目 录
第1章 CFD基础 1
1.1 流体力学的基本概念 1
1.1.1 流体的连续介质模型 1
1.1.2 流体的性质 1
1.1.3 流体力学中的力与压强 2
1.1.4 流体运动的描述 4
1.2 CFD基本模型 8
1.2.1 基本控制方程 8
1.2.2 湍流模型 11
1.2.3 初始条件和边界条件 17
1.3 CFD模型的离散——有限体积法 19
1.3.1 CFD模型的数值求解
方法概述 19
1.3.2 有限体积法 20
1.3.3 有限体积法中常用的
离散格式 28
1.4 流场数值计算算法分析 29
1.4.1 SIMPLE算法详解 31
1.4.2 其他算法介绍 39
第2章 Fluent基本介绍 46
2.1 Fluent概述 46
2.1.1 Fluent软件组成 46
2.1.2 Fluent的文件类型 46
2.1.3 Fluent的特点 47
2.2 Fluent的操作界面 49
2.2.1 图形用户界面 49
2.2.2 文本用户界面(TUI)及Scheme
表达式 50
2.2.3 图形控制及鼠标使用 54
2.3 Fluent简单操作实例 54
2.3.1 Fluent计算流程 54
2.3.2 简单流动与传热的计算 55
2.4 Fluent读取Ansys网格的操作 70
2.4.1 Fluent读取Ansys
网格的方法 71
2.4.2 Fluent读取Ansys
网格的实例 71
第3章 Gambit的使用 73
3.1 Gambit功能及界面 73
3.1.1 特点及功能 73
3.1.2 基本界面 73
3.1.3 Gambit的文件组成 75
3.1.4 Gambit中鼠标的使用 76
3.2 Gambit建模及网格划分 77
3.2.1 二维建模 77
3.2.2 二维网格划分 80
3.2.3 三维建模 83
3.2.4 三维网格划分 85
3.2.5 与CAD软件的接口 87
3.3 建模及网格划分实例 88
3.3.1 二维轴对称维多辛斯基
曲线喷嘴 88
3.3.2 三维贯通管 91
第4章 通用后处理Tecplot
使用入门 112
4.1 Tecplot基本功能 112
4.1.1 Tecplot的界面 112
4.1.2 基本功能 117
4.2 Tecplot的数据格式 117
4.2.1 Tecplot数据层次 117
4.2.2 多数据区域 119
4.2.3 数据区域中的数据结构 119
4.3 Tecplot对Fluent数据进行后处理 125
4.3.1 Tecplot识别的数据格式 125
4.3.2 Tecplot读取Fluent
文件步骤 125
4.4 Tecplot绘图环境设置 127
4.4.1 网格和标尺的设定 127
4.4.2 坐标系统 127
4.5 Tecplot使用实例 128
4.5.1 绘制XY曲线 128
4.5.2 绘制矢量图 129
4.5.3 绘制等值线图 131
4.5.4 绘制流线图 134
4.5.5 绘制散点图 136
4.5.6 绘制三维流场图 138
第5章 多相流基本模型 140
5.1 VOF模型 140
5.1.1 VOF模型概述及其局限 140
5.1.2 控制方程 140
5.2 混合模型 146
5.2.1 混合模型概述及其局限 146
5.2.2 控制方程 147
5.3 欧拉模型 149
5.3.1 欧拉模型概述及其局限 149
5.3.2 控制方程 150
5.4 气穴影响 163
5.4.1 气穴模型概述及其局限 163
5.4.2 体积和气泡数量 164
5.4.3 体积分数方程 164
5.4.4 气泡动力学 164
5.5 选择通用多相流模型 164
5.6 设置一般的多相流问题 165
5.6.1 使用一般多相流模型的
步骤 165
5.6.2 选用多相流模型
并指定相数 166
5.6.3 选择VOF公式 166
5.6.4 定义均匀多相流 167
5.6.5 包含气穴影响 167
5.6.6 定义相概述 168
5.6.7 定义VOF模型中的相 168
5.6.8 定义混合模型中的相 170
5.6.9 定义欧拉模型中的相 171
5.6.10 包含体积力 174
5.6.11 为VOF模型设置时间
依赖参数 175
5.6.12 为欧拉多相流计算选择
紊流模型 175
5.6.13 设置边界条件 176
5.6.14 设置初始体积分数 180
5.6.15 可压缩 VOF和混合模型
计算的输入 180
5.6.16 凝固/熔解VOF
计算的输入 181
5.7 一般多相流问题的求解策略 181
5.7.1 VOF模型的求解策略 181
5.7.2 混合模型的求解策略 182
5.7.3 欧拉模型的求解策略 182
第6章 多相流计算实例 184
6.1 沉淀池活性污泥沉降的计算 184
