产品数据管理技术与计算流体力学课程介绍

计算流体力学方法及应用计算流体力学，简称CFD，是一种计算机仿真方法，用于研究液体和气体流动的物理现象。

随着计算机技术的发展，CFD方法在科学研究、工程设计以及产品开发等领域得到了广泛应用。

一、基础理论及方法在CFD方法的研究中，牛顿运动定律与质量守恒、动量守恒和能量守恒理论是基础。

其中最核心的数学模型是导出Navier-Stokes方程组。

通过数值计算方法对Navier-Stokes方程组求解，得到流体运动的速度、压力、温度等重要参数。

CFD方法最重要的两个分支是：有限体积法和有限元法。

有限体积法用于求解区域平均量；而有限元法则更多用于求解点值信息，如速度场。

这些方法的细节介绍超出了本文的范畴，但重要的是知道CFD方法基础理论和数值计算方法是如何结合起来的，以便更好理解CFD的应用。

二、应用领域CFD方法在许多领域的应用引起了广泛的兴趣。

其中之一是汽车工业。

CFD方法可以帮助设计人员更好地理解车辆如何与气流相互作用，选择合适的气动设计，从而提高燃油经济性、空气动力性和行驶稳定性。

另一个应用领域是建筑设计。

CFD模拟可以帮助建筑设计者评估建筑物的风和温度特征，从而改进室内环境质量和降低能耗。

类似的应用还包括通风系统优化、排气设计以及火灾防护等。

当然，CFD在航空航天工业中也有广泛应用。

人们可以通过CFD方法模拟飞机在不同飞行条件下的气动表现，并优化飞机燃油耗费的速率，提高空气动力性能和飞行质量。

CFD方法还可以用于研究火箭引擎的燃烧过程，以及对宇宙飞船的热防护系统的性能进行优化。

三、CFD方法的未来展望CFD方法作为一种高效可靠的物理仿真方法，有望在各个领域的应用中持续发挥重要作用。

随着计算机硬件的不断升级和算法的优化，CFD方法预计将变得更加精确、高效和可操作化。

其中应用于自动化设计与优化是未来重要的应用方向。

此外，随着人工智能技术的崛起，CFD方法将慢慢融入到智能化的决策制定和优化算法中。

结论：综上所述，CFD方法的应用广泛，从汽车工业到航天科技，从建筑设计到通风系统，其表现出了深远的影响。

一、计算流体力学的基本介绍一、什么是计算流体力学（CFD)？计算流体力学(Computational Fluid Dynamics)是流体力学的一个新兴的分支,是一个采用数值方法利用计算机来求解流体流动的控制偏微分方程组，并通过得到的流场和其它物理场来研究流体流动现象以及相关的物理或化学过程的学科。

事实上，研究流动现象就是研究流动参数如速度、压力、温度等的空间分布和时间变化，而流动现象是由一些基本的守恒方程（质量、动量、能量等）控制的，因此，通过求解这些流动控制方程，我们就可以得到流动参数在流场中的分布以及随时间的变化,这听起来似乎十分简单。

但遗憾的是，常见的流动控制方程如纳维一斯托克斯(Navier-Stokes）方程或欧拉(Euler）方程都是复杂的非线性的偏微分方程组，以解析方法求解在大多数情况下是不可能的.实际上,对于绝大多数有实际意义的流动，其控制方程的求解通常都只能采用数值方法的求解。

因此，采用CFD方法在计算机上模拟流体流动现象本质上是流动控制方程(多数情况下是纳维一斯托克斯方程或欧拉方程）的数值求解，而CFD软件本质上就是一些求解流动控制方程的计算机程序。

二、计算流体力学的控制方程计算流体力学的控剖方程就是流体流动的质量、动量和能量守恒方程。

守恒方程的常见的推导方法是基于流体微元的质量、动量和能量衡算.通过质量衡算可以得到连续性方程，通过动量守恒可以得到动量方程,通过能量衡算可以得到能量方程。

式（1）一(3)是未经任何简化的流动守恒微分方程，即纳维一斯托克斯方程（N—S方程）。

N-S方程可以表示成许多不同形式，上面的N—S方程是所谓的守恒形式,之所以称为守恒形式，是因为这种形式的N—S方程求解的变量p、pu、pv、pw、pE是守恒型的，是质量、动量和能量的守恒变量。

