目    录

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  一些基本概念 1

1.1.2  流体流动的分类 5

1.1.3  边界层和物体阻力 5

1.1.4  层流和湍流 7

1.1.5  流体流动的控制方程 7

1.1.6  边界条件与初始条件 8

1.1.7  流体力学专业词汇 9

1.2　计算流体力学基础 12

1.2.1  计算流体力学的发展 12

1.2.2  计算流体力学的求解过程 13

1.2.3  数值模拟方法和分类 13

1.2.4  有限体积法的基本思想 15

1.2.5  有限体积法的求解方法 17

1.3　计算流体力学应用领域 18

1.4　常用的CFD商用软件 18

1.4.1  PHOENICS 19

1.4.2  STAR-CD 19

1.4.3  STAR-CCM+ 19

1.4.4  CFX 20

1.4.5  Fluent 21

1.5  本章小结 22

第2章  Fluent软件简介 23

2.1  Fluent的软件结构 23

2.1.1  启动Fluent 24

2.1.2  Fluent用户界面 26

2.1.3  Fluent文件读入与输出 27

2.2  Fluent计算类型及应用领域 32

2.3  Fluent求解步骤 33

2.3.1  制订分析方案 33

2.3.2  求解步骤 33

2.4  Fluent使用的单位制 34

2.5  Fluent使用的文件类型 34

2.6  本章小结 35

第3章  创建几何模型 36

3.1  建立几何模型概述 36

3.2  DesignModeler简介 37

3.2.1  启动DesignModeler 37

3.2.2  DesignModeler的用户界面 38

3.3  草图模式 40

3.3.1  进入草图模式 40

3.3.2  创建新平面 40

3.3.3  创建草图 41

3.3.4  几何模型的关联性 41

3.4  创建3D几何体 42

3.4.1  拉伸 42

3.4.2  旋转 43

3.4.3  扫掠 44

3.4.4  直接创建3D几何体 44

3.4.5  填充和包围 45

3.5  导入外部CAD文件 46

3.6  创建几何体的实例操作 48

3.7  本章小结 51

第4章  生成网格 52

4.1  网格生成概述 52

4.1.1  网格划分技术 52

4.1.2  网格类型 52

4.2  ANSYS ICEM CFD简介 53

4.2.1  工作流程 54

4.2.2  ICEM CFD的文件类型 55

4.2.3  ICEM CFD的用户界面 55

4.3  ANSYS ICEM CFD的基本用法 55

4.3.1  几何模型的创建 56

4.3.2  几何文件导入 59

4.3.3  网格生成 60

4.3.4  块的生成 68

4.3.5  网格编辑 73

4.3.6  网格输出 79

4.4  ANSYS ICEM CFD实例分析 80

4.4.1  启动ICEM CFD并建立分析

项目 80

4.4.2  导入几何模型 81

4.4.3  模型建立 81

4.4.4  生成块 84

4.4.5  网格生成 90

4.4.6  网格质量检查 91

4.4.7  网格输出 91

4.5  本章小结 92

第5章  Fluent计算设置 93

5.1  网格导入与工程项目保存 93

5.1.1  启动Fluent 93

5.1.2  网格导入 94

5.1.3  网格质量检查 94

5.1.4  显示网格 95

5.1.5  修改网格 96

5.1.6  光顺网格与交换单元面 100

5.1.7  项目保存 100

5.2  设置求解器及操作条件 100

5.2.1  求解器设置 101

5.2.2  操作条件设置 101

5.3  物理模型设定 102

5.3.1  多相流模型 102

5.3.2  能量方程 104

5.3.3  湍流模型 104

5.3.4  辐射模型 107

5.3.5  组分输运和反应模型 108

5.3.6  离散相模型 110

5.3.7  凝固和融化模型 111

5.3.8  气动噪声模型 111

5.4  材料性质设定 112

5.4.1  物性参数 112

5.4.2  参数设定 113

5.5  边界条件设定 116

5.5.1  边界条件分类 116

5.5.2  边界条件设置 117

5.5.3  常用边界条件类型 119

5.6  求解控制参数设定 136

5.6.1  求解方法设置 136

5.6.2  松弛因子设置 138

5.6.3  求解极限设置 138

5.7  初始条件设定 139

5.7.1  定义全局初始条件 139

5.7.2  定义局部区域初始值 140

5.8  求解设定 141

