FLUENT流體分析及仿真實用教程

前言

　　CFD是進行傳熱、傳質(zhì)、動量傳遞及燃燒、多相流和化學(xué)反應(yīng)研究的核心和重要技術(shù)，廣泛應(yīng)用于航天設(shè)計、汽車設(shè)計、生物醫(yī)學(xué)工業(yè)、化工處理工業(yè)、渦輪機設(shè)計、半導(dǎo)體設(shè)計、HAVC&R等諸多工程領(lǐng)域?！　×黧w分析的理論方法和實驗方法存在較大的局限，發(fā)展得相當(dāng)緩慢，而隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展，CFD技術(shù)開始作為主要的流體分析方法，并在我國得到了飛速的發(fā)展。CFD方法具有成本低和能模擬較復(fù)雜或較理想過程等優(yōu)點。經(jīng)過一定考核的CFD軟件可以拓寬實驗研究的范圍，減少成本昂貴的實驗工作量。在給定的參數(shù)下用計算機對現(xiàn)象進行一次數(shù)值模擬相當(dāng)于進行一次數(shù)值實驗，歷史上也曾有過首先由CFD數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象而后由實驗予以證實的例子。CFlD軟件一般都能推出多種優(yōu)化的物理模型，如定常和非定常流動、層流、紊流、不可壓縮和可壓縮流動、傳熱、化學(xué)反應(yīng)等。對每一種物理問題的流動特點，都有適合它的數(shù)值解法，用戶可對顯式或隱式差分格式進行選擇，以期在計算速度、穩(wěn)定性和精度等方面達到最佳。CFD軟件之間可以方便地進行數(shù)值交換，并采用統(tǒng)一的前、后處理工具，這就省卻了科研工作者在計算機數(shù)據(jù)銜接方法、編程、前后處理等方面投入的重復(fù)、低效的勞動，而可以將主要精力和智慧用于物理問題本身的探索上?！　∽詮?981年英國CHAM公司首先推出求解流動與傳熱問題的商業(yè)軟件PHOENICS以來，迅速在國際軟件產(chǎn)業(yè)中形成了通稱為CFD軟件的產(chǎn)業(yè)市場。到今天，全世界至少已有50余種這樣的流動與傳熱問題的商業(yè)軟件，在促進CFD技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)實際中起了很大的作用。在CFD軟件中，F(xiàn)LUENT軟件是目前國內(nèi)外使用最多、最流行的商業(yè)軟件之一。FLUENT的軟件設(shè)計基于“CFD計算機軟件群的概念”，針對每一種流動的物理問題的特點，采用適合于它的數(shù)值解法在計算速度、穩(wěn)定性和精度等各方面達到最佳。　　FLUENT軟件包含有結(jié)構(gòu)化及非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格兩個版本。在結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格版本中有適體坐標(biāo)的前處理軟件，同時也可以納入I-DEAS、PATRAN、ANSYS和ICEMCFD等著名生成網(wǎng)格的軟件所產(chǎn)生的網(wǎng)格。速度與壓力耦合采用同位網(wǎng)格上的SIMPLEC算法。對流項差分格式納入了一階迎風(fēng)、中心差分及QIJICK等格式。FLUENT軟件可用來模擬從不可壓縮到高度可壓縮范圍內(nèi)的復(fù)雜流動。由于采用了多種求解方法和多重網(wǎng)格加速收斂技術(shù)，因而FLUENT能達到最佳的收斂速度和求解精度。靈活的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和基于解的自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)及成熟的物理模型，使FLUENT在轉(zhuǎn)捩與湍流、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、燃料電池等方面有廣泛應(yīng)用。

內(nèi)容概要

　　FLUENT是CFD軟件中相對成熟和運用最為廣泛的商業(yè)軟件。本書以FLUENT 6.3.26版本為藍本，由淺入深、循序漸進地介紹了利用FLUENT進行流體分析與仿真的各部分知識，包括前處理網(wǎng)格生成、湍流模型、傳熱分析、非定常流動問題、多相流模型、轉(zhuǎn)動模型、組分輸運與化學(xué)反應(yīng)模型、流動分析后處理、UDF使用及編寫等。全書通過基礎(chǔ)知識和實例介紹相結(jié)合的方式講解了從數(shù)值建模到計算后處理各部分操作的基本方法和步驟，最后以綜合實例的方式進一步向讀者介紹了典型工程問題的流體分析及仿真方法?！　”緯勺鳛樗⑼聊?、石工、儲運、航空、能源、環(huán)境、機械、建筑、海工、材料、動力、冶金等專業(yè)的研究生和本科生的計算流體力學(xué)教材，同時也可作為CFD相關(guān)領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的參考用書。

