流体学科 Fluid Subject
目前,流体力学的研究和分析手段分为理论分析、实验研究及数值计算三种。理论分析的方法是在研究流体运动规律 的基础上,建立各种简化的流动模型,形成描述流动的各类型控制方程;在一定假设和条件下,经过解析推导及运算, 得到问题的解析解或简单解。
长期以来,实验研究一直是流体动力学的主要研究手段, 其原理是利用相对运动原理,建立地面实验设备,如水洞、水槽、风洞、激波管等获得相关数据。但是,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相似参数、相似定律要求,而且实验除了存在洞 壁效应、支架干扰、测量误差等外,还存在高超声速流动中真实气体的非平衡效应等很难模拟的因素,所以实验研究也 受到不少限制。一般来说,实验研究周期长、费用高。
计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics),简称CFD。它是利用计算机和数值方法求解满足定解的流体动力学方程,以获得流动规律和解决流动问 题的专门学问。计算流体动力学作为一门专门学科,大约是20世纪60年代形成的。现在CFD已深入到与流动有关的技术领 域。
进排气岐管分析
对于汽车排气系统而言,通常由两部分组成:热端与冷端。其中热端主要由涡轮增压器、歧管以及三元催化 器等组成;冷端主要由消音器、排气管以及一些吊钩、支撑悬挂等组成。热端部分紧连着发动机,其温度通常 都能达到850。C左右,温度对于材料的力学性能会产生很大影响,因此温度对于汽车排气管热端的振动耐久性 能的影响不可忽略。
飞机气流分析
由于CFD在节省研制费用、缩短研制周期、实现研制数字化自动化、提高研制质量等方面的优势,越来越多的 人认为未来飞行器性能的确定,将依赖于在“虚拟风洞”(CFD)数据基础上产生的“虚拟飞行”,这将是飞行器研制 的主要发展方向。以数值求解Euler方程和RANS方程为代表的CFD技术已经广泛应用;改变了传统的空气动力学研究 和设计方法,推动了这些领域的技术进步。
汽车风道气流分析
根据空调系统的试验结果仅能够得到出风口风速、风量、压降等有限的数据,这对于整个系统的改进是远远不 够的。利用CFD软件进行计算,可以得到风道内任意一点的详细流场情况,风道内部的涡流情况也可以很容易看出。 同样,进行外流场计算时,可以得到车身周围详细的流场情况。