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 6

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 11

1.2.1  计算流体力学的发展 11

1.2.2  计算流体力学的求解过程 12

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 14

1.2.5  有限体积法的求解方法 16

1.3  计算流体力学应用领域 17

1.4  常用的CFD商用软件 17

1.4.1  PHOENICS 18

1.4.2  STAR-CD 18

1.4.3  STAR-CCM+ 18

1.4.4  CFX 19

1.4.5  Fluent 20

1.5  本章小结 20

第2章  Fluent软件简介 21

2.1  Fluent的软件结构 21

2.1.1  Fluent启动 22

2.1.2  Fluent用户界面 24

2.1.3  Fluent文件读入与输出 25

2.2  Fluent计算类型及应用领域 29

2.3  Fluent求解步骤 30

2.3.1  制订分析方案 30

2.3.2  求解步骤 30

2.4  Fluent使用的单位制 31

2.5  Fluent使用的文件类型 32

2.6  本章小结 32

第3章  创建几何模型 33

3.1  建立几何模型概述 33

3.2  DesignModeler简介 34

3.2.1  启动DesignModeler 34

3.2.2  DesignModeler的用户界面 35

3.3  草图模式 37

3.3.1  进入草图模式 37

3.3.2  创建新平面 37

3.3.3  创建草图 38

3.3.4  几何模型的关联性 38

3.4  创建3D几何体 39

3.4.1  拉伸 39

3.4.2  旋转 40

3.4.3  扫掠 41

3.4.4  直接创建3D几何体 41

3.4.5  填充和包围 42

3.5  导入外部CAD文件 42

3.6  创建几何体的实例操作 44

3.7  本章小结 47

第4章  生成网格 48

4.1  网格生成概述 48

4.1.1  网格划分技术 48

4.1.2  网格类型 49

4.2  ANSYS ICEM CFD简介 49

4.2.1  工作流程 50

4.2.2  ICEM CFD的文件类型 51

4.2.3  ICEM CFD的用户界面 51

4.3  ANSYS ICEM CFD的基本用法 51

4.3.1  几何模型的创建 52

4.3.2  几何文件导入 55

4.3.3  网格生成 56

4.3.4  块的生成 63

4.3.5  网格编辑 68

4.3.6  网格输出 74

4.4  ANSYS ICEM CFD实例分析 75

4.4.1  启动ICEM CFD并建立分析

项目 75

4.4.2  导入几何模型 75

4.4.3  模型建立 76

4.4.4  生成块 79

4.4.5  网格生成 84

4.4.6  网格质量检查 85

4.4.7  网格输出 85

4.5  本章小结 86

第5章  Fluent计算设置 87

5.1  网格导入与工程项目保存 87

5.1.1  启动Fluent 87

5.1.2  网格导入 88

5.1.3  网格质量检查 88

5.1.4  显示网格 89

5.1.5  修改网格 90

5.1.6  光顺网格与交换单元面 93

5.1.7  项目保存 94

5.2  设置求解器及操作条件 94

5.2.1  求解器设置 94

5.2.2  操作条件设置 95

5.3  物理模型设定 96

5.3.1  多相流模型 96

5.3.2  能量方程 97

5.3.3  湍流模型 98

5.3.4  辐射模型 100

5.3.5  组分输运和反应模型 102

5.3.6  离散相模型 103

5.3.7  凝固和熔化模型 104

5.3.8  气动噪声模型 104

5.4  材料性质设定 105

5.4.1  物性参数 105

5.4.2  参数设定 106

5.5  边界条件设定 108

5.5.1  边界条件分类 108

5.5.2  边界条件设置 109

5.5.3  常用边界条件类型 111

5.6  求解控制参数设定 127

5.6.1  求解方法设置 127

5.6.2  松弛因子设置 129

5.6.3  求解极限设置 129

5.7  初始条件设定 130

5.7.1  定义全局初始条件 130

5.7.2  定义局部区域初始值 131

5.8  求解设定 132

5.8.1  求解设置 132

5.8.2  求解过程监视 133

5.9  本章小结 137

