流體力學的研究方法及其優缺點

⑴ 流體力學的研究方法大體上有哪三種

理論分析，數值模擬和實驗研究，一般上來說，也就是這三種方法了！這三種也無所謂哪個比哪個更重要，都是互相支撐，相輔相成的！

⑵ 流體力學的研究方法有哪些

理論方法：建數學模型，簡化求解
數值方法：由基本方程出發，進行數值求解
實驗方法：通過觀察，測量，了解規律和數據。

⑶ 試著列舉計算流體力學cfd方法的優缺點

認識CFD的優勢要將其與純理論的流體力學和實驗的流體力學進行對比

CFD是虛擬的，節省了硬體開發時間，對一些大尺度模型（飛機、涵洞等）進行全尺度模擬相對便宜。純理論的流體力學基於有限的認識無法求解方程組，很少的能夠應用於工業上的解，而實驗往往昂貴耗時，難以獨立地考慮某個因素的影響，一般無法進行全尺寸試驗，不能完全模擬實際環境。上述缺陷CFD都可以克服。

但由於演算法的缺陷，對一些問題CFD處理仍有局限，湍流的高精度模擬一直是難以克服的難題，硬體限制進行高精度的DNS不很現實，且一些情況下網格無關性的驗證缺乏依據，還需要依靠實驗結果來證明。

希望對你有所幫助

⑷ 1. 流體力學的分類方式有哪些，每種分類方式中又是如何劃分的 2. 流體力學的研究方法分為哪幾種

1、
1）以作用力分類
流體靜力學、流體運動學、流體動力學
2）以力學模型分類
理想流體力學，黏性流體力學、非牛頓流體力學、不可壓縮流體動力學、可壓縮流體動力學等
2、
研究方法可分為現場觀測、實驗室模擬、理論分析、數值計算四種

⑸ 流體力學相關問題

原來水頭是5米， 2-2截面處現在的水頭是v方/（2g）
原水頭-損失的水頭=現在的水頭，則5-0.5（v方/（2g））= v方/（2g），
解得 v方/（2g）=10/3米，即2-2截面處水頭是10/3米
2-3水頭損失已知是0.3個v方/（2g），所以水頭損失=0.3X10/3=1米
1米的壓強是ρg1= ρg，管截面積X ρg就是2-3段的水平總力（水平總力是被動產生的，用來克服這段的流動阻力、水頭損失）。不過題中沒給密度哈，不知密度只能知道流速，力沒法算，同樣的條件密度不同速度相同，但力是不同的。

⑹ 流體力學的研究方法

可以分為現場觀測、實驗室模擬、理論分析、數值計算四個方面： 根據流體運動的普遍規律如質量守恆、動量守恆、能量守恆等，利用數學分析的手段，研究流體的運動，解釋已知的現象，預測可能發生的結果。理論分析的步驟大致如下：
①建立「力學模型」
一般做法是：針對實際流體的力學問題，分析其中的各種矛盾並抓住主要方面，對問題進行簡化而建立反映問題本質的「力學模型」。流體力學中最常用的基本模型有：連續介質（見連續介質假設）、牛頓流體、不可壓縮流體、理想流體（見粘性流體）、平面流動等。
②建立控制方程
針對流體運動的特點，用數學語言將質量守恆、動量守恆、能量守恆等定律表達出來，從而得到連續性方程、動量方程和能量方程。此外，還要加上某些聯系流動參量的關系式（例如狀態方程），或者其他方程。這些方程合在一起稱為流體力學基本方程組。流體運動在空間和時間上常有一定的限制，因此，應給出邊界條件和初始條件。整個流動問題的數學模式就是建立起封閉的、流動參量必須滿足的方程組，並給出恰當的邊界條件和初始條件。
③求解方程組
在給定的邊界條件和初始條件下，利用數學方法，求方程組的解。由於這方程組是非線性的偏微分方程組，難以求得解析解，必須加以簡化，這就是前面所說的建立力學模型的原因之一。力學家經過多年努力，創造出許多數學方法或技巧來解這些方程組（主要是簡化了的方程組），得到一些解析解。
④對解進行分析解釋
求出方程組的解後，結合具體流動，解釋這些解的物理含義和流動機理。通常還要將這些理論結果同實驗結果進行比較，以確定所得解的准確程度和力學模型的適用范圍。 前面提到的採用簡化模型後的方程組或封閉的流體力學基本方程組用數值方法求解。電子計算機的出現和發展，使許多原來無法用理論分析求解的復雜流體力學問題有了求得數值解的可能性。數值方法可以部分或完全代替某些實驗，節省實驗費用。數值計算方法最近發展很快，其重要性與日俱增。
四種研究方法之間的關系：
解決流體力學問題時，現場觀測、實驗室模擬、理論分析和數值計算幾方面是相輔相成的。實驗需要理論指導，才能從分散的、表面上無聯系的現象和實驗數據中得出規律性的結論。反之，理論分析和數值計算也要依靠現場觀測和實驗室模擬給出物理圖案或數據以建立流動的力學模型和數學模式；最後，還須依靠實驗來檢驗這些模型和模式的完善程度。此外，實際流動往往異常復雜（例如湍流），理論分析和數值計算會遇到巨大的數學和計算方面的困難，得不到具體結果，只能通過現場觀測和實驗室模擬進行研究。

