数值计算方法在流体力学中的应用

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计算流体力学在制冷空调中的应用研究

作者：冯淳

来源：《无线互联科技》2013年第11期

摘 要：计算流体力学属于现代模拟仿真技术，研究专员利用计算机来模拟仿真实际的流体流动，通过虚拟的实验情况来得出相应理论，并将理论运用于实际的工程领域中。暖通空调CFD技术就是基于计算流体力学而发展的一种技术，该技术在暖通空调的实际工程领域中得到了广泛的应用，在此基础上激发了研究专员对制冷空调工程领域的探索，提出了基于计算流体力学在制冷空调中的应用研究。在此，本文将从暖通空调CFD技术出发，探究CFD技术在制冷空调中的应用。

关键词：计算机流体力学；CFD；制冷空调；应用研究

1 前言

计算流体力学，又名计算流体动力学，英文简称CFD，这是一种对流体学问题进行数值模拟与分析的新分支，主要得益于计算机技术与数值模拟技术的辅助。简而言之，CFD属于现代模拟仿真技术，研究专员利用计算机来模拟仿真实际的流体流动，通过虚拟的实验情况来得出相应理论，并将理论运用于实际的工程领域中。成本低、速度快、资料完备等这些都是CFD技术的优势，加之伴随计算机技术与数值模拟技术的越来越成熟，在解决工程中的实际问题时CFD技术发挥着越来越重要的作用。1974年，CFD首次被运用于HVAC（暖通空调）工程领域，丹麦的Nielsen利用CFD对通风房间内的空气流动进行模拟，主要模拟预测室内外或设备内的空气或其他工质流体的流动情况。

2 计算机流体力学在制冷空调中的应用

2.1 暖通空调CFD技术

暖通空调CFD技术，即结合CFD方法、流体力学、湍流力学、计算方法、计算机图形处理技术等在计算机中求解出流体流动的各种守恒控制偏微分方程组的技术。在模拟暖通空调领域内流体流动实验时，分析结论是流动问题多为低速流动，保持10m/s以下的流速，而根据变化不大的流体温度与密度情况可判断其为不可压缩流动，这一结论等同与应用范围内的CFD与数值传热学。但由于湍流流动是暖通空调领域内的主要流体流动，而CFD技术对湍流现象尚未取得全面解决理论，因而只能依靠湍流半经验理论来解决暖通空调的湍流现象，不过在解决实际问题中依然存在诸多困扰。暖通空调CFD技术主要有建立模型、数值求解、可视化处理三大主要步骤。

第２７卷　

ＶＯ１．２７　第１９期　

ＮＯ．１９　计算机工程与设计　

Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　２００６年１０月　

ＯＣｔ．２００６　

ｅｒｆｃ（ｘ）在激光打印机定影中的应用及数值计算方法　

肖正涛，　刘就女，　何秀群　

（华南理工大学机械工程学院，广东广州５１０６４０）　

摘　要：介绍了余误差函数的定义，激光打印机的定影过程和与定影过程相对应的扩散模型，阐述了余误差函数的数值计算　

对设计激光打印机定影过程的重要性，并指出了已有文献给出的余误差函数的数值计算方法的局限性，在此基础上，分析　

了３种可行的数值计算方法：查表法、近似计算法和利用Ｅｘｃｅｌ中的工程函数直接计算法，并对每种方法进行了比较，最后确　

定了一种有效可行而且简洁的数值计算方法，解决了激光打印机定影中的实际问题，提高了工程设计效率。　

关键词：计算机应用；余误差函数；激光打印机；定影；数值计算　中图法分类号：ＴＰ３９１．７　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００．７０２４（２００６）１９．３６８６．０３　

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｒｆｃ（ｘ）ｉｎ　ｆｉｘａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｌａｓｅｒ　ｐｒｉｎｔｅｒ　ａｎｄ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　

ＸＩＡＯ　Ｚｈｅｎｇ—ｔａｏ，ＬＩＵ　Ｊｉｕ—ｎｔｉ，ＨＥ　Ｘｉｕ—ｑｕｎ　

（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５　１　０６４０，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｒｒｏｒ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔ，ｔｈｅ　ｆｉｘａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｌａｓｅｒ　ｐｒｉｎｔｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ｄｅｆｕｓｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｔｏ　ｅｒｒｏｒ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔ　ｆｏｒ　ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ　ｔｈｅ　ｆｉｘａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｉｎ　ｌａｓｅｒ　ｐｒｉｎｔｅｒ　ｉｓ　ｉｎ—　

计算流体力学在土木工程中的应用

作者：王琦

来源：《城市建设理论研究》2014年第19期

摘要：流体力学是土木工程当中非常主要的学科，针对土木工程里的一些建筑物工程设计，实施和维护具有十分重要的作用，不但有效降低了工程时间上的成本，还有效降低了物质方面的成本。