事实上也可以直接求解u、v、w、T等原始变量，这种形式的方程被称为非守恒形式，因为这些变量并不守恒.也可以根据具体的流动状况进行简化。

计算流体力学教学大纲一、课程基本信息1、课程名称：计算流体力学2、课程类别：专业选修课程3、课程学分：X学分4、课程总学时：X学时，其中理论X学时，实验X学时5、先修课程：高等数学、大学物理、流体力学二、课程教学目标1、使学生了解计算流体力学的基本概念、基本原理和基本方法，掌握流体流动的数值模拟技术。

2、培养学生运用计算流体力学软件解决实际工程问题的能力，提高学生的创新思维和实践能力。

3、让学生了解计算流体力学在航空航天、能源动力、环境工程等领域的应用，为学生今后从事相关领域的研究和工作打下坚实的基础。

三、课程教学内容与要求（一）计算流体力学基础1、流体流动的基本控制方程连续性方程动量方程能量方程要求学生掌握这些方程的推导和物理意义，能够熟练运用这些方程描述流体流动现象。

2、流体流动的基本概念流线、迹线速度场、压力场涡量、散度、旋度要求学生理解这些概念的定义和物理意义，能够通过图形和数学表达式进行描述。

（二）数值计算方法1、有限差分法差分格式的构造稳定性和收敛性分析要求学生掌握有限差分法的基本原理和方法，能够运用有限差分法求解简单的流体流动问题。

2、有限体积法控制体积的划分离散方程的推导要求学生掌握有限体积法的基本原理和方法，能够运用有限体积法求解中等复杂程度的流体流动问题。

3、有限元法单元类型和插值函数刚度矩阵的形成要求学生了解有限元法的基本原理和方法，能够运用有限元软件进行简单的流体流动分析。

（三）湍流模型1、湍流的基本特征湍流的随机性和脉动性湍流的能量传递和耗散要求学生理解湍流的基本特征和物理机制。

2、常用的湍流模型零方程模型一方程模型两方程模型要求学生掌握常用湍流模型的基本原理和适用范围，能够根据实际问题选择合适的湍流模型。

（四）边界条件和初始条件1、边界条件的类型进口边界条件出口边界条件壁面边界条件对称边界条件要求学生掌握各种边界条件的设置方法和物理意义。

2、初始条件的设定稳态问题的初始条件瞬态问题的初始条件要求学生能够根据实际问题合理设定初始条件。

计算流体力学速成课
计算流体力学速成课程，是帮助学生快速掌握流体力学基本原理、基础概念及相关计算方法的学习课程。

课程主要内容包括：
一、流体力学标准
在本课程中，将介绍流体力学的基本概念，并阐述流体力学的基
本定义、基本方程及流体力学分析的研究方法。

包括集合无量纲和摩
擦的计算，揭示流体力学的物理形式、数学模型、复杂流动特征及其
应用。

二、计算流体力学基础
本课程将深入讲解流体力学中的三维速度场、密度场和压力场的
流体力学计算，以及流体力学计算中必不可少的方程，如热传导方程、平衡方程、拉格朗日方程等。

三、计算流体力学应用
本课程将着重介绍计算机辅助计算流体力学（CFD）技术，讲解该
技术的基本原理、技术特点以及应用领域，为学生提供完整的计算流
体力学实用技能。

四、实验技术
实验技术将让学生实践流体力学中的实验技术，学习如何使用流
体力学仪器进行实验测量、数据处理和模拟试验等。

总之，计算流体力学速成课程，旨在帮助学生快速系统掌握流体
力学的基本原理、基础概念及相关计算方法，以提高学生对流体力学
的理解和应用知识，为他们未来的专业学习和工作作好充分的准备。

《计算流体力学》教学大纲课程编号： 00002067课程中文名称：计算流体力学课程英文名称： Computational Fluid Mechanics总学时：48实验学时：0上机学时：0学分： 3适用专业：工程力学一、课程性质、目的和任务（300 字内）计算流体力学是工程力学专业的一门选修课。

它的主要任务是通过教学环节，使学生理解和掌握计算流体力学的一些基本理论和基本计算方法。

学会运用计算流体力学、计算机解决一些流体数值计算问题。

为从事工程技术工作、科学研究及开拓新领域，打下坚实的基础。

通过本课程的学习，使学生掌握计算流体力学有关的基本概念与基本理论，学会将数学、计算机、流体力学知识有机地结合，对科学研究和工程应用中的流动问题进行数值模拟的方法。