⑺ 工程流體力學的研究方法

流體力學作為一門學科，在其歷史發展過程中產生並不斷完善了一些解決問題的方法，如試驗研究、理論分析和數值計算。
實驗研究包括現場觀測和實驗室模型兩個方面。
對自然界固有的流動現象或實際工程中的流動現象，利用各種儀器進行系統觀測，從而總結出立體運動的規律，並藉以預測流動現象的演變。不過現場流動現象往往不能控制，發生條件幾乎不易完全重復出現，影響到對流動現象的研究。又加上現場觀測揮動用一些人力、物力、財力，因此人們建立實驗室一是這些現象在可控制的時候出現，以便觀察研究。
模型實驗在流體力學中佔有重要地位。這里所說的模型是指根據理論指導，是把研究對象的尺度改變（放大或縮小）以便能安排實驗。有些流動現象難於靠理論計算解決，有的則不可能做原型實驗（成本太高或規模太大）。這時，根據模型實驗所得的數據可以用像換算單位制那樣的簡單演算法求出原型的數據。 理論分析是根據流體運動的普遍規律如質量守恆、動量守恆、能量守恆等，利用數學分析的手段，研究流體的運動，解釋已知的現象，預測可能發生的結果。理論分析的步驟大致如下：
建立「力學模型」，即針對實際流體的力學問題，分析其中的各種矛盾並抓住主要方面，對問題進行簡化而建立反映問題本質的「力學模型」。流體力學中最常用的基本模型有：連續介質、牛頓流體、不可壓縮流體、理想流體、平面流動等。
建立模型常用無限微元法和有限控制體法（平均值法）。 針對流體運動的特點，用數學語言將質量守恆、動量守恆、能量守恆等定律表達出來，從而得到連續性方程、動量方程和能量方程。此外，還要加上某些聯系流動參量的關系式(例如狀態方程)，或者其他方程。這些方程合在一起稱為流體力學基本方程組。
求出方程組的解後，結合具體流動，解釋這些解的物理含義和流動機理。通常還要將這些理論結果同實驗結果進行比較，以確定所得解的准確程度和力學模型的適用范圍。
從基本概念到基本方程的一系列定量研究，都涉及到很深的數學問題，所以流體力學的發展是以數學的發展為前提。反過來，那些經過了實驗和工程實踐考驗過的流體力學理論，又檢驗和豐富了數學理論，它所提出的一些未解決的難題，也是進行數學研究、發展數學理論的好課題。
在流體力學理論中，用簡化流體物理性質的方法建立特定的流體的理論模型，用減少自變數和減少未知函數等方法來簡化數學問題，在一定的范圍是成功的，並解決了許多實際問題。
對於一個特定領域，考慮具體的物理性質和運動的具體環境後，抓住主要因素忽略次要因素進行抽象化也同時是簡化，建立特定的力學理論模型，便可以克服數學上的困難，進一步深入地研究流體的平衡和運動性質。
20世紀50年代開始，在設計攜帶人造衛星上天的火箭發動機時，配合實驗所做的理論研究，正是依靠一維定常流的引入和簡化，才能及時得到指導設計的流體力學結論。
此外，流體力學中還經常用各種小擾動的簡化，使微分方程和邊界條件從非線性的變成線性的。聲學是流體力學中採用小擾動方法而取得重大成就的最早學科。聲學中的所謂小擾動，就是指聲音在流體中傳播時，流體的狀態(壓力、密度、流體質點速度)同聲音未傳到時的差別很小。線性化水波理論、薄機翼理論等雖然由於簡化而有些粗略，但都是比較好地採用了小擾動方法的例子。
每種合理的簡化都有其力學成果，但也總有其局限性。例如，忽略了密度的變化就不能討論聲音的傳播；忽略了粘性就不能討論與它有關的阻力和某些其他效應。掌握合理的簡化方法，正確解釋簡化後得出的規律或結論，全面並充分認識簡化模型的適用范圍，正確估計它帶來的同實際的偏離，正是流體力學理論工作和實驗工作的精華。
流體力學的基本方程組非常復雜，在考慮粘性作用時更是如此，如果不靠計算機，就只能對比較簡單的情形或簡化後的歐拉方程或N-S方程進行計算。20世紀30～40年代，對於復雜而又特別重要的流體力學問題，曾組織過人力用幾個月甚至幾年的時間做數值計算，比如圓錐做超聲速飛行時周圍的無粘流場就從1943年一直算到1947年。
數學的發展，計算機的不斷進步，以及流體力學各種計算方法的發明，使許多原來無法用理論分析求解的復雜流體力學問題有了求得數值解的可能性，這又促進了流體力學計算方法的發展，並形成了「計算流體力學」。
從20世紀60年代起，在飛行器和其他涉及流體運動的課題中，經常採用電子計算機做數值模擬，這可以和物理實驗相輔相成。數值模擬和實驗模擬相互配合，使科學技術的研究和工程設計的速度加快，並節省開支。

