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第一编 CFD与商用软件基础 1

第1章　绪论 1

1.1 CFD（Computational Fluid Dynamics）技术的目标 1

1.2 CFD软件及其主要功能 2

1.3 CFD数值方法的基本原则 5

1.4　国外通用计算流体力学商用软件的现状 7

1.5　本书主要内容 9

2.1　流体的运动特性 11

第2章　流体运动的一般情况 11

2.2　描述流体运动的方程 15

2.3　进一步理解流体的流动 21

第3章　偏微分方程数值解法概述 22

3.1　数值离散方法 22

3.2　简单方程的数值离散 26

3.3　离散方法的比较 33

3.4　离散方程组的解 34

3.5　解联立的流体运动方程组 37

参考文献 43

4.1　本章的范围和限制 44

第4章　一般形式微分方程的数值求解与SIMPLE算法初步 44

4.2　数学表达式 45

4.3　区域的离散化 49

4.4　一般形式的离散方程的导出 50

4.5　离散方程的解与SIMPLE算法初步 54

4.6　流场的计算 57

4.7　完整的计算过程概要 61

4.8　收敛准则和欠松弛的应用 62

4.9　线性化源项的特殊用法 63

4.10　结束语 64

参考文献 65

第5章　CFD软件实用技术的准备 66

5.1　用计算机解决工程问题 66

5.2　描述工程中的流动问题 73

5.3　建立网格 78

5.4　设定流体流动的参数 92

5.5　如何获得结果 101

5.6　对计算结果进行分析 107

参考文献 116

6.2　一维定常扩散的有限容积法 117

6.1　概述 117

第6章　扩散问题的理解示例 117

第二编 有限容积方法和SIMPLE改进算法 117

6.3　一维定常状态扩散的实际算例 119

6.4　二维扩散问题的有限容积法 126

6.5　关于三维问题的有限容积法 127

6.6　对扩散问题的离散方程的总结 128

参考文献 129

第7章　对流—扩散问题的理解示例 130

7.1　概述 130

7.2　定常一维对流和扩散 130

7.3　中心差分格式 132

7.4　离散格式的特性 137

7.5　用中心差分格式求解对流—扩散问题的评价 140

7.6　上风差分格式 142

7.7　混合差分格式 147

7.8　幂函数格式 151

7.9　对流—扩散问题中更高阶的差分格式 152

7.10　其他的高阶格式 159

7.11　小结 160

参考文献 161

8.1　概述 163

第8章　SIMPLE及其改进算法的详尽解释 163

8.2　交错网格 164

8.3　动量方程的离散 166

8.4 SIMPLE算法 169

8.5 SIMPLE算法的流程 172

8.6 SIMPLER算法 173

8.7 SIMPLEC算法 174

8.8 PISO算法 176

8.9 SIMPLE,SIMPLER,SIMPLEC和PISO算法的一般性评论 179

参考文献 180

8.10　小结 180

第9章　离散方程解法示例 182

9.1　概述 182

9.2　三对角矩阵运算法则 183

9.3　TDMA在二维问题中的应用 184

9.4　TDMA在三维问题中的应用 185

9.5　例子 186

9.6　在CFD中使用的其他求解技巧 191

9.7　小结 191

参考文献 192

10.1　概述 194

10.2　一维非定常热传导 194

第10章　非定常流动的有限容积法示例 194

10.3　瞬态问题的典型例子 198

10.4　用于二维和三维问题的隐式方法 205

10.5　瞬态对流—扩散方程的离散 206

10.6　用QUICK差分法的瞬态对流—扩散工程实例 207

10.7　非定常流计算求解程序 211

10.8　用假瞬态法进行定常状态计算 213

10.9　其他瞬态格式的简述 214

10.10　小结 214

参考文献 215

11.1　概述 217

第11章　边界条件的详尽解释 217

11.2　入口边界条件 218

11.3　出口边界条件 220

11.4　壁面边界条件 222

11.5　定压边界条件 226

11.6　对称边界条件 227

11.7　周期性或循环边界条件 227

11.8　潜在的问题和评论 228

参考文献 230

12.1　概述 231

第12章　曲线坐标系中的SIMPLEC和SIMPLEX算法 231

12.2　质量守恒的离散 234

12.3　能量方程及其他标量方程的离散 235

12.4　代数方程的解 245

12.5　动量方程 251

12.6　质量和动量耦合方程的解 257

12.7　正交曲线坐标系下湍流模型的计算 263

12.8　正交网格生成的几个问题 266

参考文献 268

13.1　流体运动的控制方程 270

第13章　流体运动基本方程 270

第三编　流体运动方程与湍流模式 270

13.2　状态方程 279

13.3　牛顿流体的N-S方程 279

13.4　流体运动控制方程的守恒形式 281

13.5　通用输运方程的微分形式和积分形式 282

13.6　守恒方程的物理特征和分类 284

13.7　双曲型方程的主要特点 287

13.8　简单偏微分方程的分类方法 289

13.9　流动方程的分类 290

13.10　黏性流体力学控制方程的补充条件 292

13.11　小结 293

参考文献 294

第14章　湍流及其模式 295

14.1　湍流的概念 295

14.2　从层流到湍流的转捩 297

14.3　湍流的物理性质 300

14.4　湍流模拟发展情况简介 313

参考文献 315

第15章　雷诺平均应力方程及其封闭 317

15.1　雷诺平均 318

15.2　相关性 321

15.3　雷诺平均方程 322

15.4　雷诺应力方程 323

15.5　湍流尺度 325

参考文献 330

第16章　时间平均N-S方程应用于工程计算 331

16.1　时间平均N-S方程对湍流的表达能力 331

16.2　工程中典型的湍流现象 335

16.3　适用于工程典型问题的湍流模型 342

16.4　小结 360

参考文献 360

17.1　算例程序1：流经方块的二维湍流场的Q1程序 363

第四编　CFD商用软件和工程应用算例 363

第17章　典型Phoenics和STAR-CD计算程序举例 363

17.2　算例程序1编译后给出的计算使用程序 372

17.3　算例程序1的应用：来流速度型变化对三维立体块顶部湍流回流区长度的影响 383

17.4　算例程序2：浮力引起的容器中非稳态振荡流动的Q1程序 391

17.5　算例程序3：气流流过上下对称圆柱体的Q1程序 397

17.6　算例程序4：水流流过平面上的圆柱体 401

17.7　算例程序5：喷射两种物质喷嘴的Q1程序 408

17.8　算例程序6：多股横向射流和主流混合流动的Q1程序 427

17.9　算例程序7：二维钝体绕流湍流流动的STAR-CD程序 442

17.10　特种剖面鳍／舵的CFD结果分析 448

参考文献 457

第18章　近年来国外典型CFD成功算例介绍 458

18.1　多种湍流模型在计算立方体周围流场比较 458

18.2　LES和RANS三维流场数值计算比较 476

18.3　侧风条件下运动火车周围CFD数值分析 493

18.4 BFC网格和正交网格计算复杂地形大气流动的比较 505

18.5 LES在车辆气动力学CFD中的应用与进展 514

18.6 直升机着陆舰船甲板上流场的涡受限法计算 523

18.7 ICCM船舶流体动力学CFD最新进展 532

参考文献 546