如今,我們可以使用各種數(shù)學(xué)模型來描述流體運(yùn)動(dòng),不僅如此,還可以使用許多工程相關(guān)模型來分析一些特殊情況。然而,最完整、最準(zhǔn)確的描述方法當(dāng)屬偏微分方程(PDE)。舉例來說,流場可以通過質(zhì)量、動(dòng)量和總能量的平衡來表征,這種平衡用連續(xù)性方程、納維-斯托克斯方程以及總能量方程進(jìn)行描述:(1)這些數(shù)學(xué)模型方程的解可以給出建模域中流體的速度場 、壓力 p 以及溫度 T。一般來說,這一方程組能夠描述微流體裝置中的蠕動(dòng)流、換熱器中的湍流,甚至是噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)周圍的超聲速流等各種流動(dòng)。但是,針對下圖中的噴氣式飛機(jī)等情況求解方程(1)并不可行;另一方面,盡管可以對微流體裝置求解整個(gè)方程(1),但工作量非常大。鑒于此,計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)的主要研究方向是如何恰當(dāng)?shù)剡x擇方程(1)的近似方程,實(shí)現(xiàn)以合理的計(jì)算成本得到精確的分析結(jié)果。SR71 超音速噴氣機(jī)。噴出的氣體形成鉆石型激波,這是超音速流動(dòng)的典型特征。圖片來自美國國家航空航天局(NASA)德萊頓飛行研究中心(Dryden Flight Research Center)的公共領(lǐng)域。