6.1.1 问题描述 184
6.1.2 具体计算 185
6.2 泄洪坝气固液三相流的计算 196
6.2.1 问题描述 196
6.2.2 具体计算 196
第7章 动网格计算方法概述 205
7.1 动网格计算模型 205
7.2 动网格更新方法 205
7.2.1 基于弹性变形的网格调整 205
7.2.2 动态网格层变方法 206
7.2.3 局部网格重构方法 207
7.3 Fluent中动网格相关设置 208
7.3.1 启动动网格计算 208
7.3.2 运动边界文件的
准备与导入 212
7.3.3 运动边界(动态区域)的
相关设置 213
第8章 UDF使用指南 217
8.1 UDF基础 217
8.1.1 Fluent的求解次序 217
8.1.2 Fluent网格拓扑 217
8.1.3 Fluent的数据类型 218
8.2 UDF中访问Fluent变量的宏 218
8.2.1 访问单元的宏 218
8.2.2 访问面的宏 221
8.2.3 访问几何的宏 222
8.2.4 访问节点的宏 223
8.2.5 访问多相的宏 224
8.3 UDF实用工具宏 224
8.3.1 一般的循环宏 224
8.3.2 查询多相组分的宏 226
8.3.3 设置面变量 228
8.3.4 访问没有赋值的自变量 229
8.3.5 访问邻近网格和
线索的变量 234
8.3.6 矢量工具 234
8.4 UDF常用DEFINE宏 236
8.4.1 通用求解宏 236
8.4.2 模型指定宏 237
8.4.3 多相流模型宏 240
8.5 UDF的解释和编译 242
8.5.1 UDF的解释运行 242
8.5.2 UDF的C编译 243
8.5.3 UDF的VC++编译 245
8.5.4 编译相关问题 248
第9章 动网格计算实例 250
9.1 悬浮生物载体在
移动床运动的模拟 250
9.1.1 问题描述 250
9.1.2 具体计算过程 251
9.2 齿轮泵的动态模拟 263
9.2.1 问题描述 263
9.2.2 具体计算过程 263
第10章 滑移网格基础 271
10.1 滑移网格概述 271
10.1.1 滑移网格的应用及
运动方式 271
10.1.2 滑移网格的原理 274
10.2 滑移网格的基本设置 275
10.2.1 网格的前提条件 275
10.2.2 问题的建立 275
第11章 滑移网格的计算实例 277
11.1 转笼生物反应器的内部流场计算 277
11.1.1 问题描述 277
11.1.2 具体计算过程 278
11.2 车辆交会的动态模拟 289
11.2.1 问题描述 289
11.2.2 具体计算过程 289
11.3 滑移网格模型和动网格模型
计算比较 295
11.3.1 数学模型上的区别 296
11.3.2 在建模处理上的区别 297
11.3.3 计算速度的比较 298
11.3.4 转笼生物反应器计算
结果上的区别 298
11.3.5 结论 301
第12章 UDF的高级用法 302
12.1 求取任意几何点的物理场值 302
12.1.1 基本C++类的说明 302
12.1.2 求取任何一点的物理场值的
方法 303
12.2 Fluent和有限元软件的数据交换 305
12.2.1 两数值模拟软件进行
数据交换的方式条件 306
12.2.2 Fluent和FEPG的
数据交换 306
第13章 开发基于Gambit和
Fluent的数值模拟软件 308
13.1 用VC++操纵Gambit 308
13.1.1 批处理文件的构建 308
13.1.2 Gambit的启动和批处理
文件的运行 309
13.1.3 Gambit的进阶编程初步 309
13.2 用VC操纵Fluent 311
13.2.1 Fluent的命令行操纵方法 311
13.2.2 VC操纵Fluent的步骤 312
13.3 边界条件的自动识别和施加 314
13.4 用VC打开Tecplot 315
第14章 并行Fluent的UDF 317
14.1 并行Fluent的域、线索、
面和单元 317
14.1.1 进程通信概述 317
14.1.2 进程全局变量 318
14.1.3 并行Fluent中的线索 318
14.1.4 并行Fluent中的
网格单元 319
14.1.5 并行Fluent中的网格面 321
14.2 并行UDF节点的数据传递和
同步 322
14.2.1 主进程传递数据到
节点进程 322
14.2.2 节点进程传输数据到
主进程 323
14.2.3 消息传输宏 323
14.2.4 节点线程全局宏 323
14.3 用Fluent_VC_Programmer编写
并行UDF 324
14.4 程序实例 325
14.5 启动并行Fluent 327
参考文献 329
