FLUENT流體計算應(yīng)用教程

前言

任何流體運動的規(guī)律都是以質(zhì)量守恒定律、動量守恒定律和能量守恒定律為基礎(chǔ)的。這些基本定律可由數(shù)學(xué)方程組來描述，如歐拉方程、N-S方程。采用數(shù)值計算方法，通過計算機求解這些控制流體流動的數(shù)學(xué)方程，進而研究流體的運動規(guī)律，這就是計算流體動力學(xué)（CFD）。計算流體動力學(xué)是建立在經(jīng)典流體動力學(xué)與數(shù)值計算方法基礎(chǔ)上的一門新學(xué)科，通過計算機數(shù)值計算和圖像顯示方法，在時間和空間上定量描述流場的數(shù)值解，從而達到對物理問題研究的目的。對于大多數(shù)人來說，不必掌握流體力學(xué)微分方程的求解以及計算流體力學(xué)的深入研究，但在工作中又需要對某些具體的流動過程進行分析、計算和研究，由此，計算準(zhǔn)確、界面友好、使用簡單，又能解決問題的大型商業(yè)計算軟件應(yīng)運而生。目前，比較著名的有FLUENT、CFX、STAR-CD等，本書將向讀者介紹FuJENT軟件（6.3版本）。FLUENT是通用CFD軟件，包含基于壓力的分離求解器、基于壓力的耦合求解器、基于密度的隱式求解器、基于密度的顯式求解器。多求解器技術(shù)使FLUENT軟件可以用來模擬從不可壓縮到高超音速范圍內(nèi)的各種復(fù)雜流場。FLUENT軟件包含非常豐富、經(jīng)過工程確認(rèn)的物理模型，可以模擬高超音速流場、轉(zhuǎn)捩、傳熱與相變、化學(xué)反應(yīng)與燃燒、多相流、旋轉(zhuǎn)機械、動／變形網(wǎng)格、噪聲、材料加工復(fù)雜機理的流動問題。本書內(nèi)容共分10章，通過大量實例比較系統(tǒng)地介紹了建模和計算以及后處理的詳細(xì)過程，可以讓讀者在短時間內(nèi)把握學(xué)習(xí)的要領(lǐng)，掌握FLUENT 6.3的高級應(yīng)用技術(shù)。目前，本書也被列為FLUENT公司在中國的唯一代理——北京?；萍脊綜FD培訓(xùn)參考用書。本書第1章、第2章以及第5章由溫正編寫：第3章和第10章由石良辰編寫；第6章和第7章由唐家鵬編寫；第4章由任毅如編寫，第8章和第9章由王鎖柱編寫；全書由溫正總纂。在本書的編寫過程中，得到了北京海基科技發(fā)展有限責(zé)任公司技術(shù)經(jīng)理魏隨利的熱心指導(dǎo)以及公司技術(shù)部王海龍、張向陽等的大力協(xié)助，在此一并致謝。

