计算流体力学

课程编码：180090080103P2003H 英文名称：Computational Fluid Dynamics 课时：60 学分：3.00 课程属性：专业核心课 主讲教师：李新亮等

本课程包含基础及应用两个部分。基础部分讲述流体力学方程组及其物理含义，双曲型方程组的数理性质，有限差分法及有限体积法的理论基础及计算方法等；应用部分介绍国内外当前流行的高速流动和不可压缩流动的主要解法，网格生成技术，湍流计算以及计算流体力学当前的热点问题、新方法及发展动向等。此外还介绍了并行计算的基础知识。
通过学习这一课程，可对计算流体力学有一个系统深入的理解，并具有一定的理论基础和解决实际问题的能力。 同时，在这一课程中也注意把课程学习和研究所的工作结合起来，使学生到研究所后能立即开展和计算流体力学有关的研究工作。力求学生们学完该课程后，能够独立编写计算流体力学程序。

流动力学、空气动力学

第一章 引论及流体力学基本方程 3学时 李新亮
第1节 计算流体力学简述
第2节 流体力学基本方程
第二章 双曲型方程及其间断解 3学时 李新亮
第1节 偏微方程的分类及特征
第2节 双曲型方程组的初边值问题
第3节 Riemann 间断解
第三章 有限差分法1： 差分方法基本理论 3学时 李新亮
第1节 差分方法基本概念
第2节 线性差分格式
第3节 差分方法理论基础
第四章 有限差分法2： 高精度激波捕捉格式 4学时 李新亮
第1节 人工粘性方法
第2节 TVD格式
第3节 群速度控制格式
第4节 其他高精度激波捕捉格式简介
第五章 有限差分法3： 通量技术及时间推进 3学时 李新亮
第1节 通量分裂技术
第2节 时间推进方法
第六章 有限差分法4：WENO格式及粘性项离散方法研究进展 4学时 申义庆
第1节 WENO格式研究进展
第2节 激波判别方法及混合格式研究
第3节 粘性项高精度离散方法
第七章 有限体积法1： 有限体积法概述 4学时 李新亮
第1节 结构网格有限体积法
第2节 边界条件及网格分块
第3节 非结构网格有限体积法
第八章 有限体积法2： 高精度有限体积方法及间断有限元 4学时 李新亮
第1节 通量技术
第2节 加速收敛技术
第3节 新型计算方法简介（间断有限元法、直角网格法等）
第九章 代数方程组求解及网格生成 3学时 申义庆
第1节 代数方程组求解技术
第2节 网格生成
第十章 常微分方程数值解法 4学时 申义庆
第1节 单步法（Runge-Kutta方法）
第2节 线性多步法
第3节 刚性常微分方程数值解法
第十一章 不可压缩NS方程求解 4学时 李新亮
第1节 不可压缩NS方程的特点
第2节 人工压缩法
第3节 压力Poisson方程法
第4节 涡流函数法
第5节 SIMPLE法
第十二章 湍流与转捩1 4学时 李新亮
第1节 流动稳定性
第2节 转捩预测方法
第3节 湍流模式理论（RANS）
第4节 大涡模拟(LES)
第十三章 湍流与转捩2 4学时 李新亮
第1节 直接数值模拟(DNS)
第2节 湍流及转捩过程中的拟序结构
第十四章 并行程序设计初步1 3学时 李新亮
第1节 基本概念
第2节 MPI并行编程入门
第十五章 并行程序设计初步2 3学时 李新亮
第1节 MPI并行程序设计
第2节 OpenMP程序设计
第十六章 并行程序设计初步3 3学时 李新亮
第1节 GPU程序设计入门
第2节 GPU程序优化
第十七章 程序设计实践 4学时 申义庆
第1节 CFD中验证与确认
第2节 CFD程序设计实践

李新亮，中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室研究员，博士生导师，主要从事计算流体力学、湍流及高性能计算研究。
申义庆，中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室研究员，博士生导师，主要从事计算流体力学研究。