ANSYS FLOTRAN流體及熱分析

前言

　　ANSYS是融結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁、聲學(xué)等多物理場(chǎng)于一體的大型通用有限元分析軟件，它提供與多數(shù)CAD軟件的接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和交換，同時(shí)也提供給用戶以ANSYS為平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的各種工具?！　NSYS功能強(qiáng)大，操作簡(jiǎn)單。本書(shū)以ANSYS 13.0為平臺(tái)，對(duì)ANSYS 13.0流體和熱分析及與熱有關(guān)的耦合場(chǎng)分析的基本思路、操作步驟、應(yīng)用技巧進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并結(jié)合典型工程應(yīng)用實(shí)例詳細(xì)講述了ANSYS13。0具體工程應(yīng)用方法。　　本書(shū)分為三篇。　　第一篇為FLOTRAN流體分析基礎(chǔ)知識(shí)及在工程上的應(yīng)用，具體內(nèi)容如下：第1章，介紹FLOTRAN CFD流體分析的一些基本概念、FLOTRAN分析的步驟及對(duì)FLOTRAN分析結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)等，并結(jié)合實(shí)例詳細(xì)介紹FLOTRAN流體分析的整個(gè)過(guò)程；第2章，介紹FLOTRAN流體的基本屬性，F(xiàn)LOTRAN的坐標(biāo)系、旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系、渦流和分布式阻力的原理及設(shè)置方法，F(xiàn)LOTRAN的各種邊界條件和一些常用的湍流模型等；第3章，通過(guò)對(duì)FLOTRAN能夠進(jìn)行的各種分析進(jìn)行理論講解和具體流體力學(xué)實(shí)例的闡述，從而掌握如何激活湍流模型、劃分網(wǎng)格、設(shè)置邊界條件等基本問(wèn)題和VOF模型分析、ALE分析和瞬態(tài)分析等的具體使用，掌握CFD分析的原理和方法；第4章，重點(diǎn)通過(guò)三維U形管道速度場(chǎng)的數(shù)值模擬、實(shí)際生活中射流現(xiàn)象的數(shù)值模擬兩個(gè)工程實(shí)例，詳細(xì)介紹FLOTRAN CFD流體分析在工程上的一些典型應(yīng)用。　　第二篇為ANSYS熱分析基礎(chǔ)知識(shí)及在工程上的應(yīng)用，具體內(nèi)容如下：第5章，介紹熱分析的基礎(chǔ)知識(shí)；第6章，首先介紹穩(wěn)態(tài)熱分析的基本知識(shí)，然后通過(guò)實(shí)心圓柱體的熱傳導(dǎo)分析、空心圓柱體的熱傳導(dǎo)分析、圓柱體圓周受諧響應(yīng)熱載荷三個(gè)算例，詳細(xì)介紹穩(wěn)態(tài)熱分析的操作步驟；第7章，首先介紹非穩(wěn)態(tài)熱分析的基本知識(shí)，然后通過(guò)鋼球非穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程分析、不同材料金屬塊水中冷卻的非穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程分析、高溫銅導(dǎo)線冷卻過(guò)程分析三個(gè)算例，詳細(xì)介紹非穩(wěn)態(tài)熱分析的操作步驟；第8章，首先介紹輻射熱分析的基本知識(shí)，然后通過(guò)黑體輻射、等長(zhǎng)的同心圓柱面間的輻射熱傳遞、等長(zhǎng)不等軸空心圓柱體間的輻射傳熱、型鋼的熱輻射過(guò)程四個(gè)算例，詳細(xì)介紹輻射熱分析的基本方法與步驟；第9章，首先介紹相變熱分析的基本知識(shí)，然后通過(guò)圓柱試管中水結(jié)冰過(guò)程分析、冰融化過(guò)程分析、鑄件鑄造過(guò)程熱分析三個(gè)算例，詳細(xì)介紹相變熱分析的基本方法與步驟；第10章，重點(diǎn)通過(guò)某型號(hào)手機(jī)電池的散熱分析、冷庫(kù)復(fù)合隔熱板熱量流動(dòng)分析、電子元器件散熱裝置溫度分布三個(gè)工程實(shí)例，詳細(xì)介紹ANSYS熱分析在工程上的一些典型應(yīng)用?！　