CFD 问题定义与标准计算流程

CFD 的第一步不是划网格，而是把工程问题改写为一个边界明确、输入可测、输出可验证的数学问题。建议在打开求解器前完成“问题定义表”，否则后续网格和参数会缺少判断依据。

1. 明确目标与验收量

先写出真正需要回答的问题，例如压降是否低于限值、壁面最高温度在哪里、升力系数误差是否小于 3%。每个目标量都应包含单位、统计方式、空间位置和允许误差。不要用“观察流场”代替可检验目标。

2. 确定计算域与物理假设

列出介质、几何尺度、运动方式和时间尺度，并判断稳态/瞬态、层流/湍流、不可压缩/可压缩、单相/多相、绝热/传热。每项简化都要说明依据，例如马赫数较低并不自动意味着密度恒定，强温升同样可能引起密度变化。

3. 建立输入清单

输入至少包括几何版本、物性来源、入口状态、出口参考量、壁面条件、初始场和坐标方向。所有数值都记录单位与来源。对测量值给出波动范围，对未知量安排敏感性分析。

4. 标准实施流程

1. 清理几何并检查封闭性；
2. 选择网格拓扑与近壁策略；
3. 设置材料、控制方程和边界条件；
4. 用低成本设置获得初始稳定解；
5. 提升离散精度并监控残差、守恒和目标量；
6. 完成网格、时间步和模型敏感性检查；
7. 与解析解、实验或公开基准比较；
8. 固化输入、版本、日志和结果摘要。

5. 最低验收标准

• 全局质量、能量收支满足项目容差；
• 关键监控量进入稳定区间；
• 网格和时间步变化不会改变工程结论；
• 边界位置、计算域大小和模型选择经过解释；
• 任何结果都能追溯到输入文件与软件版本。

6. 常见错误

最常见的问题是先得到“看起来合理”的彩色云图，再回头寻找解释。正确顺序是先定义判断标准，再运行计算。残差下降只能说明代数迭代趋于稳定，不能单独证明物理模型正确。

7. 参考资料

1. Versteeg & Malalasekera, An Introduction to Computational Fluid Dynamics.
2. Ferziger, Perić & Street, Computational Methods for Fluid Dynamics.