流体流动与传热过程的数值模拟基础与应用PDF电子书下载

第一章 导论 1

1.1流体流动，传热传质过程的重要性 1

1.2预测的方法 1

实验研究 2

理论计算 2

理论计算的优点 2

理论计算的缺点 3

1.3何为CFD？ 4

1.4预测方法的选择 5

1.5如何开展CFD工作？ 6

前处理器 6

求解器 6

后处理器 7

1.6应用CFD方法所能解决的问题 8

1.7本书的目的 10

参考文献 12

第二章 物理现象的数学描述 13

2.1流体流动与传热过程的守恒律 13

2.2控制微分方程 14

质量守恒方程 15

跟踪流体粒子或以流体微元来表示变化率 16

动量方程 17

能量方程 19

化学组分的守恒 22

状态方程 23

牛顿流体的纳维-斯托克斯方程 23

湍流的时间平均方程 25

通用微分方程 25

2.3物理行为归类 27

2.4控制方程的数学分类及其对数值解的影响 29

偏微分方程的3种类型 29

椭圆型方程 29

抛物型方程 30

双曲型方程 30

2.5初始条件与边界条件 31

2.6坐标的性质 32

自变量 32

坐标的合适选择 32

单向与双向的坐标 33

物理问题数值求解的基本过程 35

习题 36

参考文献 36

第三章 离散化方法 38

3.1数值方法的本质 38

任务 38

离散化的概念 39

离散化方程的结构 39

3.2推导离散化方程的方法 39

泰勒级数公式 40

变分公式 40

加权余数法 41

控制容积公式 41

3.3一个说明性的例子 42

3.4四个基本法则 45

3.5小结 48

习题 48

参考文献 49

第四章 导热问题的处理 50

4.1本章的对象 50

4.2一维稳态热传导 51

基本方程 51

网格布置 51

界面导热系数 52

非线性 54

源项的线性化 55

边界条件 56

实例 58

4.3不稳态一维热传导 65

通用的离散化方程 65

显式、克兰克-尼科尔森（Crank-Nicolson）模式、全隐式模式 66

全隐式离散化方程 68

实例 68

4.4二维与三维问题 75

二维问题的离散化方程 75

三维问题的离散化方程 76

4.5控制容积面的布置 77

控制容积面的位置 77

其他坐标系 79

4.6小结 81

习题 81

参考文献 83

第五章 对流-扩散问题的处理 84

5.1任务 84

5.2一维稳态对流与扩散 85

预备性的推导 85

上风方案 90

精确解 93

指数方案 94

混合方案 95

幂函数格式 98

一个通用化的公式 99

各种格式的结果 102

5.3二维问题的离散化方程 102

推导的细节 103

最终的离散化方程 104

5.4三维问题的离散化方程 105

5.5单向空间坐标 106

使空间坐标成为单向坐标的条件 106

出流边界条件 107

5.6假扩散 108

关于假扩散的一般观点 108

有关假扩散的正确看法 109

5.7对流-扩散问题的高阶格式 111

5.8小结 117

习题 117

参考文献 118

第六章 流场的计算 121

6.1流场计算的特殊性 121

主要的困难 121

以涡量为基础的方法 122

6.2某些有关的困难 122

压力梯度项的表达 122

连续性方程的表达 124

6.3困难的解决——交错的网格 125

6.4动量方程 126

6.5压力与速度的修正 129

6.6压力修正方程 130

6.7 SIMPLE算法 131

计算进行的顺序 131

压力修正方程的讨论 132

压力修正方程的边界条件 135

压力的相对特性 135

6.8 SIMPLE算法的发展（SIMPLER、SIMPLEC、SIMPLEX、PISO等） 136

修订的算法——SIMPLER 136

修订的算法——SIMPLEC 139

修订的算法——SIMPLEX 140

修订的算法——SIMPLE Date 141

修订的算法——SIMPLEST 142

修订的算法——PISO 142

6.9 Coupled算法 145

6.10小结 145

习题 146

参考文献 148

第七章 求解方法与最后的修饰 150

7.1线性代数方程的解 150

7.2代数方程的解 153

7.3超松弛与欠松弛 157

7.4方法的迭代性质 159

7.5源项的线性化 162

讨论 162

常正变量的源项线性化 163

7.6关于准备与调试计算机程序的几点建议 164

7.7小结 166

习题 166

参考文献 167

第八章 专题 168

8.1给定热流或传热条件时，边界条件处理的改进 168

8.2周期性通道流传热问题与循环TDMA 169

8.3共轭问题的求解与双TDMA算法 174

8.4具有隔离（blocked-off）区域的规则网格 177

8.5不规则的几何形状 178

8.6 CFD软件使用指南 178

CFD模拟的精度分析 179

湍流模型使用建议 181

近壁面模型处理 189

多相流模型使用指南 191

燃烧模型使用指南 192

旋转机械仿真指南 194

参考文献 197

第九章 应用举例 198

9.1单相流数值模拟 198

厚翅片管内流体流动与传热的数值分析 198

螺旋内翅片管内充分发展流体流动与传热的数值分析 199

蓄热器蓄热-放热过程 201

危险化学品泄漏事故应急反应的重气扩散数值模拟 203

9.2多相流部分 207

文氏嘴结构对金属滤管脉冲反吹过程流动特性影响 207

降膜结晶 209

部分熔融（发汗）过程的数值模拟 212

超重力旋转床中水脱氧过程的模型化研究 215

三维气力输送 217

9.3化学反应和燃烧 219

湍流化学反应的分形数值模拟 219

旋转填充床内的微观混合研究 220

9.4结语 221

参考文献 222