⑻ 磁流體力學的5研究方法

研究方法等離子體的密度范圍很寬。對於極其稀簿的等離子體，粒子同的碰撞和集體效應可以忽略，可採用單粒子軌道理論研究等離子體在磁場中的運動。對於稠密等離子體，粒子間的碰撞起主要作用，研究這種等離子體在磁場中的運動有兩種方法，一是統計力學方法，即所謂等離子體動力論，它從微觀出發，把氣體當作正、負粒子和中性粒子的混含物，並考慮粒子之同的相互碰撞影響，用統計方法研究等離子體在磁場中的宏觀運動；—是連續介質力學方法即磁流體力學，把等離子體當作連續介質（見連續介質假設）來研究它在磁場中的運動。等離子體動力論對等離子體作最基本的描述，分析深刻，而磁流體力學則是它的一種宏觀近似，所以用等離子體動力論能判斷磁流體力學處理實際問題的有效性。此外，等離子體動力論還可用來計算磁流體力學中的一切輸運系數（如擴散、粘性、熱傳導和電阻系數等）並討論它們的物理機制。但這種方法的數學分析很困難，故在處理實際問瓶時，應用磁流體力學比較方便，而輸運系數則由實驗測定或用等離子體動力學分析計算。對無碰撞的等離子體，有時也可應用流體動力學方法，例如流體粒子的無規運動速度比宏觀速度小得多，即壓力和溫度可以忽略時，可用冷等離子體模型和方程處理等離子在電磁場中的運動。固態等離子體和冷等離子體的模型很近似。盡管可以應用上述較簡單的磁流體力學理論解決實際問題，但在稀薄氣體的某些場合下，只有動力論的描述才是恰當的。例如平衡等離子體中的電子等離子體振盪所受的阻尼（即朗道阻尼）問題，是不可能用磁流體力學模型描述的，必須用動力論方法才能解決。
磁流體力學是在非導電流體力學的基礎上研究導電流體中流場和磁場的相互作用的。進行這種研究必須對經典流體力學加以修正，以便得到磁流體力學基本方程組，包括考慮介質運動的電動力學方程組和考慮電磁場作用的流體力學方程組。電動力學方程組包含電導率、電容率、磁導率；流體力學方程組包含粘性系數、熱導率、氣體比熱等物理參量。它們有時是常數，有時是其他量的函數。磁流體力學基本方程組具有非線性且包含方程個數又多，所以求解困難。但在實際問題中往往不需要求最一般形式的方程組的解，而只需求某一特殊問題的方程組的解。一般應用量綱分析和相似律求得表徵一個物理問題的相似准數，並簡化方程，即可得到有實用價值的解。
磁流體力學基本方程組具有非線性且包含方程個數又多，造成求解困難。但在實際問題中往往不需要求最一般形式的方程組的解，而只需求某一特殊問題的方程組的解。因此，在利用磁流體力學基本方程組來解決種種實際問題時，可在實驗或觀測的基礎上，建立表徵研究對象主要實質的物理模型來簡化基本方程組。一般應用量綱分析和相似律求得表徵一個物理問題的相似准數，並簡化方程，從而得到有實用價值的解。磁流體力學相似准數有雷諾數、磁雷諾數、哈特曼數（見哈特曼流動）、馬赫赫、磁馬赫數、磁力數、相互作用數等。求解簡化後的方程組不外是分桁法和數值法。利用計算機技術和計算流體力學方法可以求解較復雜的問題。
