V锥流量计如何计算流体动力学

2020-06-03 10:44:07

计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)是通过计算机数值计算和图像显示,对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统所做的分析。

CFD的基本思想可以归纳为:把原来在时间域和空间域上连续的物理量的场,如速度场和压力场,用一系列有限个离散点上的变量值的集合来代替,通过一定的原则和方式建立起关于这些离散点场变量之间关系的代数方程组,然后求解代数方程组获得场变量的近似值。

CFD可以看作是在流体基本方程(质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程)控制下对流动的数值模拟。通过这种数值模拟,可以得到极其复杂问题的流场内各个位置上的基本物理量(如速度、压力、温度、浓度等)的分布,以及这些物理量随时间的变化情况。

CFD方法与传统的理论分析方法、实验测量方法组成了研究流体流动问题的完整体系,如图给出了表征三者关系的“三维”流体力学示意图程句。

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理论分析方法的优点在于所得结果具有普遍性,各种影响因素清晰可见,是指导实验研究和验证新的数值计算方法的理论基础。但是,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。对于非线性情况,只有少数能得出解析结果。

实验测量方法所得的实验结果真实可信,它是理论分析和数值方法的基础,其重要性不容低估。然而,实验往往受到模型尺寸、流场扰动、人身安全和测量精度的限制,有时可能很难通过试验方法得到结果。此外实验还会遇到经费投入、人力和物力的巨大耗费及周期长等许多困难。

而CFD方法恰好克服了前面两种方法的弱点,在计算机上实现一个特定的计算,就好像在计算机上做一次物理实验。



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