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第1章 流体力学与计算流体力学基础 1

1.1 流体力学基础 1

1.1.1 流体力学概述 1

1.1.2 连续介质模型 3

1.1.3 流体的基本概念及性质 3

1.1.4 流体流动分类 11

1.1.5 流体流动描述的方法 14

1.1.6 流体力学基本方程组 15

1.1.7 湍流模型 30

1.2 计算流体力学（CFD）基础 39

1.2.1 CFD概述 39

1.2.2 CFD求解力学问题的过程 39

1.2.3 CFD数值模拟方法和分类 42

1.2.4 有限体积法计算区域的离散 44

1.2.5 有限体积法控制方程的离散 45

1.2.6 CFD常用算法 52

1.2.7 计算域网格生成技术 65

1.3 CFD软件的构成 66

1.3.1 前处理器 67

1.3.2 求解器 67

1.3.3 后处理器 67

1.4 常用的商业CFD软件 68

1.4.1 Phoenics软件 68

1.4.2 STAR-CD软件 68

1.4.3 ANSYS CFX软件 69

1.4.4 ANSYS FLUENT软件 70

1.5 本章小结 70

第2章 FLUENT软件介绍 71

2.1 FLUENT软件特点简介 71

2.1.1 网格技术 72

2.1.2 数值技术 73

2.1.3 物理模型 74

2.1.4 FLUENT的独有特点 75

2.1.5 FLUENT系列软件简介 76

2.2 FLUENT 14.0的新特性 77

2.2.1 新的操作界面 77

2.2.2 功能上的改进 77

2.3 FLUENT 14.0的功能模块 78

2.4 FLUENT与ANSYS Workbench 79

2.4.1 ANSYS Workbench简介 79

2.4.2 ANSYS Workbench的操作界面 80

2.4.3 在ANSYS Workbench中打开FLUENT 81

2.5 FLUENT 14.0的基本操作 82

2.5.1 启动FLUENT主程序 82

2.5.2 FLUENT主界面 83

2.5.3 FLUENT读入网格 84

2.5.4 检查网格 84

2.5.5 选择基本物理模型 85

2.5.6 设置材料属性 85

2.5.7 相的定义 86

2.5.8 设置计算区域条件 86

2.5.9 设置边界条件 87

2.5.1 0设置动网格 87

2.5.1 1设置参考值 88

2.5.1 2设置算法及离散格式 88

2.5.1 3设置求解参数 88

2.5.1 4设置监视窗口 89

2.5.1 5初始化流场 89

2.5.1 6与运行计算相关的设置 90

2.5.1 7保存结果 91

2.6 FLUENT的一个简单实例 91

2.7 本章小结 98

第3章 前处理方法 99

3.1 常用前处理软件 99

3.1.1 Gambit 99

3.1.2 ANSYS ICEM CFD 100

3.1.3 TGrid 100

3.1.4 GridPro 101

3.1.5 GridGEn简介 101

3.2 Gambit的应用 102

3.2.1 Gambit的基本功能 102

3.2.2 Gambit的基本用法 104

3.2.3 Gambit生成网格文件的操作步骤 112

3.2.4 Gambit应用实例 114

3.3 ANSYS ICEM CFD 14.0的应用 118

3.3.1 ANSYSICEM CFD基本功能 118

3.3.2 ANSYSICEM CFD 14.0的操作界面 121

3.3.3 ANSYSICEM CFD 14.0的文件系统 122

3.3.4 ANSYSICEM CFD 14.0的操作步骤 123

3.3.5 ANSYS ICEM CFD 14.0应用实例 124

3.4 本章小结 132

第4章 后处理方法 133

4.1 FLUENT内置后处理方法 133

4.1.1 创建面 134

4.1.2 显示及着色处理 135

4.1.3 曲线绘制功能 140

4.1.4 通量报告和积分计算 141

4.2 Workbench CFD-Post通用后处理器 144

4.2.1 启动CFD-Post 144

4.2.2 创建位置 145

4.2.3 颜色、渲染和视图 148