磁流體力學的理論很難象普通流體力學理論那樣得到充分的驗證。由於在常溫下可供選擇的介質很少，同時需要很強的磁場才能觀察到磁流體力學現象，故不易進行模似。早期是用水銀進行實驗，但水銀在磁場中運動時只呈現出不可壓縮流體現象，而等離子體處於高溫狀態，現象復雜，帶來許多有待研究的診斷問題（見等離子體診斷）。模擬天體大尺度的磁流體力學問厘更不易在實驗室中實現。所以磁流體力學的理論有的可以得到定量驗證，有的只能得到定性或間接的驗證。當前有關磁流體力學的實驗是在各種等離子體發生器和受控熱核反應裝置中進行的。

⑼ 地球流體力學的研究方法

地球流體力學同大氣動力學或海洋動力學之間並無明確的界限。一般說，地球流體力學研究的對象較廣並側重一般規律，主要任務是建立由自然界流體運動抽象出來的模式和研究如何抽象的方法。而對大氣運動和海洋運動的具體形態的研究則分別屬於大氣動力學和海洋動力學的范圍。
地球流體力學的研究方法有理論分析法、模擬實驗法和數值試驗法。理論分析法是通用的。模擬實驗法對研究地球流體運動的機理很有用，但難於在實驗室中復制大氣運動和海洋運動，因為不可能同時滿足眾多的相似條件。數值試驗法起著愈來愈重要的作用，因為自然界流體運動中各種現象往往同時並存，起作用的因子很多，機制極其復雜，非做數值計算難於得到較精確的結果。此外，實地觀測雖也是認識自然界流體運動的基該方法，但它屬於氣象學和海洋學的范圍，不包括在地球流體力學之中。

⑽ 流體力學中拉格朗日法和歐拉法有什麼不同

1、含義上的區別

拉格朗日法，又稱隨體法，跟隨流體質點運動，記錄該質點在運動過程中物理量隨時間變化規律。

歐拉法，又稱流場法，是以流體質點流經流場中各空間點的運動即以流場作為描述對象研究流動的方法。

2、特性上的區別

拉格朗日法基本特點是追蹤流體質點，以某一起始時刻每個質點的坐標位置，作為該質點的標志。

歐拉法的特點是單步，顯式，一階求導精度，截斷誤差為二階。基本思想是迭代，逐次替代，最後求出所要求的解，並達到一定的精度。

3、作用上的區別

拉格朗日法可直接運用固體力學中質點動力學進行分析，綜合所有質點的運動，構成整個流體的運動。

歐拉法簡單地取切線的端點作為下一步的起點進行計算，當步數增多時，誤差會因積累而越來越大。因此歐拉格式一般不用於實際計算。採用區間兩端的函數值的平均值作為直線方程的斜率，改進歐拉法的精度。