5.8.1  求解设置 141

5.8.2  求解过程监视 143

5.9  本章小结 146

第6章  计算结果后处理 147

6.1  Fluent的后处理功能 147

6.1.1  创建表面 147

6.1.2  图形及可视化技术 148

6.1.3  动画技术 151

6.2  CFD-Post后处理器 152

6.2.1  启动后处理器 152

6.2.2  工作界面 152

6.2.3  创建位置 153

6.2.4  创建对象 163

6.2.5  创建数据 169

6.3  本章小结 171

第7章  稳态和非稳态模拟实例 172

7.1  管内稳态流动 172

7.1.1  案例介绍 172

7.1.2  启动Fluent并导入

网格 173

7.1.3  定义求解器 174

7.1.4  定义模型 174

7.1.5  设置材料 175

7.1.6  边界条件 175

7.1.7  设置计算域 177

7.1.8  求解控制 177

7.1.9  初始条件 178

7.1.10  求解过程监视 178

7.1.11  计算求解 179

7.1.12  结果后处理 179

7.2  喷嘴内瞬态流动 180

7.2.1  案例介绍 180

7.2.2  启动Fluent并导入

网格 181

7.2.3  定义求解器 182

7.2.4  定义模型 182

7.2.5  设置材料 183

7.2.6  边界条件 183

7.2.7  求解控制 184

7.2.8  初始条件 185

7.2.9  求解过程监视 185

7.2.10  网格自适应 186

7.2.11  计算求解 187

7.2.12  结果后处理 187

7.2.13  瞬态计算 189

7.2.14  瞬态计算结果 189

7.3  本章小结 191

第8章  内部流动分析实例 192

8.1  圆管内气体的流动 192

8.1.1  案例介绍 192

8.1.2  启动Fluent并导入

网格 193

8.1.3  定义求解器 193

8.1.4  定义模型 194

8.1.5  设置材料 194

8.1.6  边界条件 195

8.1.7  求解控制 195

8.1.8  初始条件 196

8.1.9  求解过程监视 197

8.1.10  计算求解 197

8.1.11  结果后处理 197

8.2  三通内水的流动 199

8.2.1  案例介绍 199

8.2.2  启动Fluent并导入

网格 199

8.2.3  定义求解器 200

8.2.4  定义模型 201

8.2.5  设置材料 202

8.2.6  设置区域条件 202

8.2.7  边界条件 203

8.2.8  求解控制 204

8.2.9  初始条件 205

8.2.10  求解过程监视 205

8.2.11  计算求解 208

8.2.12  结果后处理 208

8.3  本章小结 210

第9章  外部流动分析实例 211

9.1  圆柱绕流 211

9.1.1  案例介绍 211

9.1.2  启动Fluent并导入

网格 211

9.1.3  定义求解器 212

9.1.4  定义模型 213

9.1.5  设置材料 213

9.1.6  边界条件 214

9.1.7  求解控制 215

9.1.8  初始条件 215

9.1.9  求解过程监视 216

9.1.10  计算求解 217

9.1.11  结果后处理 217

9.1.12  定义求解器修改 218

9.1.13  求解控制修改 218

9.1.14  计算求解 219

9.1.15  求解控制修改 220

9.1.16  计算求解 220

9.1.17  结果后处理 220

9.2  机翼超音速流动 222

9.2.1  案例介绍 222

9.2.2  启动Fluent并导入

网格 222

9.2.3  定义求解器 223

9.2.4  定义模型 223

9.2.5  设置材料 224

9.2.6  边界条件 225

9.2.7  求解控制 225

9.2.8  初始条件 226

9.2.9  求解过程监视 226

9.2.10  计算求解 227

9.2.11  结果后处理 229

9.3  本章小结 232

第10章  多相流分析实例 233

10.1  自由表面流动 233

10.1.1  案例介绍 233

10.1.2  启动Fluent并导入

网格 234

10.1.3  定义求解器 234

10.1.4  定义湍流模型 234

10.1.5  设置材料 235

10.1.6  定义多相流模型 236

10.1.7  求解控制 237

10.1.8  初始条件 237

10.1.9  求解过程监视 238

10.1.10  动画设置 239

10.1.11  计算求解 240

10.1.12  结果后处理 240

