1热物理过程数值计算基础 1
1.1计算流体力学概论 1
1.1.1计算流体力学的形成和发展 1
1.1.2计算流体力学方法简介 2
1.1.3计算流体力学的特点 3
1.1.4计算流体力学的过程步骤 3
1.2热物理过程研究对象——流体的基本特性 4
1.2.1流体的密度、重度和比重 4
1.2.2流体的粘性 4
1.2.3流体的压缩性 5
1.2.4流体的热传导及扩散 5
1.2.5液体的表面张力 5
1.2.6流体的运动特性 6
1.3热物理过程控制微分方程 6
1.3.1系统与控制体 7
1.3.2质量守恒方程 7
1.3.3动量守恒方程 7
1.3.4能量守恒方程 8
1.3.5状态方程 9
1.3.6组分质量守恒方程 9
1.3.7湍流的Reynolds时均方程及湍流模型方程 10
1.3.8控制方程的通用形式 12
1.4数值热物理过程的步骤 13
1.5总结 15
2 CFD技术及其在工程热物理领域中的应用 16
2.1 CFD技术的发展概况 16
2.2 CFD技术在工程中的应用 17
2.3 CFD商用软件的结构 19
2.4常用的CFD商用软件 20
2.4.1 CFD软件的发展 20
2.4.2 CFD通用软件的主要特点 21
2.4.3常用CFD商用软件简介 21
2.4.4掌握CFD商用软件的意义 23
2.5 CFD技术在若干工程热物理领域中的应用 24
2.5.1 CFD技术在流体机械中的应用 24
2.5.2 CFD技术在暖通空调工程中的应用 28
2.5.3 CFD技术在制冷工程中的应用 32
2.5.4 CFD技术在汽车设计中的应用 34
2.6总结 38
3控制微分方程求解的数值方法 40
3.1数值计算方法和分类 40
3.1.1有限差分法 40
3.1.2有限体积法 41
3.1.3有限元法 41
3.1.4有限分析法 42
3.1.5边界元法 42
3.1.6谱分析法 42
3.1.7数值积分变换法 43
3.1.8格子-Boltzmann法 43
3.2离散化的概念 44
3.3基于有限体积法的控制方程离散 44
3.3.1有限体积法的基本思想 44
3.3.2有限体积法的计算网格 45
3.3.3有限体积法的介绍 46
3.3.4有限体积法的4条基本原则 48
3.4总结 50
4热传导问题的数值计算 52
4.1一维稳态热传导问题 52
4.1.1离散化方程的建立 52
4.1.2界面导热系数的处理 53
4.1.3源项的处理 54
4.1.4边界条件的处理 55
4.1.5离散化方程的非线性处理 56
4.1.6线性代数方程组的求解 56
4.2一维非稳态热传导问题 58
4.2.1离散化方程的建立 58
4.2.2显式模式，克兰克-尼科尔森模式及全隐模式 59
4.2.3全隐式离散化方程 60
4.3二维与三维热传导问题 60
4.3.1二维热传导问题的离散化方程 60
4.3.2三维热传导问题的离散化方程 61
4.3.3多维离散化方程的求解 62
4.4超松弛和欠松弛 64
4.4.1概念的引入 64
4.4.2超松弛和欠松弛引入方法 64
4.5总结 65
5对流与扩散问题的数值计算 67
5.1一维稳态对流与扩散问题 67
5.1.1控制方程的离散化 67
5.1.2中心差分格式 68
5.1.3一阶迎风格式 69
5.1.4混合格式 71
5.1.5指数格式 71
5.1.6乘方格式 73
5.1.7各种离散格式的比较 73
5.1.8低阶离散格式的特点 74
5.2多维对流与扩散问题 75
5.2.1二维瞬态对流-扩散问题的离散化方程 75
5.2.2三维瞬态对流-扩散问题的离散化方程 75
5.2.3离散化方程的通用表达式 76
5.3总结 76
6流场的数值计算 78
6.1流场数值计算存在的问题 78
6.2基于交错网格的动量方程的离散 79
6.3压力修正算法——SIMPLE算法 80
