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流体及其基本特性 1
1.1.2流体运动的分类和描述方法 4
1.2流体力学控制方程 4
1.2.1物质导数 5
1.2.2连续性方程 5
1.2.3 N-S方程 6
1.3流体力学数值计算基础 7
1.3.1数值计算方法和分类 7
1.3.2基于有限体积法的控制方程离散 8
1.4 CFD软件结构及常用的CFD软件 9
1.4.1 CFD软件结构 9
1.4.2常用的CFD软件 10
本章小结 13
第2章CFX软件简介 14
2.1 CFX的软件构成 14
2.1.1启动CFX 15
2.1.2前处理器 16
2.1.3求解管理器 17
2.1.4后处理器 18
2.2 CFX文件系统 19
本章小结 19
第3章 创建几何模型 20
3.1建立几何模型概述 20
3.1.1建模方法分类 20
3.1.2 DesignModeler建模方法 20
3.2 DesignModeler简介 21
3.3草图模式 24
3.3.1进入草图模式 24
3.3.2创建新平面 24
3.3.3创建草图 25
3.3.4几何模型的关联性 25
3.3.5草图援引 26
3.4创建3D几何体 27
3.4.1拉伸（Extrude） 27
3.4.2旋转（Revolve） 28
3.4.3直接创建3D几何体（Primitives） 29
3.4.4填充（Fill）和包围（Enclosure） 30
3.4.5创建多体部件体 31
3.5概念建模 32
3.5.1从点生成线体 33
3.5.2从草图生成线体 33
3.5.3从边生成线体 33
3.5.4定义横截面 33
3.5.5对齐横截面 35
3.5.6横截面偏移 35
3.5.7从线创建面体 36
3.5.8从草图生成面体 36
3.5.9从面生成面体 36
3.6导入外部CAD文件 37
3.6.1非关联性导入文件 37
3.6.2关联性导入文件 38
3.6.3导入定位 39
3.6.4创建场域几何体 39
本章小结 39
第4章 网格划分方法 40
4.1网格生成方法简介 40
4.2 ANSYS ICEM CFD基础 41
4.2.1 ICEM CFD的文件系统 41
4.2.2 ICEM CFD的鼠标和键盘操作 42
4.2.3 ICEM CFD的操作界面 42
4.2.4 ICEM CFD的菜单简介 43
4.3 ANSYS ICEM CFD基本用法 44
4.3.1导入外部几何模型 44
4.3.2几何模型的创建 45
4.3.3网格的自动生成 48
4.3.4块的生成与划分 53
4.3.5网格编辑 58
4.3.6网格输出 64
4.4 ANSYS ICEM CFD实例分析 65
4.4.1启动ICEM CFD并建立分析项目 65
4.4.2几何模型导入 66
4.4.3模型建立 66
4.4.4生成网格 69
4.4.5网格检查及编辑 71
4.4.6网格输出与保存 71
本章小结 72
第5章CFX-Pre的前处理功能 73
5.1新项目创建与网格导入 73
5.1.1工程项目新建 73
5.1.2网格导入 73
5.1.3项目保存 74
5.2库设定 75
5.3计算域设定 75
5.3.1计算域创建 75
5.3.2计算域设定 75
5.4边界条件设定 80
5.4.1插入边界条件 81
5.4.2边界条件类型 81
5.5初始条件设定 85
5.6求解器设定 86
5.7输出文件和监控设定 87
本章小结 88
第6章CFX-Solver求解 89
6.1激活求解管理器 89
6.2模拟计算的定义 90
6.3求解界面介绍 91
6.3.1工作界面的组成 91
6.3.2任务栏功能简介 92
本章小结 93
第7章CFX后处理 94
7.1启动后处理器 94
7.2后处理器工作界面 95
7.3创建位置 95
7.3.1生成点 95
7.3.2生成点云 97
7.3.3生成线 98
7.3.4生成平面 99
7.3.5生成体 100
7.3.6生成等值面 101
7.3.7生成区域值面 102
7.3.8生成型芯区域 103
7.3.9生成旋转面 103
7.3.10生成自定义面 104
7.4创建对象 105
7.4.1创建矢量 105
7.4.2创建云图 107
7.4.3创建流线 107
7.4.4创建粒子轨迹 108
7.4.5创建体绘制 109
7.4.6创建文本对象 109
7.4.7其他创建对象 110
7.5创建数据 111
7.5.1创建变量 111
7.5.2创建表达式 112
