Fluent高级应用与实例分析—第一章CFD基础

第1 章 CFD 基 础 计算流体动力学(compu tational flu id dy namics，CFD)是流体力学的一个分支，它通过计算机模拟获得某种流体在特定条件下的有关信息，实现了用计算机代替试验装置完成“计算试验”，为工程技术人员提供了实际工况模拟仿真的操作平台，已广泛应用于航空航天、热能动力、土木水利、汽车工程、铁道、船舶工业、化学工程、流体机械、环境工程等 领域。 本章介绍 CFD 一些重要的基础知识，帮助读者熟悉 CFD 的基本理论和基本概念，为计算时设置边界条件、对计算结果进行分析与整理提供参考。 1.1 流体力学的基本概念 1.1.1 流体的连续介质模型 流体质点(flu id particle)：几何尺寸同流动空间相比是极小量，又含有大量分子的微 元体。 连续介质(continu u m/continu ou s mediu m)：质点连续地充满所占空间的流体或固体。 连续介质模型(continu u m/continu ou s mediu m model)：把流体视为没有间隙地充满它所占据的整个空间的一种连续介质，且其所有的物理量都是空间坐标和时间的连续函数的一种假设模型：u =u(t,x,y,z)。 1.1.2 流体的性质 1. 惯性 惯性(flu id inertia)指流体不受外力作用时，保持其原有运动状态的属性。惯性与质量有关，质量越大，惯性就越大。单位体积流体的质量称为密度 (density )，以 r 表示，单位为kg/m3。对于均质流体，设其体积为 V，质量为 m，则其密度为 mV  (1-1) 对于非均质流体，密度随点而异。若取包含某点在内的体积V，其中质量m，则该点密度需要用极限方式表示，即 0limVmV  (1-2) 2. 压缩性 作用在流体上的压力变化可引起流体的体积变化或密度变化，这一现象称为流体的可压缩性。压缩性(compressibility )可用体积压缩率 k 来量度 Flu ent 高级应用与实例分析 2 d/d /ddV Vkpp   (1-3) 式中：p 为外部压强。 在研究流体流动过程中，若考虑到流体的压缩性，则称为可压缩流动，相应地称流体为可压缩流体，例如高速流动的气体。若不考虑流体的压缩性，则称为不可压缩流动，相应地称流体为不可压缩流体，如水、油等。 3 . 粘性 粘性(v iscosity )指在运动的状态下，流体所产生的抵抗剪切变形的性质。粘性大小由粘度来量度。流体的粘度是由流动流体的内聚力和分子的动量交换所引起的。粘度有动力粘度  和运动粘度 之分。动力粘度由牛顿内摩擦定律导出： dduy (1...