计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics）开源项目教程

计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics）开源项目教程

Computational-Fluid-Dynamics This curriculum module introduces foundational concepts for solving the Navier-Stokes equations, including methods for interface advection and fluid-structure-interaction. 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/comp/Computational-Fluid-Dynamics

1. 项目介绍

本项目是一个开源的教育资源库，由MathWorks公司提供，旨在帮助大学师生和研究人员学习计算流体动力学（CFD）的基础知识和数值方法。项目包含了多个MATLAB® 教学模块，这些模块通过互动的实时脚本（live scripts）来介绍如何使用有限差分法求解Navier-Stokes方程，包括界面输运和流体结构相互作用的方法。

2. 项目快速启动

环境准备

确保你已经安装了MATLAB®软件，因为本项目中的所有教学模块都是基于MATLAB®环境编写的。

下载项目

从以下路径下载项目压缩文件：

https://github.com/MathWorks-Teaching-Resources/Computational-Fluid-Dynamics.git

下载后，解压文件到指定的目录。

启动教学模块

在MATLAB Online中使用

1. 登录你的MathWorks账户。
2. 下载项目模块，项目将自动加载，并显示Overview.mlx文件。
3. 点击每个主题的链接，打开实时脚本开始学习。

在桌面MATLAB中使用

1. 打开MATLAB软件。
2. 在MATLAB命令窗口中，导航到项目文件夹。
3. 运行CFD.prj文件来设置项目。
4. 项目加载后，双击Overview.mlx文件开始学习。

运行示例代码

以下是一个简单的MATLAB代码示例，用于演示如何使用项目中的函数：

% 示例：计算一维波动方程的数值解
function u = wave_equation_1d(N, T, c, L, IC, BC)
    % 初始化网格
    x = linspace(0, L, N+1);
    dt = L / (c * N);
    dx = L / N;
    u = zeros(N+1, T/dt + 1);
    
    % 设置初始条件
    u(:,1) = IC(x);
    
    % 设置边界条件
    u(1,:) = BC(1,:);
    u(end,:) = BC(2,:);
    
    % 时间演化
    for n = 1:T/dt
        u(2:end-1,n+1) = 2*u(2:end-1,n) - u(2:end-1,n-1) + (c^2 * dt^2 / dx^2) * (u(3:end,n) - 2*u(2:end-1,n) + u(1:end-2,n));
    end
end

3. 应用案例和最佳实践

本项目中的教学模块可以被用于多种CFD相关的应用研究，以下是一些案例和最佳实践：

• 数值误差分析：在进行数值模拟前，了解和评估数值误差的来源是非常重要的。
• 求解偏微分方程：掌握使用有限差分方法求解椭圆、抛物和双曲型偏微分方程。
• 流体流动模拟：利用有限体积方法求解Navier-Stokes方程，模拟流体流动。
• 界面输运：在自由表面流动问题中，学习如何构建界面输运方案。
• 流体结构相互作用：学习如何将沉浸结构引入流体域，进行流体结构相互作用分析。

4. 典型生态项目

本项目是计算流体动力学领域的一个典型开源项目，它与其他开源项目的关联如下：

• OpenFOAM：一个开源的CFD软件，提供了广泛的求解器和工具，用于流体动力学模拟。
• SU2：一个开源的CFD代码，用于求解多相和多物理场问题。
• deal.II：一个开源的数值模拟库，主要用于偏微分方程的有限元离散。

通过学习本项目，用户可以为进一步参与这些开源项目打下坚实的基础。

Computational-Fluid-Dynamics This curriculum module introduces foundational concepts for solving the Navier-Stokes equations, including methods for interface advection and fluid-structure-interaction. 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/comp/Computational-Fluid-Dynamics