目 录
第 1 章 流体力学基础 1
1.1 流体力学的基本概念 2
1.1.1 连续介质模型 2
1.1.2 基本概念 2
1.1.3 流体的基本性质 4
1.1.4 流动分析方法 7
1.2 流体运动的基本概念 7
1.2.1 层流流动与湍流流动 7
1.2.2 有旋流动与无旋流动 8
1.2.3 声速与马赫数 9
1.2.4 膨胀波与激波 9
1.3 边界层理论和物体阻力 11
1.3.1 边界层概念及特征 11
1.3.2 边界层微分方程 11
1.3.3 物体阻力 12
第 2 章 Fluent软件简介及操作使用 13
2.1 Fluent的软件结构 14
2.1.1 前处理器 14
2.1.2 求解器 14
2.1.3 后处理器 15
2.2 Fluent的启动 15
2.2.1 直接启动 15
2.2.2 在Workbench中启动 16
2.3 Fluent 2024 R1的用户界面 18
2.4 Fluent的求解器类型 19
2.4.1 压力基求解器 19
2.4.2 密度基求解器 20
2.5 Fluent的功能特点和应用 20
2.5.1 数值算法 20
2.5.2 物理模型 21
2.5.3 Fluent的应用 25
2.6 Fluent的边界条件 25
2.7 Fluent的分析流程 27
第 3 章 创建几何模型 30
3.1 启动DesignModeler 31
3.2 DesignModeler图形界面 32
3.2.1 图形界面介绍 32
3.2.2 菜单栏 33
3.2.3 工具栏 35
3.2.4 信息栏 35
3.2.5 鼠标操作 35
3.2.6 选择过滤器 36
3.2.7 单选 36
3.2.8 框选 37
3.3 绘制草图 37
3.3.1 设置单位 37
3.3.2 绘制平面 38
3.3.3 草图工具箱 39
3.4 三维建模 43
3.4.1 挤出特征 43
3.4.2 旋转特征 47
3.4.3 扫掠特征 47
3.4.4 蒙皮/放样 48
3.4.5 薄/表面 49
3.4.6 固定半径圆角 49
3.4.7 变量半径圆角 50
3.4.8 顶点圆角 51
3.4.9 倒角 51
3.4.10 模式 52
3.4.11 几何体转换 53
3.4.12 布尔运算 59
3.4.13 切片 60
3.4.14 单一几何体 62
3.5 概念建模 63
3.5.1 来自点的线 63
3.5.2 草图线 64
3.5.3 边线 64
3.5.4 曲线 65
3.5.5 分割边 65
3.5.6 边表面 66
3.5.7 草图表面 67
3.5.8 面表面 67
3.6 横截面 68
3.6.1 创建横截面 68
3.6.2 将横截面赋予线体 69
3.7 冻结和解冻 69
3.8 实例—排气歧管 70
第 4 章 划分网格 79
4.1 网格生成技术 80
4.1.1 常用的网格单元 80
4.1.2 网格生成方法分类 80
4.1.3 网格类型的选择 83
4.1.4 网格质量 84
4.2 Meshing网格划分模块 85
4.2.1 网格划分步骤 85
4.2.2 分析类型 85
4.3 全局网格控制 86
4.3.1 全局单元尺寸 86
4.3.2 全局尺寸调整 87
4.3.3 质量 88
4.3.4 高级尺寸功能 89
4.4 局部网格控制 90
4.4.1 局部尺寸调整 91
4.4.2 接触尺寸 93
4.4.3 加密 93
4.4.4 面网格剖分 94
4.4.5 匹配控制 95
4.4.6 收缩控制 96
4.4.7 膨胀 96
4.5 网格工具 97
4.5.1 生成网格 97
4.5.2 截面 98
4.5.3 命名选择 100
4.6 网格划分方法 100
4.6.1 自动划分方法 100
4.6.2 四面体 100
4.6.3 扫掠 102
4.6.4 多区域 103
4.7 实例—排气歧管网格划分 104
第 5 章 Fluent分析设置及求解 109
5.1 通用设置 110
5.1.1 网格设置 110
5.1.2 求解器设置 112
5.1.3 重力设置 112
5.2 模型设置 112
5.3 定义材料 113
5.3.1 选择材料 113
5.3.2 设置材料属性 114
5.3.3 新建材料 114
5.4 边界条件设置 116
5.5 求解方法及控制参数设置 117
5.5.1 求解方法设置 117
5.5.2 求解控制设置 119
5.6 求解初始化 119
5.6.1 标准初始化 120
5.6.2 混合初始化 120
5.6.3 局部初始化 120
5.7 定义动画 121
5.8 求解设置 122
5.8.1 稳态求解设置 122
5.8.2 瞬态求解设置 122
5.9 实例—排气歧管分析求解 123
5.9.1 分析设置 123
5.9.2 求解设置 128
5.9.3 求解 131
第 6 章 计算后处理 132
6.1 Fluent的后处理功能 132
6.1.1 创建云图 133
6.1.2 创建矢量图 133
6.1.3 创建迹线图 134
6.1.4 创建颗粒轨迹图 135
6.1.5 创建平面 136
6.2 实例—排气歧管分析后处理 136
