CFD数值模拟实验指导书

cfd数值模拟流体力学参数流体力学参数是研究流体运动和流体与固体之间相互作用的重要指标。

在工程领域，使用CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体力学）数值模拟方法可以对流体力学参数进行精确计算和预测。

本文将从不同角度介绍几个常见的流体力学参数，并探讨CFD 数值模拟方法在计算这些参数方面的应用。

我们来讨论雷诺数（Reynolds number）这一重要的流体力学参数。

雷诺数是描述流体流动状态的指标，它与流体的惯性力和粘性力之间的比值有关。

通过CFD数值模拟，我们可以计算出流体在不同雷诺数下的流动情况。

例如，当雷诺数较小时，流体流动主要受到粘性力的影响，流动状态呈现出层流的特点；而当雷诺数较大时，惯性力主导了流动过程，流动状态则呈现出湍流的特征。

CFD数值模拟可以帮助我们更好地理解和分析不同雷诺数下的流体流动行为，对于优化工程设计具有重要意义。

除了雷诺数，涡量（Vorticity）也是流体力学中常用的参数之一。

涡量描述了流体流动时旋转的程度，是流场旋转性质的度量。

在CFD数值模拟中，我们可以通过计算速度场的旋度来得到涡量的分布情况。

涡量的大小和分布可以反映流体流动的复杂性和旋转性质，对于分析和预测流体运动中的涡旋结构和涡街现象具有重要意义。

CFD数值模拟可以帮助我们直观地观察和分析涡量的分布，为相关工程问题的解决提供有力支持。

压力系数（Pressure coefficient）也是流体力学中的重要参数之一。

压力系数描述了流体流动中压力分布的非均匀性，是表征流场压力特征的关键指标。

通过CFD数值模拟，我们可以计算出流体在不同位置的压力系数分布。

压力系数的分布对于理解流体流动中的压力变化和力学特性具有重要意义。

CFD数值模拟可以帮助我们预测和优化流体流动中的压力分布，为工程设计和流体力学问题的解决提供参考。

湍流能量耗散率（Turbulent kinetic energy dissipation rate）也是流体力学中的关键参数之一。

《基于正交试验法的对旋轴流风机CFD数值模拟分析》篇一一、引言随着计算机技术的发展，计算流体动力学（CFD）已成为研究流体机械内部流动特性的重要手段。

对旋轴流风机作为一种常见的流体机械，其性能的优化对于提高能源利用效率和降低能耗具有重要意义。

本文采用正交试验法，结合CFD数值模拟技术，对某型号对旋轴流风机进行性能分析，以期为风机的优化设计提供参考。

二、正交试验法原理及应用正交试验法是一种多因素优化的试验设计方法，其核心思想是利用正交性选择试验点，通过较少的试验次数获取全面的信息。

在本文中，正交试验法主要用于对旋轴流风机的结构参数和操作条件进行优化设计。

1. 确定试验因素：包括风机叶片角度、叶片间距、转速等关键结构参数和操作条件。

2. 设计正交表：根据试验因素和水平数，设计合适的正交表，确定各组试验的组合方式。

3. CFD数值模拟：根据正交表中的组合，进行CFD数值模拟，获取各组试验的流动特性、压力分布、速度场等数据。

4. 结果分析：通过对CFD模拟结果的分析，找出影响风机性能的关键因素，并确定最优的参数组合。

三、CFD数值模拟方法CFD数值模拟是本文研究的核心手段，通过建立对旋轴流风机的三维流动模型，模拟风机内部流场的运动规律。

1. 建立模型：根据实际风机尺寸和结构，建立三维几何模型。

2. 网格划分：对模型进行网格划分，保证计算的准确性和效率。

3. 设置边界条件和初始条件：根据实际工况，设置风机的入口、出口、固体壁面的边界条件以及初始流场。

4. 求解设置：选择合适的湍流模型和求解算法，进行数值求解。

5. 结果后处理：对求解结果进行后处理，提取流动特性、压力分布、速度场等数据。

四、结果与讨论通过对正交试验法下各组试验的CFD数值模拟结果进行分析，得出以下结论：1. 关键因素分析：通过对各因素的水平变化对风机性能的影响进行分析，找出影响风机性能的关键因素。

