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本月下旬开始进攻计算流体力学

已有 6591 次阅读 2010-9-17 11:49 |个人分类:计算流体力学(CFD)|系统分类:科研笔记| 计算流体力学, 理论流体力学, 工程流体力学, 实验流体力学

在外文的教材里,大流体力学是这么做分科的:

理论流体力学:早期的的流体力学是把流体看作是一维问题,并以此为基础做一系列的假设创造了一套一维理论来分析流体问题。到了现在,已经有2-D,特别是3-D理论发展起来,建立数学模型做理论分析。这一系列理论即构成了现在的理论流体力学,Mechanics of Fluids。这里面包括流体静力学、流体运动学和流体动力学,这是这个学科的主要支架。现有的这些教材很多,大同小异。本科学习的内容都没有超出这个学科的范畴。

计算流体力学:这是因为现有的理论力学一些列的理论不能很好的解决越来越复杂的流体力学的物理现象,于是人们对流体引进了‘场’的概念,对流体做数值模拟。Referring to Computational Fluid Dynamics, we can't keep from talking about NASA which has been getting to grab hold of the most advanced technologies and ideas in the whole world because of many reasons. One of my reference book on hand is written by John D. Anderson, JR who was a fellow of AIAA(the American Institute of Aeronautics and Astronautics). It's introduced by TSINGHUA UNIVERSITY PRESS in 2002. The newest edition was published in 2008. This is the address:
http://www.tup.tsinghua.edu.cn/book/List_cs.asp?csbh=523
and its introduction:
http://www.tup.tsinghua.edu.cn/book/SHOWBOOK.asp?cpbh=005189-01

实验流体力学:以实验研究来解决实际问题并由此而发展起来的学科。

我基本上认同这个分类,所谓的工程流体力学是什么呢,从它的研究内容和对象来看一下:
仅以一本工程流体力学的目录就能说明问题了。

工程流体力学之一

目录

1 绪论   
1.1 流体力学的研究任务与研究方法   
1.2 流体的连续介质模型   
1.3 流体的主要物理性质   
习题  
2 流体静力学   
2.1 作用于流体的外力   
2.2 静止流体中应力的特性   
2.3 流体运动微分方程和流体平衡微分方程   
2.4 重力场中流体静压分布及压强表示方法   
2.5 流体的相对平衡   
2.6 流体作用于液下平面的压力   
2.7 液体作用于曲面壁上压力   
习题   
3 流体动力学基础   
3.1 研究流体运动的两种方法   
3.2 欧拉法的基本概念   
3.3 连续性方程   
3.4 元流的伯努利方程   
3.5 总流的伯努利方程   
3.6 总流的动量方程   
3.7 动量矩方程   
习题   
4 管路、孔口和管嘴的水力计算   
4.1 流动阻力和水头损失   
4.2 粘性流动的两种流态   
4.3 圆管中的层流流动   
4.4 湍流流动沿程损失的分析与计算   
4.5 局部水力损失的分析与计算   
4.6 孔口、管嘴出流   
4.7 复杂管路的水力计算   
4.8 管路中的水击   
习题   
5 相似理论与量纲分析   
5.1 相似理论   
5.2 量纲分析   
习题   
6 理想流体动力学   
6.1 流体微团的运动分析   
6.2 速度势函数与流函数   
6.3 几种基本平面势流   
6.4 势流的叠加   
6.5 圆柱体绕流   
6.6 理想流体的旋涡运动   
6.7 理想流体旋涡运动的基本定理   
6.8 旋涡诱导速度   
6.9 平面有势流动的复势   
习题   
7 实际流体动力学基础   
7.1 纳维一斯托克斯方程   
7.2 边界层的基本概念   
7.3 边界层的动量方程   
7.4 平板边界层计算   
7.5 边界层的分离现象   
7.6 绕流阻力   
习题   
8 明渠流   
8.1 明渠的几何特性及分类   
8.2 明渠均匀流   
8.3 明渠流动状态   
8.4 水跃和水跌   
8.5 棱柱体明渠非均匀渐变流水面曲线的分析   
8.6 明渠非均匀渐变流水面曲线的计算   
8.7 天然河道水面曲线计算   
8.8 明渠弯道水流简介   
习题   
9 堰流与闸孔出流   
9.1 堰流的类型及计算公式   
9.2 薄壁堰流的水力计算   
9.3 实用堰流的水力计算   
9.4 宽顶堰流的水力计算   
9.5 闸孔出流的水力计算   
9.6 泄水建筑物下游的水流衔接与消能   
习题   
10 渗流   
10.1 渗流的基本概念   
10.2 渗流基本规律——达西定律   
10.3 地下水的渐变渗流   
10.4 井和井群   
10.5 渗流对建筑物安全性的影响   
习题   
11 气体动力学基础   
11.1 声速与马赫数   
11.2 气体一维恒定流动的基本方程   
11.3 气体一维恒定流动的参考状态   
11.4 气流参数与通道截面积的关系   
11.5 喷管   
11.6 等截面有摩擦的绝热管流   
习题   
12 湍流射流   
12.1 射流的一般属性   
12.2 圆断面淹没射流   
12.3 平面淹没射流   
12.4 温差或浓差射流   
习题   
习题参考答案   
附录   
附录Ⅰ 梯形、矩形断面渠道正常水深h0的图解   
附录Ⅱ 梯形断面临界水深hc的图解   
附录Ⅲ 梯形、矩形断面渠道共轭水深h1,h2的图解   
附录Ⅳ 矩形断面明渠底流消能水力计算求解图   
参考文献


