第1章 绪论 1
1.1 CFD发展历程 1
1.1.1开创时期 1
1.1.2飞速发展时期 2
1.1.3不断丰富和完善时期 2
1.2 CFD与其他研究方法之间的关系 3
1.3 CFD在建筑环境与设备工程中的应用 4
1.3.1概述 4
1.3.2 CFD在建筑内气流组织和热湿环境分析中的应用 5
1.3.3 CFD在建筑外风环境及特殊构筑物风荷载分析中的应用 6
1.3.4 CFD在建筑设备或特殊空间内传热传质分析中的应用 7
1.3.5 CFD在新型通风方式及人体热舒适状况分析中的应用 8
1.4仿真过程 9
1.5 CFD软件的基本组成 10
1.5.1前处理器 10
1.5.2求解器 10
1.5.3后处理器 11
参考文献 11
第2章 描述气流运动的数学模型 14
2.1层流流动模型 14
2.1.1 Navier Stokes方程 14
2.1.2连续性方程 16
2.1.3能量方程（温度方程） 16
2.1.4浓度方程 16
2.2紊流流动模型（k-ε模型k-l模型） 16
2.2.1连续性方程 17
2.2.2雷诺方程 17
2.2.3紊流流动的能量方程 20
2.2.4紊流流动能量的黏性耗散率ε的传递方程 22
2.2.5紊流流动的能量方程 23
2.2.6浓度方程 24
2.3其他紊流模型 25
2.3.1重整化群模型 25
2.3.2直接数值模拟（DNS）模型 26
2.3.3雷诺应力模型 27
2.4二维层流ψ-ω法 30
2.5二维紊流ψ-ω法 31
2.6方程组的无因次化 33
2.6.1层流ρ-υ法的无因次方程组 33
2.6.2紊流ρ-υ法的无因次方程组 35
2.6.3二维层流ψ-ω法的无因次方程组 36
2.6.4二维紊流ψ-ω法的无因次方程组 36
2.7流体的性质与无因次准则对流体流动的影响 37
2.7.1流体的物性参数 37
2.7.2流体流动的无因次准则 41
2.8偏微分方程的特殊类型 42
2.8.1椭圆型方程 42
2.8.2双曲型方程 43
2.8.3抛物型方程 44
参考文献 45
第3章 流体流动控制方程组的离散化方法 46
3.1离散化的基本知识 46
3.1.1离散化的概念 46
3.1.2离散化的目的 46
3.2有限差分的基本方法 46
3.2.1泰勒级数法 47
3.2.2多项式拟合法 48
3.3控制容积法 49
3.3.1一维对流扩散问题的精确解 49
3.3.2中心差分格式 50
3.3.3上风格式 52
3.3.4幂函数差分格式 53
3.3.5混合差分格式 53
3.3.6各种格式的比较 55
3.4差分方程的迭代求解法 56
3.4.1逐点松弛法 56
3.4.2逐线松弛法 56
3.4.3交替方向隐式法 57
3.5差分方程组的求解步骤 58
3.5.1 SIMPLE算法 58
3.5.2 SIMPLER求解差分方程组的一般步骤 60
3.6计算网格的划分方法 62
3.6.1多层网格法简介 62
3.6.2交错网格 62
3.7阻碍物的考虑方法 63
3.8差分方程的收敛性 64
3.9差分方程的稳定性 64
3.10气流数值计算可视化软件开发实例 65
3.10.1气流数值计算可视化的发展及现状 65
3.10.2开发语言的选择 67
3.10.3程序的菜单控制 68
3.10.4子程序功能 72
参考文献 73
第4章 二维流体流动数学模型的离散化 74
4.1用差分法计算二维层流问题的离散化方程组 74
4.1.1基础方程 74
4.1.2用差分法推导基础方程的离散方程组 77
4.1.3压力的修正及压力修正方程的推导 82
4.2二维紊流数值计算的离散化方程组 82
4.2.1二维紊流数学模型的建立 83
4.2.2二维紊流偏微分方程组的离散化 85
4.3用有限元法计算二维层流问题（ψ-ω法） 91
4.3.1基础方程式及边界条件 91
4.3.2有限元解析 93
4.3.3 FEM方程组的求解 94
4.4用差分法计算二维层流问题的ψ-ω法 96
4.4.1二维层流问题的ψ-ω法的数学模型 96
4.4.2方程组的离散 96
4.4.3固定壁面上的边界条件 100
参考文献 101
第5章 三维流体流动数学模型的离散化 102
5.1三维定常层流模型的离散方程 103
