第1章 CFD基础 1
1.1 流体力学的基本概念 1
1.1.1 流体的连续介质模型 1
1.1.2 流体的性质 1
1.1.3 流体力学中的力与压强 3
1.1.4 流体运动的描述 4
1.2 CFD基本模型 8
1.2.1 基本控制方程 9
1.2.2 湍流模型 11
1.2.3 初始条件和边界条件 19
1.3 CFD模型的离散——有限体积法 21
1.3.1 CFD模型的数值求解方法概述 21
1.3.2 有限体积法 22
1.3.3 有限体积法中常用的离散格式 29
1.4 流场数值计算算法分析 30
1.4.1 SIMPLE算法详解 31
1.4.2 其他算法介绍 38
第2章 Fluent基本介绍 47
2.1 Fluent概述 47
2.1.1 Fluent软件功能 47
2.1.2 Fluent的文件类型 48
2.1.3 Fluent的特点 48
2.2 Fluent的操作界面 50
2.2.1 图形用户界面（GUI） 50
2.2.2 文本用户界面（TUI）及Scheme表达式 51
2.2.3 图形控制及鼠标使用 54
2.3 Fluent简单操作实例 55
2.3.1 Fluent计算流程 55
2.3.2 简单流动与传热的计算 55
第3章 网格划分 70
3.1 Mesh模块简介 70
3.1.1 Mesh界面与功能 70
3.1.2 模型导入后相关操作 77
3.1.3 网格生成 80
3.2 Mesh网格划分实例 91
3.2.1 二维油水环状流阀门管道网格划分 91
3.2.2 三维油水环状流阀门管道网格划分 94
3.3 ICEM CFD功能及界面 97
3.3.1 特点及功能 97
3.3.2 基本界面 97
3.3.3 ICEM CFD的文件组成 100
3.3 ICEM CFD中鼠标的使用 101
3.3.5 ICEM CFD网格生成流程 101
3.4 ICEM CFD网格划分简介 101
3.4.1 结构化网格 101
3.4.2 非结构化网格 102
3.4.3 混合网格 102
3.4.4 网格质量 103
3.5 ICEM非结构网格划分及实例 103
3.5.1 非结构化网格基础 103
3.5.2 二维网格生成——分叉管非结构网格划分 104
3.5.3 三维网格生成——分支管非结构网格划分 109
3.6 ICEM CFD结构网格划分及实例 111
3.6.1 结构化网格基础 111
3.6.2 二维网格生成——U-pipe结构网格划分 115
3.6.3 三维网格生成——三叉管结构网格划分 118
第4章 通用后处理Tecplot的使用入门 122
4.1 Tecplot基本功能 122
4.1.1 Tecplot的界面 122
4.1.2 基本功能 125
4.2 Tecplot的数据格式 126
4.2.1 Tecplot数据层次 126
4.2.2 多数据区域 128
4.2.3 数据区域中的数据结构 128
4.3 Tecplot对Fluent数据进行后处理 132
4.3.1 Tecplot识别的数据格式 132
4.3.2 Tecplot读取Fluent文件步骤 133
4.4 Tecplot绘图环境设置 134
4.4.1 网格和标尺的设定 134
4.4.2 坐标系统 135
4.5 Tecplot使用实例 135
4.5.1 绘制XY曲线 135
4.5.2 绘制矢量图 137
4.5.3 绘制等值线图 137
4.5.4 绘制流线图 142
4.5.5 绘制散点图 143
4.5.6 绘制三维流场图 146
第5章 多相流基本模型 148
5.1 VOF模型 148
5.1.1 VOF模型概述及其局限 148
5.1.2 控制方程 149
5.2 混合模型 154
5.2.1 混合模型概述及其局限 154
5.2.2 控制方程 155
5.3 欧拉模型 157
5.3.1 欧拉模型概述及其局限 157
5.3.2 控制方程 158
5.4 气穴影响 170
5.4.1 气穴模型概述及其局限 170
5.4.2 体积和气泡数量 171
5.4.3 体积分数方程 171
5.4.4 气泡动力学 171
5.5 选择通用多相流模型 172
5.6 设置一般的多相流问题 172
5.6.1 使用一般多相流模型的步骤 172
5.6.2 选用多相流模型并指定相数 173
5.6.3 VOF模型设置 173
5.6.4 Mixture模型设置 175
5.6.5 Eulerian模型设置 175
5.6.6 包含气穴影响 175
5.6.7 定义相概述 176
5.6.8 定义VOF模型中的相 177
5.6.9 定义混合模型中的相 179
5.6.10 定义欧拉模型中的相 180
5.6.11 包含体积力的设置 183
5.6.12 VOF模型中时间依赖参数的设置 183
5.6.13 欧拉多相流计算中的湍流模型选择 184
5.6.14 设置边界条件 185
5.6.15 设置初始体积分数 190
5.6.16 可压缩VOF和Mixture模型计算的输入 190
5.6.17 凝固／熔化VOF计算的输入 190
5.7 一般多相流问题的求解策略 191
5.7.1 VOF模型的求解策略 191
5.7.2 混合模型的求解策略 192
5.7.3 欧拉模型的求解策略 192
第6章 多相流计算实例 193
6.1 U型管油水环状流的计算 193
6.1.1 问题描述 193
6.1.2 具体计算 193
6.2 沉淀池活性污泥沉降的计算 204
6.2.1 问题描述 204
6.2.2 具体计算 205
6.3 泄洪坝气固液三相流的计算 215
6.3.1 问题描述 215
6.3.2 具体计算 216
6.4 泄洪坝气液两相流的计算 223
6.4.1 问题描述 223
6.4.2 具体计算 224
第7章 动网格计算方法概述 230