4.2.4 矢量图、云图及流线图的绘制 148

4.2.5 其他图形功能 149

4.2.6 变量列表与表达式列表 150

4.2.7 创建表格和图表 152

4.2.8 制作报告 155

4.2.9 动画制作 156

4.2.1 0其他工具 157

4.2.1 1 多文件模式 157

4.3 Tecplot的用法 158

4.3.1 概述 158

4.3.2 Tecplot基本功能介绍 159

4.3.3 Tecplot用法简介 165

4.3.4 Tecplot读取FLUENT文件的方法 178

4.4 本章小结 179

第5章 FLUENT中常用的边界条件 180

5.1 FLUENT中边界条件的分类 180

5.2 边界条件设置及操作方法 180

5.2.1 边界条件的设置 181

5.2.2 边界条件的修改 181

5.2.3 边界条件的复制 181

5.2.4 边界的重命名 182

5.3 FLUENT中流动出入口边界条件及参数确定 182

5.3.1 用轮廓指定湍流参量 183

5.3.2 湍流参量的估算 183

5.4 FLUENT中常用的边界条件 186

5.4.1 压力入口边界条件 186

5.4.2 速度入口边界条件 188

5.4.3 质量入口边界条件 190

5.4.4 进气口边界条件 191

5.4.5 进气扇边界条件 192

5.4.6 压力出口边界条件 193

5.4.7 压力远场边界条件 194

5.4.8 通风口边界条件 196

5.4.9 排气扇边界条件 196

5.4.1 0壁面边界条件 197

5.4.1 1对称边界条件 203

5.4.1 2周期性边界条件 204

5.4.1 3流体区域条件 205

5.4.1 4固体区域条件 206

5.4.1 5 出流边界条件 207

5.4.1 6其他边界条件 208

5.5 本章小结 209

第6章 导热问题的数值模拟 210

6.1 导热问题分析概述 210

6.2 有内热源的导热问题的数值模拟 211

6.2.1 案例简介 211

6.2.2 FLUENT中求解计算 211

6.2.3 计算结果后处理 219

6.2.4 保存数据并退出 222

6.3 钢球非稳态冷却过程的数值模拟 222

6.3.1 案例简介 222

6.3.2 FLUENT求解计算设置 222

6.3.3 求解计算 225

6.3.4 计算结果后处理及分析 230

6.4 本章小结 232

第7章 流体流动与传热的数值模拟 233

7.1 流体流动与传热概述 233

7.2 引射器内流场数值模拟 235

7.2.1 案例简介 235

7.2.2 FLUENT求解计算设置 236

7.2.3 求解计算 239

7.2.4 计算结果后处理及分析 241

7.3 扇形教室空调通风的数值模拟 243

7.3.1 案例简介 243

7.3.2 FLUENT求解计算设置 244

7.3.3 求解计算 249

7.3.4 计算结果后处理及分析 250

7.4 地埋管流固耦合换热的数值模拟 252

7.4.1 案例简介 252

7.4.2 FLUENT求解计算设置 252

7.4.3 流场求解计算 257

7.4.4 温度场求解计算设置 259

7.4.5 温度场求解计算 261

7.4.6 计算结果后处理及分析 261

7.5 圆柱绕流流场的数值模拟 263

7.5.1 案例简介 263

7.5.2 FLUENT求解计算设置 264

7.5.3 求解计算 267

7.5.4 计算结果后处理及分析 269

7.6 二维离心泵叶轮内流场数值模拟 272

7.6.1 案例简介 272

7.6.2 FLUENT求解计算设置 272

7.6.3 求解计算 277

7.6.4 计算结果后处理及分析 278

7.7 本章小结 281

第8章 自然对流与辐射换热的数值模拟 282

8.1 自然对流与辐射换热概述 282

8.2 相连方腔内自然对流换热的数值模拟 284

8.2.1 案例简介 284

8.2.2 FLUENT求解计算设置 284

8.2.3 求解计算 287

8.2.4 计算结果后处理及分析 290

8.3 烟道内烟气对流辐射换热的数值模拟 294

8.3.1 案例简介 294

8.3.2 FLUENT求解计算设置 295

8.3.3 求解计算 302

8.3.4 计算结果后处理及分析 305

