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4.计算流体力学的应用
此外，计算流体力学如今还可用于许多生活领域。 水轮机、风机和泵等流体机械内部的流体流动 飞机和航天飞机等飞行器的设计 洪水波及河口潮流计算 温室及室内的空气流动及环境分析 电子元器件的冷却 换热器性能分析及换热器片形状的选取 河流中污染物的扩散 汽车尾气对街道环境的污染 ……
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4.计算流体力学的应用
案例2：克林顿博物馆
为了保持博物馆所在的河岸公园的完整性，同时也是为 了呼应基地附近的阿肯色河上的6座桥梁，该博物馆的主 体部分被设计成架空于地面之上的“桥”的形式。
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4.计算流体力学的应用
CFD模拟室内温度场。 模拟结果：参观者头顶上方的空调出风气流可以通过各个狭 小的通道，并且沿着展墙上升，顺利回到各个回风口，带走展 品释放的热量。
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4.计算流体力学的应用
4.3 在汽车工业的应用
案例1：汽车外形设计优化 通过对汽车车身的流场计算，得到车身表面的压力场、 速度场、气动力和气动力矩，继而得出风阻系数等一系列 设计参数，通过分析流场可以对流动过程和流场分布成因 有更细致的了解；与实验对比， 通过修改车身几何参数， 达到优化设计的目的。
某车车身外部流场图
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4.计算流体力学的应用
案例2：发动机的设计优化 可通过预混或者非预混模型，模拟进气和排气过程。对于 如何减小进排气阻力、增大充气效率、设计气门阀升程和 锥度、进排气支管形状等有重要意义。 利用燃烧模型，对气缸内混合 气体的燃烧过程进行动态模拟， 对提高燃烧效率、探索爆震和表 面点火成因及研究相应对策有很 重要的指导意义。
(Environmental Progressive)的高层建筑。
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4.计算流体力学的应用
利用CFD技术，计算一定水平风量条件下，建筑物表面的压 力分布状况、建筑物室外的气流状况，图示方法直观描述。 模拟设计方案的室内自然通风状况，帮助设计人员确定位 于每层采光井周边的通风口的位置。 设计是否合 理？ 如何获得最 佳的自然通风 效果。
过程工程中的数值模拟（二）
潘艳秋
2016.04.10
过程工程中的数值模拟
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数值模拟技术简介
2
计算流体力学基础
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计算流体力学商业软件简介
计算流体力学的应用 计算流体力学在化工中的应用
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计算流体力学的未来
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4.计算流体力学的应用
CFD应用范围广泛。所有涉及流体流动、换热、分子输送等 现象的问题，基本都可通过CFD进行模拟和分析。 应用领域：水利工程、土木工程、航空航天工程、船舶和海 洋结构工程、石油化工、建筑设计、环境工程、食品工程、 工业制造、生物医学以及交通运输等领域 。
供应链体 系
分子水平宏观微观源自纳微尺度生态环境17
5.计算流体力学在化工中的应用
化学化工学科与产业链条： 涵盖从分子、纳微、单元(颗粒、液滴、气泡)、聚团、 设备、工厂、直至生态过程等不同尺度与层次 每个环节紧密联系，纯粹依靠理论分析或实验的经验 积累进行研究和开发已越来越困难。 前期实验的积累和计算机 技术的迅速发展；数学建模 与计算机模拟日渐成为研究热点。
主要的空调送风和回风口及室内热源的位置
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Fluent模拟的室内气温状况
4.计算流体力学的应用
4.2 在医学上的应用
案例1：脑脊液流动模拟研究 模拟脑脊液流体的动力学及 其与大脑组织间的复杂的相 互作用--研究中枢神经系统 异常的病因、寻找可行的潜 在补救措施。 右图：一个心跳周期的整个
颅- 脊髓系统中脑脊液流速
对过程的控制缺少有效的 模型和反馈机制，运行难 以稳定和优化。（设计中 的不确定性、机理性认识 的缺乏）
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5.计算流体力学在化工中的应用
计算流体力学应用于化工中的必然： 国际上，传统的大宗产品的产值份额不断降低，许多跨国 公司的发展重点已转向精细化学品，医药、生物和纳米产 品等高技术、高附加值产品。 在学术研究领域，化学工程也在向微观和宏观进行拓展。 化学 工程
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过程工程中的数值模拟
1
数值模拟技术简介
2
计算流体力学基础知识
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计算流体力学商业软件简介
计算流体力学的应用 计算流体力学在化工中的应用
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计算流体力学的未来
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5.计算流体力学在化工中的应用
5.1 应用背景 化学工程技术被误认为“夕阳”产业 化学工程技术相对粗糙（与机械制造和电子信息等技术 的精密性和日新月异的发展比）。 新技术的开发周期漫长、费用高昂、优化困难。（在实 验室中发展的技术大多要经过小试、中试等逐级放大才 能实现经济规模的生产）
气缸进气流线图
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4.计算流体力学的应用
案例3：复数车辆的行驶状况模拟
复数车辆的行驶：会车、超车及队列行驶3 种 气动特性是一个瞬态过程，目前国外也只是进行了初步 定性的分析，但是这也是一个重要的研究方向，对于研究 该状态下的操纵稳定性有 重要的作用。
右图：1 辆小轿车超车 时的静压分布图。
帮助研究人员发现可能产 生的操作稳定性问题，为 改善设计提供参考数据， 有助于提高车辆行驶安全。
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4.计算流体力学的应用
4.1 在建筑学上的应用
案例1：瑞士再保险公司总部大楼(伦敦) 外形独特，“小黄瓜”，“宇宙 飞船”、“穿网眼丝袜的雪茄”、 “腌黄瓜”（Gherkin）…，总建 筑面积7.64万m2 ，高179.8m 2004年完全投入使用。 最吸引人的地方，不是名字和外 观，而是它较同样的建筑节能一 半以上：伦敦第一幢具有环境进步意义
和压力场的变化。
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4.计算流体力学的应用
案例2：脑积水的研究 利用ADINA软件模拟脑脊液及其与脑组织的相互作 用，通过求解Navier-Stokes方程和Darcy流方程，并与固态 脑组织的运动方程耦合，对脑脊液整个颅脊系统的速度和 压力场进行计算。
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4.计算流体力学的应用
比较正常（左图）、脑积水（右图）之间的脑脊液流动模式。 结果：脑积水引起的最大速度的位置和大小变化
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5.计算流体力学在化工中的应用
另一方面，流体广泛存在于化学工程这个领域的各个地方。
流体力学从狭义上讲是处理流体的动量输运问题的，但实际 上绝大多数化工过程都是在流体的主导或参与下进行的，而 “三传一反”也往往是紧密耦合的，并且一般是在流体力学 的框架下联合求解的。 流体力学是化工技术的最重要基石之一。而计算流体力学在 化工过程的计算机模拟中也占有核心地位，并且其作用也与 日俱增。