教学中应贯彻启发式，互动式。

着重讲清基本概念、基本理论、分析问题的思路和方法，并配以适当讨论，逐步培养学生具有分析问题和解决问题的能力。

指导学生阅读参考书、文献和资料，培养学生自学获取知识的能力。

重视实践环节，要求学生上机计算，并分析计算结果。

充分利用现代化的教学手段，使学生具有灵活运用知识、进行探索和开拓创新等方面的技能，并具有较高的综合素质。

二、课程教学内容及学时分配1、理论讲授章节教学内容和基本要求重点和难点计算流体力学概述，掌握计算流体力学中有关重点：计算流体力学的研究对象第一章难点：计算流体力学的研究方法及求解的基本概念。

过程第二章流体力学的基本概念及基本方程，方程的分类重点：流体力学的基本概念及基本方程及边界条件。

难点：方程的分类及边界条件的处理有限差分方法：常微分方程的有限差分解法，有限差分解的分析. 迎风差分格式 . 高阶方法 . 重点：有限差分方法、一阶导数、二阶第三章一维线性抛物型方程的解法及稳定性分析. 非导数、混合导数等近似的差分公式中心格式及蛙跳格式. 一维非线性抛物- 双曲难点：理解各方程的离散及离散误差。

型方程组的解法. 高维方程（ A.D.I 方法）有限体积法：面积分及体积分的近似，迭代方重点：掌握有限体积法，面积分及体积第四章分的近似。

计算流体力学基础及其应用课程设计1. 课程概述本课程旨在介绍计算流体力学的基础知识和应用。

计算流体力学是研究流体运动和传热等问题的重要分支，已成为现代工程设计和科学研究中不可或缺的工具。

本课程主要内容包括流体力学基础、数值模拟方法和模拟应用等方面。

2. 课程教学目标本课程旨在培养学生掌握计算流体力学的基础知识和数值模拟方法，具有分析和解决流体力学问题的能力，能够运用计算流体力学方法进行流体问题的模拟和预测。

3. 课程教学内容3.1. 流体力学基础课程将首先介绍流体力学的基础概念、量纲和基本方程。

学生将学习流体力学的基本原理和基本方程，并理解这些方程对流体运动的描述和控制。

3.2. 数值模拟方法课程将介绍数值模拟方法，包括有限差分法、有限元法和谱方法等。

学生将了解这些方法的原理和优缺点，并学会如何进行数值模拟以解决流体问题。

3.3. 模拟应用课程将介绍计算流体力学在实际工程设计和科学研究中的应用。

学生将学会如何运用计算流体力学方法进行流体问题的模拟和预测，掌握如何利用计算流体力学解决实际问题的技能。

4. 课程教学方法本课程采用理论教学和实践操作相结合的教学方法。

理论教学主要采用课堂讲授、案例分析和在线学习等方式；实践操作主要采用仿真实验和课程设计等方式，帮助学生掌握流体力学基本概念和数值模拟方法，培养学生解决工程实际问题的能力。

5. 课程考核本课程的考核方式包括作业和课程设计两部分。

作业主要涉及理论知识和数值模拟方法的掌握程度；课程设计则要求学生结合实际工程问题，运用所学知识进行数值模拟，包括计算流体力学模拟和结果分析等。

6. 参考文献1.李克平. 计算流体力学基础和应用[J]. 数学建模与计算, 2005,8(1): 62-69.2.王豫锟. 计算流体力学基础[M]. 科学出版社, 2004.3.宋俊汝, 陈裕昌, 贾谊飞. 计算流体力学综述[J]. 强度与环境,2005, 32(1): 1-8.4.黄坚峰. 计算流体力学基础和应用[M]. 安徽科学技术出版社, 2011.7. 总结本课程主要介绍了计算流体力学的基础知识和应用，通过理论教学和实践操作相结合的方式，帮助学生掌握流体力学基本概念和数值模拟方法，并培养学生分析和解决流体问题的能力。

流体力学课程介绍
本课程使用教材为莫乃榕主编的《工程流体力学》。

流体力学和应用固体力学是力学的两个不同分支，它们不是相互孤立的，在分析问题和解决问题中既有相同之处又有不同之处，通过讲授了解流体的主要物理性质、流体静力学、流体运动学、理想流体动力学基本方程、不可压缩粘性流体的一元流动、可压缩流体的一元流动、不可压缩粘性流体的流动、膨胀波和激波和量纲分析和相似原理，使应用固体力学专业的学生学习流体力学可加深对固体力学专业课程内容的理解，提高分析和解决问题的能力。