2. 优化参数组合：根据正交试验结果和CFD模拟数据，确定最优的参数组合，包括风机叶片角度、叶片间距、转速等。

CFD数值模拟在计算流体力学项目驱动实践教学中的应用2021年教育文档CFD数值模拟在计算流体力学项目驱动实践教学中的应用计算流体力学CFD是流体力学的一个分支，是能源与动力工程类专业的重要基础课。

课程讲授CFD数值模拟的基本思想、基本方法以及常用CFD数值模拟工具的使用，通过教学使学生了解、掌握CFD数值模拟的基本知识，为将来在涉及流体流动问题的研究和设计工作中应用CFD数值模拟打下基础。

在计算流体力学教学中，可将仿真技术以项目驱动的方式加入到实践教学环节，以加深对概念、公式以及数值方法的理解，进而激发学生探索性学习能力。

如何利用好仿真软件的专业优势，将其引入到计算流体力学实践教学中来，提高教学效果是本文要探讨的主要问题。

一、CFD数值模拟在项目驱动实践教学中的优势根据课程教学任务及其特点，选择适用的教学方式是提高教学效果的关键。

传统的教学模式以教师授课为中心，注重基础理论知识的传授与讲解。

在教学过程中，教师往往花费大量的时间和精力介绍计算流体力学的基本原理并进行相关理论公式的推导，学生并不能理解计算流体力学的工程应用背景和意义，学生所接受的理论知识绝大部分来源于授课教师的灌输。

由于计算流体力学课程涉及内容的复杂性，传统的教学方法与手段，使得教师和学生在此课程的讲授和学习中都遇到一定的困难和问题。

涉及基本方程和数值方法公式推导的部分，传统的板书教学方式可使学生对推导过程进行逻辑思维，对推导得到的公式和结果也会更加印象深刻。

对于比较复杂、抽象的教学内容以及公式的应用，则可借助计算机仿真平台的方式进行辅助教学，让学生直观地了解不同公式的应用过程和数值模拟结果。

由于流体力学控制方程一般是非线性的，只有极少数情况下才能得到解析解，与工程相关的复杂流体力学问题几乎不能得到解析解，而实验研究一般是在模拟条件下完成的，几乎所有的地面实验设备都不能完全满足所有参数和相似定理的要求。

通过CFD数值模拟技术，可以设计一些虚拟的实验，过程中可选用不同公式模型和数值方法，数值模拟所得的结果直观，弥补了理论教学内容的不足。

CFD数值模拟课程的教学研究与实践一、CFD数值模拟概述数值模拟，是工科类学生的一门重要的专业课，主要培养学生的计算机应用、开发能力和综合运用相关学科知识解决实际问题的能力。

CFD （computational fluid dynamics）数值模拟，是以计算机为手段，通过数值计算和图像显示的方法，在流动基本方程（质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程等）控制下对流体流动进行模拟。

CFD在航天航空、汽车设计、机械、船舶、材料加工、化工等许多领域有着广泛的应用。

本文结合作者多年来在材料加工和汽车摩托车设计领域的综合教学经验，对CFD数值模拟在这两个领域进行了课程研究。

通过该课程的教学研究与实践，对教学手段进行改革和完善，提高了教学质量，增强学生的实际应用能力。

二、CFD数值模拟软件简介目前，进行CFD数值模拟计算常用的软件有FLUENT、CFX、STAR-CD、PHOENICS等。

CFD软件都包含有3个主要的功能部分：前处理、求解器、后处理。

其中前处理是指对计算对象进行建模、生成网格和选取边界面等；求解器是指求解控制方程组的程序；后处理是指对计算结果进行输出、显示。

三、CFD数值模拟实践应用实例应用Fluent软件进行对某摩托车车身行驶过程中的三维流场进行CFD 数值模拟，根据结果分析其空气动力学特性，包括其气动力系数和外流场速度矢量图、压力分布图、速度流线图等。

这里主要介绍其前处理以及求解过程。

1.模型的建立及网格划分。

确立CFD研究模拟的对象，建立模型。

对于简单的模型，可直接在FLUENT的前处理软件GAMBIT中建立二维或者三维模型；对于较复杂的模型，可在CATIA、UG等三维造型软件中，采用正向设计或者逆向设计，完成三维实体造型。