7.1 动网格计算模型 230
7.2 动网格更新方法 231
7.2.1 基于弹性变形的网格调整 231
7.2.2 动态网格层变 232
7.2.3 局部网格重构 232
7.3 Fluent中动网格相关设置 234
7.3.1 启动动网格计算 234
7.3.2 运动边界文件的准备与导入 236
7.3.3 运动边界（动态区域）的相关设置 237
第8章 UDF使用指南 242
8.1 UDF基础 242
8.1.1 Fluent的求解次序 242
8.1.2 Fluent网格拓扑 243
8.1.3 Fluent的数据类型 243
8.2 UDF中访问Fluent变量的宏 243
8.2.1 访问单元的宏 243
8.2.2 访问面的宏 246
8.2.3 访问几何的宏 247
8.2.4 访问节点的宏 248
8.2.5 访问多相的宏 248
8.3 UDF实用工具宏 249
8.3.1 一般的循环宏 249
8.3.2 查询多相组分的宏 251
8.3.3 设置面变量 254
8.3.4 访问没有赋值的自变量 254
8.3.5 访问邻近网格和线索的变量 259
8.3.6 矢量工具 259
8.4 UDF常用DEFINE宏 261
8.4.1 通用求解宏 261
8.4.2 模型指定宏 262
8.4.3 多相流模型宏 265
8.5 UDF的解释和编译 267
8.5.1 UDF的解释运行 268
8.5.2 UDF的编译 269
8.5.3 UDF的VC＋＋编译 271
8.5.4 编译相关问题 275
第9章 动网格计算实例 276
9.1 塑料圆柱体自空气跌落水中的模拟 276
9.1.1 问题描述 276
9.1.2 具体计算 276
9.2 齿轮泵的动态模拟 285
9.2.1 问题描述 285
9.2.2 具体计算 286
9.3 悬浮生物载体在移动床运动的模拟 292
9.3.1 问题描述 292
9.3.2 具体计算 293
第10章 滑移网格基础 301
10.1 滑移网格概述 301
10.1.1 滑移网格应用及运动方式 301
10.1.2 滑移网格原理 303
10.2 滑移网格基本设置 304
10.2.1 网格的前提条件 304
10.2.2 问题的建立 305
第11章 滑移网格的计算实例 307
11.1 转笼生物反应器的内部流场计算 307
11.1.1 问题描述 307
11.1.2 具体计算 309
11.2 车辆交会的动态模拟 317
11.2.1 问题描述 317
11.2.2 具体计算 317
11.3 滑移网格模型和动网格模型计算比较 324
11.3.1 数学模型上的区别 324
11.3.2 建模处理的区别 324
11.3.3 计算速度的比较 325
11.3.4 转笼生物反应器计算结果上的区别 326
11.3.5 结论 326
第12章 UDF的高级用法 330
12.1 求取任意几何点的物理场值 330
12.1.1 基本C＋＋类的说明 330
12.1.2 求取任何一点的物理场值的方法 332
12.2 Fluent和有限元软件的数据交换 334
12.2.1 两数值模拟软件进行数据交换的方式条件 334
12.2.2 Fluent和FEPG的数据交换 335
第13章 开发基于ICEM与Fluent的定制数值模拟软件 336
13.1 用VC＋＋操纵ICEM 336
13.1.1 脚本文件.rpl的构建 336
13.1.2 ICEM的启动和脚本文件的运行 338
13.1.3 ICEM的进阶编程初步 339
13.2 用VC操纵Fluent 342
13.2.1 Fluent的命令行操纵方法 342
13.2.2 用VC操纵Fluent 343
13.3 边界条件的自动识别和施加 347
13.4 用VC操纵Tecplot 348
第14章 流固耦合及其实例分析 350
14.1 ANSYS流固耦合分析 350
14.1.1 理论基础 350
14.1.2 单向流固耦合分析 352
14.1.3 双向流固耦合分析 352
14.1.4 耦合面的数据传递 353
14.2 流固耦合基本设置 354
14.2.1 单向耦合基本设置 354
14.2.2 双向耦合基本设置 354
14.3 河水冲击闸板的分析实例 355
14.3.1 问题描述 355
14.3.2 具体计算 356
14.4 主动脉血管瘤的分析实例 369
14.4.1 问题描述 369
14.4.2 具体计算 369
第15章 多孔介质及其实例分析 382
15.1 多孔介质及其模型的概述 382
15.1.1 多孔介质应用 382
15.1.2 多孔介质模型的假设和限制条件 383
15.1.3 多孔介质的动量方程 383
15.1.4 多孔介质能量方程处理 384
15.1.5 多孔介质模型对湍流的处理 385
15.1.6 多孔介质对瞬态标量方程的影响 385
15.1.7 多孔介质计算中用户的输入参数 385
15.1.8 多孔介质流动的求解策略 388
15.2 变截面纤维结构中树脂流动的分析实例 389
15.2.1 问题描述 389
15.2.2 具体计算 389
15.3 废气过滤数值分析实例 397
15.3.1 问题描述 397
15.3.2 具体计算 398
第16章 Fluent拓展应用实例 405
16.1 蛇形管内水沸腾流动模拟 405
16.1.1 问题描述 405
16.1.2 具体计算 406
16.2 水雾射流撞击打磨工件的模拟 415
16.2.1 问题描述 415
16.2.2 具体计算 415
16.3 液滴撞击液膜的数值模拟 422
16.3.1 问题描述 422
16.3.2 具体计算 422
16.4 微流体流动的模拟 431
16.4.1 问题描述 431
16.4.2 具体计算 431
参考文献 440