7.5.3创建表格和图表 113
7.6生成报告 116
本章小结 118
第8章 内部流动分析 119
8.1不可压缩黏性流体的内部流动概述 119
8.1.1内部流动的定义和特点 119
8.1.2圆管内层流 120
8.1.3圆管内湍流 121
8.1.4内部流动分析流程 122
8.1.5计算模型 123
8.2 U形管道内部流动分析 123
8.2.1问题描述 123
8.2.2分析过程 124
8.2.3启动WorkBench并建立分析项目 124
8.2.4导入网格文件 124
8.2.5流体域设定 126
8.2.6入口边界设定 127
8.2.7出口边界设定 128
8.2.8壁面边界设定 129
8.2.9求解控制设定 130
8.2.10求解 131
8.2.11建立显示平面 132
8.2.12生成压强云图 133
8.2.13生成速度矢量图 134
8.2.14生成流线图 135
8.2.15保存和退出 136
8.2.16案例小结 136
8.3弯管混合器内部流动分析 136
8.3.1问题描述 136
8.3.2分析过程 137
8.3.3启动WorkBench并建立分析项目 137
8.3.4导入创建几何体 137
8.3.5划分网格 138
8.3.6前处理界面 140
8.3.7水的属性设定 140
8.3.8流体域设定 143
8.3.9入口边界设定 143
8.3.10出口边界设定 145
8.3.11壁面边界设定 145
8.3.12初始条件设定 146
8.3.13求解控制设定 147
8.3.14求解 147
8.3.15修改模型显示 148
8.3.16建立显示平面 149
8.3.17生成流线图 150
8.3.18生成温度云图 151
8.3.19保存和退出 152
8.3.20案例小结 152
8.4静止混合器内部流动分析 152
8.4.1问题描述 152
8.4.2分析过程 153
8.4.3启动WorkBench并建立分析项目 153
8.4.4导入网格文件 153
8.4.5水的属性设定 155
8.4.6流体域设定 156
8.4.7入口边界设定 158
8.4.8出口边界设定 159
8.4.9壁面边界设定 160
8.4.10初始条件设定 161
8.4.11求解控制设定 162
8.4.12求解 162
8.4.13编辑轮廓显示 163
8.4.14建立显示点 163
8.4.15 生成流线图 164
8.4.16建立显示平面 165
8.4.17生成温度云图 166
8.4.18生成动画 167
8.4.19保存和退出 168
8.4.20案例小结 169
8.5离心泵分析 169
8.5.1问题描述 169
8.5.2分析过程 169
8.5.3启动WorkBench并建立分析项目 169
8.5.4导入创建几何体 170
8.5.5设置分析介质的物理属性 170
8.5.6流体区域的参数设定 171
8.5.7边界条件的设置 172
8.5.8计算初始化 173
8.5.9求解控制 173
8.5.10求解 173
8.5.11第一次后处理 174
8.5.12空穴模型的使用 175
8.5.13第二次后处理 177
8.5.14案例小结 178
本章小结 179
第9章 外部流动分析 180
9.1外部绕流概述 180
9.1.1外部绕流定义 180
9.1.2边界层 180
9.1.3边界层分离 181
9.1.4边界层分离现象典型实例 182
9.1.5绕流物体的阻力与升力 183
9.1.6外部绕流分析流程 184
9.2空气绕流建筑物分析 185
9.2.1问题描述 185
9.2.2分析过程 186
9.2.3启动WorkBench并建立分析项目 186
9.2.4导入网格文件 186
9.2.5流体域设定 188
9.2.6入口边界设定 188
9.2.7出口边界设定 189
9.2.8对称边界设定 190
9.2.9无滑移壁面边界设定 191
9.2.10自由滑移壁面边界设定 191
9.2.11求解控制设定 192
9.2.12求解 193
9.2.13生成压强云图 193
9.2.14生成速度云图 194
9.2.15 生成速度矢量图 195
9.2.16生成流线图 196
9.2.17生成对称显示 197
9.2.18生成对称平面 199
9.2.19生成对称平面上的速度云图 200
9.2.20保存和退出 202
9.2.21案例小结 202
9.3机翼外部气体流动分析 202
9.3.1问题描述 202
9.3.2分析过程 203
9.3.3启动WorkBench并建立分析项目 203