內(nèi)容概要

FLUENT是通過CFD軟件，在流體建模中被廣泛應(yīng)用。本書詳細(xì)介紹了利用FLUENT進行流體分析的具體方法和技巧，并通過大量實例系統(tǒng)地介紹了建模、計算以及后處理的詳細(xì)過程，可使讀者在短時間內(nèi)把握學(xué)習(xí)的要領(lǐng)，掌握FLUENT6.3的流體計算應(yīng)用技術(shù)。目前，本書已被列為Fluent公司在中國的唯一代理——北京海基科技公司CFD培訓(xùn)參考用書。　　本書結(jié)構(gòu)清晰，基礎(chǔ)知識與實用技能并用，可作為高等院校相關(guān)專業(yè)本科和碩士研究生的流體力學(xué)以及傳熱學(xué)的教材，也可供利用FLUENT軟件進行流體流動數(shù)值模擬分析的廣大工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第1章　緒論　1.1　CFD軟件簡介　　1.1.1　CFD概述　　1.1.2　CFD的應(yīng)用領(lǐng)域　　1.2.3　CFD商用軟件　1.2　FLUENT簡介　　1.2.1　FLUENT的功能及特點　　1.2.2　FLUENT系列軟件簡介　　1.2.3　FLUENT軟件先進的求解技術(shù)　1.3　FLUENT6.3的功能模塊和分析過程　　1.3.1　FLUENT6.3的功能模塊　　1.3.2　FLUENT6.3的分析過程　1.4　小結(jié)第2章　前處理　2.1　前處理軟件　　2.1.1　ICEM CFS 基本功能　　2.1.2　ICEM CFS 11.0的基本用法　　2.1.3　ANSYS ICEM XFD 11.0的使用步驟　2.2　Ganbit——專用的CFD前處理器　　2.2.1　Ganbit軟件的幾何處理能力　　2.2.2　Ganbit功能強大的網(wǎng)格生成技術(shù)　　2.2.3　Ganbit基本用法　2.3　Ganbit操作步驟及應(yīng)用實例　　2.3.1　Ganbit操作步驟　　2.3.2　Ganbit應(yīng)用實例　2.4　ANSYS ICEM XFD 11.0應(yīng)用實例　　2.4.1　網(wǎng)格劃分思路　　2.4.2　ANSYS ICEM 操作步驟　2.5　小結(jié)第3章　FLUENT基本模型及理論基礎(chǔ)　3.1　FLUENT軟件中博采眾長的物理模型　　3.1.1　FLUENT軟件中的動網(wǎng)格模型　　3.1.2　FLUENT軟件中豐富的傳熱和輻射類型　　3.1.3　FLUENT軟件中的氣動噪聲模型　　3.1.4　FLUENT軟件中高精度的自由表面模型　　3.1.5　FLUENT軟件中的離散相模型　　3.1.6　FLUENT軟件中的歐拉多相流模型　　3.1.7　FLUENT軟件中的混合分?jǐn)?shù)多相流模型和空泡模型　　3.1.8　FLUENT軟件中的湍流模型　3.2　傳熱計算基礎(chǔ)　　3.2.1　求解傳熱問題的能量方程　　3.2.2　輻射傳遞方程　3.3　求解傳熱問題的基本步驟　3.4　輻射模型類型設(shè)置過程　　3.4.1　DTRM模型的設(shè)置　　3.4.2　S2S模型的設(shè)置　　3.4.3　DO模型的設(shè)置　　3.4.4　定義物質(zhì)的輻射特性　　3.4.5　輻射邊界條件的設(shè)置　　3.4.6　輻射模型的求解策略　3.5　化學(xué)反應(yīng)　　3.5.1　化學(xué)反應(yīng)模型理論　　3.5.2　組分輸運和化反應(yīng)設(shè)置的基本內(nèi)容　　3.5.3　組分輸運與化學(xué)反應(yīng)的激活和設(shè)置　　3.5.4　混合物及其構(gòu)成的組分屬性的定義　　3.5.5　定義組分的邊界條件　　3.5.6　化學(xué)混合和有限速率的化學(xué)反應(yīng)的求解步驟　　3.5.7　輸入CHEMKIN格式中的體積動力學(xué)機制　3.6　壁面表面化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)蒸氣沉積　　3.6.1　表面組分和壁面表面化學(xué)反應(yīng)理論　　3.6.2　壁面表面化學(xué)反應(yīng)的用戶輸入　　3.6.3　導(dǎo)入CHEMKIN格式的表面動力學(xué)機制　3.7　微料表面化學(xué)反應(yīng)　　3.7.1　理論　　3.7.2　微粒表面化學(xué)反應(yīng)的用戶輸入　3.8　小結(jié)第4章　FLUENT 后處理及Tecplot應(yīng)用第5章　FLUENT 動網(wǎng)格應(yīng)用第6章　傳熱和輻射計算應(yīng)用第7章　FLUENT 燃燒及化學(xué)反映應(yīng)用一第8章　FLUENT 燃燒及化學(xué)反映應(yīng)用二第9章　FLUENT 多相流應(yīng)用第10章　FLUENT 經(jīng)典實例

章節(jié)摘錄

插圖：1.2.3 FLUENT軟件先進的求解技術(shù)在FLUENT軟件當(dāng)中，有兩種數(shù)值方法可以選擇：基于壓力的求解器。基于密度的求解器。從傳統(tǒng)上講，基于壓力的求解器是針對低速、不可壓縮流開發(fā)的，基于密度的求解器是針對高速、可壓縮流開發(fā)的。但近年來這兩種方法被不斷地擴展和重構(gòu)，使得它們可以突破傳統(tǒng)上的限制，可以求解更為廣泛的流體流動問題。FLUENT軟件基于壓力的求解器和基于密度的求解器完全在同一界面下，確保FLUENT對于不同的問題都可以得到很好的收斂性、穩(wěn)定性和精度。1.基于壓力的求解器基于壓力的求解器采用的計算法則屬于常規(guī)意義上的投影方法。投影方法中，首先通過動量方程求解速度場，繼而通過壓力方程的修正使得速度場滿足連續(xù)性條件。由于壓力方程來源于連續(xù)性方程和動量方程，從而保證整個流場的模擬結(jié)果同時滿足質(zhì)量守恒和動量守恒。由于控制方程（動量方程和壓力方程）的非線性和相互耦合作用，就需要一個迭代過程，使得控制方程重復(fù)求解直至結(jié)果收斂，用這種方法求解壓力方程和動量方程。

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《FLUENT流體計算應(yīng)用教程》結(jié)構(gòu)清晰，實例豐富，基礎(chǔ)知識與實用技能并用，可作為高等院校相關(guān)專業(yè)本科和碩士研究生的流體力學(xué)以及傳熱學(xué)的教材，也可供利用FLUENT軟件進行流體流動數(shù)值模擬分析的廣大工程技術(shù)人員參考?！禙LUENT流體計算應(yīng)用教程》特色：理論與實踐相結(jié)合，結(jié)構(gòu)清晰，突出FLUENT流體計算的方法和技巧。面向應(yīng)用，實例豐富，可切實提高讀者的實際動手能力。對于實例中的關(guān)鍵步驟，也都給予特別說明，使讀者掌握相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)。章前給出重點內(nèi)容和學(xué)習(xí)目標(biāo)，文中穿插大量的實用技巧，使讀者在學(xué)習(xí)過程中有的放矢，舉一反三。書附光盤中給出實例的源文件，學(xué)習(xí)更直觀，更輕松。

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