10.2  水罐内多相流动 241

10.2.1  案例介绍 241

10.2.2  启动Fluent并导入

网格 242

10.2.3  定义求解器 243

10.2.4  定义湍流模型 243

10.2.5  设置材料 244

10.2.6  定义多相流模型 245

10.2.7  边界条件 246

10.2.8  求解控制 248

10.2.9  初始条件 248

10.2.10  计算结果输出设置 250

10.2.11  定义计算活动 250

10.2.12  求解过程监视 251

10.2.13  动画设置 252

10.2.14  计算求解 253

10.2.15  结果后处理 254

10.3  本章小结 254

第11章  离散相分析实例 255

11.1  反应器内粒子流动 255

11.1.1  案例介绍 255

11.1.2  启动Fluent并导入

网格 256

11.1.3  定义求解器 257

11.1.4  定义湍流模型 257

11.1.5  边界条件 258

11.1.6  定义离散相模型 259

11.1.7  修改边界条件 260

11.1.8  设置材料 261

11.1.9  求解控制 261

11.1.10  初始条件 262

11.1.11  求解过程监视 262

11.1.12  计算求解 263

11.1.13  结果后处理 263

11.2  喷嘴内粒子流动 265

11.2.1  案例介绍 265

11.2.2  启动Fluent并导入网格 265

11.2.3  定义求解器 266

11.2.4  定义模型 266

11.2.5  设置材料 267

11.2.6  边界条件 268

11.2.7  求解控制 271

11.2.8  初始条件 271

11.2.9  求解过程监视 272

11.2.10  计算求解 272

11.2.11  结果后处理 272

11.2.12  定义离散相模型 276

11.2.13  修改材料设置 277

11.2.14  计算求解 278

11.2.15  结果后处理 278

11.3  本章小结 279

第12章  传热流动分析实例 280

12.1  芯片传热分析 280

12.1.1  案例介绍 280

12.1.2  启动Fluent并导入

网格 281

12.1.3  定义求解器 282

12.1.4  定义模型 282

12.1.5  设置材料 283

12.1.6  设置区域条件 283

12.1.7  边界条件 284

12.1.8  求解控制 287

12.1.9  初始条件 287

12.1.10  求解过程监视 287

12.1.11  计算求解 289

12.1.12  结果后处理 289

12.1.13  网格自适应 291

12.1.14  计算求解 294

12.1.15  结果后处理 295

12.2  车灯传热分析 297

12.2.1  案例介绍 297

12.2.2  启动Fluent并导入

网格 297

12.2.3  定义求解器 298

12.2.4  定义模型 299

12.2.5  设置材料 299

12.2.6  设置区域条件 301

12.2.7  边界条件 302

12.2.8  求解控制 306

12.2.9  初始条件 307

12.2.10  求解过程监视 308

12.2.11  计算求解 310

12.2.12  结果后处理 311

12.3  本章小结 312

第13章  多孔介质和气动噪音分析

实例 313

13.1  催化转换器内多孔介质流动 313

13.1.1  案例介绍 313

13.1.2  启动Fluent并导入

网格 314

13.1.3  定义求解器 315

13.1.4  定义湍流模型 315

13.1.5  设置材料 316

13.1.6  设置计算域 316

13.1.7  边界条件 317

13.1.8  求解控制 318

13.1.9  初始条件 319

13.1.10  求解过程监视 319

13.1.11  计算求解 320

13.1.12  结果后处理 321

13.2  圆柱外气动噪声模拟 325

13.2.1  案例介绍 325

13.2.2  启动Fluent并导入

网格 326

13.2.3  定义求解器 327

13.2.4  定义湍流模型 327

13.2.5  设置材料 328

13.2.6  边界条件 328

13.2.7  求解控制 329

13.2.8  初始条件 329

13.2.9  求解过程监视 330

13.2.10  计算求解 330

13.2.11  定义声学模型 331

13.2.12  计算求解 332

13.2.13  结果后处理 332

13.3  本章小结 334

第14章  化学反应分析实例 335