在解决工程实际问题时往往需要多学科、多专业的交叉，学习流体力学可拓宽学生的知识面，为今后的工作和学习奠定坚实基础。

计算流体力学(Computational Fluid Dynamics)课程代码：02410028学分：2学时：32 （其中：课堂教学学时：32实验学时：0 上机学时：0 课程实践学时：0 ）先修课程：微积分、线性代数、物理、流体力学等适用专业：能源与动力工程等专业教材：计算流体力学及应用；中国人民总装备部军事训练教材编辑工作委员会；国防工业出版社；2003年一、课程性质与课程目标（一）课程性质（需说明课程对人才培养方面的贡献）本课程是能源与动力工程（流体机械及工程）专业的一门主要的专业基础课。

本课程主要介绍流体力学问题的计算机数值计算方法，包括计算流体力学的数学基础、控制方程、离散化方法、有限差分法、单元与插值函数、流体力学典型问题的数值分析等。

使学生掌握计算流体力学的基础理论、方法和技能，为今后从事本专业的科学研究工作和工程技术工作打下基础。

（二）课程目标（根据课程特点和对毕业要求的贡献，确定课程目标。

应包括知识目标和能力目标。

）总目标在学习完本课程后，学生应该应掌握以下技能：（1）熟悉流动现象的微分方程和近似求解的数值方法，并且能设计数值解决方案，使用和开发流动模拟软件对工程和科学的领域中的重要流动现象进行模拟；（二）能够通过建立正确合理的数学模型，选择有效的计算方法进行流动模拟；（三）利用现有的最佳模型进行数值模拟，对模拟结果进行合理分析评价，为后续专业课的学习和将来从事科学研究和专业技术工作打下良好基础。

阶段目标.理解对于可压，不可压，粘性及无粘流体流动的基本流体力学控制方程的数学描述及数学特性。

1.对数值分析中稳定性，逼近和收敛性和代数方程组的数值解的概念和基本原则有深刻的理解。

2. 了解对于可压及不可压流体流动的数值模拟求解方法及在工程实践基础研究中的应用。

3.理解数值模拟的原理和技术，并且明白模拟的局限性。

4.通过商用CFD软件包（ANSYS或COMSOL）,解决实际工程问题。

二、课程内容与教学要求（按章撰写）第一章计算流体力学的基本原理（2学时）（一）课程内容1.什么是计算流体力学.计算流体力学的工作步骤2.计算流体力学解决的问题.计算流体力学的应用领域（二）教学要求. 了解计算流体力学的相关基础知识。

产品数据管理技术与计算流体力学课程介绍(doc 54页)../temp/...../../temp/...../更多企业学院：...../Shop/《中小企业管理全能版》183套讲座+89700份资料...../Shop/40.shtml 《总经理、高层管理》49套讲座+16388份资料...../Shop/38.shtml 《中层管理学院》46套讲座+6020份资料...../Shop/39.shtml 《国学智慧、易经》46套讲座...../Shop/41.shtml 《人力资源学院》56套讲座+27123份资料...../Shop/44.shtml 《各阶段员工培训学院》77套讲座+ 324份资料...../Shop/49.shtml 《员工管理企业学院》67套讲座+ 8720份资料...../Shop/42.shtml 《工厂生产管理学院》52套讲座+ 13920份资料...../Shop/43.shtml撰写人：院（系）公章：院（系）教学主管签字（盖章）：时间：《空天产品结构设计与制造的信息化技术》课程简介课程代码: AV466课程名称（中英文）学时学分先修课程推荐修读学期空天产品结构设计与制造的信息化技术/ Information-based Technologies for Space-Product Design and Manufacture 36 2航空航天概论航空航天制造工程计算机辅助设计6课程简介：本课程是一门航空航天工程专业本科生的专业课程，目的是让学生掌握航空航天产品结构设计和制造中的计算机辅助设计、有限元分析、NC加工仿真和数控代码生成以及面向航空航天的产品数据管理方法，提高学生处理工程实际问题的能力。

This course is facing senior students who want to improve information based capabilities in product’s designing and manufacturing phrases, such as Computer-Aided Design, Finite Element Modeling and Analysis, NC machining simulation, NC-code generation and Product Data Management. After learning this course, students could more capable in handling engineering problems, especially in the fields of Aerospace and Aeronautics.撰写人：院（系）公章：院（系）教学主管签字（盖章）：时间：《VB 编程技术》课程简介课程代码: CS013课程名称（中英文）学时学分先修课程推荐修读学期VB 编程技术/ Visual Basic ProgramTechnology 36 2C语言程序设计6,7课程简介：本课程包括Visual Basic概述，V B基本编程环境和基本语法，创建基本用户界面和高级用户界面，Visual Basic 标准控件，标准输入与输出，编程规范、代码调试，性能优化、应用程序发布，文件访问与多媒体，数据库程序设计，具体内容如下：Visual Basic概述，Visual Basic基本编程环境，Visual Basic 基本语法，创建基本用户界面，Visual Basic 标准控件，标准输入与输出，编程规范、代码调试，性能优化、应用程序发布，高级用户界面，文件访问与多媒体，数据库程序设计等。