〉谌獮锳NSYS耦合場(chǎng)分析的基礎(chǔ)知識(shí)及各種耦合在工程上的應(yīng)用，具體內(nèi)容如下：第11章，介紹耦合場(chǎng)分析的一些基本知識(shí)；第12章，首先介紹FLOTRAN流動(dòng)換熱分析的基礎(chǔ)知識(shí)，然后通過(guò)方腔中空氣的熱穩(wěn)態(tài)層流分析、層流流體受均勻壁面熱通量?jī)蓚€(gè)算例，詳細(xì)介紹FLOTRAN流動(dòng)換熱分析的基本方法和步驟；第13章，首先介紹熱場(chǎng)-結(jié)構(gòu)場(chǎng)耦合分析的基本知識(shí)，然后通過(guò)圓筒內(nèi)部熱應(yīng)力分析、冷卻柵管的熱應(yīng)力分析兩個(gè)算例，詳細(xì)介紹熱場(chǎng)-結(jié)構(gòu)場(chǎng)耦合分析的基本方法和步驟；第14章，通過(guò)銅板連接的兩半導(dǎo)體的熱電耦合分析、圓柱形坯料的電磁感應(yīng)加熱過(guò)程分析兩個(gè)算例，詳細(xì)介紹熱電耦合和電磁熱耦合的基本方法和步驟；第15章，重點(diǎn)通過(guò)包含焊縫的金屬板熱膨脹分析、現(xiàn)代辦公樓層內(nèi)空調(diào)布局對(duì)室內(nèi)溫度分布的影響研究?jī)蓚€(gè)工程實(shí)例，詳細(xì)介紹ANSYS耦合分析在工程上的典型應(yīng)用?！　”緯?shū)主要由謝龍漢、李翔、張海、高杰完成，參加本書(shū)編寫(xiě)和光盤(pán)開(kāi)發(fā)的還有林偉、魏艷光、林木議、王悅陽(yáng)、林偉浩、林樹(shù)財(cái)、鄭曉、吳苗、莫衍、朱小遠(yuǎn)、唐培培、耿煜、尚濤、鄧奕、張桂東、魯力、劉文超、劉新東等，同時(shí)也非常感謝騰龍工作室其他成員的幫助和支持。由于時(shí)間倉(cāng)促，書(shū)中難免有疏漏之處，請(qǐng)讀者諒解?！　【幹?/pre>


內(nèi)容概要
　　本書(shū)是由美國(guó)ANSYS公司推出的大型有限元分析軟件，本書(shū)以ANSYS
13.0為基礎(chǔ)，介紹ANSYS在工程中關(guān)于流體分析、熱場(chǎng)分析及耦合分析等方面的實(shí)際應(yīng)用。
　　全書(shū)分三篇，共15章。第一篇介紹FLOTRAN流體分析基礎(chǔ)知識(shí)及在工程上的應(yīng)用；第二篇介紹ANSYS熱分析基礎(chǔ)知識(shí)及在工程上的應(yīng)用；第三篇介紹ANSYS耦合場(chǎng)分析的基礎(chǔ)知識(shí)及各種耦合的工程應(yīng)用。每篇內(nèi)容都包含豐富的分析實(shí)例及工程應(yīng)用實(shí)例，每個(gè)實(shí)例都有詳細(xì)操作過(guò)程的視頻演示。
　　本書(shū)適用于ANSYS軟件的初中級(jí)用戶及有初步使用經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員，本書(shū)可作為理工科院校相關(guān)專(zhuān)業(yè)的高年級(jí)本科生、研究生及教師學(xué)習(xí)ANSYS軟件的教材，也可作為從事機(jī)械制造、石油化工、輕工、造船、航空航天、汽車(chē)交通、電子、土木工程、水利、鐵道、日用家電、生物醫(yī)學(xué)等一般工業(yè)及科學(xué)研究的工程技術(shù)人員使用ANSYS軟件的參考書(shū)。



書(shū)籍目錄
第一篇　流體分析
　第1章　緒論　
　　1.1　FLOTRAN　CFD流體分析的概念　
