计算流体力学(CFD)是一个引人入胜的研究领域,部分大学提供专门针对CFD或将其应用于特定问题领域的学位课程。本文探讨了支持与反对专业化的理由,并分析是否值得为此投入并获取大学学位。最后,列举了一些提供CFD相关专业学位的院校。
计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)是一个引人入胜的研究领域。CFD的首次应用可追溯至1910年5月20日,当时Lewis Fry Richardson提前6小时计算了天气情况,这一壮举比首台电子计算机的组装早了约36年(此处避免使用“发明”一词,以防计算机科学历史学者们因Charles Babbage早期计算机工作而群起反驳)。
Richardson运用了现今被称作计算网格的方法,协调人力计算机进行运算。这些计算机通过接收邻近同伴传递的信息,计算出自身位置的压力、速度和能量数值。即便时至今日,CFD(计算流体动力学)的核心原理依旧未变,只是我们将原先运算能力仅为不足1 FLOPS的人力计算机,升级为能实现高达30至40亿FLOPS的处理器。
最终,Richardson未能准确预报天气,原因在于当时他未纳入CFL稳定性条件等关键稳定性准则。尽管CFL条件是在1928年提出的,比Richardson的研究晚了18年。但后续对其实验的分析揭示,他的方法本身是正确的;若当时能够采用恰当的参数设置,其计算结果本应展现出极高的精确度。
CFD(计算流体动力学)在20世纪50年代迎来了首次重要的实质性发展,其早期的重要贡献者包括Peter Lax、Burton Wendroff和Sergei Godunov。Godunov于2023年离世,享年93岁,而Lax和Wendroff截至2024年5月依然健在,分别享有98岁和94岁的高龄。这样的例子似乎表明,投身于CFD领域的研究者至少有望享有长寿的福祉!
进入20世纪70年代,CFD(计算流体动力学)迎来了首批具有实际应用价值的成果,其在航空航天工业中的重要性日益凸显,并成为推动CFD早期商业化的主要驱动力。随后,其他行业也迅速跟进,如今CFD已广泛应用于几乎所有的工程领域,乃至更广泛的范畴。
我见证过人们如何运用多相流与凝固模拟技术来研究巧克力的融化过程,以提升其口感和生产工艺;测试人类粪便在偏远地区能源生产中的可燃性;预测股票价格、利率和汇率(这一领域被称为计算金融,严重依赖于CFD开发的方法);以及预测英国环岛高峰时段的交通拥堵情况。这些都是CFD应用中的几个不寻常例子,而它奇特的应用领域远不止这些。