由于摩托车外形复杂，在不影响车身前部迎风面积的情况下需要对摩托车模型进行一定的简化，方便进行CFD数值模拟。

将该模型文件以STP文件格式导入到FLUENT的前处理软件GAMBIT中。

流体力学的数值模拟教案流体力学的数值模拟教案一、教学目标1.让学生了解计算流体力学（CFD）的基本概念和原理。

2.掌握CFD的基本方法和常用软件。

3.培养学生的实验设计和分析能力，能够独立完成简单的CFD模拟实验。

4.培养学生的团队合作精神和创新意识。

二、教学内容1.CFD基本概念和原理2.CFD基本方法和常用软件介绍3.实验设计和分析方法4.CFD应用案例分析5.学生自主设计CFD模拟实验并分析结果三、教学步骤1.导入CFD的概念和原理，介绍计算流体力学的发展和应用领域。

2.讲解CFD的基本方法和常用软件，包括前处理、求解器和后处理等步骤，以及常用的CFD软件如ANSYS Fluent、CFX等。

3.通过案例分析，让学生了解CFD在工程中的应用，如流体机械内部流场分析、汽车空气动力学优化等。

4.讲解实验设计和分析方法，包括实验目的、实验装置、数据采集和处理等步骤。

5.学生分组进行CFD模拟实验，并分析实验结果。

教师进行指导，帮助学生解决遇到的问题。

6.总结CFD模拟实验的过程和结果，并对比实验和理论预测的结果，加深学生对CFD的理解和应用能力。

四、教学评估1.通过学生的表现和成果进行评价，包括CFD模拟实验的结果、数据分析的准确性和创新性等方面。

2.进行课堂讨论和互动，鼓励学生提出问题和建议，提高学生的学习积极性和参与度。

3.通过作业和测试题对学生的掌握情况进行评估，确保学生能够理解和掌握CFD的基本概念和原理。

五、教学反思1.对本次教学进行总结，包括教学内容的难易程度、学生的参与度、教学效果等方面。

2.对教学中出现的问题进行反思和改进，如教学方法、实验设备等方面的问题。

3.对未来的教学进行规划和展望，包括教学内容的更新、教学方法的改进等方面。

六、教学资源1.CFD基本概念和原理的相关资料和参考书籍。

2.CFD基本方法和常用软件的视频教程和案例分析。

3.CFD应用案例的相关资料和数据支持。

4.CFD模拟实验的软件和硬件设备支持。

海洋立管涡致耦合振动CFD数值模拟研究一、本文概述随着海洋资源的日益开发，海洋工程结构的安全性和稳定性问题越来越受到人们的关注。

海洋立管作为海洋石油和天然气开采中的重要组成部分，其工作环境恶劣，经常受到海流、波浪、涡流等多种复杂流体的作用，因此涡致耦合振动问题成为影响立管安全性和稳定性的关键因素之一。

为了深入了解涡致耦合振动的机理，有效预测和控制立管的振动行为，本文开展了基于计算流体动力学（CFD）的海洋立管涡致耦合振动数值模拟研究。

本文首先介绍了海洋立管涡致耦合振动的背景和研究意义，阐述了涡致振动的产生机理和影响因素。

详细介绍了CFD数值模拟的基本原理和方法，包括控制方程、湍流模型、网格划分、边界条件设置等，为后续研究提供了理论基础和技术支持。

接着，通过建立海洋立管涡致耦合振动的数学模型，对涡流与立管之间的相互作用进行了深入的分析和讨论。

在此基础上，开展了不同工况下的数值模拟实验，对比分析了不同流速、不同立管直径、不同涡流强度对立管涡致耦合振动的影响。

根据数值模拟结果，提出了控制涡致耦合振动的有效方法和措施，为实际工程应用提供了有益的参考和借鉴。

本文的研究不仅有助于深入理解海洋立管涡致耦合振动的机理和特性，也为海洋工程结构的安全性评估和振动控制提供了重要的理论依据和技术支持。

同时，本文的研究方法和成果也可为其他类似的流体结构耦合振动问题提供有益的参考和借鉴。

二、涡致耦合振动理论基础涡致耦合振动（VortexInduced Vibration, VIV）是海洋立管在流场中受到涡旋脱落引起的周期性力作用而发生的振动现象。

