第一章緒論：流體動力學(xué)數(shù)值模擬方法概述第二章基礎(chǔ)數(shù)值方法：有限差分與有限體積法的理論與實踐第三章多相流模擬：從氣泡到漿料流體的建模挑戰(zhàn)第四章高維問題與優(yōu)化：網(wǎng)格生成、并行計算與設(shè)計優(yōu)化第五章新興技術(shù)前沿：AI驅(qū)動、物理信息神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與元宇宙模擬第六章總結(jié)與展望：流體動力學(xué)數(shù)值模擬的持續(xù)演進101第一章緒論：流體動力學(xué)數(shù)值模擬方法概述引言——從航空航天到微流控：流體現(xiàn)象的復(fù)雜性與挑戰(zhàn)流體動力學(xué)的廣泛應(yīng)用從航空航天到微流控，流體現(xiàn)象無處不在復(fù)雜性與挑戰(zhàn)流體的多尺度、非線性和湍流特性給模擬帶來巨大挑戰(zhàn)數(shù)值模擬的必要性傳統(tǒng)解析方法無法解決復(fù)雜流體問題，數(shù)值模擬成為唯一選擇3分析——流體動力學(xué)數(shù)值模擬的基本原理與分類基于N-S方程的框架連續(xù)介質(zhì)假設(shè)與控制方程的離散化有限差分與有限體積法兩種主要數(shù)值方法的原理與優(yōu)缺點對比湍流建模方法RANS、LES和DNS方法的應(yīng)用場景與局限性4論證——數(shù)值模擬方法的性能指標(biāo)與選擇策略精度指標(biāo)誤差分析：相對誤差、絕對誤差和精度驗證效率指標(biāo)計算時間、內(nèi)存需求和并行計算性能成本效益分析不同方法的綜合評估與經(jīng)濟性考量5總結(jié)——從理論到實踐的橋梁：模擬方法的價值鏈前處理階段網(wǎng)格生成、邊界條件設(shè)置和物理模型選擇求解階段數(shù)值算法的實現(xiàn)與參數(shù)優(yōu)化后處理階段數(shù)據(jù)可視化與分析結(jié)果解釋602第二章基礎(chǔ)數(shù)值方法：有限差分與有限體積法的理論與實踐引言——從連續(xù)介質(zhì)到離散化：數(shù)值方法的基石基于泰勒展開的離散化原理與常見格式有限體積法基于控制體積分的守恒性優(yōu)勢數(shù)值方法的適用邊界不同方法的適用場景與局限性有限差分法8分析——有限差分法的精度與穩(wěn)定性分析基于泰勒展開的誤差估計與收斂性證明穩(wěn)定性條件顯式與隱式格式的時間離散化與穩(wěn)定性判據(jù)誤差累積與網(wǎng)格密度不同網(wǎng)格密度下的誤差變化與優(yōu)化策略離散誤差分析9論證——有限體積法的守恒性與離散格式物理意義：質(zhì)量、動量、能量守恒的離散化實現(xiàn)格式選擇范寧頓格式、高分辨率格式與權(quán)重格式誤差分析與案例驗證不同格式的誤差對比與工程應(yīng)用控制體積分守恒性10總結(jié)——FD與FV的適用邊界與混合策略適用性矩陣不同幾何與物理問題的方法選擇混合策略FV主域+FD壁面近場與激波捕捉方法技術(shù)趨勢幾何無關(guān)網(wǎng)格與混合方法的發(fā)展1103第三章多相流模擬：從氣泡到漿料流體的建模挑戰(zhàn)引言——從氣泡到漿料流體：多相流的普遍性與工程應(yīng)用氣液、氣液固與漿料流體的分類與工程案例多相流建模的挑戰(zhàn)相間相互作用與復(fù)雜幾何邊界處理行業(yè)痛點多相流模擬的誤差分析與優(yōu)化需求多相流的分類與特征13分析——Euler-Euler方法的建模原理與局限基于控制體積分的離散化方法相間力模型常用模型：Mors-Schiller與VOF方法誤差分析不同相濃度下的誤差對比與案例驗證連續(xù)介質(zhì)假設(shè)14論證——Euler-Lagrangian方法的離散化策略粒子追蹤算法顯式歐拉法與蒙特卡洛方法性能指標(biāo)計算時間、內(nèi)存需求與精度驗證案例驗證不同多相流問題的方法選擇15總結(jié)——多相流模擬的工程化策略與前沿方向參數(shù)化簡化與區(qū)域耦合方法前沿技術(shù)AI輔助建模與可解釋物理機制數(shù)據(jù)來源行業(yè)報告與最新研究成果工程化策略1604第四章高維