前言 1
第1章 FLOTRAN流体分析概述 1
1.1 FLOTRAN CFD分析的概念 1
1.2 FLOTRAN分析类型 1
1.2.1 层流分析 2
1.2.2 湍流分析 2
1.2.3 热分析 2
1.2.4 可压缩流动分析 3
1.2.5 非牛顿流动分析 3
1.2.6 多组份传输分析 3
1.2.7 自由表面分析 3
第2章 FLOTRAN分析的基本原理 4
2.1 FLOTRAN单元的特点 4
2.1.1 FLUID141单元 4
2.1.2 FLUID142单元 11
2.2 FLOTRAN单元的局限性 16
2.3 FLOTRAN分析步骤 17
2.3.1 确定问题的区域 18
2.3.2 确定流体的状态 18
2.3.3 生成有限元网络 18
2.3.4 施加边界条件 18
2.3.5 设置FLOTRAN分析参数 19
2.3.6 求解 19
2.3.7 检查结果 19
2.4 FLOTRAN单元相关文件 19
2.4.1 结果文件 19
2.4.2 打印文件 20
2.4.3 残差文件 20
2.4.4 重启动文件 20
2.4.5 FLOTRAN重启动分析（续算） 21
2.5 提高收敛性和稳定性的常用的工具 21
2.5.1 松弛系数 22
2.5.2 惯性松弛 22
2.5.3 修正的惯性松弛 22
2.5.4 人工粘性 22
2.5.5 速度限制 23
2.5.6 面积积分阶次 23
2.6 评价FLOTRAN分析 23
2.7 验证结果 24
第3章 FLOTRAN流体的基本属性 25
3. 1 流体基本属性 26
3.1.1 比热容 26
3.1.2 密度和导热系数 26
3.1.3 粘度 28
3.1.4 表面张力系数 29
3.1.5 壁面静态接触角 29
3.1.6 设置流体性质的步骤 30
3.2 初始属性和变化属性 32
3.3 使用ANSYS非牛顿流体性质 32
3.3.1 激活Power Law模型 33
3.3.2 激活Carreau模型 33
3.3.3 激活Bingham模型 34
3.4 用户编程定义属性 34
第4章 FLOTRAN特性 36
4.1 坐标系 36
4.2 旋转参考系 37
4.3 涡流 38
4.4 分布式阻力 38
4.5 FLOTRAN设置命令 39
4.5.1 FLOTRAN求解控制命令 39
4.5.2 FLOTRAN执行及输出控制命令—稳态控制参数设置 40
4.5.3 FLOTRAN执行及输出控制命令-瞬态控制参数设置 41
4.5.4 FLOTRAN输出及保存文件控制 43
4.5.5 FLOTRAN输出收敛监测量的控制 46
4.5.6 FLOTRAN流体类型及其特性的可变性控制. 46
4.5.7 FLOTRAN流体性质参数设定 48
4.5.8 FLOTRAN分析的坐标系统的指定 49
4.5.9 FLOTRAN分析参考条件的设置 50
4.5.10 指定FLOTRAN分析的旋转坐标系统 51
4.5.11 指定FLOTRAN分析的重力加速度 52
4.5.12 设置有助于FLOTRAN求解稳定的参数 53
4.5.13 设定FLOTRAN自由度松弛系数 53
4.5.14 设定FLOTRAN流体性质松弛因子 54
4.5.15 设置FLOTRAN分析的自由度限值 55
4.5.16 选择FLOTRAN各自由度相应的求解器 55
4.5.17 对FLOTRAN各求解器的控制 57
4.5.18 设置FLOTRAN湍流模型的一些常数 63
4.5.19 重新设定FLOTRAN各分析参数的值 65
4.5.20 控制FLOTRAN面积积分的阶次 67
4.5.21 FLOTRAN多组份疏运分析的设置及控制 67
4.5.22 定义FLOTRAN的重启动（续算）控制 74
4.5.23 设置并执行一个零迭代FLOTRAN分析 76
第5章 FLOTRAN CFD求解器和矩阵方程 78
5.1 三对角矩阵算法 79
5.2 半直接求解 79
5.2.1 预条件广义最小残差（PGMR）求解器 80
5.2.2 预条件BICGStab （PBCGM）求解器 81
5.3 稀疏直接求解 82
第6章 层流和湍流不可压缩流动FLOTRAN分析及实例 83
6.1 激活湍流模型 83
6.1.1 雷诺数 83
6.1.2 层流和湍流的判断 84
6.1.3 湍流比和入口参数 84
6.1.4 湍流模型 84
6.2 网格要求 87
6.3 流动边界条件 88
6.4 难点问题分析 91
6.5 问题描述 92
6.5.1 模型尺寸 92
6.5.2 理论假设 93
6.6 2-D管道流动分析（层流模型） 94
6.6.1 前处理 94
6.6.2 求解 100