这种现象涉及流体动力学、结构动力学以及两者的耦合作用，是海洋工程领域的重要研究课题。

涡致耦合振动的理论基础主要包括涡旋脱落机制、振动响应模型以及流固耦合分析方法。

涡旋脱落是指当流体流经立管时，由于立管表面的不连续性，如立管直径的突变，使得流体在立管背风侧形成周期性的涡旋脱落。

这些涡旋脱落产生的周期性力会激发立管的振动。

多尺度城市风环境特性的CFD数值模拟与实验研究多尺度城市风环境特性的CFD数值模拟与实验研究摘要：随着城市化进程的加快，城市空气质量和人们生活环境质量问题日益凸显。

城市风环境作为其中重要的一方面，直接影响到城市的通风换气、热环境分布、污染物扩散等关键问题。

因此，了解和研究城市风环境特性显得尤为重要。

本研究通过利用计算流体动力学（CFD）数值模拟方法结合实验研究，多尺度地揭示了城市风环境特性的复杂性和变化规律。

1.引言城市风环境是指城市中大气风的分布、速度、方向、稳定性和湍流强度等特性。

随着城市建设规模的扩大和高楼林立，城市风环境受到建筑物、道路布局、地形地貌等因素的复杂影响。

因此，全面了解城市风环境特性对于改善城市空气质量、优化城市建设具有重要意义。

2.多尺度城市风环境的数值模拟计算流体动力学（CFD）数值模拟是一种重要的研究城市风环境的方法。

根据研究尺度的不同，城市风环境数值模拟可以分为宏观尺度和微观尺度两种。

2.1 宏观尺度模拟宏观尺度的数值模拟通常基于大气边界层理论，以整个城市为研究对象，通过网格剖分、模型参数设定等步骤，获得城市风场的分布情况。

其中，基于雷诺平均的湍流模型（RANS）被广泛应用，可以较好地模拟城市尺度上的湍流运动。

2.2 微观尺度模拟微观尺度的数值模拟主要用于研究建筑物和建筑群的风环境特性。

该方法可以利用CFD模拟技术对建筑物周围的风场进行精细模拟，考虑到建筑物的阻力、脱层效应等影响因素。

此外，微观尺度模拟还可以通过将建筑物模型放置于风洞试验设施中，基于CFD模拟研究建筑物周围的风场分布情况。

3.室内外风环境的实验研究实验研究在研究城市风环境特性中同样具有重要地位。

通过建立适当的实验装置和测量仪器，可以获取城市风场的速度分布、湍流强度和扩散特性等数据。

3.1 室外实验研究室外实验研究主要基于风洞试验设施进行。

在风洞中，可以通过模拟不同的建筑物布局和地形特征，测量风场的分布情况，为城市规划和建设提供实验依据。

流体力学数值模拟实验指导书建筑环境与设备工程教研室2008.3实验一、圆管内层流流动的数值模拟一、实验目的1、了解计算流体力学（CFD）的基本理论，包括：数值求解流体力学问题的基本过程、区域离散化、控制容积积分法的基本概念、对流－扩散方程的离散格式、SIMPLE算法的计算步骤、边界条件处理等。

2、掌握对特定的流动问题的完整数学描述，包括：流动问题的控制方程、单值性条件（初始条件及边界条件）。

3、掌握GAMBIT、FLUENT软件的图形用户界面（GUI）的基本架构及基本操作步骤。

4、学会用FLUENT分析圆管内层流流动现象，并结合所学理论知识分析解释相关数值模拟结果。

二、实验装置本实验均在计算机上完成，主要用到前处理网格生成软件GAMBIT和数值求解软件FLUENT。

GAMBIT界面如下图1：脚本窗口视窗命令窗口图1 GAMBIT软件的GUI界面FLUENT软件GUI界面如下图2：后处理相关面板FLUENT绘图界面FLUENT工作界面图2 FLUENT软件的GUI界面三、实验内容图3 圆管内层流流动考虑如上图3所示的通过横截面积一定的圆管的层流流动，管直径为D=0.2 m，管长为L=8 m，管子入口速度为V in=1 m/ s，此管入口处沿横截面速度分布均为1 m/ s，流动最终流入大气压力为1 atm 的大气环境中，流体密度为ρ=1 kg/ m3，动力粘度为µ= 2 x 10-3kg/(ms)，基于管径的Re数为，分别在100X20、100X10、100X5的网格上，用FLUENT求解该问题，绘制管子中心线上的速度变化，出口处的速度分布。

