CFD控制方程基础知识详解

在网上搜集资料,整理材料的时候,想着应该会有写fluent论文的需要这些基础方程,所以就复制下来供大家参考。

最基础的CFD理论是流动控制方程,除此之外是各种数值算法。

  所谓的流动控制方程,指的是流体流动过程中所需要遵循的物理规

  律,最常见的流动控制方程包括质量守恒方程、动量守恒方程与能量守恒方程。针对不同的流动工况,控制方程可能还包括组分守恒方程、湍流方程、状态方程等。然而对于任何流动问题,都必须遵循质量守恒方程和动量守恒方程。在非常多去的参考文献中,质量守恒方程也称之为连续方程,而把动量方程称之为纳维-斯托克斯方程,简称NS方程,CFD的任务即求解NS方程。


(1) 连续方程(质量守恒方程)

连续性方程比较简单。就是流入(流出)系统中的质量要等于系统质量的增加量(减少量)。

  连续方程

更科学的表述为:

  [控制体内流体质量变化率] = [穿过控制体表面的流体质量流量]

  因此有:


   1.1
 

式中:

n为单位法向矢量。

  利用高斯散度定理(一个矢量散度的体积分应等于这个体积表面通量的面积分),即:


   1.2
 

则有:


   1.3
 

改变形式可得:


   1.4
 

式中:∇⋅(ρv→)≡divρv→。

由于推导过程中对控制体形状未做任何限定,因此意味着


   1.5
 

这就是流动控制方程的质量守恒方程

可展开为:


   1.6
 

对于不可 压缩流体介质,其密度ρ为常数,则质量守恒方程可简化为:


   1.7
 

展开即为:


   1.8
 


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