热流体数值计算方法与应用PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1计算流体力学概述 1

1.1.1计算流体力学的形成和发展 1

1.1.2计算流体力学方法简介 2

1.1.3计算流体力学的特点 3

1.1.4计算流体力学的过程步骤 4

1.2流体的基本特性 4

1.2.1流体的密度、重度和相对密度 4

1.2.2流体的粘性 5

1.2.3流体的压缩性 5

1.2.4流体的热传导及扩散 6

1.2.5液体的表面张力 6

1.2.6流体的运动特性 6

1.3流体流动的基本控制方程 9

1.3.1系统与控制体 9

1.3.2质量守恒方程 9

1.3.3动量守恒方程 9

1.3.4能量守恒方程 11

1.3.5状态方程 11

1.3.6组分质量守恒方程 12

1.3.7湍流的雷诺（Reynolds）时均方程及湍流模型方程 12

1.3.8控制方程的通用形式 14

1.4初始条件及边界条件 15

1.5控制方程与流动的类型 17

1.6热流体数值计算的步骤 19

1.7小结 20

思考题 20

第2章 控制微分方程的数值求解方法 22

2.1数值计算方法和分类 22

2.1.1有限差分法 22

2.1.2有限体积法 23

2.1.3有限元法 24

2.1.4有限分析法 24

2.1.5边界元法 24

2.1.6谱分析法 25

2.1.7数值积分变换法 25

2.1.8格子-Boltzmann法 25

2.2离散化的概念及方法 26

2.2.1离散化的概念 26

2.2.2离散化方程的结构 26

2.2.3离散化方程的推导方法 27

2.3有限体积法原理 28

2.3.1有限体积法的基本思想 28

2.3.2有限体积法的计算网格 28

2.3.3有限体积法的基本原理 31

2.4离散化代数方程组的求解 32

2.4.1概述 32

2.4.2线性方程组的一般解法——高斯（Gauss）消元法 33

2.4.3三对角方程组的解法——TDMA算法 34

2.4.4多维离散化代数方程组的求解方法——迭代法 36

2.5小结 39

思考题 39

第3章 热传导问题的数值计算 40

3.1一维稳态热传导问题 40

3.1.1离散网格的生成 40

3.1.2控制方程的积分离散 41

3.1.3界面值的处理 41

3.1.4源项的处理 43

3.1.5离散化方程的建立 45

3.1.6边界条件的处理 46

3.1.7拟线性离散化方程组的求解 49

3.1.8有限体积法的4条基本原则 49

3.1.9一维稳态热传导问题C语言编程实例 51

3.2一维非稳态热传导问题 55

3.2.1离散方程的建立 56

3.2.2显式格式、克兰克-尼科尔森格式及全隐格式 57

3.2.3全隐格式离散化方程 59

3.2.4一维非稳态热传导问题C语言编程实例 59

3.3二维和三维热传导问题 63

3.3.1二维热传导问题的全隐格式离散化方程 63

3.3.2三维热传导问题的全隐格式离散化方程 64

3.3.3热传导问题离散化方程的通用表达式 64

3.3.4二维热传导问题C语言编程实例 65

3.4小结 72

思考题 72

第4章 对流与扩散问题的数值计算 74

4.1一维稳态对流与扩散问题 74

4.1.1控制方程的离散化 74

4.1.2中心差分格式 76

4.1.3一阶迎风格式 77

4.1.4混合格式 78

4.1.5指数格式 79

4.1.6乘方格式 80

4.1.7各种离散格式的共同点及精度比较 81

4.1.8低阶离散格式的特点 83

4.1.9一维稳态对流与扩散问题C语言编程实例 83

4.2多维对流与扩散问题 86

4.2.1二维瞬态对流-扩散问题的离散化方程 86

4.2.2三维瞬态对流-扩散问题的离散化方程 86

4.2.3对流-扩散问题离散化方程的通用表达式 87

4.3小结 88

思考题 88

第5章 流场的数值计算 90

5.1流场数值计算存在的问题 90

5.2基于交错网格的动量方程离散 91

5.2.1压力梯度项离散的问题 91

5.2.2交错网格下动量方程的离散 92

5.3压力修正算法——SIMPLE算法 94

5.3.1速度修正方程 94

5.3.2压力修正值方程 95

5.3.3 SIMPLE算法的求解步骤 96

5.3.4 SIMPLE算法的进一步讨论 97

5.3.5压力参考点的选取 98

5.3.6简单流场边界条件的处理 98