第6章  计算结果后处理 138

6.1  Fluent的后处理功能 138

6.1.1  创建表面 138

6.1.2  图形及可视化技术 139

6.1.3  动画技术 142

6.2  CFD-Post后处理器 143

6.2.1  启动后处理器 143

6.2.2  工作界面 143

6.2.3  创建位置 144

6.2.4  创建对象 154

6.2.5  创建数据 159

6.3  本章小结 160

第7章  稳态和非稳态模拟实例 161

7.1  管内稳态流动 161

7.1.1  案例介绍 161

7.1.2  启动Fluent并导入网格 162

7.1.3  定义求解器 163

7.1.4  定义模型 163

7.1.5  设置材料 164

7.1.6  边界条件 164

7.1.7  设置计算域 165

7.1.8  求解控制 166

7.1.9  初始条件 166

7.1.10  求解过程监视 167

7.1.11  计算求解 167

7.1.12  结果后处理 168

7.2  喷嘴内瞬态流动 169

7.2.1  案例介绍 169

7.2.2  启动Fluent并导入网格 169

7.2.3  定义求解器 170

7.2.4  定义模型 171

7.2.5  设置材料 171

7.2.6  边界条件 172

7.2.7  求解控制 173

7.2.8  初始条件 173

7.2.9  求解过程监视 174

7.2.10  网格自适应 174

7.2.11  计算求解 175

7.2.12  结果后处理 175

7.2.13  瞬态计算 177

7.2.14  瞬态计算结果 177

7.3  本章小结 179

第8章  内部流动分析实例 180

8.1  圆管内气体的流动 180

8.1.1  案例介绍 180

8.1.2  启动Fluent并导入网格 181

8.1.3  定义求解器 181

8.1.4  定义模型 182

8.1.5  设置材料 182

8.1.6  边界条件 183

8.1.7  求解控制 183

8.1.8  初始条件 184

8.1.9  求解过程监视 184

8.1.10  计算求解 185

8.1.11  结果后处理 185

8.2  三通内水的流动 187

8.2.1  案例介绍 187

8.2.2  启动Fluent并导入网格 187

8.2.3  定义求解器 188

8.2.4  定义模型 188

8.2.5  设置材料 189

8.2.6  设置区域条件 190

8.2.7  边界条件 190

8.2.8  求解控制 192

8.2.9  初始条件 192

8.2.10  求解过程监视 193

8.2.11  计算求解 194

8.2.12  结果后处理 194

8.3  本章小结 196

第9章  外部流动分析实例 197

9.1  圆柱绕流 197

9.1.1  案例介绍 197

9.1.2  启动Fluent并导入网格 198

9.1.3  定义求解器 199

9.1.4  定义模型 199

9.1.5  设置材料 199

9.1.6  边界条件 200

9.1.7  求解控制 201

9.1.8  初始条件 201

9.1.9  求解过程监视 201

9.1.10  计算求解 202

9.1.11  结果后处理 203

9.1.12  定义求解器修改 204

9.1.13  求解控制修改 204

9.1.14  计算求解 205

9.1.15  求解控制修改 205

9.1.16  计算求解 205

9.1.17  结果后处理 205

9.2  机翼超音速流动 207

9.2.1  案例介绍 207

9.2.2  启动Fluent并导入网格 207

9.2.3  定义求解器 208

9.2.4  定义模型 208

9.2.5  设置材料 209

9.2.6  边界条件 209

9.2.7  求解控制 210

9.2.8  初始条件 210

9.2.9  求解过程监视 211

9.2.10  计算求解 211

9.2.11  结果后处理 213

9.3  本章小结 216

第10章  多相流分析实例 217

10.1  自由表面流动 217

10.1.1  案例介绍 217

10.1.2  启动Fluent并导入网格 218

10.1.3  定义求解器 219

10.1.4  定义湍流模型 219

10.1.5  设置材料 220

10.1.6  定义多相流模型 220

10.1.7  求解控制 221

10.1.8  初始条件 222

10.1.9  求解过程监视 222

10.1.10  动画设置 223

10.1.11  计算求解 224

10.1.12  结果后处理 224

10.2  水罐内多相流动 225