書籍目錄

第1章　計算流體力學(xué)理論　  1.1　流體力學(xué)基本理論　  1.2　計算流體力學(xué)基本方程　  1.3　FLUENT原理　  1.4　本章小結(jié)　第2章　流體流動分析概述　  2.1　流動分析的發(fā)展　  2.2　FLUENT軟件簡介　  2.3　FLUENT的操作界面　  2.4　本章小結(jié)　第3章　前處理網(wǎng)格生成　  3.1　網(wǎng)格生成方法　  3.2　網(wǎng)格生成前處理軟件GAMBIT　  3.3　本章小結(jié)　第4章　湍流模型　  4.1　常見的湍流模型　  4.2　一方程模型　  4.3　k-ε模型  4.4　RSM模型　  4.5　LES模型　  4.6　本章小結(jié)　第5章　傳熱分析　  5.1　傳熱方法　  5.2　傳熱分析的應(yīng)用及方法　  5.3　本章小結(jié)第6章　非定常流動問題　  6.1　概述　  6.2　非定常流動的分析過程　  6.3　本章小結(jié)　第7章　多相流模型　  7.1　VOF模型　  7.2　Mixture模型　  7.3　Euler模型　  7.4　多相流模型的選擇與設(shè)置　  7.5　本章小結(jié)　第8章　轉(zhuǎn)動模型　第9章　組分輸運與化學(xué)反應(yīng)模型　第10章　流動分析后處理　第11章　UDF使用及編寫　第12章　典型工程實例　

章節(jié)摘錄

　　計算流體力學(xué)是計算流體動力學(xué)的簡稱，是基于離散化的數(shù)值計算方法，利用電子計算機對流體相對于不同固體邊界的內(nèi)外流場進行數(shù)值模擬和分析的學(xué)科，屬于流體力學(xué)的一個分支。由于流體流動的復(fù)雜性，理論分析無法求得詳細(xì)的解析解，計算流體力學(xué)正是為彌補此不足而于20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的，并相應(yīng)地形成了各種數(shù)值解法，主要包括有限差分法、有限元法和有限體積法。流體力學(xué)運動偏微分方程有橢圓型、拋物型、雙曲型和混合型之分，計算流體力學(xué)很大程度上就是針對不同性質(zhì)的偏微分方程采用并發(fā)展了相應(yīng)的數(shù)值解法?！　‰S著計算機技術(shù)的高速發(fā)展，關(guān)于計算流體力學(xué)數(shù)值計算的軟件也逐漸興起，其中FLuENT是CFD軟件中相對成熟和運用最為廣泛的商業(yè)軟件。它基于有限體積法對計算區(qū)域進行離散，用戶可以根據(jù)實際情況選擇相應(yīng)的算法對離散后的控制方程組進行求解?！　”菊轮饕榻B流體力學(xué)的一些基本理論、計算流體力學(xué)的基本方程及FLUENT的計算原理，幫助讀者熟悉相關(guān)的基礎(chǔ)理論與概念，了解FLUENT的基本原理，從而為進一步學(xué)習(xí)FLUENT的實際操作設(shè)置、數(shù)值計算運行、結(jié)果分析與整理打下基礎(chǔ)。

媒體關(guān)注與評論

　　本書列舉了利用FLUENT軟件在石油工程、油氣儲運工程、機械工程、土木工程以及環(huán)境工程中所遇實際問題的解決方法，必將是工程運用及研究教學(xué)中很好的參考資料，尤其適用于石油工程、機械工程、流體力學(xué)領(lǐng)域的行業(yè)人員、科技工作者及在校學(xué)生?！　　髂鲜痛髮W(xué)油氣田開發(fā)工程教授　西南石油大學(xué)石油工程學(xué)院副院長　四川省學(xué)術(shù)與技術(shù)帶頭人　核心期刊《石油鉆采工藝》編委核心期刊《油氣藏地質(zhì)與提高采收率》編委　　FLLIENT是CFD軟件中相對成熟和運用非常廣泛的商業(yè)軟件，它的不斷完善與更新，使得其不僅作為一個研究工具，而且還作為設(shè)計工具在水利工程、土木工程、石油工程、天然氣工程、環(huán)境工程、食品工程、海洋結(jié)構(gòu)工程等領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用。本書必將成為各相關(guān)領(lǐng)域有價值的參考資料?！　　髂鲜痛髮W(xué)油氣儲運工程教授　國家自然基金委評審專家　教育部學(xué)位與研究生教育專家　　本書針對鉆井工程、采油工程、油氣田地面工程、流體機械等各子領(lǐng)域面臨的油氣流體流動問題進行了數(shù)值仿真計算的詳細(xì)介紹，同時重點闡述了數(shù)值計算的基本理論知識，使得讀者能夠在扎實的理論基礎(chǔ)下靈活運用CFD技術(shù)解決實際問題。適合相關(guān)行業(yè)人員和在校學(xué)生使用?！　　髂鲜痛髮W(xué)油氣儲運工程教授　西南石油大學(xué)油氣儲運教研室主任　　本書把握住了CFD的研究方向，重點介紹了FLUENT在工程領(lǐng)域的應(yīng)用，配備了實例源文件及動畫教學(xué)文件，猶如面臨授課，能夠使讀者較快地學(xué)會并使用FLUENT軟件解決實際問題。本書是CFD領(lǐng)域很好的一本參考資料？　　——西南石油大學(xué)流體力學(xué)教授　西南石油大學(xué)流體熱工教研室主任

編輯推薦

　　知名專家，趙振興，郭建春，敬加強，黃坤，陳小榆。

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