5.1.1基础方程式 103
5.1.2基础方程式的差分方法 103
5.2三维定常紊流模型的离散方程 107
5.3三维非定常问题数学模型的离散方法 113
5.3.1描述三维非定常问题的数学模型 113
5.3.2微分方程的无因次化 114
5.3.3基础方程的差分方法 116
5.4非定常问题的计算过程和压力边界条件 133
5.4.1压力边界条件 133
5.4.2差分方程组求解过程的几个问题 133
5.4.3三维非稳态室内紊流数值计算过程 135
5.5使用非定常模型计算通风房间通风效率 136
5.5.1通风效率 136
5.5.2三维非定常流动中通风效率的计算方法 138
参考文献 141
第6章 边界条件 142
6.1入口边界条件 143
6.1.1速度入口边界 144
6.1.2质量流量入口边界 144
6.1.3压力入口边界 145
6.1.4进气口边界 146
6.1.5进气扇边界 146
6.2出口边界条件 146
6.2.1局部单向化边界条件 146
6.2.2充分发展的边界条件 146
6.2.3出口非单向性边界条件 149
6.2.4压力出口边界条件 150
6.2.5压力远场边界 151
6.2.6自由出流边界 151
6.2.7排风口边界 151
6.2.8排气扇边界 152
6.3对称边界条件 152
6.4壁面边界条件及壁面函数法 152
6.4.1壁面无滑移边界条件 152
6.4.2壁面函数法 154
6.5压力边界条件 160
6.6室内流入口模型 161
6.7周期性边界条件 162
参考文献 162
第7章 二维室内气流流动问题 164
7.1二维层流室内气流数值计算——工业厂房自然对流问题 164
7.1.1计算对象描述 164
7.1.2边界条件 165
7.1.3计算过程 165
7.1.4 计算结果分析 165
7.2质线与热线 169
7.3二维紊流数值计算——大型水电厂房机械通风问题 172
7.3.1边界条件 172
7.3.2差分方程组的求解方法及程序的说明 173
7.3.3计算结果及其分析 174
7.4用有限元法计算二维室内气流流动实例 176
7.4.1室内形状及网格划分 176
7.4.2边界条件 177
7.4.3计算结果 178
7.4.4流函数涡度法的差分计算实例 181
参考文献 188
第8章 三维室内气流流动问题 189
8.1三维层流数值计算——仪器室顶送下回混合通风问题 189
8.1.1问题描述 189
8.1.2边界条件 190
8.1.3结果分析 191
8.2三维紊流数值计算——大型水电站厂房机械通风问题 195
8.2.1问题描述 195
8.2.2边界条件 195
8.2.3结果分析 196
8.3三维室内气流非定常问题的数值计算——侧送侧回机械通风问题 199
8.3.1计算对象及边界条件 200
8.3.2计算结果 200
8.3.3计算结果与试验结果对比 205
8.4空调房间空气龄及换气效率分析 208
8.4.1研究房间气流分布问题的意义 208
8.4.2基于非定常模型的换气效率问题算例 209
8.5三维非定常室内自然对流问题计算 216
8.5.1三维非定常室内自然对流问题的数值计算 216
8.5.2数值计算结果 217
8.6热舒适性分析 219
8.6.1概念 219
8.6.2影响热舒适的基本参数 219
8.6.3热舒适评价概念的回顾 221
8.6.4常用热舒适指标 223
8.6.5热舒适性指标的数值模拟实例 225
8.7人体动态热舒适评价 232
8.7.1现有评价概念的不足之处 232
8.7.2空调动态热舒适评价体系 233
8.7.3热舒适参数值分布 236
参考文献 239
第9章 有害物传播的数值计算 240
9.1浓度分布模型 240
9.1.1连续性方程 240
9.1.2动量方程 241
9.1.3能量方程 241
9.1.4颗粒物组分方程 241
9.2室内颗粒物运动的数值模拟 242
9.2.1数学模型 242
9.2.2计算对象及边界条件 243
9.2.3计算工况及计算结果 244
9.3工业厂房单双侧排风罩性能的数值分析 250
9.3.1计算对象及其边界条件 251