关键词：流体力学；土木工程；应用

中图分类号：O35文献标识码： A

引言：

流体力学是对液体和气体等流体的力学运动规律和应用学科的研究。主要是对各种力的影响下的研究，流体自身状态及流体与固体表面、流体与流体之间、流体与其它运动状态之间的相互作用下的力学分支。流体力学属于力学当中较为主要的分支，主要是对流体自身的静态、动态的研究，流体与固体之间的相对运动的相互作用以及流动规律。对于生活、科学技术、环保等方面的工程具有非常重要的意义。

一、流体力学在工业民用建筑中的应用

工业民用建筑属于最普遍的建筑之一，针对低层建筑，地下水属于最常见的结构影响源，集中体现在对地基基础的影响上。假如在设计的过程里并没有对建筑地点的地下状况以及地上的水文状况进行详细了解，一旦出现地下水渗流的状况，就会对建筑周遭的土地稳定性产生无法挽回的影响，从而进一步影响到地基的稳定性，地基的破坏对于建筑主体来讲就是生命的倒计时。而人为加固的方法不仅耗时、耗材、耗力，收效还不明显。地下水的浮力对于结构设计以及施工具有无法忽略的作用，结构抗浮力计算同地下水的状态、水压力以及浮力、地下水位变换的影响因素与意外补水有关联。针对这样会对建筑物寿命以及人身安全造成影响的问题，可以透过水力学理论在建筑物的施工之前进行正确的指导和设计。以免在施工当中出现基坑坍塌等重大事故，也可以有效免除在施工完成后基地抵抗地下水渗流能力较差的状况。

当前的建筑物逐渐趋于高层化，高层可以较大的节省土地成本，提供更多能够使用的空间，可是也提升了设计施工的问题。由于高度的加大，地表和附近的物體对气体流动的阻碍也相对降低，气体流动的速度较大。并且，高层汇集处因为高层的层高以及体积问题，会对气体的流动性产生较大的问题，也就会对建筑物的稳定性产生较大的问题，针对建筑物的构造以及建筑材料的可靠性提出更多的要求。主要因为基本风压、风压的高度变化系数、风荷载体形系数、风振系数等。这些系数以及所在地风的大小、建筑物的外形和高度、地区粗糙程度相关。气体的流动引发风，透过流体力学能够将气流流动引发的问题具体化、数值化，对于这些问题具有针对性的处理，也就是有利于设计施工的进度，还可以合理的使用材料，做到放心、合理、快捷。在建筑当中对于景观供水、暖气水管网供水等相关问题，透过流体力学的计算，能够在这些具体实施的过程里产生的问题给予科学的依据。

数值计算方法在物理学中的应用

随着计算机科学的发展，数值计算方法在物理学中的应用越来越广泛。物理学家经常需要解决计算上的挑战，例如求解大规模的方程组、求解微分方程、优化问题等等。数值计算方法可以帮助物理学家解决这些难题，并在实验室和工业领域中实现更快、更准确的计算。本文将着重介绍数值计算方法在物理学中的应用。

1. 数论方法在传感器设计中的应用

传感器是物理测量的重要工具，可以将实际现象转化成数字信号。设计有效的传感器对测量的准确性至关重要。数值计算方法可以优化传感器的设计，使其更加灵敏。

数论方法可以用于设计优化噪声电路。传感器信号通常受到电子噪声的干扰，噪声会扰乱传感器测量信号。设计噪声电路可以减少这种干扰。数值计算方法可以分析不同电路的性能，并找到最优的电路设计。

2. 数值分析方法在量子力学中的应用

量子力学是一门研究未被裹挟的粒子如何运动的学科。由于量子力学的微观性质，我们需要运用数值计算方法来模拟和预测粒子的轨迹和性质。

数值分析方法可以用于求解量子力学方程。量子力学中，每个粒子都可以用波函数表示。波函数满足薛定谔方程，其中包含一个时间和空间的变量。这个方程通常很难求解，但数值计算方法可以用离散化方法将其转化为方程组，并求解出波函数。

3. 数值方法在相对论物理学中的应用

相对论物理学是一门研究宏观物理性质的学科，例如引力、电磁场和量子场。由于相对论物理学的复杂性，我们需要数值计算方法来解决计算难题。

数值计算方法可以用于模拟引力系统。相对论天文学家需要一种方式来模拟引力系统，例如两个黑洞之间的相互作用。数值计算方法可以采用多种方法，例如N体方法或Delaunay三角剖分方法，来模拟这个系统。这种计算不仅可以为相对论物理学家提供重要的结果，而且还可以为天文学家提供有关星系和星系的实验数据。

4. 数值方法在流体力学中的应用

流体力学研究液体和气体流动的学科。为了理解流体力学的本质，我们需要解决两个重要问题：Navier-Stokes方程和Turbulence。