9.3.4导入网格文件 203
9.3.5流体域设定 205
9.3.6入口边界设定 206
9.3.7出口边界设定 207
9.3.8对称边界设定 208
9.3.9无滑移壁面边界设定 208
9.3.10自由滑移壁面边界设定 209
9.3.11域交界面设定 210
9.3.12初始条件设定 211
9.3.13求解控制设定 212
9.3.14求解 212
9.3.15 生成马赫数云图 213
9.3.16生成压强云图 214
9.3.17生成温度云图 215
9.3.18生成速度矢量图 216
9.3.19生成自定义压强矢量 218
9.3.20保存和退出 219
9.3.21案例小结 220
9.4飞机机翼的压力计算 220
9.4.1问题描述 220
9.4.2分析过程 220
9.4.3启动WorkBench并建立分析项目 220
9.4.4导入创建几何体 221
9.4.5网格参数设置 221
9.4.6修改网格 221
9.4.7区域设置 222
9.4.8边界条件设置 223
9.4.9求解控制设置 224
9.4.10求解 225
9.4.11后处理 225
9.4.12案例小结 226
本章小结 226
第10章 传热流动分析 228
10.1传热概述 228
10.1.1导热的基本定律 228
10.1.2导热问题的数学描述 229
10.1.3对流传热过程和对流传热系数 231
10.1.4辐射传热过程 231
10.1.5传热分析流程 231
10.2轴承盖传热分析 232
10.2.1问题描述 232
10.2.2分析过程 232
10.2.3启动WorkBench并建立分析项目 232
10.2.4导入网格文件 233
10.2.5域设定 235
10.2.6内孔热源边界设定 236
10.2.7外壁对流换热边界设定 237
10.2.8内腔对流换热边界设定 238
10.2.9绝热边界设定 239
10.2.10初始条件设定 240
10.2.11求解控制设定 240
10.2.12求解 240
10.2.13建立显示平面 241
10.2.14生成温度云图 242
10.2.15保存和退出 243
10.2.16案例小结 243
10.3铜盘管热交换分析 243
10.3.1问题描述 243
10.3.2分析过程 244
10.3.3启动WorkBench并建立分析项目 244
10.3.4导入网格文件 244
10.3.5铜导电率设定 246
10.3.6碳酸钙材料设定 246
10.3.7流体域设定 248
10.3.8固体域设定 249
10.3.9热盘管边界设定 250
10.3.10入口边界设定 251
10.3.11开放式出口边界设定 252
10.3.12域交界面设定 253
10.3.13求解控制设定 255
10.3.14求解 256
10.3.15修改模型显示 256
10.3.16生成温度云图 257
10.3.17建立圆柱面表达式 258
10.3.18建立变量 259
10.3.19建立圆柱显示面 259
10.3.20创建直线 260
10.3.21生成温度轮廓图 261
10.3.22保存和退出 262
10.3.23案例小结 263
10.4室内温度的计算 263
10.4.1问题描述 263
10.4.2分析过程 263
10.4.3启动WorkBench并建立分析项目 263
10.4.4导入通风管道网格文件 264
10.4.5设置计算模型 264
10.4.6通风管道边界条件设置 264
10.4.7通风管道输出控制的设定 264
10.4.8插入监测点 265
10.4.9通风管道计算求解 265
10.4.10输出通风管道的计算文件 266
10.4.11导入办公室网格文件 266
10.4.12物理参数设定 266
10.4.13办公室边界条件设置 267
10.4.14计算控制设置 270
10.4.15 办公室输出控制设置 270
10.4.16办公室计算求解 270
10.4.17后处理 271
10.4.18案例小结 272
10.5散热板传热计算 272
10.5.1问题描述 272
10.5.2分析过程 273
10.5.3启动WorkBench并建立分析项目 273
10.5.4导入创建几何体 273
10.5.5建立流体区域 273
10.5.6建立新的分析材料 274
10.5.7建立新的固体区域 275
10.5.8建立能源点 275
10.5.9边界条件的设定 276
10.5.10求解控制设定 277
10.5.11增设辐射模型 277
10.5.12定义配置 278
10.5.13求解 278
