流场仿真是应用计算流体动力学的思想和方法，针对研究对象构建一个完整的流域，采用数值离散结合有限体积法、有限差分法等方法模拟实际工况，获取研究对象在流动流体中效能的一种数值计算技术，被广泛用于军民用产品的研制中以获取对象的状况和性能。综合来说，流场仿真技术“大厦”的基石是计算流体动力学。

计算流体动力学是力学的一个分支，主要研究在各种力的作用下，流体本身的静止状态和运动状态以及流体和固体界壁间有相对运动时的相互作用和流动规律。在20世纪初，理查德就已提出用数值方法来解流体力学问题的思想。但是由于这种问题本身的复杂性和当时计算工具的落后，这一思想并未引起人们的重视。自20世纪40年代中期电子计算机问世以来，利用电子计算机进行数值模拟和计算才成为现实。1963年美国的哈洛和弗罗姆用当时的IBM7090计算机，成功地解决了二维长方形柱体的绕流问题并给出尾流涡街的形成和演变过程，受到普遍重视。1965年，哈洛和弗罗姆发表《流体动力学的计算机实验》一文，对计算机在流体力学中的巨大作用做了引人注目的介绍。因此，一般而言，人们把20世纪60年代中期看成是计算流体动力学兴起发展的时间。

计算流体动力学在最近20年中得到飞速发展，除了计算机硬件工业的发展给它提供了坚实的物质基础外，还主要是因为无论分析的方法或实验的方法都有较大的限制，例如由于问题的复杂性，既无法作分析解，也因费用昂贵而无力进行实验确定，而计算流体动力学的方法具有成本低和能模拟较复杂或较理想的过程等优点。经过一定考核的计算流体力学软件可以拓宽实验研究的范围，减少成本昂贵的实验工作量。在给定的参数下用计算机对现象进行一次数值模拟相当于进行一次数值实验，历史上也曾有过首先由计算流体动力学数值模拟发现新现象而后由实验予以证实的例子。

计算流体动力学方法因具有先验性且成本低、周期短，被广泛用于国内外的各种科研领域，例如航空航天领域应用计算流体动力学分析飞机、火箭、导弹等的飞行姿态、动力性能和航行路线等，也应用计算流体动力学结合传热学计算燃料燃烧、壁面摩擦生热及隔热、辐射等各种情况；舰船应用计算流体动力学进行动力和阻力计算、俯仰等姿态分析，发射弹射各类飞行器产生的作用力下的稳定性、耐波性分析等；地面坦克装甲车辆等应用计算流体动力学进行整车陆上风阻分析、水上阻力分析、动力舱散热匹配、风扇性能计算、发动机辅助系统优化等；空调系统通过对冷凝、蒸发及管路流动、压缩机和室内风机等的研究进行整个系统的效率计算；洗衣机通过计算滚筒或波轮的旋转带动缸内水流分析洗衣的洁净程度和效率等。总之计算流体动力学在科研设计的全寿命周期中发挥着极其重要的作用。

流场仿真根据分析对象和工作环境，可分为多种相对的情况，其中主要分析类型区分如下：

（1）可压缩流体与不可压缩流体。

流体可压缩性主要考察的是流体在流动过程中，其密度是否变化的情况，如果流动过程中密度变化可以忽略，称为不可压缩流动；如果流动过程中密度变化会对流动产生较大影响，则不能忽略，这样的流动称为可压缩流体。一般来说，液体可以视为不可压流体；对于气体，流动速度在0.3 马赫数以下视为不可压流体，大于0.3 马赫数须用可压流动计算。

在实际工程计算应用中，要不要考虑流体的压缩性，要视具体情况而定。例如，研究管道中水击和水下爆炸时，水的压强变化较大，而且变化过程非常迅速，这时水的密度变化就不可忽略，即要考虑水的压缩性，把水当作可压缩流体来处理。又如，在锅炉尾部烟道和通风管道中，在整个流动过程中，气体的压强和温度的变化都很小，其密度变化很小，可作为不可压缩流体处理。再如，当气体对物体流动的相对速度比声速要小得多时，气体的密度变化也很小，可以近似地看成是常数，也可当作不可压缩流体处理。

（2）定常和非定常分析。

流体定常和非定常性主要考虑流体流动时，流体中任何一点的压力、速度和密度等物理量是否随时间变化，如果都不随时间变化，则这种流动就称为定常流动，也可称为“稳态流动”或者“恒定流动”；但只要压力、速度和密度中任意一个物理量随时间变化，流体就是做非定常流动或者说流体做时变流动。

按流动随时间变化的速率，非定常流动可分为三类：(www.daowen.com)

①流场变化速率极慢的流动：流场中任意一点的平均速度随时间逐渐增加或减小，在这种情况下可以忽略加速度效应，这种流动又称为准定常流动。水库的排灌过程就属于准定常流动。可认为准定常流动在每一瞬间都服从定常流动方程，时间效应只以参量形式表现出来。

②流场变化速率很快的流动：在这种情况下须考虑加速度效应。活塞式水泵或真空泵所造成的流动、飞行器和船舶操纵问题中所考虑的流动都属这一类。这和定常流动有本质上的差别。例如，用伯努利方程描述这类流动，就须增加一个与加速度有关的项，成为

式中，v 为理想流体沿流线的速度分布；A 和B 表示同一流线上的两个点；p为压强；ρ 为密度；g 为重力加速度；z 为重力方向上的坐标；ds 为流线上的长度元。

③流场变化速率极快的流动：在这种情况下流体的弹性力显得十分重要，例如瞬间关闭水管的阀门。阀门突然被关闭时，整个流场中流体不可能立即完全静止下来，速度和压强的变化以压力波（或激波）的形式从阀门向上游传播，产生很大的振动和声响，即所谓水击现象。这种现象不仅发生在水流中，也发生在其他任何流体中。在空气中的核爆炸也会发生类似现象。

除上述三类以外，某些状态反复出现的流动也被认为是一种非定常流动。典型的例子是流场各点的平均速度和压强随时间做周期性波动的流动，即所谓脉动流动，这种流动存在于汽轮机、活塞泵和压气机的进出口管道中。直升机旋叶的转动，飞机和导弹在飞行时的颤振，高大建筑物、桥墩以及水下电缆绕流中的卡门涡街等也都会形成这种非定常流动。流体运动稳定性问题中所涉及的流动也属于这种非定常流动。但是一般并不把湍流的脉动归入这种流动。两者之间的差别在于：湍流脉动参量偏离其平均值要比非定常流动小得多，变化的时间尺度也短得多。

（3）恒温和传热分析。

流体恒温和传热分析的区别主要是流体流动过程中是否要考虑温度变化对流动的影响，即能量方程是否起作用，如果温度基本不变化或对流动影响较小，则可用恒温分析；如果影响较大，则需要进行包括固体传热、辐射、对流换热等计算，并添加工质随温度变化的情况。

（4）黏性流动和无黏流动。

流体流动中通常都呈现黏性，黏性是分子热运动和分子间力造成的动量传递的宏观表现。因此，所谓黏性流体亦即实际流体，其黏性用黏度或表观黏度来表征。实际流体的这种黏性作用一般仅限于壁面附近的流体层，称为边界层。边界层理论是黏性流体流动的基本理论。作为一种假设，将无黏性的流体称为理想流体。当黏性流体绕过物体表面流动时，通常把距离该物体表面相当远处、无速度梯度的流体视为理想流体。实际流体宏观运动的一种简化模型，是动量传递的主要研究对象。这种模型把流体看成由流体微团组成的连续介质，可使用连续函数的数学工具予以描述。