1.2 计算流体力学概述

1.2.1 计算流体力学的发展

计算流体力学是20世纪60年代伴随计算科学与工程（Computational Science and Engineering，CSE）迅速崛起的一门学科分支，涉及计算机科学、流体力学、偏微分方程的数学理论、计算几何和数值分析等，这些学科的交叉融合、相互促进和支持推动了计算流体力学的深入发展。

经过半个多世纪的迅猛发展，这门学科已经相当成熟，一个重要的标志就是近几十年来，各种CFD通用软件陆续出现并商品化，服务于传统的流体力学和流体工程领域。

现代流体力学的研究方法包括理论分析、数值计算和试验三个方面。这些方法针对不同的角度进行研究，相互补充。理论分析研究能够表述参数影响形式，为数值计算和试验研究提供了有效的指导；试验是认识客观现实的有效手段，能验证理论分析和数值计算的正确性。而计算流体力学通过提供模拟真实流动的经济手段补充了理论分析及试验的不足。

更重要的是，计算流体力学提供了廉价的模拟、设计和优化工具，以及分析三维复杂流动的工具。在复杂的情况下，测量往往是很困难的，甚至是不可能的，而计算流体力学能方便地提供全部流场范围的详细信息。

与试验相比，计算流体力学具有对参数限值少、费用少和流场无干扰等优点，因此选择它来进行模拟计算。简单来说，计算流体力学所扮演的角色，是通过直观显示计算结果来对流动结构进行详细的研究。

由于CFD通用软件的功能日益完善，应用范围也不断扩大，计算流体力学分析目前广泛应用于航空航天、大功率电力电子器件、数据中心机房、新能源及储能等诸多工程领域。