FLUENT 流体工程仿真计算实例与应用PDF电子书下载

第一章 流体力学基础与FLUENT简介 1

第一节 概论 1

一、流体的密度、重度和比重 1

二、流体的黏性——牛顿流体与非牛顿流体 2

三、流体的压缩性——可压缩与不可压缩流体 3

四、液体的表面张力 4

第二节 流体力学中的力与压强 4

一、质量力与表面力 4

二、绝对压强、相对压强与真空度 4

三、液体的汽化压强 5

四、静压、动压和总压 5

第三节 能量损失与总流的能量方程 6

一、沿程损失与局部损失 6

二、总流的伯努里方程 7

三、入口段与充分发展段 7

第四节 流体运动的描述 8

一、定常流动与非定常流动 8

二、流线与迹线 8

三、流量与净通量 8

四、有旋流动与有势流动 8

五、层流与湍流 9

第五节 亚音速与超音速流动 10

一、音速与流速 10

二、马赫数与马赫锥 10

三、速度系数与临界参数 11

四、可压缩流动的伯努里方程 11

五、等熵滞止关系式 11

第六节 正激波与斜激波 12

一、正激波 12

二、斜激波 13

第七节 流体多维流动基本控制方程 14

一、物质导数 14

二、连续性方程 14

三、N-S方程 15

第八节 边界层与物体阻力 16

一、边界层及基本特征 16

二、层流边界层微分方程 16

三、边界层动量积分关系式 17

四、物体阻力 18

第九节 湍流模型 18

第十节 FLUENT简介 19

一、程序的结构 19

二、FLUENT程序可以求解的问题 20

三、用FLUENT程序求解问题的步骤 21

四、关于FLUENT求解器的说明 21

五、FLUENT求解方法的选择 21

六、边界条件的确定 22

第二章 二维流动与传热的数值计算 27

第一节 冷、热水混合器内部二维流动 27

一、前处理——利用GAMBIT建立计算模型 28

第1步 确定求解器 28

第2步 创建坐标网格图 29

第3步 由节点创建直线 31

第4步 创建圆弧边 32

第5步 创建小管嘴 33

第6步 由线组成面 34

第7步 确定边界线的内部节点分布并创建结构化网格 35

第8步 设置边界类型 38

第9步 输出网格并保存会话 40

二、利用FLUENT进行混合器内流动与热交换的仿真计算 41

第1步 与网格相关的操作 41

第2步 建立求解模型 44

第3步 设置流体的物理属性 46

第4步 设置边界条件 46

第5步 求解 49

第6步 显示计算结果 53

第7步 使用二阶离散化方法重新计算 59

第8步 自适应性网格修改功能 61

小结 65

课后练习 65

第二节 喷管内二维非定常流动 65

一、利用GAMBIT建立计算模型 66

第1步 确定求解器 66

第2步 创建坐标网格图和边界线的节点 66

第3步 由节点创建直线 68

第4步 利用圆角功能对Ⅰ点处的角倒成圆弧 68

第5步 由边线创建面 69

第6步 定义边线上的节点分布 70

第7步 创建结构化网格 71

第8步 设置边界类型 72

第9步 输出网格并保存会话 73

二、利用FLUENT进行喷管内流动的仿真计算 74

第1步 与网格相关的操作 74

第2步 确定长度单位 76

第3步 建立求解模型 77

第4步 设置流体属性 78

第5步 设置工作压强为0atm 79

第6步 设置边界条件 79

第7步 求解定常流动 81

第8步 非定常边界条件设置以及非定常流动的计算 87

第9步 求解非定常流 89

第10步 对非定常流动计算数据的保存与后处理 92

小结 97

课后练习 98

第三节 三角翼的可压缩外部绕流 98

一、利用GAMBIT建立计算模型 98

第1步 启动Gambit，并选择求解器为FLUENT5/6 98

第2步 创建节点 98

第3步 由节点连成线 99

第4步 由边线创建面 100

第5步 创建网格 100

第6步 设置边界类型 102

第7步 输出网格文件 103

二、利用FLUENT进行仿真计算 104

第1步 启动FLUENT 2D求解器并读入网格文件 104

第2步 网格检查与确定长度单位 104

第3步 建立计算模型 105

第4步 设置流体材料属性 107

第5步 设置工作压强 108

第6步 设置边界条件 108

第7步 利用求解器进行求解 109

第8步 计算结果的后处理 117

小结 121

课后练习 122

第四节 三角翼不可压缩的外部绕流（空化模型应用） 122

第1步 启动FLUENT 2D求解器并读入网格文件 122

第2步 网格检查与确定长度单位 122

第3步 设置求解器 124

第4步 设置流体材料及其物理性质 126

第5步 设置流体的流相 126

第6步 设置边界条件 128

第7步 求解 130

第8步 对计算结果的后处理 135

小结 137

课后练习 137

第五节 VOF模型的应用 137

一、利用GAMBIT建立计算模型 138

第1步 启动GAMBIT并选择FLUENT5/6求解器 138

第2步 建立坐标网格并创建节点 138

第3步 由节点连成直线段 139

第4步 创建圆弧 140

第5步 创建线段的交点G 140

第6步 将两条线在G点处分别断开 141

第7步 删除DG直线和FG弧线 141

第8步 由边创建面 143

第9步 定义边线上的节点分布 143

第10步 在面上创建结构化网格 144

第11步 设置边界类型 145

第12步 输出网格文件并保存会话 146

