1.1 計算流體力學的起源
計算流體力學（computational fluid dynamics）是通過計算機數值計算和影象顯示，對包含有流體流動和熱傳導等相關物理現象的系統所做的分析。他作為流體力學的乙個分支產生於第二次世界大戰前後，在20 世紀60年代左右逐漸形成了一門獨立的學科【1】。總的來說隨著計算機技術及數值計算方法的發展，我們可以將其劃分為三個階段：
第一，初始階段（1965～1974），這期間的主要研究內容是解決計算流體力學中的一些基本的理論問題，如模型方程（湍流、流變、傳熱、輻射、氣體－顆粒作用、化學反應、燃燒等）、數值方法（差分格式、代數方程求解等）、網格劃分、程式編寫與實現等，並就數值結果與大量傳統的流體力學實驗結果及精確解進行比較，以確定數值**方法的可靠性、精確性及影響規律。同時為了解決工程上具有複雜幾何區域內的流動問題，人們開始研究網格的變換問題，如thompson, thams和mastin提出了採用微分方程來根據流動區域的形狀生成適體座標體系，從而使計算流體力學對不規則的幾何流動區域有了較強的適應性，逐漸在cfd中形成了專門的研究領域：「網格形成技術」。
第二，工業應用階段(1975～2023年)，隨著數值**、原理、方法的不斷完善，關鍵的問題是如何得到工業界的認可，如何在工業設計中得到應用，因此，該階段的主要研究內容是**cfd在解決實際工程問題中的可行性、可靠性及工業化推廣應用。同時，cfd技術開始向各種以流動為基礎的工程問題方向發展，如氣固、液固多相流、非牛頓流、化學反應流、煤粉燃燒等。但是，這些研究都需要建立在具有非常專業的研究隊伍的基礎上，軟體沒有互換性，自己開發，自己使用，新使用的人通常需要花相當大的精力去閱讀前人開發的程式，理解程式設計意圖，改進和使用。
2023年，spalding等開發的用於**二維邊界層內的遷移現象的genmix程式公開，其後，他們首先意識到公開計算源程式很難保護自己的智財權，因此，在2023年，組建的cham公司將包裝後的計算軟體（phonnics－鳳凰）正式投放市場，開創了cfd商業軟體的先河，但是，在當時，該軟體使用起來比較困難，軟體的推廣並沒有達到預期的效果。我國80年代初期，隨著與國外交流的發展，科學院、部分高校開始興起cfd的研究熱潮。
第三，快速發展階段（1984至今），cfd在工程設計的應用以及應用效果的研究取得了豐碩的成果，在學術界得到了充分的認可。同時spalding領導的cham公司在發達國家的工業界進行了大量的推廣工作， patankar也在美國工程師協會的協助下，舉行了大範圍的培訓，皆在推廣應用cfd，然而，工業界並沒有表現出太多的熱情。2023年的第四界國際計算流體力學會議上，spalding作了cfd在工程設計中的應用前景的專題報告，在該報告中，他將工程中常見的流動、傳熱、化學反應等過程分為十大類問題，並指出cfd都有能力加以解決，分析了工業界不感興趣，是因為軟體的通用效能不好，使用困難。
如何在cfd的基礎研究與工程開發設計研究之間建立乙個橋梁?如何將研究結果為高階工程設計技術人員所掌握，並最大限度地應用於工程諮詢、工程開發與設計研究?這正是本時期應用基礎研究所追求的目標。
此後，隨著計算機圖形學、計算機微機技術的快速進步，cfd的前後處理軟體得到了迅速發展，如grapher，grapher tool，icem－cfd等等。
任何流體運動的規律都是以質量守恆定律、動量守恆定律和能量守恆定律為基礎的。這些基本定律可由數學方程組來描述，計算流體力學可以看做是在流動基本方程，控制下對流體的數值**模擬。通過這些數值模擬，我們可以得到極其複雜問題的流場內各個位置上的基本物理量（如速度、壓力、溫度、濃度等）的分布，以及這些量隨時間變化的情況，確定是否產生渦流，渦流分布特性及脫流區域等。
計算流體力學以理論流體力學和計算數學為基礎，是這兩門學科的交叉學科。主要研究把描述流體運動的連續介質數學模型離散成大型代數方程，建立可在計算機上求解的演算法。廣義而言，可從流體現象出發，直接建立滿足流動規律的、適當的離散數值模型，而不必經由已有的流體力學偏微分方程組。
通過時空離散化，把連續的時間離散成間斷的有限的時間。把連續的介質離散成間斷有限的空間模型，從而把偏微分方程轉變成有限的代數方程。因此，數值方法的實質就是離散化和代數化。
離散化—把無限資訊系統變成有限資訊系統；代數化—把偏微分方程變成代數方程。而離散的數值解一般可用兩種形式給出：網格點上的近似值，如差分法；單元中易於計算的近似表示式，如有限元、邊界元法。
cfd包括對各種型別的流體（氣體、液體及特殊情況下的固體），在各種速度範圍內的複雜流動在計算機上基進行數值模擬的計算。它涉及用計算機尋求流動問題的解和流體動力學研究中計算機的應用兩方面問題。電腦科學及超級計算機的發展為cfd技術的發展提供了舞台。
目前，計算流體力學主要應用於熱能動力、航空航天、機械、土木水力、環境化工等工程領域，近些年，暖通空調行業也日益成為cfd技術應用的重要領域。