9.3.2计算过程及结果分析 252
9.4复杂山地矿井尾气扩散的数值模拟 260
9.4.1三维数值地形图的概念及其表示方法 260
9.4.2计算模型的建立 261
9.4.3数学模型和边界条件 262
9.4.4仿真结果与试验的对比 263
参考文献 267
第10章 分层空调与置换通风 269
10.1分层空调与气流分层的规律 269
10.1.1描述气流分层现象的数学模型 270
10.1.2分析温度分层的简易方法 271
10.2上送风形式气流的分层规律探讨 272
10.2.1计算对象与计算网格 273
10.2.2边界条件 273
10.2.3计算结果与分析 273
10.3侧送风形式气流分层规律 279
10.3.1数学模型及边界条件 279
10.3.2送风角度的影响 280
10.3.3送风高度的影响 281
10.3.4试验验证 282
10.4置换通风 282
10.4.1置换通风的基本原理 283
10.4.2置换通风的基本参数要求和评价指标 283
10.4.3研究对象 284
10.4.4紊流模型及边界条件 285
10.4.5计算结果及分析 286
参考文献 288
第11章 流固耦合问题计算方法 290
11.1阻碍物模拟方法 290
11.1.1阻碍物考虑方法的一般概念 290
11.1.2流固耦合计算的边界条件及具体实施 291
11.1.3阻碍物流场网格的划分 293
11.2水电站厂房气流组织数值模拟 294
11.2.1数学模型 294
11.2.2计算对象及其边界条件 294
11.2.3计算结果 294
11.3通风墙体问题 298
11.3.1计算对象及其数学模型 298
11.3.2数学模型的离散格式 300
11.3.3边界条件及计算过程 304
11.3.4计算结果 305
11.4双层玻璃幕墙问题 307
11.4.1数学模型 307
11.4.2计算对象及边界条件 307
11.4.3计算结果分析 309
参考文献 311
第12章 大涡模拟 312
12.1大涡模拟的基本原理 312
12.2大涡模拟的数学模型及其离散格式 313
12.2.1大涡模拟的滤波函数 313
12.2.2 Navier Stokes方程的滤波形式 314
12.2.3常用亚格子尺度模型 315
12.2.4 LES控制方程 318
12.2.5方程的无因次化 319
12.2.6大涡模型的边界条件 320
12.2.7大涡模型的离散格式 325
12.3高大空间多射流等温气流场的大涡数值模拟 330
12.3.1控制方程组、亚格子模型与数值方法 331
12.3.2数值模拟结果分析 332
12.3.3 LES与RANS的比较 340
12.4高大空间多射流非等温气流场的大涡模拟 342
12.4.1数学模型及亚格子模型 342
12.4.2大涡模拟结果分析 344
12.5室内气流大涡模拟的基础性问题分析 350
12.5.1亚格子模型的比较与选择 351
12.5.2系数取值的影响 352
12.5.3空间差分与时间步长 355
12.5.4大涡模拟的参数选择分析 357
参考文献 358
第13章 室内气流流动的模型试验方法 360
13.1测量紊流相关量的物理概念 360
13.1.1转捩 360
13.1.2紊动能 360
13.1.3紊动能的黏性耗散率 360
13.1.4雷诺应力 361
13.1.5附面层 361
13.1.6卡门涡街 361
13.2气流流动的相似性原理 362
13.2.1相似理论的基本定律 362
13.2.2通风过程的相似准数 368
13.3通风模型试验方法 372
13.3.1室内自然对流模拟计算 373
13.3.2等温机械送风的模拟计算 378
13.4风洞试验 379
13.5热线风速仪测速技术 380
13.5.1热线风速仪简介 381
13.5.2热线风速仪的基本工作原理 382
13.5.3热线风速仪的应用 383
13.5.4热线风速仪的自校准与修正 384
13.6 PIV测试方法 385
13.6.1粒子图像测速技术简介 385
13.6.2 PIV的工作原理 385
13.6.3 PIV系统的组成 387
13.6.4 PIV测试程序与数据分析 389
参考文献 392