工程流体力学之二

目录

第1章 绪论   
1.1 流体力学的研究内容和方法   
1.2 流体力学发展简史   
1.3 流体的连续介质模型   
1.4 量纲和单位   
1.5 作用在流体上的力   
工程实例   
习题   
第2章 流体的物理特性   
2.1 流体的重度   
2.2 流体的压缩性和膨胀性   
2.3 流体的粘性   
2.4 液体的表面张力   
工程实例   
习题   
第3章 流体静力学   
3.1 流体的静压强   
3.2 流体平衡微分方程   
3.3 压强的基准   
3.4 静止流体中的压强分布   
3.5 流体静压强的测量   
3.6 流体的相对平衡   
3.7 静止流体对壁面的作用力   
工程实例   
习题   
第4章 流体运动学   
4.1 描述流场的拉格朗日法和欧拉法   
4.2 速度场和加速度场   
4.3 关于流场的一些基本概念   
4.4 层流和湍流   
4.5 流体微团的运动分析   
4.6 流体的无旋流动和旋涡流动   
工程实例   
习题   
第5章 流体动力学Ⅰ   
5.1 控制体和系统   
5.2 雷诺输运定理   
5.3 连续性方程   
5.4 动量方程   
5.5 角动量方程   
5.6 能量方程   
工程实例   
习题   
第6章 流体动力学Ⅱ   
6.1 连续性方秸   
6.2 粘性流体的运动微分方程   
6.3 葛罗米柯—斯托克斯方程   
6.4 理想流体流动   
6.5 平面势流   
6.6 简单势流的叠加   
6.7 流体对圆柱体的无环量绕流   
6.8 流体对圆柱体的有环量绕流   
6.9 流体绕圆球的流动   
工程实例   
习题   
第7章 相似原理与量纲分析   
第8章 不可压缩流体的内部流动   
第9章 不可压缩粘性流体的外部流动   
第10章 可压缩流体的一维流动   
第11章 流体的测量   
第12章 计算流体力学简介   
参考文献

这两本教材都是国内的比较权威的教材,其目录设置跟我手上的《流体力学》本科教材差不太多,这本教材就是那个用了将近100年的教科书《Fluid Mechanics with Engineering Applications》。我想随着问题的复杂化和各行各业越来越细的分工,流体力学发展到建筑环境与设备工程、热能与动力工程、水利水电工程、给排水科学与工程、环境工程等多个专业,由此引申出来争对各行各业以及各个专题发展起来的就是所谓的工程流体力学。但是,其实质和基础就是理论流体力学提供的。

最近接触CFD,感觉进入了一个新天地,眼前豁然开朗,希望各路达人不吝赐教。












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