1. 课程导入与喷流/射流CFD建模全景
喷流与射流是流体力学中最常见、也最容易被低估的一类流动。它们共同的特征是：一股流体以较高速度从有限尺寸的喷口或孔口射入周围环境介质，并在下游形成强烈的剪切、掺混与扩散。工程上通常把从喷口喷出的高速气流称为“喷流”（jet），把液体或气液混合射入环境介质的流动称为“射流”，二者在CFD建模方法上高度相通，因此本课程统一按“射流类流动”处理。
理解射流，关键要抓住三个基本结构：核心区、混合层和发展区。以圆形自由射流为例，喷口出口速度记为 Uj，直径记为 D。出口附近存在一个速度仍接近 Uj 的势核，其长度约为 4～6D；势核外侧是剪切混合层，速度从 Uj 迅速衰减到环境速度；再往下游，射流进入充分发展区，轴线速度按约 1/x 衰减，射流宽度近似线性增长，半宽约以 0.08～0.10 的斜率扩展。这些量级是判断网格与计算域是否合理的基准。
典型工程场景决定了建模目标的差异。航空发动机尾喷流关注高温高速核心区的长度、噪声源位置与地面效应；火箭羽流关注真空/高空膨胀、激波胞格结构与底部热流；烟囱排放关注浮力主导的抬升高度与污染物稀释；水下射流关注密度分层、气泡相间滑移与射流破碎。四类场景的出口马赫数可从 0.1 到 5 以上，温差可达上千开尔文，因此不存在“一套参数打天下”的建模方案。
CFD建模目标通常分为三类：定性复现（看流场形态是否合理）、定量预测（轴线速度衰减、温度分布、射流半宽与实验误差在10%～20%以内）、工程优化（在参数扫描中比较不同喷口形状或工况）。精度需求直接决定网格与湍流模型选择：若只关心远场扩散，RANS 配合 k-ε 或 k-ω SST 即可；若关心剪切层不稳定与噪声，需要 LES 或 DES，网格量往往增加一到两个数量级。
本课程路线图按“从简到繁、从单相到多相”推进。前段建立不可压缩与可压缩射流的控制方程与无量纲数体系，重点掌握雷诺数 Re=UjD/ν、马赫数 Ma、密度比 ρj/ρ∞ 对流动结构的影响；中段进入网格策略与湍流模型，讨论喷口附近网格加密、计算域长度取 50～100D、出口边界用压力出口或对流出口的取舍；后段覆盖浮力射流、多相射流与羽流辐射，并引入验证与确认（V&V）流程，用实验数据校核轴线衰减曲线。
需要特别提醒的是，射流CFD最常见的失败不是求解器发散，而是计算域太小、出口边界太近、网格在剪切层过粗。剪切层内速度梯度极大，若第一层网格 y⁺ 落在 30～300 的缓冲层，壁面函数与湍流模型都会失真。建议在喷口下游 0～10D 区域至少布置 40～60 个径向网格节点，并做一次网格无关性检查：将网格量加倍，若轴线速度衰减曲线变化小于 5%，可认为网格基本收敛。
学完本课程，你应当能够独立完成一个典型射流算例：从几何与边界条件设定、网格划分、湍流模型选择，到求解设置、结果后处理与误差判断，形成完整闭环。下一阶段我们将从射流的基本方程与无量纲参数开始，逐步搭建可复现的建模流程。