计算流体力学第一节各位老师好，我叫黄灿，今天我讲授的课程是计算流体力学这门课程。

我参考的教材是《计算流体力学基础及其应用》，由美国John D. Anderson编著，由吴颂平、刘赵淼翻译，出版社是“机械工业出版社”。

今天是我讲的是计算流体力学的第一节课，内容主要包含三方面。

1、计算流体力学的原理及应用。

2、这门课程的目的和任务。

3、两个概念物质导数和速度散度定理。

1.1.计算流体力学的原理及应用。

在计算机出现以前，流体力学的研究方法主要是：17世纪的时候，法国和英国奠定了实验流体力学的基础；18、19世纪理论流体力学在欧洲开始发展起来。

可以说这两种方法在整个流体力学的发展过程中有巨大的贡献。

理论分析方法的有点在于所得的结果具有普遍性，各种因素的影响清晰明确，是指导实验和计算流体力学的理论基础。

但是，如果采用理论方法研究问题，需要将复杂的流体控制方程简化到我们能利用现有的数学知识能进行求解的方程，通常只有少数的简单流动才能抽象简化到这样的数学方程。

不能用于研究复杂的流动问题。

实验方法得到的实验结果真实可信，可以用于研究复杂问题，然而实验往往受到模型尺寸、环境干扰、人身安全和测量精度的限制，因此有时侯可能很难通过实验方法得到结果。

此外，实验通常要求大量的经费、人力和物力，以及遭遇周期长等问题。

随着计算机的诞生，计算机成为研究流体问题一种新的而且非常重要的方法，成为流体这种方法称为数值计算方法，也可以简称为数值方法，现在这种方法已经发展成为一门独立学科——也就是我们今天上的这门课，计算流体力学。

数值方法能方便快速的研究各种复杂问题，克服了理论方法只能研究少数简单问题这一缺陷；而且数值方法可以看做像是在计算机上进行的一次实验，不需要购买高价的实验设备，而且能快速方便的重复实验，大大的缩短了周期，因此也有效的克服实验方法中遇到的问题。

除此以外，数值模拟可以观察和监测到流场的各种细节，这能帮我们更好的理解物理问题。

计算流体力学简介计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）是现代科技中的一个重要领域，它利用计算机仿真和计算等技术，对流体力学问题进行数值求解，以达到预测和优化流体现象的目的。

本文将简要介绍CFD的发展过程、应用范围、数值模拟方法等方面。

一、CFD的发展CFD的发展源于20世纪50年代，当时的计算机技术还非常有限，CFD的应用范围很窄。

到了20世纪70年代，随着计算机的高速发展和应用，CFD得以迅速发展，越来越多地应用于航空航天、能源、环境等领域。

随着CFD标准化和工具的发展，越来越多的人开始使用CFD来预测流体现象，优化产品设计。

二、CFD的应用范围CFD的应用涉及到许多领域。

在航空航天领域中，CFD 可以用来预测飞机的空气动力学特性、燃烧炉的热力学特性、火箭发动机的燃烧过程等。

在汽车工业中，CFD可以用来模拟车辆的气动特性，优化车身结构和排放系统的设计，提高燃油经济性。

在能源领域中，CFD可以用来模拟煤热电联产的燃烧过程，预测钻井液在油井中的流动和携带油气的能力等。

在环境领域中，CFD可以用来预测气象和大气污染的传播，优化建筑物的设计和施工等。

三、CFD的基本数值模拟方法CFD的数值模拟方法可以分为欧拉法和纳维-斯托克斯NS (Navier-Stokes)方程法两种。

欧拉法是通过施加边界条件和初始条件来解决流体力学问题的，简单、快速，但只适用于高速简单流动。

NS方程法是采用角动量守恒定律、质量守恒定律和动量守恒定律来分析复杂流体流动问题，更准确地预测流体动力学特性，但需要更高的计算能力和更长的计算时间。

四、CFD的软件CFD的数值求解需要大量的计算能力和高度优化的计算机软件。

目前市场上较为常用的CFD软件有Fluent、OpenFOAM、StaMINA等，这些软件通过预测流体动力学特性，优化流体现象，提高产品质量和效率。

五、CFD的应用前景CFD的应用前景十分广阔，尤其随着计算机技术的不断发展，CFD预测和优化流体现象的能力将逐渐提高。