8.4 本章小结 307

第9章 凝固和融化过程的数值模拟 308

9.1 凝固和融化模型概述 308

9.2 冰融化过程的数值模拟 309

9.2.1 案例简介 309

9.2.2 FLUENT求解计算设置 309

9.2.3 求解计算 313

9.2.4 计算结果后处理及分析 316

9.3 本章小结 317

第10章 多相流模型的数值模拟 318

10.1 多相流概述 318

10.2 孔口自由出流的数值模拟 320

10.2.1 案例简介 320

10.2.2 FLUENT求解计算设置 321

10.2.3 求解计算 325

10.2.4 计算结果后处理及分析 329

10.3 水中气泡上升过程的数值模拟 332

10.3.1 案例简介 332

10.3.2 FLUENT求解计算设置 333

10.3.3 求解计算 336

10.3.4 计算结果后处理及分析 340

10.4 水流对沙滩冲刷过程的数值模拟 342

10.4.1 案例简介 342

10.4.2 FLUENT求解计算设置 343

10.4.3 求解计算 348

10.4.4 计算结果后处理及分析 351

10.5 气穴现象的数值模拟 353

10.5.1 案例简介 353

10.5.2 FLUENT求解计算设置 354

10.5.3 求解计算 358

10.5.4 计算结果后处理及分析 360

10.6 本章小结 362

第11章 离散相的数值模拟 363

11.1 离散相模型概述 363

11.2 引射器离散相流场的数值模拟 364

11.2.1 案例简介 364

11.2.2 FLUENT求解计算设置 364

11.2.3 求解计算 367

11.2.4 计算结果后处理及分析 368

11.3 喷淋过程的数值模拟 370

11.3.1 案例简介 370

11.3.2 FLUENT求解计算设置 371

11.3.3 求解计算 375

11.3.4 计算结果后处理及分析 377

11.4 本章小结 379

第12章 组分传输与气体燃烧的数值模拟 380

12.1 组分传输与气体燃烧概述 380

12.2 室内甲醛污染物浓度的数值模拟 382

12.2.1 案例简介 382

12.2.2 FLUENT求解计算设置 383

12.2.3 求解计算 387

12.2.4 计算结果后处理及分析 389

12.3 焦炉煤气燃烧的数值模拟 390

12.3.1 案例简介 390

12.3.2 FLUENT求解计算设置 391

12.3.3 求解计算 397

12.3.4 计算结果后处理及分析 399

12.4 本章小结 401

第13章 动网格问题的数值模拟 402

13.1 动网格问题概述 402

13.2 两车交会过程的数值模拟 403

13.2.1 案例简介 403

13.2.2 FLUENT求解计算设置 404

13.2.3 求解计算 409

13.2.4 计算结果后处理及分析 412

13.3 运动物体强制对流换热的数值模拟 413

13.3.1 案例简介 413

13.3.2 FLUENT求解计算设置 414

13.3.3 求解计算 419

13.3.4 计算结果后处理及分析 422

13.4 双叶轮旋转流场的数值模拟 423

13.4.1 案例简介 423

13.4.2 FLUENT求解计算设置 424

13.4.3 求解计算 428

13.4.4 计算结果后处理及分析 431

13.5 本章小结 433

第14章 多孔介质内流动与换热的数值模拟 434

14.1 多孔介质模型概述 434

14.2 多孔烧结矿内部流动换热的数值模拟 435

14.2.1 案例简介 435

14.2.2 FLUENT求解计算设置 436

14.2.3 求解计算 439

14.2.4 计算结果后处理及分析 442

14.3 三维多孔介质内部流动的数值模拟 444

14.3.1 案例简介 444

14.3.2 FLUENT求解计算设置 445

14.3.3 求解计算 448

14.3.4 计算结果后处理及分析 450

14.4 本章小结 451

附录1 UDF宏简列 452

附录2 UDF宏具体解释 453

附录2.1 通用宏及其定义的函数 453

附录2.2 离散相模型宏及其定义的函数 455

附录2.3 多相模型的宏及其定义的函数 457

附录3 UDF的部分常用函数 458

参考文献 461