四、实验步骤1、在前处理网格生成软件GAMBIT中，绘制100X5的网格，保存并输出网格，退出GAMBIT软件。

2、打开FLUENT软件，将生成的100X5的网格导入FLUENT中，根据实验内容规定的相关要求进行基本流体参数设置、求解格式的选取、收敛标准的设定等，并开始迭代求解。

气动设计的CFD数值模拟及优化随着工业的发展和科技的进步，气动设计在各个行业中都扮演着重要的角色。

比如汽车、航空航天、建筑、能源等各种领域的研发工作都需要气动学的知识。

而气动设计的CFD数值模拟及优化技术，也成为了这些工程实践中重要的一部分。

下面，我们就来说一说气动设计的CFD数值模拟及优化技术。

一、CFD数值模拟的基本原理CFD(Computational Fluid Dynamics)，即计算流体力学，是利用计算机数值模拟流体在空间和时间上的运动、变化和相互作用的一种方法。

在气动设计中，CFD 数值模拟可以对气流进行分析和模拟，提供了可视化的方式来观察实际系统中的流场，最大限度地发挥设备的作用。

CFD计算流体力学的工作流程包括以下几个步骤：（1）建立几何模型：根据需要，选择合适的几何模型，以及相应的数据导入格式如IGES、STEP、STL等，进行模型导入。

（2）网格划分：确定模型的流动范围，并划分为多个相邻的小网格。

合理的网格划分可以更好地反映物体表面形态等数据，从而提高计算效率并减小误差。

（3）设定数值模型：根据需要，设置流动方程、物理模型、边界条件、计算区域、计算网格等。

（4）计算流动场：运用计算机对所设定的数值模型进行求解，并获取流动场的数值分布和特性参数。

一般计算过程需要使用数值方法，如有限元方法、速度增量法、声波分析法等。

（5）结果评价和分析：对所取得的流动场结果进行评价和分析，包括物理特性、流动速度、温度场等。

二、气动设计中的CFD数值模拟应用气动设计中的CFD数值模拟可以在实验前预测设计效果，也可以为详细的实验设计提供重要的指导信息。

在地址这一方面，气动设计中CFD数值模拟有以下应用：1.气动外形优化：气动外形优化是指在气动学和结构力学约束条件下，利用CFD数值模拟来进行气动外形的参数优化，从而实现外形的最佳效果。

在外形优化过程中，不断地调整参数，通过CFD模拟验证参数的合理性，加速气动设计的过程，提高设计效率。

武汉理工大学“材料成型数值模拟”课程上机实验指导书使用班级：成型1003-052013年04月为杜绝抄袭，实验报告中实验结果和分析讨论的内容雷同者，将被认定为抄袭：抄袭者和被抄袭者，都须重做实验，并参加答辩。

否则，实验成绩为不及格。

实验报告按学校规定格式完成，实验报告尽量双面打印，否则太厚。

分析讨论应包括：（1）对比理论精确解，对模拟计算的结果，进行分析讨论（可参考“提示”）。

用ANSYS计算时，还可改变划分的单元数等对结果的精度进行讨论。

（2）学习用ANSYS软件分析有限元问题的体会。

目录实验一：工字悬臂梁的有限元分析 (2)实验二：矩形梁的有限元分析 (4)实验三：受内压作用球体的有限元分析 (6)实验四：受热作用的厚壁圆筒的有限元分析 (8)实验一：工字悬臂梁的有限元分析一）实验目的1） 了解用ansys 进行有限元结构分析的基本过程。

