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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 流体力学概述1

1.1.2 连续介质模型3

1.1.3 流体的基本概念及性质3

1.1.4 流体流动分类11

1.1.5 流体流动描述的方法14

1.1.6 流体力学基本方程组15

1.1.7 湍流模型29

1.2 计算流体力学（CFD）基础37

1.2.1 CFD概述37

1.2.2 CFD求解力学问题的过程38

1.2.3 CFD数值模拟方法和分类40

1.2.4 有限体积法计算区域的离散42

1.2.5 有限体积法控制方程的离散42

1.2.6 CFD常用算法50

1.2.7 计算域网格生成技术61

1.3 CFD软件的构成62

1.3.1 前处理器63

1.3.2 求解器63

1.3.3 后处理器63

1.4 常用的商业CFD软件64

1.4.1 Phoemcs软件64

1.4.2 STAR-CD软件64

1.4.3 ANSYS CFX软件65

1.4.4 ANSYS FLUENT软件66

1.5 本章小结66

第2章 FLUENT软件介绍67

2.1 FLUENT软件特点简介67

2.1.1 网格技术68

2.1.2 数值技术69

2.1.3 物理模型70

2.1.4 FLUENT的独有特点71

2.1.5 FLUENT系列软件简介72

2.2 FLUENT 16.0的新特性73

2.2.1 新的操作界面73

2.2.2 功能上的改进73

2.3 FLUENT 16.0的功能模块74

2.4 FLUENT与ANSYS Workbench75

2.4.1 ANSYS Workbench简介75

2.4.2 ANSYS Workbench的操作界面76

2.4.3 在ANSYS Workbench中打开FLUENT77

2.5 FLUENT 16.0的基本操作78

2.5.1 启动FLUENT主程序78

2.5.2 FLUENT主界面79

2.5.3 FLUENT读入网格79

2.5.4 检查网格80

2.5.5 选择基本物理模型80

2.5.6 设置材料属性81

2.5.7 相的定义81

2.5.8 设置计算区域条件82

2.5.9 设置边界条件82

2.5.10 设置动网格83

2.5.11 设置参考值83

2.5.12 设置算法及离散格式83

2.5.13 设置求解参数84

2.5.14 设置监视窗口84

2.5.15 初始化流场84

2.5.16 与运行计算相关的设置85

2.5.17 保存结果86

2.6 FLUENT的一个简单实例86

2.7 本章小结93

第3章 前处理方法94

3.1 常用前处理软件94

3.1.1 Gambit94

3.1.2 ANSYS ICEM CFD95

3.1.3 TGrid95

3.1.4 GridPro96

3.1.5 Gridgen简介96

3.2 Gambit的应用97

3.2.1 Gambit的基本功能97

3.2.2 Gambit的基本用法99

3.2.3 Gambit生成网格文件的操作步骤107

3.2.4 Gambit应用实例108

3.3 ANSYS ICEM CFD 16.0的应用113

3.3.1 ANSYS ICEM CFD的基本功能113

3.3.2 ANSYS ICEM CFD 16.0的操作界面116

3.3.3 ANSYS ICEM CFD 16.0的文件系统117

3.3.4 ANSYS ICEM CFD 16.0的操作步骤117

3.3.5 ANSYS ICEM CFD 16.0应用实例119

3.4 本章小结127

第4章 后处理方法128

4.1 FLUENT内置后处理方法128

4.1.1 创建面129

4.1.2 显示及着色处理129

4.1.3 曲线绘制功能135

4.1.4 通量报告和积分计算136

4.2 Workbench CFD-Post通用后处理器138

4.2.1 启动CFD-Post139

4.2.2 创建位置140

4.2.3 颜色、渲染和视图142

4.2.4 矢量图、云图及流线图的绘制142

4.2.5 其他图形功能144

4.2.6 变量列表与表达式列表145

4.2.7 创建表格和图表147

4.2.8 制作报告149

4.2.9 动画制作151

4.2.10 其他工具151

4.2.11 多文件模式152

4.3 Tecplot的用法153

4.3.1 概述153

4.3.2 Tecplot基本功能介绍154

4.3.3 Tecplot用法简介160

4.3.4 Tecplot读取FLUENT文件的方法172

4.4 本章小结173

第5章 FLUENT中常用的边界条件174

5.1 FLUENT中边界条件的分类174

5.2 边界条件设置及操作方法174

