluent软件研究喷管内部的燃气流动情况。 （1）构建几何模型 用前处理软件Gambit建立所要模拟的几何模型，而几何模型建立的准确与否，直接影响模拟的结果。 （2）划分网格 两种工具的介绍，建立CFD的直观感觉 网格是CFD模型的几何表达形式，也是模拟与分析的载体。 网格质量对CFD计算精确度和计算效率有重要影响。 （3）定义边界及模型 三个大的步骤 在FLUENT中对各个边界条件进行详细设置，给予各个边 界的初始值，设置各种计算模型，并初始化。 假定在1个基准大气压的情况下： 入口压强分四种情况分别为1e5，5e5，1e6，1.5e6。入口
05-CFD实践-喷管流场计算 - 图文