10.5.14后处理 279
10.5.15案例小结 280
本章小结 280
第11章 化学反应与燃烧分析 281
11.1化学反应与燃烧分析概述 281
11.1.1化学反应与燃烧模型简介 281
11.1.2化学反应及燃烧分析流程 281
11.2酸碱中和反应分析 282
11.2.1问题描述 282
11.2.2分析过程 283
11.2.3启动WorkBench并建立分析项目 283
11.2.4导入网格文件 283
11.2.5稀硫酸设定 285
11.2.6氢氧化钠和硫酸钠设定 286
11.2.7混合溶液设定 286
11.2.8 pH变量设定 287
11.2.9其他表达式导入 288
11.2.10流体域设定 289
11.2.11化学反应子域设定 291
11.2.12水入口边界设定 293
11.2.13稀硫酸入口边界设定 293
11.2.14氢氧化钠入口边界设定 294
11.2.15 出口边界设定 295
11.2.16对称边界设定 296
11.2.17初始条件设定 297
11.2.18求解控制设定 298
11.2.19求解 298
11.2.20建立显示平面 299
11.2.21生成各物质质量分数云图 300
11.2.22生成混合溶液的pH云图 301
11.2.23保存和退出 302
11.2.24案例小结 302
11.3燃气涡轮发动机燃烧反应分析 303
11.3.1问题描述 303
11.3.2分析过程 303
11.3.3启动WorkBeneh并建立分析项目 304
11.3.4导入网格文件 304
11.3.5反应混合物设定 306
11.3.6流体域设定 307
11.3.7燃料入口边界设定 309
11.3.8空气主入口边界设定 310
11.3.9空气侧入口边界设定 311
11.3.10出口边界设定 312
11.3.11叶片表面区域设定 313
11.3.12叶片壁面边界条件设定 315
11.3.13初始条件设定 316
11.3.14求解控制设定 317
11.3.15求解 317
11.3.16修改模型显示 318
11.3.17建立显示平面 319
11.3.18生成NO质量分数云图 321
11.3.19计算出口处的NO质量分数 321
11.3.20生成速度矢量图 322
11.3.21生成辐射强度云图 324
11.3.22保存和退出 325
11.3.23案例小结 326
本章小结 326
第12章 多相流分析 327
12.1多相流概述 327
12.1.1多相流定义和分类 327
12.1.2欧拉多相流模拟 328
12.1.3 CFX欧拉多相流设置建议 330
12.1.4拉格朗日多相流 331
12.1.5 CFX拉格朗日多相流设置建议 331
12.1.6多相流分析流程 332
12.2气升式反应器内的气-液两相流动分析 332
12.2.1问题描述 332
12.2.2分析过程 332
12.2.3启动WorkBench并建立分析项目 333
12.2.4导入网格文件 333
12.2.5流体域设定 335
12.2.6空气和水入口边界设定 337
12.2.7出口边界设定 338
12.2.8导流筒边界设定 339
12.2.9对称边界设定 341
12.2.10默认壁面边界编辑 342
12.2.11初始条件设定 343
12.2.12求解控制设定 344
12.2.13求解 345
12.2.14生成水的速度矢量图 345
12.2.15生成空气的速度矢量图 347
12.2.16生成SymP1面上空气的体积分数云图 347
12.2.17生成导流筒壁面上空气的体积分数云图 349
12.2.18生成整体模型显示 352
12.2.19保存和退出 353
12.2.20案例小结 353
12.3带有蝶阀的圆管内的固-液两相流动分析 353
12.3.1问题描述 354
12.3.2分析过程 354
12.3.3启动WorkBench并建立分析项目 354
12.3.4导入网格文件 355
12.3.5沙粒（完全耦合）材料设定 356
12.3.6沙粒（单向耦合）材料设定 358
12.3.7流体域设定 358
12.3.8入口速度表达式设定 361
12.3.9入口边界设定 363
12.3.10出口边界设定 365
12.3.11对称边界设定 365
12.3.12管壁面边界设定 366
12.3.13默认壁面边界编辑 367
12.3.14初始条件设定 368
12.3.15求解控制设定 369
12.3.16求解 370
12.3.17生成蝶阀腐蚀率密度云图 371