6.2.1 创建平面 136
6.2.2 查看速度和压力云图 136
6.2.3 查看速度矢量图 137
6.2.4 查看场景图 138
6.2.5 查看分析报告 139
第 7 章 无粘模型与层流模型模拟 141
7.1 Ansys Fluent中物理模型概述 142
7.2 连续性和动量方程 142
7.2.1 物质导数 143
7.2.2 质量守恒方程（连续性方程） 143
7.2.3 动量守恒方程（N-S方程） 144
7.2.4 能量守恒方程 145
7.3 Fluent中的流体分类 145
7.4 无粘模型概论 146
7.5 层流模型概论 146
7.6 旋转和静止同心圆柱之间的层流分析实例 146
7.6.1 问题分析 146
7.6.2 创建几何模型 147
7.6.3 划分网格及边界命名 149
7.6.4 分析设置 150
7.6.5 求解设置 154
7.6.6 求解 154
7.6.7 查看求解结果 155
7.7 圆管内的层流分析实例 159
7.7.1 问题分析 159
7.7.2 创建几何模型 159
7.7.3 划分网格及边界命名 160
7.7.4 分析设置 162
7.7.5 求解设置 165
7.7.6 求解 166
7.7.7 查看求解结果 166
第 8 章 湍流分析 170
8.1 湍流模型概述 171
8.1.1 Spalart-Allmaras（1 eqn）模型 171
8.1.2 k-epsilon（2 eqn）模型 171
8.1.3 k-omega（2 eqn）模型 172
8.1.4 转捩 k-kl-omega（3 eqn）模型 173
8.1.5 转捩SST（4 eqn）模型 173
8.1.6 雷诺应力（RSM-5 eqn）模型 174
8.1.7 尺度自适应（SAS）模型 175
8.1.8 分离涡模拟（DES）模型 175
8.2 壁面函数概论 175
8.2.1 标准壁面函数 175
8.2.2 可扩展壁面函数 176
8.2.3 非平衡壁面函数 176
8.2.4 增强壁面函数 176
8.2.5 Menter-Lechner壁面函数 176
8.3 k-epsilon模型实例—自然对流 176
8.3.1 问题分析 176
8.3.2 创建几何模型 177
8.3.3 划分网格及边界命名 178
8.3.4 分析设置 179
8.3.5 求解设置 182
8.3.6 稳态求解 183
8.3.7 查看求解结果 183
8.3.8 瞬态求解 186
8.3.9 查看瞬态结果 186
8.4 k-omega模型实例——乒乓球流体力学分析 186
8.4.1 问题分析 186
8.4.2 创建几何模型 187
8.4.3 划分网格及边界命名 189
8.4.4 分析设置 190
8.4.5 求解设置 193
8.4.6 求解 197
8.4.7 查看求解结果 197
第 9 章 多相流模型模拟 200
9.1 多相流概论 201
9.2 VOF模型 201
9.3 Mixture（混合）模型 202
9.4 欧拉模型 203
9.5 多相流模型的选择与设置 203
9.5.1 多相流模型选择的原则 203
9.5.2 多相流模型的设置 204
9.6 VOF模型实例—毛细现象 206
9.6.1 问题分析 206
9.6.2 创建几何模型 207
9.6.3 划分网格及边界命名 209
9.6.4 分析设置 210
9.6.5 求解设置 214
9.6.6 求解 217
9.6.7 查看求解结果 217
9.7 Mixture模型实例——“超空泡”鱼雷水下航行 218
9.7.1 问题分析 218
9.7.2 导入几何模型 219
9.7.3 划分网格及边界命名 219
9.7.4 分析设置 221
9.7.5 求解设置 226
9.7.6 求解 226
9.7.7 查看求解结果 227
9.8 欧拉模型实例—沉降法污水处理 228
9.8.1 问题分析 228
9.8.2 导入几何模型 228
9.8.3 划分网格及边界命名 229
9.8.4 分析设置 230
9.8.5 求解设置 235
9.8.6 求解 237
9.8.7 查看求解结果 238
第 10 章 组份与燃烧模型模拟 240
10.1 燃烧模型概论 241
10.2 组份传递模型 241
10.3 非预混燃烧模型 242
10.4 预混燃烧模型 243
10.5 部分预混燃烧模型 243
10.6 联合概率密度输运模型 243
10.7 组份传递模型实例—盐水与清水互溶 244
10.7.1 问题分析 244
10.7.2 创建几何模型 244
10.7.3 划分网格及边界命名 245
10.7.4 分析设置 247
10.7.5 求解设置 252
10.7.6 求解 253
10.7.7 查看求解结果 253
10.8 非预混燃烧模型实例—甲烷燃烧 255
10.8.1 问题分析 255
10.8.2 创建几何模型 256
10.8.3 划分网格及边界命名 257
10.8.4 分析设置 259
10.8.5 求解设置 262
10.8.6 求解 262
10.8.7 查看求解结果 262
10.9 预混燃烧模型实例—氢-氧预混燃烧 264