在歐美等發達國家，自二十世紀六十年代以來cfd技術已得到飛速發展。其發展的原動力是不斷增長的工業需求，而航空航天工業自始至終是最強大的推動力。傳統飛行器設計方法試驗昂貴、費時，所獲資訊有限，迫使人們需要用先進的計算機**手段指導設計，大量減少原型機試驗，縮短研發週期，節約研究經費。
四十年來，cfd在湍流模型、網格技術、數值演算法、視覺化、平行計算等方面取得飛速發展，並給工業界帶來了革命性的變化。如在****中，cfd和其它計算機輔助工程（cae）工具一起，使原來新車研發需要上百輛樣車減少為目前的十幾輛車；國外飛機廠商用cfd取代大量實物試驗，如美國戰鬥機yf-23採用cfd進行氣動設計後比前一代yf-17減少了60％的風洞試驗量。目前在國外，在航空、航天、汽車等諸多任務業領域，利用cfd進行的反覆設計、分析、優化已成為標準的必經步驟和手段。
計算流體力學進入我國時間較短，但其已在我國眾多領域獲得了廣泛的應用。其中航天、航空、船舶、汽車、核電是資深的cfd應用領域【7】，例如在航天方面，載人航天工程、新一代運載火箭的研製等都大大的依賴於cfd技術，我國第一架噴氣渦扇式支線飛機的研製就是cfd在我國應用的典範；在船舶方面，據有關材料說上海到2023年總造船能力要達到120萬噸，這樣巨大的任務必須依託cfd才能完成；汽車方面，隨著全球汽車製造向中國的轉移，汽車研發能力開始提上日程，處於綜合成本的考慮，這些企業都在尋求外部高效能計算，最終必須依賴cfd。
目前，採用通用成熟的商業cfd軟體進行日常設計分析工作已成為眾多企業不可或缺的一部分。以我國的上海為例，在電子工業、市政建設工程、環保、建築、機電成套裝置工業和其他工業領域都相繼引入cfd作為基本設計分析手段。如在電子工業中採用cfd進行散熱分析，在市政工程中採用cfd進行通風、火災、泥沙淤積模擬，在機電成套裝置工業中應用cfd進行水輪機、汽輪機等旋轉機械設計和鍋爐等燃燒器燃燒流動分析，在環保中應用cfd進行水系汙染模擬，在注塑、模具、煉鋼中應用cfd進行非牛頓流體過程分析等等。
隨著cfd應用的不斷深入，我國高校和科研院所也開始對其加大研究，比如目前西北工業大學與中航商用飛機****聯合進行的機翼顫振分析軟體的並行化開發，上海交通大學開發的氣動優化設計分析軟體和具有自主智財權的cfd平台。
計算流體力學在暖通空調領域的應用最早可以追溯到2023年，當時丹麥的 nielsen 首次將cfd用於暖通空調 (hvac) 工程領域【6】，對通風房間內的空氣流動進行模擬。簡單地說，cfd相當於"虛擬"地在計算機上做實驗，用以模擬**實際的流體流動情況，故cfd是現代模擬**技術的一種。它在暖通空調(hvac)工程中的應用，主要在於模擬**室內外或裝置內的空氣或其他工質流體的流動情況。
相比傳統的模型實驗和經驗公式**液體的流動和傳熱而言，cfd技術具有成本低、速度快、資料完備等優點。故其逐漸受到人們的青睞，尤其是隨著計算機技術和數值模擬技術的發展，cfd已被廣泛應用於解決工程中的實際問題。cfd方法可應用於對室內空氣分布情況進行模擬和**，從而得到房間內速度、溫度、濕度以及有害物濃度等物理量的詳細分布情況。
cfd 用計算機求解流體流動的各種守恆控制偏微分方程組的技術，這其中將涉及流體力學（尤其是湍流力學）、計算方法乃至計算機圖形處理等技術。對於暖通空調領域內的流動問題，多為低速流動，流速在10m/s以下；流體溫度或密度變化不大，可看作不可壓縮流動。從此角度而言，此應用範圍內的 cfd 和數值傳熱學等同。
另外，暖通空調領域內的流體流動多為湍流流動，這又給解決實際問題帶來很大的困難。由於湍流現象至今沒有完全得到解決，目前暖通空調中的一些湍流現象主要依靠湍流半經驗理論來解決。
國內外相關研究狀況
如何培養學生的學習興趣是乙個經久不衰的研究課題，對此，國內外都有極為豐富的研究成果和資料。早在三千多年前,我國春秋時期的大教育家孔子就曾經說過 知之者不如好之者,好之者不如樂之者。中國近代教育家蔡元培先生也說 我們教書,最重要的是引起學生的興趣。不但如此,蘇聯現代教育實踐家和教育理論家蘇霍姆林斯基也...
國內外聲學材料發展
現今和未來的研究方向 如今在研究了吸聲材料的表面形狀與吸聲係數的關係後，人們發明了楔形的多孔吸聲材料，它可以改善一定波段的聲吸收和透射損失。而纖維吸聲材料因為廉價又開始展現出其強大的生命力，顆粒型的吸聲材料也開始在特殊環境下發揮著他的耐用優勢。在未來 環保 型和 安全 型聲學材料將會是發展重點。生態...
工作研究在國內外的狀況
工作研究在國內外的發展與應用狀況 引言 工作研究 work study 是工業工程的經典內容，十九世紀末起源於美國，並在歐洲 日本等西方國家廣泛應用和迅速發展。20世紀它對各工業化國家的高速發展做出了重大貢獻，被公認是建立企業基礎標準 提高生產力的重要手段，在工業發展體系中起著舉足輕重的作用。工作研...