如何入门计算流体力学？

计算流体力学入坑指南

计算流体力学大体分三个部分：流体力学+数值计算理论+计算机编程。

1. 流体力学主要是流体问题的数学描述，如气动，大洋，河流、湖泊，近岸，流固耦合力学，两相流，纳米流体等，需根据流体问题确定需要的控制方程及边界条件。这一部分直接决定你能不能看明白论文，做好研究课题的分类，要在方程上就能明白这个文章做的和自己有没关系。
2. 数值计算理论。流体控制方程的求解思路主要是通过有限个点来数值逼近微分方程，构建有限个点的线性方程组。这里掌握一种构建方法就可以了，对于单纯流体问题，可以考虑学习有限体积，对于流固耦合问题，最好学习有限元。计算理论又可以根据控制方程细分，如ns方程的求解，对流项插值计算这里，算法最多，低阶、高阶、混合，各种守恒性、有界性算法，论文刷的飞起，一般玩开源代码的，都会选择在这里搞创新，玩到这里都属于高手了；压力速度耦合，常见的simple，piso，projection，掌握一种就可以了，这些都遵循固定的公式，一步步求解，很容易理解，还要关注时间上的插值问题，隐士、c-n，显式。
3. 计算机编程。这地方一般大部分人不会选择自己做，最难的部分就是编程，我本科的时候，计算机编程没有入门，后来在这里花了学习理论几倍的时间，大部分时间在试错，不知道自己不知道的事情，这很可怕，比如，计算机领域fortran都过时几十年了，它在cfd里却一直很香，但是，依赖fortran，基本你的思路就被它孱弱的能力锁死了。所以，不建议学教授给的fortran老程序，纯浪费时间，我在这里吃了大亏，浪费5、6年时间，现在每看到一种可以玩的包，都会痛苦万分。也不建议直接用固化了的开源代码，容易形成工程化思维思考科学问题的习惯。建议学习一种支持面向对象的编程语言，python、matlab或者c++,通过调用开源的计算框架构建自己的求解体系。（1） 网格处理，学会gmsh等开源网格软件的文件输出格式，可以编程读取网格，及后处理软件的文件输入格式，比如，我主要用gmsh+tecplot进行前后处理，tecplot这里需要自己写程序输出固定格式的文件。（2）离散，可以采用已有的求解框架，比如fenics，mfem等，很方便，这些框架都有自己的gmsh读取程序。（3）求解，可以自己生成矩阵，也可以调包，方程组求解需要明白稀疏矩阵的计算机存储方法，调包要用，知道稀疏矩阵预处理方法lu、ic、mg，方程组求解器的各种迭代算法，主要是cg类的，后面就可以直接调包。
4. 程序语言，尽量选择python，c++，matlab，科研向尽量选择易学好扩展的代码。fortran千万不要学，fortran虽然快，但是功能太垃圾。现在编程的思路是尽量使用既有框架，继承改写类，实现自己的想法，而不是自己编写计算框架。fortran这种老语言，需要自己从最底层出发，设计数据结构，构建函数，这部分非常容易出错。编程的大部分时间都在找bug，这个工作本身和cfd也没有关系。博士期间，自己的方向一般都是导师定好的，后续科研方向大概率考虑不了那么长远，所以，代码结构设计太拉，编写完代码，也很难以此为基础，继续扩展自己的知识，形成自己的计算工具库。即便是已有的代码，在这个代码上加入新的算法也很难，还是要从底层开始改，这对自己不公平，对学生也不公平。而python可以选择开源框架，比如pysph，fenics，pyfvm，很多很多，使用这些框架的对象就可以实现自己的想法，可以把时间放在知识本身上，而且，python的功能还不仅仅是cfd。c++可以用的库也很多，不过它比较难，语言学习时间要长一点，目前，su2、openfoam类开源代码都是c++写的，框架有petsc，大型计算程序在这一块积累。

1. 推书：主推fvm，帕坦卡，传热与流体流动的数值计算，有中文，基于矩形网格，内容写的太好了，非常容易理解，新手必备；blazek，Computational Fluid Dynamics: Principles and applications，非结构网格、编程向的好书；Versteeg， an introduction to computational fluid dynamics, simple族算法；Moukalled，the finite volume method in compuational fluid dynamics, openfoam 开发者写的，内容比较全；ferziger，Computational Methods for Fluid Dynamics，这四本有很多重合的东西，但各有特点，足够入门，玩高阶格式的，还可以看看toro的书，还有一本剑桥的finite volume method for hyperbolic problems，接下来可以看一下论文了。
2. 计算流体力学可以做为机器学习的物理模拟器，有空了给大家更新一个matlab写的强化学习+计算流体力学的解决方案。