課程資訊
課程名稱
有限體積法於計算流體力學與熱傳學之應用
Finite Volume Method in Computational Fluid Dynamics and Heat Transfer 
開課學期
107-1 
授課對象
工學院  工程科學及海洋工程學研究所  
授課教師
趙修武 
課號
ESOE7035 
課程識別碼
525EM2730 
班次
 
學分
3.0 
全/半年
半年 
必/選修
選修 
上課時間
星期三7,8,9(14:20~17:20) 
上課地點
工科206 
備註
本課程以英語授課。
限碩士班以上
總人數上限:20人 
Ceiba 課程網頁
http://ceiba.ntu.edu.tw/1071ESOE7035_ 
課程簡介影片
 
核心能力關聯
核心能力與課程規劃關聯圖
課程大綱
為確保您我的權利,請尊重智慧財產權及不得非法影印
課程概述

本課程介紹流體、流動與熱傳的基礎現象與原理。闡述數值方法的基本構成要素、性質以及其限制,並列舉不同的數值離散方法。說明有限差分法與有限體積法的基本原理以及線性聯立方程組求解方法。討論求解暫態問題的時間步進方法,並示範聶維爾史托克方程組的求解方法。介紹紊流以及可壓縮流問題的處理方法,敘述處理複雜幾何外形的網格方法與策略,並提出可增加計算效率與精度的方法。同時藉由偏微分方程組求解器與計算流體力學軟體的實作,建立學生使用有限體積法分析流體力學與熱傳學問題的能力。
This lecture starts with the basic concepts of fluids, flows and heat transfer. The components and properties as well as the limitations of numerical methods are then addressed, where different discretization approaches are examined. The fundamental principles of finite difference methods and finite volume methods are subsequently introduced followed by the investigation of various approaches for solving the linear equation systems. The time-marching methods for unsteady flow and heat transfer problems are surveyed, whereas the solution methods for the Navier-Stoke equations are demonstrated. The turbulent and compressible flow problems are also discussed together with the grid issues arising from complex geometries. The strategies for improving the computational efficiency and accuracy are reviewed. Hand-on hours of PDE solver platform and commercial CFD software are employed to the application of the principles of finite volume methods to the fluid dynamics and heat transfer problems. 

課程目標
了解有限體積法的基本原理以及應用有限體積法於流體力學與熱傳學的問題。
Students are targeted to understand the fundamental principles of the finite volume methods and to be capable of applying the finite volume methods to the fluid dynamics and heat transfer problems.
 
課程要求
程式語言、數值分析、流體力學、熱傳學
programming language, numerical analysis, fluid mechanics, heat transfer
 
預期每週課後學習時數
 
Office Hours
另約時間 備註: By appointment 
指定閱讀
Joel H. Ferziger and Milovan Peric, Computational Methods for Fluid Dynamics, Third Edition, Springer, 2002. 
參考書目
F. Moukalled, L. Mangani, M. Darwish, The finite volume method in computational fluid dynamics: an advanced introduction with OpenFOAM, Springer, 2016.
Pradip Dutta and Suman Chakraborty, Finite-Volume Method for Numerical Simulation: Fundamentals, Ch.4 in Microfluidics and Nanofluidics Handbook: Fabrication, Implementation, and Applications, CRC press, 2012.
Randall J. LeVeque, Finite volume methods for hyperbolic problems, Cambridge University Press, 2002.
Joe E. Thompson, Z.U.A. Warsi and C. Wayne Mastin, Numerical Grid Generation: Foundations and Applications, Elsevier, 1985.
Dale Arden Anderson, John C. Tannehill, Richard H. Pletcher, Computational Fluid Dynamics and Heat Transfer, Hemisphere Publishing, 1984. 
評量方式
(僅供參考)
 
No.
項目
百分比
說明
1. 
作業1 (Project 1)  
25% 
 
2. 
作業2 (Project 2)  
25% 
 
3. 
作業3 (Project 3)  
30% 
 
4. 
習題1 (HW 1) 
5% 
 
5. 
習題2 (HW 2) 
5% 
 
6. 
習題3 (HW 3) 
5% 
 
7. 
習題4 (HW 4) 
5% 
 
 
課程進度
週次
日期
單元主題
第1週
9/12  流體、流動與熱傳簡介
Basic Concepts of Fluids, Flows and Heat Transfer 
第2週
9/19  數值方法簡介
Introduction of Numerical Methods 
第3週
9/26  有限差分法
Finite Difference Methods 
第4週
10/03  有限體積法
Finite Volume Methods 
第5週
10/10  停課一次 (國慶日)
No meeting (National Holiday) 
第6週
10/17  偏微分方程組求解器實作
ultraMPP Hand-on 
第7週
10/24  線性聯立方程式求解
Solution of Linear Equation Systems 
第8週
10/31  複雜幾何求解
Complex Geometry and Grid 
第9週
11/07  計算流體力學軟體實作
CCM+ Hand-on 
第10週
11/14  計算效能與精度改善方法
Efficiency and Accuracy Improvement  
第11週
11/21  暫態問題求解方法
Methods for Unsteady Problems 
第12週
11/28  作業1報告
Project 1 Presentation 
第13週
12/05  聶維爾史托克方程組求解
Solution of the Navier-Stokes Equations 
第14週
12/12  紊流及可壓縮流問題
Compressible and Turbulent Flows 
第15週
12/19  作業2報告
Project 2 Presentation 
第16週
12/26  特殊流動問題
Special Topics on Flow Problem 
第17週
1/02  特殊流動問題
Special Topics on Flow Problem 
第18週
1/09  作業3報告
Project 3 Presentation