10.2.1  案例介绍 225

10.2.2  启动Fluent并导入网格 226

10.2.3  定义求解器 227

10.2.4  定义湍流模型 227

10.2.5  设置材料 228

10.2.6  定义多相流模型 228

10.2.7  边界条件 230

10.2.8  求解控制 231

10.2.9  初始条件 232

10.2.10  计算结果输出设置 233

10.2.11  定义计算活动 233

10.2.12  求解过程监视 234

10.2.13  动画设置 234

10.2.14  计算求解 236

10.2.15  结果后处理 236

10.3  本章小结 236

第11章  离散相分析实例 237

11.1  反应器内粒子流动 237

11.1.1  案例介绍 237

11.1.2  启动Fluent并导入网格 238

11.1.3  定义求解器 238

11.1.4  定义湍流模型 239

11.1.5  边界条件 239

11.1.6  定义离散相模型 240

11.1.7  修改边界条件 242

11.1.8  设置材料 242

11.1.9  求解控制 243

11.1.10  初始条件 243

11.1.11  求解过程监视 244

11.1.12  计算求解 244

11.1.13  结果后处理 245

11.2  喷嘴内粒子流动 246

11.2.1  案例介绍 246

11.2.2  启动Fluent并导入网格 246

11.2.3  定义求解器 247

11.2.4  定义模型 248

11.2.5  设置材料 248

11.2.6  边界条件 249

11.2.7  求解控制 252

11.2.8  初始条件 252

11.2.9  求解过程监视 252

11.2.10  计算求解 253

11.2.11  结果后处理 253

11.2.12  定义离散相模型 256

11.2.13  修改材料设置 257

11.2.14  计算求解 258

11.2.15  结果后处理 258

11.3  本章小结 259

第12章  传热流动分析实例 260

12.1  芯片传热分析 260

12.1.1  案例介绍 260

12.1.2  启动Fluent并导入网格 261

12.1.3  定义求解器 261

12.1.4  定义模型 262

12.1.5  设置材料 262

12.1.6  设置区域条件 263

12.1.7  边界条件 264

12.1.8  求解控制 266

12.1.9  初始条件 266

12.1.10  求解过程监视 267

12.1.11  计算求解 268

12.1.12  结果后处理 268

12.1.13  网格自适应 270

12.1.14  计算求解 272

12.1.15  结果后处理 272

12.2  车灯传热分析 274

12.2.1  案例介绍 274

12.2.2  启动Fluent并导入网格 275

12.2.3  定义求解器 276

12.2.4  定义模型 276

12.2.5  设置材料 276

12.2.6  设置区域条件 278

12.2.7  边界条件 279

12.2.8  求解控制 283

12.2.9  初始条件 283

12.2.10  求解过程监视 284

12.2.11  计算求解 286

12.2.12  结果后处理 287

12.3  本章小结 288

第13章  多孔介质和气动噪声分析实例 289

13.1  催化转换器内多孔介质流动 289

13.1.1  案例介绍 289

13.1.2  启动Fluent并导入网格 290

13.1.3  定义求解器 291

13.1.4  定义湍流模型 291

13.1.5  设置材料 292

13.1.6  设置计算域 292

13.1.7  边界条件 293

13.1.8  求解控制 294

13.1.9  初始条件 295

13.1.10  求解过程监视 295

13.1.11  计算求解 296

13.1.12  结果后处理 296

13.2  圆柱外气动噪声模拟 300

13.2.1  案例介绍 300

13.2.2  启动Fluent并导入网格 300

13.2.3  定义求解器 301

13.2.4  定义湍流模型 302

13.2.5  设置材料 302

13.2.6  边界条件 303

13.2.7  求解控制 304

13.2.8  初始条件 304

13.2.9  求解过程监视 305

13.2.10  计算求解 306

13.2.11  定义声学模型 306

13.2.12  计算求解 307

13.2.13  结果后处理 307

13.3  本章小结 309

第14章  化学反应分析实例 310

14.1  多相流燃烧模拟 310