6.3.1速度修正方程 81
6.3.2压力修正方程 81
6.3.3 SIMPLE算法描述 82
6.3.4 SIMPLE算法的进一步讨论 83
6.3.5压力参考点的选取 84
6.4总结 84
7三维建模Pro/E软件基本介绍 86
7.1 Pro/E软件的特点及应用 86
7.1.1 Pro/E的特点 86
7.1.2 AutoCAD与Pro/E软件的比较 87
7.1.3 Pro/E在企业CAD/CAM中的应用 88
7.2 Pro/E的用户界面 90
7.2.1初始工作界面 90
7.2.2文件的基本操作 92
7.2.3鼠标的基本操作 94
7.3 2D绘图与技巧 94
7.3.1草绘模块简介 94
7.3.2基本几何图形的绘制 97
7.3.3像素尺寸的修改、强化、锁定与删除 97
7.3.4手动标注尺寸 99
7.3.5定义约束条件 101
7.3.6几何编辑工具系列 102
7.4 3D绘图与技巧 102
7.4.1草绘实体特征 103
7.4.2放置实体特征 104
7.4.3特征的操作 106
7.5建立工程图 107
7.6装配件的建立 109
7.7总结 110
8网格生成软件Gambit的使用 114
8.1网格生成概述 114
8.1.1网格类型 114
8.1.2网格单元分类 114
8.1.3网格生成步骤 115
8.2 Gambit功能及界面 115
8.2.1 Gambit的特点及功能 115
8.2.2 Gambit的基本界面 116
8.2.3 Gambit的文件组成 118
8.2.4 Gambit中鼠标的操作 118
8.2.5 Gambit的操作步骤 119
8.3 Gambit的应用实例 119
8.3.1单孔轴对称喷嘴内部空穴流动问题描述 119
8.3.2生成几何模型 120
8.3.3划分网格 121
8.3.4指定边界类型和区域类型 124
8.3.5网格的输出 124
8.4 AutoCAD与Gambit的联合使用 125
8.4.1柴油机喷油嘴内部流动模拟问题概述 125
8.4.2联合AutoCAD和Gambit进行三维实体的生成 126
8.4.3划分网格 127
8.4.4指定边界类型和区域类型 128
8.4.5导出网格文件 128
8.5 Pro/E与Gambit的联合使用 129
8.5.1离心泵叶轮内部流场计算网格的生成 129
8.5.2离心泵叶轮与蜗壳耦合后流场计算网格的生成 130
8.6总结 131
9 Fluent软件使用入门 134
9.1 Fluent概述 134
9.1.1 Fluent数值计算的相关软件包 134
9.1.2 Fluent的文件类型 135
9.1.3 Fluent的特点 135
9.1.4 Fluent使用单位的说明 137
9.2 Fluent的基本操作 137
9.2.1 Fluent的图形用户操作界面 137
9.2.2 Fluent的文本用户操作界面 138
9.2.3 Fluent的数值模拟求解步骤 139
9.3 Fluent的应用实例 154
9.3.1喷嘴内部空穴两相流动模拟 155
9.3.2计算结果 157
9.4总结 159
10通用后处理Tecplot软件的使用 161
10.1 Tecplot的基本功能 161
10.1.1 Tecplot功能概述 162
10.1.2菜单栏介绍 164
10.1.3工具栏介绍 166
10.1.4其他工具选项介绍 166
10.2 Fluent数据在Tecplot中的调入 168
10.2.1 Tecplot可调入的数据格式 168
10.2.2 Tecplot读取Fluent文件步骤 168
10.3 Tecplot使用实例 170
10.3.1问题描述 170
10.3.2 Tecplot中的数据后处理 171
10.4总结 175
参考文献 177