前    言

技术背景

计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）用离散化的数值方法及电子计算机对流体无黏绕流和黏性流动进行数值模拟和分析。无黏绕流包括低速流、跨声速流、超声速流等；黏性流动包括湍流、边界层流动等。计算流体力学是计算力学的一个分支，是为弥补理论分析方法的不足而于20世纪60年代发展起来的，并相应地形成了各种数值解法，主要包括有限差分法和有限元法。流体力学运动偏微分方程有椭圆型、抛物型、双曲型和混合型之分，所以计算流体力学很大程度上就是针对不同性质的偏微分方程采用和发展相应的数值解法。

实验研究、理论分析方法和数值模拟是研究流体运动规律的三种基本方法，它们的发展相互依赖、相互促进。计算流体力学的兴起促进了流体力学的发展，改变了流体力学研究工作的状况，很多原来认为很难解决的问题，如超声速、高超声速钝体绕流、分离流以及湍流问题等，都有了不同程度的发展，而且将为流体力学研究工作提供新的前景。

计算流体力学的兴起促进了实验研究和理论分析方法的发展，为简化流动模型的创建提供了更多的依据，使得很多分析方法得到了发展和完善。然而，更重要的是计算流体力学采用它独有的、新的研究方法——数值模拟方法，研究流体运动的基本物理特性，其特点如下：

（1）给出流体运动区域内的离散解，而不是解析解，这区别于一般理论分析方法。

（2）它的发展与计算机技术的发展直接相关。这是因为可能模拟的流体运动的复杂程度、解决问题的广度和能模拟的流体运动的复杂程度，都与计算机速度、内存等直接相关。

（3）若物理问题的数学提法（包括数学方程及其相应的边界条件）是正确的，则可在较广泛的流动参数（如马赫数、雷诺数、气体性质、模型尺度等）范围内研究流体力学问题，且能给出流场参数的定量结果。

以上这些是风洞实验和理论分析难以做到的，然而，要创建正确的数学方程还必须与实验研究相结合。另外，严格的稳定性分析、误差估计和收敛性理论的发展还跟不上数值模拟的进展。因此，在计算流体力学中，仍必须依靠一些较简单的、线性化的、与原问题有密切关系的模型方程的严格数学分析，给出所求解问题数值解的理论依据。依靠数值实验、地面实验和物理特性分析，验证计算方法的可靠性，从而进一步改进计算方法。

Fluent是目前国际上比较流行的商用CFD软件包，在美国的市场占有率为60％，凡是和流体、热传递和化学反应等有关的行业均可使用。它具有丰富的物理模型、先进的数值计算方法和强大的前后处理功能，在航空航天、汽车设计、石油、天然气、涡轮机设计等方面都有着广泛的应用。例如，在石油、天然气工业上的应用就包括燃烧、井下分析、喷射控制、环境分析、油气消散与聚积、多相流、管道流动等。另外，通过Fluent提供的用户自定义函数可以改进和完善模型，从而处理更加个性化的问题。

编写目的

鉴于Fluent的强大功能，我们力图编写一本着重介绍Fluent实际工程应用的书籍，不求事无巨细地将Fluent知识点全面讲解清楚，而是针对工程需要，以Fluent大体知识脉络为线索，以案例为“抓手”，帮助读者掌握利用Fluent进行工程分析的基本技能和技巧。

本书内容

本书全面介绍了Fluent 2024流场分析的各种功能和基本操作方法。本书共分14章，第1章和第2章介绍了流体力学基础和流体分析软件，第3章～第6章分别介绍DesignModeler、Meshing、Fluent软件的操作使用，第7章～第14章结合实例介绍了Fluent中常用的计算模型及其在求解流体和传热传质等工程问题中的方法。

本书的配套资源

本书配套实例源文件和结果文件、PPT课件、同步教学视频、200分钟赠送案例讲解视频，帮助读者在最短的时间内学会并掌握这门技术。读者可用微信扫描右侧的二维码，以获取下载方式。

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关于作者

本书由魏桥国科（滨州）科学技术产业工程研究院有限公司总经理夏德伟和河南工程学院院长张红松合作编写，其中夏德伟执笔编写了第1~7章，张红松执笔编写了第8~14章。由于编者水平有限，疏漏之处在所难免，请广大读者批评指正。

编  者

2026年1月