10.9.1 问题分析 264
10.9.2 导入几何模型 264
10.9.3 划分网格及边界命名 265
10.9.4 分析设置 266
10.9.5 求解设置 269
10.9.6 求解 270
10.9.7 查看求解结果 270
第 11 章 离散相模型模拟 273
11.1 离散相模型概论 274
11.1.1 离散相模型的选择 274
11.1.2 湍流中的颗粒处理方法 274
11.1.3 离散相模型的应用范围 274
11.2 离散相模型 275
11.2.1 “交互”面板 276
11.2.2 “颗粒处理”面板 276
11.2.3 “跟踪”面板 276
11.2.4 “物理模型”面板 277
11.2.5 UDF面板 278
11.2.6 “数值方法”面板 278
11.2.7 “并行”面板 279
11.3 创建喷射源 279
11.3.1 喷射源类型 280
11.3.2 粒子类型的选择 281
11.3.3 点属性设置 281
11.4 椎体喷射源—防火喷淋喷头 284
11.4.1 问题分析 284
11.4.2 创建几何模型 284
11.4.3 划分网格及边界命名 287
11.4.4 分析设置 289
11.4.5 求解设置 293
11.4.6 求解 294
11.4.7 查看求解结果 294
11.5 面喷射源—沙尘天气 295
11.5.1 问题分析 295
11.5.2 创建几何模型 295
11.5.3 划分网格及边界命名 296
11.5.4 分析设置 297
11.5.5 求解设置 302
11.5.6 求解 303
11.5.7 查看求解结果 304
第 12 章 UDF使用简介 306
12.1 UDF基础 307
12.1.1 UDF概述 307
12.1.2 Fluent网格拓扑 307
12.1.3 Fluent数据类型 308
12.2 UFD宏 309
12.2.1 UDF中访问Fluent变量的宏 309
12.2.2 UDF实用工具宏 314
12.2.3 常用DEFINE的宏 325
12.3 UDF的解释和编译 328
12.3.1 UDF的解释 328
12.3.2 UDF的编译 329
12.3.3 在Fluent中激活UDF 329
12.4 实例—UDF模拟双椭球热源焊接铝板 331
12.4.1 问题分析 331
12.4.2 划分网格及边界命名 332
12.4.3 编写UDF函数 334
12.4.4 分析设置 334
12.4.5 求解设置 336
12.4.6 求解 338
12.4.7 查看求解结果 338
12.5 实例——水蒸汽冷凝液化 339
12.5.1 问题分析 339
12.5.2 创建几何模型 339
12.5.3 划分网格及边界命名 340
12.5.4 编写UDF函数 341
12.5.5 分析设置 343
12.5.6 求解设置 348
12.5.7 求解 351
12.5.8 查看求解结果 352
第 13 章 动网格模型模拟 353
13.1 动网格模型概论 354
13.2 动网格模型 354
13.2.1 动网格方法 354
13.2.2 动网格选项 357
13.2.3 创建动网格区域 357
13.2.4 动网格预览 358
13.3 实例——石头落水 359
13.3.1 问题分析 359
13.3.2 创建几何模型 359
13.3.3 划分网格及边界命名 360
13.3.4 分析设置 361
13.3.5 求解设置 366
13.3.6 求解 367
13.3.7 查看求解结果 368
13.4 实例——喷泉 369
13.4.1 问题分析 369
13.4.2 创建几何模型 369
13.4.3 划分网格及边界命名 370
13.4.4 分析设置 372
13.4.5 求解设置 379
13.4.6 求解 381
13.4.7 查看求解结果 381
第 14 章 声学模型模拟 383
14.1 声学基本理论 384
14.1.1 声学的定义 384
14.1.2 声音的频率范围 385
14.1.3 声的波动方程的建立 385
14.2 声学模型 393
14.2.1 直接计算模型 393
14.2.2 Ffowcs Williams ＆ Hawkings（FW-H）模型 394
14.2.3 宽频噪声模型 394
14.2.4 波动方程模型 395
14.3 实例——无人机飞行产生的声学场 396
14.3.1 问题分析 396
14.3.2 导入和修改几何模型 396
14.3.3 划分网格及边界命名 398
14.3.4 分析设置 400
14.3.5 求解设置 402
14.3.6 求解 402
14.3.7 计算噪声并查看求解结果 403
14.4 实例——FW-H模型模拟橄榄球气动噪声 404
14.4.1 问题分析 404
14.4.2 创建几何模型 404
14.4.3 划分网格及边界命名 405
14.4.4 分析设置 407
14.4.5 求解设置 410
14.4.6 求解 412
14.4.7 查看求解结果 412
14.4.8 声学模型设置 413
14.4.9 声学求解设置 414
14.4.10 声学后处理 414
