近十多年來,CFD有了很大的發(fā)展,替代了經典流體力學中的一些近似計算法和圖解法,過去的一些典型教學實驗,如Reynolds實驗,現在完全可以借助CFD手段在計算機上實現?! ?/span>
所有涉及流體流動、熱交換、分子輸運等現象的問題,幾乎都可以通過計算流體力學的方法進行分析和模擬。CFD不僅作為一個研究工具,而且還作為設計工具在水利工程、土木工程、環(huán)境工程、食品工程、海洋結構工程、工業(yè)制造等流域發(fā)揮作用。典型的應用場合及相關的工程問題包括:
航空工程
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CFD在航空和國防工業(yè)中的應用經歷了一個長期的發(fā)展過程,取得了令人矚目的成績。在激烈的競爭環(huán)境中,CFD在改進飛行設計中起到了關鍵性的作用。實際上,很多工程師已將CFD和空氣動力學結合起來用于諸如飛機機翼升力的計算。隨著CFD計算技術和計算機能力的提高,其使用更為簡便,人們在計算升力之外,其應用范圍已經得到很大拓展。今天,CFD正用于求解很多困難的實際問題,而這些問題用過去的計算工具是難以分析或求解的。
汽車工程
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現在,汽車工程師們正在依靠更多的模擬技術將提出的新車設計概念付諸實施。計算機輔助工程已經處于革新汽車內部系統(tǒng)的技術前沿,可以更好地全計算流體力學長期以來一直是汽車設計和制造中的一個基本要素。除了航空航天工業(yè)外,汽車工業(yè)在研究制造中也大量使用了CFD技術。因此,作為工程模擬工具,即使面對最困難的挑戰(zhàn),CFD仍然在許多工業(yè)領域中得到很好的應用。
生物科學工程
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醫(yī)學研究者現在依靠模擬工具幫助預測人體中血液循環(huán)流動狀態(tài),數值模擬能夠提供實驗難以得到的有價值的信息,而且CFD還可以對很多流體動力學參數進行研究。同時,CFD在制藥工業(yè)也有廣泛的應用。
化學和采礦工程
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很多世界必需品源于化學工業(yè)和采礦業(yè),這些工業(yè)通過物理或化學方法加工原材料,消耗大量的熱能和電能,為食品、保健品以且先進的計算技術設備和生物技術設備提供初級產品,面對不斷加劇的競爭,這些工業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)是既要滿足當前世界性的需求,同時時未來發(fā)展丑不造成損害,這就要求生產過程更高效、更安全以及更少污染物的排放。
民用和環(huán)境工程
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政府、研究機構以且企業(yè)正在職融尋求途徑滿足環(huán)境保護法,在維持一定生產水平、滿足市場不斷增加需靠的同時,保證減少環(huán)境污染。在很多時候,CFD模擬已經成為解決環(huán)境問題的核心技術。
能源工程
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在不斷競爭的能源市場中,設備制造商們轉向CFD尋求技術支持,以便更好地了解和提升能源工業(yè)中的設備和工藝。盡管傳統(tǒng)的發(fā)電方式仍在廣泛使用,但已經出現了具有潛力的可再生能源,如鳳力發(fā)電。為使投資得到最大回報,面提升駕駛體驗,改善駕破員和乘客的舒適性和安全性,并且進一步降低油耗,CFD已經被用于風力發(fā)電渦輪葉片的優(yōu)化設計當中,使之在不同的來風條件下能產生恒定的功率。通過CFD的風能資源評估,工程師可以更好地研究風力發(fā)電站的經濟性,正確的模擬結果可以減少投資風險。
體育
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隨著體育水平的不斷提高,特別是在奧運賽場上,運動員的水平都在伯仲之間,體育比賽的勝負差距非常微小,為了在比賽中獲得勝利,不得不為提高器材的性能投入大量的資金。體育器材的流體動力性能越來越重要,越來越多的優(yōu)秀運動員、運動隊以及體育設備制造商們都在努力從先進的流體模型中獲取比賽空氣動力的有利條件,越來越多的體育器材外形的研究成果逐漸為人們所認可。同時,CFD不僅可以研究體育運動器械等硬件設備,還可以對運動員的運動技巧進行分析,針對不同運動員的自身條件,通過計算分析,制定更為科學量化的競技動作和訓練內容。
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