6.6.3 后处理 103
6.7 2-D管道流动分析（增加来流速的层流模型） 107
6.7.1前处理 107
6.7.2求解过程 114
6.7.3后处理 117
6.8 2-D管道流动分析（增加出口段长度的层流模型） 121
6.8.1 前处理 121
6.8.2 求解过程 127
6.8.3 后处理 129
6.9 2-D管道湍流流动分析（增加出口段长度的湍流模型） 134
6.9.1 前处理 134
6.9.2 求解过程 140
6.9.3 后处理 142
第7章 FLOTRAN热分析及实例 147
7.1 FLOTRAN热分析简介 147
7.1.1 FLOTRAN热分析的功能 147
7.1.2 FLOTRAN热分析的基本要求 148
7.2 FLOTRAN热分析求解 149
7.2.1 FLOTRAN热分析的求解内容 149
7.2.2 FLOTRAN热分析方法 150
7.2.3 FLOTRAN热分析的基本步骤 151
7.3 求解方法 152
7.3.1 连续流体性质 152
7.3.2 强制对流 152
7.3.3 自然对流 153
7.3.4 共轭传热 153
7.4 层流流体受均匀壁面热通量 155
7.4.1 问题描述 155
7.4.2 前处理 156
7.4.3 求解 166
7.4.4 后处理 171
7.5 空腔中空气的热稳态层流分析 178
7.5.1 问题描述 178
7.5.2 前处理 179
7.5.3 求解 186
7.5.4 后处理 189
第8章 VOF模型分析及实例 195
8.1 VFRC载荷 195
8.1.1 初始VFRC载荷 195
8.1.2 建立VFRC载荷的边界 196
8.2 输入设置 197
8.2.1 外界条件 197
8.2.2 VFRC公差 198
8.2.3 VOF时间步 198
8.3 通过障碍物的水流流动初步发展分析 199
8.3.1 问题描述 199
8.3.2 前处理 199
8.3.3 求解 214
8.3.4 后处理 217
8.4 大坝VOF分析 221
8.4.1 问题描述 221
8.4.2 前处理 221
8.4.3 求解理 229
8.4.4 后处理 232
8.5 震荡液滴的VOF模型分析 236
8.5.1 问题描述 236
8.5.2 前处理 236
8.5.3 求解 244
8.5.4 后处理 248
第9章 可压缩流动FLOTRAN分析及实例 251
9.1 可压缩流动FLOTRAN分析简介 251
9.1.1 物理性质计算 252
9.1.2 边界条件 253
9.1.3 结构和非结构网格 253
9.1.4 求解方案 254
9.2 喷管内超音速可压缩流动分析 255
9.2.1 问题描述 255
9.2.2 前处理 255
9.2.3 求解 266
9.2.4 后处理 276
第10章 动网格的ALE分析及实例 280
10.1 ALE方法简介 280
10.2 对称扭转ALE分析 282
10.2.1 问题描述 282
10.2.2 前处理 284
10.2.3 求解 297
10.2.4 后处理 301
10.3 容积可变式容器的ALE/VOF分析 304
10.3.1 问题描述 304
10.3.2 前处理 305
10.3.3 求解 317
10.3.4 后处理 320
10.4 动圆柱的ALE分析 322
10.4.1 问题描述 322
10.4.2 前处理 323
10.4.3 求解 336
10.4.4 后处理 340
10.4.5 思考与讨论 343
第11章 多组分传输分析及实例 345
11.1 混合类型 345
11.2 多组分传输分析的基本步骤 346
11.3 两相热交换分析及实例 348
11.3.1 问题描述 348
11.3.2 前处理 349
11.3.3 求解 361
11.3.4 后处理 371
11.4 3 种气体混合分析及实例 374
11.4.1 问题描述 374
11.4.2 前处理 375
11.4.3 求解 387
11.4.4 二次前处理 390
11.4.5 二次求解 402
11.4.6 后处理 405
第12章 声学分析及实例 410
12.1 声学分析步骤 410
12.1.1 建立模型 410
12.1.2 划分网格 412
12.1.3 设置边界条件并计算 413
12.2 流固耦合声学分析 415
12.2.1 问题描述 415
12.2.2 前处理 416
12.2.3 求解 430
12.2.4 后处理 432
12.3 房间内的声学分析 439
12.3.1 问题描述 439
12.3.2 前处理 440
12.3.3 求解 456
12.3.4 后处理 457
参考文献 460