問題與優(yōu)化：網(wǎng)格生成、并行計算與設(shè)計優(yōu)化引言——從芯片流場到城市風(fēng)環(huán)境：高維問題的挑戰(zhàn)高維問題分類不同尺度的典型高維問題案例行業(yè)痛點傳統(tǒng)方法在高維問題中的局限性技術(shù)解決方案現(xiàn)代數(shù)值模擬技術(shù)的優(yōu)勢18分析——網(wǎng)格生成技術(shù)：從規(guī)則到自適應(yīng)預(yù)定義網(wǎng)格、自適應(yīng)網(wǎng)格與幾何無關(guān)網(wǎng)格自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)基于梯度與誤差的網(wǎng)格優(yōu)化案例驗證復(fù)雜幾何問題的網(wǎng)格生成效果網(wǎng)格類型19論證——并行計算與加速技術(shù)：從GPU到TPU并行計算模式SPMD、MPI與異構(gòu)計算加速效果不同加速器的性能對比與典型應(yīng)用案例驗證大規(guī)模計算問題的高性能計算策略20總結(jié)——高維問題解決的綜合策略與設(shè)計優(yōu)化綜合策略混合方法與參數(shù)化建模設(shè)計優(yōu)化實例CFD-DOE與AI輔助優(yōu)化未來趨勢新興技術(shù)的前沿應(yīng)用2105第五章新興技術(shù)前沿：AI驅(qū)動、物理信息神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與元宇宙模擬引言——從AlphaFold到流體模擬：AI革命的第二波AI技術(shù)的應(yīng)用案例FlowGPT-4在湍流模擬中的性能優(yōu)勢行業(yè)趨勢AI+CFD市場規(guī)模與增長預(yù)測技術(shù)挑戰(zhàn)AI模型在流體模擬中的精度與泛化能力23分析——物理信息神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（PINNs）的建模原理PINNs框架推導(dǎo)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與物理方程的聯(lián)合優(yōu)化誤差分析PINNs在湍流模擬中的精度與效率對比案例驗證DNS模擬超音速飛行器激波時的應(yīng)用24論證——圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（GNNs）在流場預(yù)測中的應(yīng)用圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模過程圖構(gòu)建與聚合函數(shù)性能指標(biāo)GNNs在流場預(yù)測中的精度與效率對比案例驗證模擬東京灣潮汐流的應(yīng)用25總結(jié)——AI與流體模擬的未來生態(tài)：從預(yù)測到創(chuàng)造多模態(tài)AI與物理約束生成對抗網(wǎng)絡(luò)元宇宙應(yīng)用虛擬風(fēng)洞與數(shù)字孿生技術(shù)未來預(yù)測腦啟發(fā)流體模擬與量子流體模擬技術(shù)生態(tài)2606第六章總結(jié)與展望：流體動力學(xué)數(shù)值模擬的持續(xù)演進引言——從CFD之父泰勒到AI時代：七十年回顧歷史里程碑流體模擬技術(shù)的關(guān)鍵進展當(dāng)前熱點問題新興應(yīng)用場景與挑戰(zhàn)技術(shù)趨勢AI與高性能計算的發(fā)展28分析——現(xiàn)有方法的綜合評估：精度、效率與成本精度、效率與成本的綜合指標(biāo)技術(shù)雷達圖技術(shù)成熟度曲線與未來趨勢數(shù)據(jù)來源行業(yè)報告與學(xué)術(shù)研究評估指標(biāo)29論證——未來十年技術(shù)路線圖：從智能模擬到自主設(shè)計AI+CFD技術(shù)發(fā)展階段創(chuàng)新場景新興應(yīng)用案例未來預(yù)測技術(shù)突破與行業(yè)變革技術(shù)路線圖30總結(jié)——從計算科學(xué)到工程革命的持續(xù)演進演進邏輯