12.3.18生成管壁腐蚀率密度云图 371
12.3.19生成粒子跟踪图 372
12.3.20生成动画 375
12.3.21保存和退出 376
12.3.22案例小结 376
本章小结 377
第13章 多孔介质分析 378
13.1多孔介质 378
13.1.1多孔介质定义及特点 378
13.1.2 CFX多孔介质 379
13.1.3多孔介质分析流程 381
13.2催化转换器分析 381
13.2.1问题描述 381
13.2.2分析过程 381
13.2.3启动WorkBench并建立分析项目 381
13.2.4导入催化层部分网格文件 382
13.2.5导入进口管网格文件 383
13.2.6设置同一区 384
13.2.7流体域设定 386
13.2.8多孔介质相关参数的表达式设定 387
13.2.9多孔介质域设定 388
13.2.10入口边界设定 391
13.2.11出口边界设定 392
13.2.12催化层默认壁面边界设定 393
13.2.13域交界面设定 394
13.2.14初始条件设定 395
13.2.15求解控制设定 395
13.2.16离散选项设定 396
13.2.17求解 397
13.2.18修改模型显示 397
13.2.19建立显示平面 398
13.2.20建立用户平面 400
13.2.21创建折线 403
13.2.22生成沿Z轴方向的压降图 405
13.2.23生成压强云图 407
13.2.24生成速度矢量图 407
13.2.25保存和退出 408
13.2.26案例小结 409
13.3多孔介质催化层分析 409
13.3.1问题描述 409
13.3.2分析过程 409
13.3.3启动WorkBench并建立分析项目 409
13.3.4导入创建几何体 410
13.3.5设置分析介质的物理属性 410
13.3.6开启湍流模型 410
13.3.7边界条件的设置 411
13.3.8输出控制的设定 413
13.3.9求解 413
13.3.10后处理 414
13.3.11案例小结 416
本章小结 417
第14章 稳态分析 418
14.1稳态概述 418
14.1.1稳态分析简介 418
14.1.2稳态分析流程 418
14.2管内叶片气体流动分析 419
14.2.1案例介绍 419
14.2.2启动CFX并建立分析项目 419
14.2.3导入网格 419
14.2.4边界条件设定 420
14.2.5初始条件设定 422
14.2.6求解控制设定 422
14.2.7计算求解 423
14.2.8结果后处理 424
14.2.9案例小结 427
14.3弯管内液体流动分析 427
14.3.1案例介绍 427
14.3.2启动CFX并建立分析项目 427
14.3.3导入网格 428
14.3.4边界条件设定 428
14.3.5初始条件设定 431
14.3.6求解控制设定 431
14.3.7计算求解 431
14.3.8结果后处理 433
14.3.9案例小结 435
本章小结 436
第15章 非稳态分析 437
15.1非稳态概述 437
15.1.1非稳态分析简介 437
15.1.2非稳态分析流程 437
15.2浮力驱动分析 438
15.2.1问题描述 438
15.2.2分析过程 438
15.2.3启动WorkBench并建立分析项目 438
15.2.4导入网格文件 439
15.2.5流体域设定 440
15.2.6分析类型设定 441
15.2.7热壁面边界设定 442
15.2.8冷壁面边界设定 443
15.2.9对称边界设定 444
15.2.10初始条件设定 444
15.2.11输出控制设定 445
15.2.12求解控制设定 446
15.2.13求解 447
15.2.14调整视图 447
15.2.15生成温度云图 448
15.2.16创建点 450
15.2.17生成温度随时间变化的曲线图 451
15.2.18保存和退出 453
15.2.19案例小结 453
15.3容器内部水位及水流速度计算 454
15.3.1问题描述 454
15.3.2分析过程 454
15.3.3启动WorkBench并建立分析项目 454
15.3.4导入分析网格 455
15.3.5前处理界面 455
15.3.6设定分析形式 455
15.3.7水和空气的属性设定 456
15.3.8边界条件的设置 457
15.3.9计算结果储存设置 459
15.3.10求解 461
15.3.11后处理 461
15.3.12案例小结 463
本章小结 463
参考文献 464