5.2.1 边界条件的设置175

5.2.2 边界条件的修改175

5.2.3 边界条件的复制175

5.2.4 边界的重命名176

5.3 FLUENT中流动出入口边界条件及参数确定176

5.3.1 用轮廓指定湍流参量177

5.3.2 湍流参量的估算177

5.4 FLUENT中常用的边界条件179

5.4.1 压力入口边界条件179

5.4.2 速度入口边界条件182

5.4.3 质量入口边界条件183

5.4.4 进风口边界条件185

5.4.5 进气扇边界条件185

5.4.6 压力出口边界条件186

5.4.7 压力远场边界条件187

5.4.8 出风口边界条件188

5.4.9 排气扇边界条件189

5.4.10 壁面边界条件190

5.4.11 对称边界条件195

5.4.12 周期性边界条件196

5.4.13 流体区域条件197

5.4.14 固体区域条件198

5.4.15 出流边界条件199

5.4.16 其他边界条件200

5.5 本章小结200

第6章 导热问题的数值模拟201

6.1 导热问题分析概述201

6.2 有内热源的导热问题的数值模拟202

6.2.1 案例简介202

6.2.2 FLUENT中求解计算202

6.2.3 计算结果后处理209

6.2.4 保存数据并退出211

6.3 钢球非稳态冷却过程的数值模拟211

6.3.1 案例简介211

6.3.2 FLUENT求解计算设置212

6.3.3 求解计算214

6.3.4 计算结果后处理及分析219

6.4 本章小结221

第7章 流体流动与传热的数值模拟222

7.1 流体流动与传热概述222

7.2 引射器内流场数值模拟224

7.2.1 案例简介224

7.2.2 FLUENT求解计算设置224

7.2.3 求解计算228

7.2.4 计算结果后处理及分析230

7.3 扇形教室空调通风的数值模拟232

7.3.1 案例简介232

7.3.2 FLUENT求解计算设置232

7.3.3 求解计算237

7.3.4 计算结果后处理及分析238

7.4 地埋管流固耦合换热的数值模拟240

7.4.1 案例简介240

7.4.2 FLUENT求解计算设置240

7.4.3 流场求解计算245

7.4.4 温度场求解计算设置246

7.4.5 温度场求解计算248

7.4.6 计算结果后处理及分析249

7.5 圆柱绕流流场的数值模拟251

7.5.1 案例简介251

7.5.2 FLUENT求解计算设置251

7.5.3 求解计算254

7.5.4 计算结果后处理及分析256

7.6 二维离心泵叶轮内流场数值模拟258

7.6.1 案例简介258

7.6.2 FLUENT求解计算设置258

7.6.3 求解计算262

7.6.4 计算结果后处理及分析264

7.7 本章小结267

第8章 自然对流与辐射换热的数值模拟268

8.1 自然对流与辐射换热概述268

8.2 相连方腔内自然对流换热的数值模拟270

8.2.1 案例简介270

8.2.2 FLUENT求解计算设置270

8.2.3 求解计算273

8.2.4 计算结果后处理及分析275

8.3 烟道内烟气对流辐射换热的数值模拟279

8.3.1 案例简介279

8.3.2 FLUENT求解计算设置280

8.3.3 求解计算287

8.3.4 计算结果后处理及分析289

8.4 室内通风问题的计算实例292

8.4.1 案例简介292

8.4.2 FLUENT求解计算设置292

8.4.3 求解计算303

8.4.4 计算结果后处理及分析305

8.5 本章小结308

第9章 凝固和融化过程的数值模拟309

9.1 凝固和融化模型概述309

9.2 冰融化过程的数值模拟310

9.2.1 案例简介310

9.2.2 FLUENT求解计算设置310

9.2.3 求解计算314

9.2.4 计算结果后处理及分析317

9.3 本章小结318

第10章 多相流模型的数值模拟319

10.1 多相流概述319

10.2 孔口自由出流的数值模拟321

10.2.1 案例简介321

10.2.2 FLUENT求解计算设置322

10.2.3 求解计算326

10.2.4 计算结果后处理及分析330

10.3 水中气泡上升过程的数值模拟333

10.3.1 案例简介333

10.3.2 FLUENT求解计算设置334

10.3.3 求解计算338

10.3.4 计算结果后处理及分析341

10.4 水流对沙滩冲刷过程的数值模拟343

10.4.1 案例简介343

10.4.2 FLUENT求解计算设置344

10.4.3 求解计算349

10.4.4 计算结果后处理及分析352

10.5 气穴现象的数值模拟354

10.5.1 案例简介354

10.5.2 FLUENT求解计算设置354

10.5.3 求解计算359