5.3.7二维稳态层流流场SIMPLE算法求解C语言编程实例 100

5.4小结 113

思考题 113

第6章CFD技术及其应用简介 114

6.1 CFD技术的发展概况 114

6.2 CFD技术在工程中的应用 115

6.3 CFD商用软件的结构 117

6.4常用的CFD商用软件 118

6.4.1 CFD软件的发展 118

6.4.2 CFD通用软件的主要特点 119

6.4.3常用CFD商用软件简介 119

6.5 CFD技术在工程热物理领域中的应用 122

6.5.1 CFD技术在流体机械中的应用 122

6.5.2 CFD技术在暖通空调工程中的应用 128

6.5.3 CFD技术在制冷工程中的应用 129

6.5.4 CFD技术在汽车设计中的应用 132

6.6小结 136

思考题 136

第7章 基于CFX软件的离心泵内流模拟 137

7.1 CFX软件介绍 137

7.1.1软件简介 137

7.1.2软件特点 137

7.1.3软件求解功能 139

7.1.4独具特色的前处理 139

7.2离心泵模型的绘制 140

7.2.1 Pro/E软件简介 140

7.2.2模型的绘制 142

7.3离心泵计算区域网格划分 147

7.4离心泵内部流动的数值模拟 152

7.5计算结果及分析 156

7.6小结 157

思考题 157

第8章 基于STAR-CD软件的发动机喷嘴内流模拟 158

8.1喷嘴内流动区域实体造型 158

8.1.1 UG NX软件简介 158

8.1.2喷油器绘制 160

8.2喷嘴内流的动网格计算 162

8.2.1 STAR-CD功能简介 162

8.2.2 STAR-CD的基本组成部分 163

8.2.3动态网格的特征和生成 163

8.2.4数值计算 168

8.3小结 175

思考题 175

第9章 基于STAR-CCM+软件的发动机冷却水套流动模拟 176

9.1 STAR-CCM+软件介绍 176

9.1.1软件简介 176

9.1.2软件特点及优势 176

9.1.3软件工作界面 176

9.2发动机机体及冷却水套几何模型 178

9.3发动机冷却水套流动模拟 179

9.3.1几何模型的导入 179

9.3.2网格的生成 179

9.3.3物理模型和物性参数的设定 183

9.3.4后处理准备 184

9.3.5计算结果分析 186

9.4小结 188

思考题 188

第10章 基于Converge软件的发动机工作过程数值模拟 189

10.1 Converge软件介绍 189

10.1.1软件简介 189

10.1.2软件特点及优势 189

10.1.3软件工作界面 193

10.2内燃机缸内工作过程物理模型 193

10.2.1流动相关模型 193

10.2.2喷雾相关模型 194

10.2.3燃烧排放模型 194

10.3发动机工作过程数值模拟 194

10.3.1几何导入、诊断及修复 194

10.3.2边界分割 196

10.3.3参数文件准备 197

10.3.4计算设定 198

10.3.5后处理 207

10.4小结 208

思考题 208

第11章 基于Fire软件的喷雾燃烧及SCR后处理过程模拟 209

11.1 Fire软件介绍 209

11.1.1软件简介 209

11.1.2软件特点 209

11.1.3软件应用方面的优势 210

11.2发动机喷雾燃烧过程数值模拟 210

11.2.1发动机模型 210

11.2.2燃烧室网格划分 212

11.2.3喷雾燃烧过程数值模拟 218

11.2.4数值模拟结果 225

11.3 SCR后处理过程数值模拟 227

11.3.1 SCR催化器三维建模 227

11.3.2网格划分 229

11.3.3数值模拟 233

11.3.4数值模拟结果 241

11.4小结 241

思考题 241

第12章 基于Airpak软件的厨房通风系统数值模拟 242

12.1 Airpak软件介绍 242

12.1.1软件简介 242

12.1.2软件特点 242

12.1.3软件工作界面 242

12.2厨房空间物理模型 244

12.3厨房通风系统数值模拟 246

12.3.1厨房求解域网格 246

12.3.2求解及参数设定 247

12.3.3边界条件设置 247

12.3.4数值模拟操作及设置过程 247

12.3.5数值模拟结果 253

12.4小结 256

思考题 256

参考文献 257