2） 将ansys 结果与手算结果进行比较。

二）基本原理和方法有限元法是一种离散化的数值计算方法。

离散后的单元和单元之间只通过节点相联系，所有场变量（位移、应力、温度等）都通过节点进行计算。

对于每个单元，选取适当的插值函数，使得在子域内部、子域分界面上以及子域与外界分界面上都满足一定的条件。

然后把所有单元的方程都组装起来，就得到整个结构的方程组。

求解方程组，就可以得到方程的近似解。

有限元刚度分析法的步骤：1）建立几何模型；2）对几何模型进行离散化处理；3）将单元节点位移作为基本未知量；4）选择位移模式；5）确定单元应变与位移、应力与应变的关系；6）根据虚功原理建立单元中节点力与节点位移的关系；7）根据作用力等效原则将每个单元所受的载荷移置到该单元的节点上；8）将各单元的刚度方程叠加，组装成整体刚度方程；9）根据边界条件修改刚度方程，消除刚体位移；10）求解整体刚度方程，得到节点位移；11）根据相应方程求解应力和应变；12）利用计算机图形方式，将计算结果以变形网格、等值线、彩色云图、动画等方式进行显示与分析。

前言导热问题实际上就是对导热微分方程(能量方程)在规定的定解条件下进行求解，而对流问题除了对能量方程进行求解外，往往还需对质量守恒方程以及动量方程进行求解。

对于少数几何形状以及边界条件简单的问题能获得分析解，但对于大多数工程技术中遇到的许多几何形状或边界条件复杂的导热对流问题，数学上还无法得除其分析解。

另一方面，在近几十年中，随着计算机技术的迅速发展，数值模拟技术得到了飞速的发展，其中CFD(计算流体力学)能解决流体流动，传热传质等很多工程问题，因而发展非常快。

Fluent 作为目前国际上最流行的商用CFD软件之一，在美国和中国的市场占有率都超过60%。

只要涉及到流体、热传递以及化学方法等问题都可以用Fluent进行求解。

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、消防火灾、环境分析等方面都有着广泛的应用。

本实验在于运用成熟的Fluent软件对传热学的一些简单问题进行数值求解，主要包括一维稳态导热问题的求解，二维方腔内自然对流的数值模拟。

实验的目的在于是为同学们提供一个形象直观而又生动的工具，为本科传热学的学习提供一个新的视角，使传热学的学习从抽象的理论中解放出来，变得直接而有主动，增强他们学习的兴趣与动力，从枯燥的灌输中解放出来。

另一方面数值模拟还能加深学生对基本概念、基本规律的理解。

能杨世铭说:“传热学课程的教学应当从以往的单纯地为后续专业课服务而转变到着重培养学生的素质与能力方面来。

通过将CFD数值模拟方法渗透到传热学的本科实验中，为培养学生的素质与能力提供一个强有力的工具，最终促进学生创新能力和应用能力的全面提升。

目录前言 (1)目录 (2)实验一圆管不可压缩粘性流实验（一） (1)实验二圆管不可压缩粘性流实验（二） (15)实验三管道突扩 (22)实验四一维稳态导热的数值模拟 (27)实验五复合壁面的稳态传热（一） (41)实验六复合壁面的稳态传热（二） (45)实验七非定常热传导 (48)实验八对流-扩散方程数值计算算法 (51)实验九二维密闭方腔自然对流的数值模拟 (55)实验十冷热水混合器内的流动与热交换模拟 (72)实验十一二维离心泵流动模拟 (104)实验注意事项 (112)实验报告要求 (113)实验一充分发展管道流实验（一）3实验二充分发展管道流实验（二）9实验三管道突扩10实验四一维稳态导热的数值模拟 (1)实验五二维内热源稳态与非稳态导热的数值模拟实验六复合壁面的稳态传热（一）26实验七复合壁面的稳态传热（二）28实验八二维密闭方腔自然对流的数值模拟 (59)实验九纵向肋片（离心风机）自然对流的数值模拟实验十冷热水混合器的数值模拟热工学实验报告：换热 (75)源项及边界的处理方案对流-扩散方程数值计算算法实验一圆管不可压缩粘性流实验（一）一、实验目的本实验的目的是揭示雷诺数对摩擦因子和沿管径方向速度分布的影响。