14.1  多相流燃烧模拟 335

14.1.1  案例介绍 335

14.1.2  启动Fluent并导入

网格 335

14.1.3  定义求解器 336

14.1.4  定义湍流模型 336

14.1.5  定义多相流模型 337

14.1.6  定义多组分模型 337

14.1.7  设置材料 338

14.1.8  导入UDF文件 344

14.1.9  边界条件 346

14.1.10  求解控制 348

14.1.11  初始条件 348

14.1.12  求解过程监视 348

14.1.13  计算求解 349

14.1.14  结果后处理 350

14.2  表面化学反应模拟 351

14.2.1  案例介绍 351

14.2.2  启动Fluent并导入

网格 352

14.2.3  定义求解器 353

14.2.4  定义能量模型 354

14.2.5  定义多组分模型 354

14.2.6  设置材料 355

14.2.7  边界条件 358

14.2.8  求解控制 362

14.2.9  初始条件 363

14.2.10  求解过程监视 363

14.2.11  计算求解 364

14.2.12  结果后处理 364

14.3  本章小结 367

第15章  动网格分析实例 368

15.1  理论基础 368

15.1.1  基本思路 368

15.1.2  基本设置 369

15.2  阀门运动 370

15.2.1  案例介绍 371

15.2.2  启动Fluent并导入

网格 371

15.2.3  定义求解器 372

15.2.4  定义模型 372

15.2.5  设置材料 373

15.2.6  边界条件 374

15.2.7  设置分界面 374

15.2.8  动网格设置 375

15.2.9  求解控制 378

15.2.10  初始条件 378

15.2.11  求解过程监视 378

15.2.12  计算求解 379

15.2.13  结果后处理 379

15.3  风力涡轮机分析1 380

15.3.1  案例介绍 380

15.3.2  启动Fluent并导入

网格 381

15.3.3  定义求解器 382

15.3.4  定义模型 382

15.3.5  设置材料 383

15.3.6  边界条件 383

15.3.7  设置分界面 385

15.3.8  动网格设置 386

15.3.9  求解控制 387

15.3.10  初始条件 387

15.3.11  求解过程监视 388

15.3.12  计算结果输出设置 388

15.3.13  计算求解 388

15.3.14  结果后处理 389

15.4  风力涡轮机分析2 390

15.4.1  定义求解器 390

15.4.2  动网格设置 390

15.4.3  动画设置 392

15.4.4  计算求解 393

15.4.5  结果后处理 393

15.5  本章小结 394

第16章  Fluent在Workbench中的

应用 395

16.1  圆管内气体的流动 395

16.1.1  案例介绍 395

16.1.2  启动Workbench并建立

分析项目 395

16.1.3  导入几何体 396

16.1.4  划分网格 397

16.1.5  定义模型 400

16.1.6  边界条件 401

16.1.7  求解控制 401

16.1.8  初始条件 402

16.1.9  求解过程监视 402

16.1.10  计算求解 403

16.1.11  结果后处理 403

16.1.12  保存与退出 405

16.2  三通内气体的流动 405

16.2.1  案例介绍 406

16.2.2  启动Workbench并建立

分析项目 406

16.2.3  导入几何体 407

16.2.4  划分网格 408

16.2.5  定义模型 410

16.2.6  边界条件 411

16.2.7  求解控制 412

16.2.8  初始条件 412

16.2.9  求解过程监视 413

16.2.10  计算求解 413

16.2.11  结果后处理 414

16.2.12  保存与退出 416

16.3  探头外空气流动 416

16.3.1  案例介绍 416

16.3.2  启动Workbench并建立

分析项目 417

16.3.3  导入几何体 417

16.3.4  划分网格 417

16.3.5  定义模型 419

16.3.6  边界条件 420

16.3.7  求解控制 421

16.3.8  初始条件 421

16.3.9  求解过程监视 422

16.3.10  计算求解 422

16.3.11  结果后处理 423

16.3.12  保存与退出 425

16.4  本章小结 425

参考文献 426