10.5.4 计算结果后处理及分析361

10.6 液体燃料罐内部挡流板对振荡的影响模拟362

10.6.1 实例描述362

10.6.2 FLUENT求解计算设置363

10.6.3 求解计算及后处理367

10.7 本章小结377

第11章 离散相的数值模拟378

11.1 离散相模型概述378

11.2 引射器离散相流场的数值模拟379

11.2.1 案例简介379

11.2.2 FLUENT求解计算设置379

11.2.3 求解计算382

11.2.4 计算结果后处理及分析383

11.3 喷淋过程的数值模拟385

11.3.1 案例简介385

11.3.2 FLUENT求解计算设置386

11.3.3 求解计算390

11.3.4 计算结果后处理及分析392

11.4 本章小结394

第12章 组分传输与气体燃烧的数值模拟395

12.1 组分传输与气体燃烧概述395

12.2 室内甲醛污染物浓度的数值模拟397

12.2.1 案例简介397

12.2.2 FLUENT求解计算设置398

12.2.3 求解计算402

12.2.4 计算结果后处理及分析404

12.3 焦炉煤气燃烧的数值模拟405

12.3.1 案例简介405

12.3.2 FLUENT求解计算设置406

12.3.3 求解计算412

12.3.4 计算结果后处理及分析414

12.4 预混气体化学反应的模拟416

12.4.1 案例简介416

12.4.2 FLUENT求解计算设置416

12.4.3 求解计算及后处理420

12.5 本章小结426

第13章 动网格问题的数值模拟427

13.1 动网格问题概述427

13.2 两车交会过程的数值模拟428

13.2.1 案例简介428

13.2.2 FLUENT求解计算设置429

13.2.3 求解计算433

13.2.4 计算结果后处理及分析437

13.3 运动物体强制对流换热的数值模拟438

13.3.1 案例简介438

13.3.2 FLUENT求解计算设置439

13.3.3 求解计算444

13.3.4 计算结果后处理及分析447

13.4 双叶轮旋转流场的数值模拟448

13.4.1 案例简介448

13.4.2 FLUENT求解计算设置449

13.4.3 求解计算453

13.4.4 计算结果后处理及分析456

13.5 单级轴流涡轮机模型内部流场模拟458

13.5.1 案例简介458

13.5.2 FLUENT求解计算设置458

13.5.3 求解计算466

13.5.4 计算结果后处理及分析469

13.6 本章小结472

第14章 多孔介质内流动与换热的数值模拟473

14.1 多孔介质模型概述473

14.2 多孔烧结矿内部流动换热的数值模拟474

14.2.1 案例简介474

14.2.2 FLUENT求解计算设置474

14.2.3 求解计算477

14.2.4 计算结果后处理及分析481

14.3 三维多孔介质内部流动的数值模拟483

14.3.1 案例简介483

14.3.2 FLUENT求解计算设置483

14.3.3 求解计算487

14.3.4 计算结果后处理及分析488

14.4 催化转换器内部流动的数值模拟490

144.1 案例简介490

14.4.2 FLUENT求解计算设置491

144.3 求解计算495

14.4.4 计算结果后处理及分析497

14.5 本章小结501

第15章 UDF基础应用502

15.1 UDF介绍502

15.1.1 UDF的基本功能502

15.1.2 UDF编写基础503

15.1.3 UDF中的C语言基础504

15.2 利用UDF自定义物性参数507

15.2.1 案例简介507

15.2.2 FLUENT求解计算设置508

15.2.3 求解计算512

15.2.4 计算结果后处理及分析513

15.3 利用UDF求解多孔介质问题514

15.3.1 案例简介514

15.3.2 FLUENT求解计算设置514

15.3.3 求解计算518

15.3.4 计算结果后处理及分析518

15.4 水中落物的数值模拟519

15.4.1 案例简介519

15.4.2 FLUENT求解计算设置519

15.4.3 求解计算527

15.5 本章小结532

第16章 燃料电池问题模拟533

16.1 单直通道逆流PEM燃料电池533

16.1.1 案例简介533

16.1.2 GAMBIT建模534

16.1.3 FLUENT求解计算设置537

16.1.4 求解计算540

16.1.5 计算结果后处理及分析542

16.2 本章小结545

附录1 UDF宏简列546

附录2 UDF宏具体解释547

附录2.1 通用宏及其定义的函数547

附录2.2 离散相模型宏及其定义的函数549

附录2.3 多相模型的宏及其定义的函数551

附录3 UDF的部分常用函数552

参考文献555