数值模拟方法与研究进展-(计算流体力学与计算传热学).ppt

数值模拟方法与研究进展数学模拟的方法数值模拟大致分成如下步骤：（3）选择模型或封闭方法
湍流两相流的基本方程通常是不封闭的。
由物理概念或某假说出发，提出模拟理论是必要的。这些模型有气相和颗粒相的湍流模型、颗粒相的整体模型、湍流流动中的气相反应模型、辐射换热模型、污染物生成模型等。
（4）建立有限差分方程组
用数值法求解偏微分方程组，必须使方程离散化，湍流两相流模拟的常用离散化方法是有限差分法，也可以选用其他离散方法，如有限元法、有限分析法。（5）制定求解方法
对单相流动已有各种不同的差分方程组求解方法，如对抛物型流动（边界层、射流、管流和喷管流等）有GENMIX前进积分算法，对椭圆问题（回流流动等）有涡量-流函数算法、压力-速度修正算法（SIMPLE系列解法）等。
对湍流两相流，有更专门的解法，如PSIC、IPSA、GEMCHIP、PCGC-2、LEAGAP等。
（6）研究计算技巧
合理经济的网格划分，迭代方法确定等。（7）编写计算程序
（8）调试程序
（9）模拟结果与实验的对比
（10）改进模型及解法
可见，数值模拟不仅是计算方法和计算技巧的问题，而且还包含一整套物理和化学过程理论，也包括深入细致的实验测量。
数值模拟的建立乃是反复的理论设想、计算实践与实验测量三者相互效核的最终结果。CFD、NHT的发展史CFD/NHT的发展过程分为三阶段一、萌芽初创时期（1965-1974）（2）对流项差分迎风格式的再次确认。
初期的发展过程中所遇到的另一困难是，对流项采用中心差分时，对流速较高的情况的计算会得出振荡的解。
早在1952年，Courant,Issacson和Rees三人已经在数值求解双曲型微分方程中引入了迎风差分的思想，但迎风差分对克服振荡的应用并未得到重视。
1966年，Gentry,Martin及Daly三人，以及Barakat和Clark等，各自撰写介绍了迎风格式在求解可压缩流及非稳态层流流动中的应用。
交错网络的提出及对流项迎风差分的采用，使流动与对流换热的求解建立在一个比较健壮的数值方法基础上。（3）世界上第一本介绍计算流体及计算传热学的杂志——“JournalofComputationalPhysics”于1966年创刊。
Gentry等关于确认迎风差分的论文]就发表在该刊第1卷第1期。
（4）Patankar与Spalding于1967年发表了求解抛物型流动的P－S方法。
在P－S方法中，把x-y平面上的计算区域（边界层）转换到x-w平面上（w为无量纲流函数），从而不论在边界层的起始段还是在其后的发展段，所设置的计算节点均可落在边界层范围内。
（5）1969年Spalding在英国帝国理工学院（ImperialCollege）创建了CHAM（Concentration,HeatandMass,Limited），旨在把他们研究组的成果推广应用到工业界。
（6）1972年SIMPLE算法问世
在求解不可压缩流体的流动问题时，如果对所形成的包含速度分量及压力的代数方程仍采用直接求解的方法，则就可以同时得出速度与压力的解。
但这样的求解方法，即使在今天尚未得到广泛采用。
于是所谓分离式的求解方法应运而生，即先求解有关一个速度分量，而把其他作为常数，随后再逐一求解其它变量。
于是就产生了这样的问题：就是所谓速度与压力的耦合问题。SIMPLE算法成功地解决了这一问题。
SIMPLE算法的一个基本思想是，在流场迭代求解的任何一个层次上，速度场都必须满足质量守恒方程，这是保证流场迭代计算收敛的一个十分重要的原则。（7）1974年美国学者Thompson,Thames及Mastin提出了采用微分方程来生成适体坐标的方法（TTM方法）。
TTM方法的提出，为有限差分法与有限容积法处理不规则边界问题提供了一条崭新的道路——通过变换把物理平面上的不规则区域（二维问题）变换到计算平面上的规则区域，从而在计算平面上完成计算，再将结果传递到物理平面上。
在TTM方法提出后，逐渐地在CFD/NHT领域中形成了“网格生成技术”这一分支，并成为目前世界上很活跃的研究方向。
每隔2~3年，世界上要举行一次专门会议（ConferenceonNumericalGridGenerationinCFDandRelatedFields）。二、走向工业应用阶段（1975-1984）（2）由Spalding教授及其合作者开发的流动传热计算的大型通用软件PHOENICS第一版问世。
PHOENICS是英语Parabolic,HyperbolicorEllipticNumericalIntegrationCodeSeries的缩写（意为对抛物型、双曲型、椭圆型方程进行数值积分的系列程序）。
（3）Leonard在1979年发表了著名的QUICK格式[56]。这是