文 献 综 述

基于计算流体力学的吸附过程模拟研究

随着电子计算机在各学科领域中的普遍应用以及计算机技术的发展，求解流体力学中的初值和边界问题已成为流体力学的一门新兴分支#8212;#8212;计算流体力学。并已在流体力学的科研和工程实际中得到广泛应用。所用的计算方法主要是有限差分法（FDM）和有限元法（FEM）^[1]。

1.1 计算流体力学简介

（1）计算流体力学概况

计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）是当代迅速发展的一门学科，是利用高速计算机求解流体流动的偏微分方程组，目的是为了更好的从定性上和定量上了解流体流动的物理现象，改进设计的一门学科。目前在航空航天、交通运输、造船、气象、海洋、水利、液压和石油化工等工程领域都有着广泛的应用。

（2）计算流体力学的优点

作为流体力学的新手段，CFD是一种令人鼓舞的模拟流体流动的方法，它大大缩短了设计的时间，节省了设计费用。它相对于理论方法来说，具有假设限制少、应用范围广的特点，其方法也容易运用。相对于实验来说，计算流体力学很少有马赫数 和物体尺寸的限制，并且具有较高的经济价值。数值仿真还优于实验的地方还在于：计算机仿真的诊断”探测”并不干扰流动且不使所研究的现象变得不可捉摸。CFD已经代替了许多环境列车的试验项目，而试验的目的也逐渐从验证设计参数的合理性，改变为对CFD数值模拟的正确性及最终设计的校核。CFD不仅可以为列车提供快速而经济的设计依据，并且可以观测到一些试验中无法观测到的物理现象，还可以为高速列车的设计提供理论依据。

1.2 计算流体力学发展

计算流体力学是在飞机工业的需要的基础上发展起来的。由于要求用流体力学理论来了解了解和指导飞机设计，当时，由于飞机速度很低，可以忽略黏性和漩涡，因此流动的模型为Laplace方程，研究工作的重点是椭圆型方程的数值解。利用复变函数理论和解的迭加方法求解析解。随着飞机外形设计越来越复杂，出现了求解奇异边界积分方程的方法。以后为了考虑粘性效益，有了边界层方程的数值计算方法，并发展成以位势方程为外流方程，于内流边界层方程相结合，通过迭代求解粘性干扰流场的计算方法。

同一时期，许多科学家研究了偏微分方程的数学理论，Hadamard，Counrant，Fried richs等人研究了偏微分方程的基本特性、数学提法的适定性、物理波的传播特性等问题，发展了双曲型偏微分方程理论。

1.3 计算流体力学的现状

进入20世纪80年代以后，计算机硬件技术有了突飞猛进的发展，千万次机、亿万次机逐渐进入人们的实践活动范围。随着计算方法的不断改进和数值分析理论的发展高精度势值模拟已不再是天方夜谭。同时随着人类生产实践活动的不断发展，科学技术的日新月异，一大批高新技术产业对计算流体力学提出了新的要求，同时也为计算流体力学的发展提供了新的机遇。实践与理论的不断互动，形成计算流体力学的新热点，新动力。从而推动计算流体力学不断向前发展。