14.1.1  案例介绍 310

14.1.2  启动Fluent并导入网格 311

14.1.3  定义求解器 311

14.1.4  定义湍流模型 312

14.1.5  定义多相流模型 312

14.1.6  定义多组分模型 313

14.1.7  设置材料 313

14.1.8  导入UDF文件 319

14.1.9  边界条件 321

14.1.10  求解控制 322

14.1.11  初始条件 323

14.1.12  求解过程监视 323

14.1.13  计算求解 324

14.1.14  结果后处理 324

14.2  表面化学反应模拟 326

14.2.1  案例介绍 326

14.2.2  启动Fluent并导入网格 326

14.2.3  定义求解器 327

14.2.4  定义能量模型 328

14.2.5  定义多组分模型 328

14.2.6  设置材料 329

14.2.7  边界条件 332

14.2.8  求解控制 336

14.2.9  初始条件 336

14.2.10  求解过程监视 337

14.2.11  计算求解 337

14.2.12  结果后处理 337

14.3  本章小结 340

第15章  动网格分析实例 341

15.1  理论基础 341

15.1.1  基本思路 341

15.1.2  基本设置 342

15.2  阀门运动 343

15.2.1  案例介绍 344

15.2.2  启动Fluent并导入网格 344

15.2.3  定义求解器 345

15.2.4  定义模型 345

15.2.5  设置材料 346

15.2.6  边界条件 346

15.2.7  设置分界面 347

15.2.8  动网格设置 348

15.2.9  求解控制 350

15.2.10  初始条件 351

15.2.11  求解过程监视 351

15.2.12  计算求解 352

15.2.13  结果后处理 352

15.3  风力涡轮机分析1 353

15.3.1  案例介绍 353

15.3.2  启动Fluent并导入网格 354

15.3.3  定义求解器 354

15.3.4  定义模型 355

15.3.5  设置材料 355

15.3.6  边界条件 356

15.3.7  设置分界面 357

15.3.8  动网格设置 358

15.3.9  求解控制 359

15.3.10  初始条件 360

15.3.11  求解过程监视 360

15.3.12  计算结果输出设置 360

15.3.13  计算求解 361

15.3.14  结果后处理 361

15.4  风力涡轮机分析2 362

15.4.1  定义求解器 362

15.4.2  动网格设置 362

15.4.3  动画设置 364

15.4.4  计算求解 365

15.4.5  结果后处理 365

15.5  本章小结 365

第16章  Fluent在Workbench中的应用 366

16.1  圆管内气体的流动 366

16.1.1  案例介绍 366

16.1.2  启动Workbench并建立分析

项目 366

16.1.3  导入几何体 367

16.1.4  划分网格 368

16.1.5  定义模型 371

16.1.6  边界条件 371

16.1.7  求解控制 372

16.1.8  初始条件 372

16.1.9  求解过程监视 373

16.1.10  计算求解 373

16.1.11  结果后处理 373

16.1.12  保存与退出 375

16.2  三通内气体的流动 375

16.2.1  案例介绍 375

16.2.2  启动Workbench并建立分析

项目 376

16.2.3  导入几何体 376

16.2.4  划分网格 377

16.2.5  定义模型 380

16.2.6  边界条件 380

16.2.7  求解控制 381

16.2.8  初始条件 381

16.2.9  求解过程监视 382

16.2.10  计算求解 382

16.2.11  结果后处理 383

16.2.12  保存与退出 385

16.3  探头外空气流动 385

16.3.1  案例介绍 385

16.3.2  启动Workbench并建立分析

项目 385

16.3.3  导入几何体 386

16.3.4  划分网格 386

16.3.5  定义模型 388

16.3.6  边界条件 389

16.3.7  求解控制 389

16.3.8  初始条件 390

16.3.9  求解过程监视 390

16.3.10  计算求解 391

16.3.11  结果后处理 391

16.3.12  保存与退出 393

16.4  本章小结 393

参考文献 394