二、利用FLUENT 2D求解器进行求解 147

第1步 读入、显示网格并设置长度单位 147

第2步 设置求解器 147

第3步 设置流体材料及属性 149

第4步 设置基本相和第二相 150

第5步 运算环境设置 151

第6步 设置边界条件 151

第7步 求解 153

第8步 计算结果的后处理 165

小结 171

第六节 组分传输与气体燃烧 171

一、利用GAMBIT建立计算模型 172

第1步 打开GAMBIT 172

第2步 对空气进口边界进行分网 172

第3步 设置边界条件 172

第4步 输出2D网格 173

二、利用FLUENT-2D求解器进行模拟计算 173

第1步 与网格相关的操作 174

第2步 设置求解模型 174

第3步 流体材料设置 176

第4步 边界条件设置 178

第5步 使用常比热容的初始化并求解 181

第6步 采用变比热容的解法 184

第7步 后处理 186

第8步 NOx预测 192

小结 199

第三章 三维流动与传热的数值计算 201

第一节 冷、热水混合器内的三维流动与换热 201

一、利用GAMBIT建立混合器计算模型 202

第1步 启动GAMBIT并选定求解器（FLUENT5/6） 202

第2步 创建混合器主体 202

第3步 设置混合器的切向入流管 203

第4步 去掉小圆柱体与大圆柱体相交的多余部分，并将三个圆柱体联结成一个整体 205

第5步 创建主体下部的圆锥 205

第6步 创建出流小管 206

第7步 将混合器上部、渐缩部分和下部出流小管组合为一个整体 207

第8步 对混合器内区域划分网格 207

第9步 检查网格划分情况 209

第10步 设置边界类型 210

第11步 输出网格文件（.msh） 210

二、利用FLUENT 3D求解器进行求解 210

第1步 检查网格并定义长度单位 210

第2步 创建计算模型 211

第3步 设置流体的材料属性 212

第4步 设置边界条件 214

第5步 求解初始化 216

第6步 设置监视器 216

第7步 保存Case文件 217

第8步 求解计算 217

第9步 保存计算结果 218

三、计算结果的后处理 218

第1步 读入Case和Data文件 218

第2步 显示网格 218

第3步 创建等（坐标）值面 218

第4步 绘制温度与压强分布图 219

第5步 绘制速度矢量图 221

第6步 绘制流体质点的迹线 222

第7步 绘制XY曲线 224

小结 228

课后练习 228

第二节 粘性流体通过圆管弯头段的三维流动 228

一、前处理——利用GAMBIT建立计算模型 229

第1步 确定求解器 229

第2步 创建圆环 229

第3步 创建立方体 229

第4步 移动立方体 230

第5步 分割圆环 230

第6步 删除3/4圆环 231

第7步 建立弯管直段 231

第8步 移动弯管直段 232

第9步 整合弯管和直段 232

第10步 边界层的设定 232

第11步 划分面网格 233

第12步 划分体网格 234

第13步 定义边界类型 235

第14步 输出网格文件 235

二、利用FLUENT 3D求解器进行模拟计算 236

第1步 启动FLUENT，进入3D模式 236

第2步 读入网格数据 237

第3步 网格检查 237

第4步 显示网格 237

第5步 建立求解模型 238

第6步 设置标准κ-ε湍流模型 238

第7步 设置流体的物理属性 239

第8步 设置边界条件 240

第9步 求解控制 242

第10步 求解 243

第11步 显示初步计算结果 245

第12步 流线显示 248

小结 249

第三节 三维稳态热传导问题 249

一、利用GAMBIT进行网格划分 250

第1步 导入几何模型 250

第2步 选取求解器 251

第3步 网格划分 251

第4步 边界条件设置 252

第5步 网格检查 253

第6步 输出网格 255

二、利用FLUENT-3D求解器进行数值模拟计算 255

第1步 在FLUENT中读入网格文件 255

第2步 选取求解器 256

第3步 材料设置 257

第4步 边界条件 258

第5步 求解控制 261

第6步 后处理 263

小结 264

第四节 动网格问题 264

一、利用FLUENT-3D进行计算 265

第1步 与网格有关的操作 265

第2步 模型设置 267

第3步 材料设置 268

第4步 边界条件设置 268

第5步 网格运动设置 268

第6步 求解 273

二、利用FLUENT-3D进行后处理 279

第1步 检查最后一个时间步（BDC）的解 279

第2步 检查上死点的解 279

第3步 回放温度等高线动画 281

第4步 显示上死点时缸内的流动矢量切面 281

小结 285

第五节 叶轮机械的Mixing Plane模型 285

一、利用FLUENT-3D求解器进行计算 286

第1步 网格 286

第2步 单位设置 287

第3步 计算模型设置 288

第4步 混合面（Mixing Plane）设置 289

第5步 流体材料设置 290

第6步 边界条件设置 291

第7步 求解 296

二、利用FLUENT-3D进行后处理 302

第1步 生成后处理的一个等值面 302

第2步 显示速度矢量 302

第3步 平面x＝0上绘全压的周向平均量 304

第4步 显示全压的等高线图 305

小结 306

附录 307

参考文献 308