3.1气体泄漏扩散的模拟方法目前在研究气体扩散领域应用较多的模拟方法主要有三种，即：物理模拟方法、数学模拟方法和CFD 数值模拟方法。

当然在实际的模拟仿真过程中，经常是两种或是三种方法同时使用，以此来验证模拟的准确性。

3.1.1物理模拟方法物理模拟是模拟的基础方法，[31]指在不同与实体的规模上将某一过程再现，并分析其物理特性和线性尺度对实体的影响，进而对所研究实体或过程进行直接实验。

将实际地形物理按比例的缩小模型置于实验体(如风洞、水槽等)内，在满足基本相似条件(主要包括几何、运动、热力、动力和边界条件相似)的基础上，模拟真实过程的主要特征，如空气动力规律和扩散规律。

物理模型建立的理论基础是相似理论。

进行进行物理模拟研究，必须解决如何设计和制作模型以及将模型实验的结论在实体上应用等问题。

相似原理是研究、支配力学相似系统的性质及如何用模型实验解决实际问题的一门科学，是进行模型实验研究的依据。

根据相似理论，物理模型若能与原型保持相似，则由物理模型经过实验得到的规律，原型也同样适用。

建立物理模型要遵循很多相似条件，如几何相似、运动相似、动力相似及热相似等。

在建立模型时，由于所有相似条件不可能完全满足，所以针对研究的具体要求，要适当做出取舍，恰当选取相似参数是实现物理模拟的关键。

物理模拟主要用于数值计算模式难于处理的复杂地形以及受到建筑物影响时的扩散研究。

与现场实验相比，特别是复杂条件下的现场试验相比，物理模拟实验条件易控制、可重复，且可节省人力、物力，可进行较全面和规律性实验，是大气扩散研究的重要手段。

3.1.2数学模拟方法数学模拟方法是解决简单扩散问题的常用方法，此方法是[31]通过用数学模型、在一定条件下来研究一个物理或化学过程，或通过模型描述一个复杂的物理或化学过程的某些特点。

此种方法所借助的数学模型的方式没有固定限制，可以是一系列代数式或微分、积分方程，也可以简化为一个关系式。

其中常见的数学模型：高斯模型、箱及相似模型、浅层模型、Sutton 模型以及唯象模型。

ANSYS CFD 入门指南计算流体力学基础及应用简介计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）是一种应用数值方法来求解流体动力学方程的方法，通过数值模拟流体运动、热传导和传质过程，可以获取流场各个位置的速度、压力、温度等物理量的数值解，从而分析和预测流体中的流动行为。

ANSYS CFD 是一套强大的计算流体力学软件，它提供了丰富的分析工具和解算器，用于模拟各种复杂流动和换热问题。

本文档将介绍 ANSYS CFD 的基础知识和应用实例，帮助读者掌握使用 ANSYS CFD 进行计算流体力学分析的方法。

第一章 ANSYS CFD 概述1.1 ANSYS CFD 软件简介ANSYS CFD 是美国 ANSYS 公司开发的一款流体力学分析软件。

它基于有限体积法和有限元法，能够求解各种流动和传热问题。

1.2 ANSYS CFD 的功能特点•提供多种模型和物理现象的建模与仿真功能；•支持多种求解器和网格生成工具；•提供丰富的后处理功能，可用于流场可视化和数据分析；•具备良好的可扩展性和并行计算能力。

第二章计算流体力学基础2.1 流体力学基本方程CFD 的基础是流体力学的方程组，包括质量守恒方程、动量方程和能量方程。

本节将介绍这些方程的推导和应用。

2.2 数值离散化方法为了求解流体力学方程组，需要将其离散化为代数方程组。

本节将介绍常用的离散化方法，如有限体积法和有限元法。

2.3 网格生成网格是进行 CFD 计算的基础，合适的网格能够提高计算效果。

本节将介绍常见的网格生成方法和工具。

第三章 ANSYS CFD 基本操作3.1 ANSYS CFD 的界面介绍本节将介绍ANSYS CFD 的主要界面，包括菜单栏、工具栏、工作区等，帮助读者熟悉软件的操作界面。

3.2 模型建立与几何处理在进行 CFD 分析之前，需要建立相应的几何模型，并进行几何处理，例如加工、修复和简化模型。