　　1.2　FLOTRAN分析的種類(lèi)　
　　1.3　FLOTRAN單元種類(lèi)及特點(diǎn)　
　　1.4　FLOTRAN單元的局限性及注意事項(xiàng)　
　　1.5　FLOTRAN分析步驟　
　　　實(shí)例1-1——亞聲速?lài)姽軆?nèi)二維定常流動(dòng)　
　　1.6　FLOTRAN分析中產(chǎn)生的一些文件　
　　　1.6.1　結(jié)果文件　
　　　1.6.2　打印文件　
　　　1.6.3　殘差文件　
　　　1.6.4　重啟動(dòng)文件　
　　　1.6.5　FLOTRAN重啟動(dòng)分析（續(xù)算）　
　　1.7　提高收斂性和穩(wěn)定性的常用工具　
　　　1.7.1　松弛系數(shù)　
　　　1.7.2　慣性松弛　
　　　1.7.3　人工黏性　
　　　1.7.4　速度限值　
　　　1.7.5　積分階次　
　　1.8　評(píng)價(jià)FLOTRAN分析　
　　1.9　驗(yàn)證結(jié)果　
　　　實(shí)例1-2——溫室內(nèi)氣流場(chǎng)的穩(wěn)態(tài)模擬　
　第2章　FLOTRAN分析基礎(chǔ)　
　　2.1　流體的基本屬性　
　　　2.1.1　比熱容　
　　　2.1.2　密度和熱導(dǎo)率　
　　　2.1.3　黏度　
　　　2.1.4　表面張力系數(shù)　
　　　2.1.5　壁面靜態(tài)接觸角　
　　　2.1.6　設(shè)置流體性質(zhì)的一般準(zhǔn)則　
　　2.2　FLOTRAN特性　
　　　2.2.1　坐標(biāo)系　
　　　2.2.2　旋轉(zhuǎn)參考系　
　　　2.2.3　渦流　
　　　2.2.4　分布式阻力　
　　2.3　FLOTRAN邊界條件　
　　2.4　湍流模型　
　　　2.4.1　標(biāo)準(zhǔn)k-模型　
　　　2.4.2　零方程模型　
　　　2.4.3　RNG模型　
　　　2.4.4　NKE模型　
　　　2.4.5　GIR模型　
　　　2.4.6　SZL模型　
　　　2.4.7　k-模型　
　　　2.4.8　SST模型　
　　　實(shí)例2-1——機(jī)翼外部繞流　
　第3章　流體分析的方法及步驟　
　　3.1　不可壓縮流體的流動(dòng)分析　
　　　3.1.1　激活湍流模型　
　　　3.1.2　網(wǎng)格要求　
　　　3.1.3　流動(dòng)邊界條件　
　　　3.1.4　難點(diǎn)問(wèn)題分析　
　　　實(shí)例3-1——彎管層流流動(dòng)分析　
　　　實(shí)例3-2——彎管湍流流動(dòng)分析　
　　3.2　VOF模型分析　
　　　3.2.1　VFRC載荷　
　　　3.2.2　輸入設(shè)置　
　　　3.2.3　后處理　
　　　實(shí)例3-3——水壩的VOF分析　
　　3.3　可壓縮流體的流動(dòng)分析　
　　　3.3.1　物性計(jì)算　
　　　3.3.2　邊界條件　
　　　3.3.3　結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格　
　　　3.3.4　求解策略　
　　　實(shí)例3-4——二維兩腔迷宮密封的數(shù)值模擬　
　　3.4　瞬態(tài)分析　
　　　3.4.1　時(shí)間積分方法　
　　　3.4.2　時(shí)間步長(zhǎng)詳細(xì)說(shuō)明和收斂性　
　　　3.4.3　計(jì)算中斷和輸出　
　　　3.4.4　施加瞬態(tài)邊界條件　
　　　實(shí)例3-5——圓柱繞流瞬態(tài)分析　
　　3.5　可動(dòng)區(qū)域中流動(dòng)問(wèn)題的ALE模擬　
　　　3.5.1　邊界條件　
　　　3.5.2　網(wǎng)格更新　
　　　3.5.3　重畫(huà)網(wǎng)格　
　　　3.5.4　后處理　
　　　實(shí)例3-6——運(yùn)動(dòng)圓柱的ALE分析　
　第4章　流體分析典型工程實(shí)例　
　　4.1　如何解決流體力學(xué)問(wèn)題　
　　4.2　工程實(shí)例1——三維U形管道速度場(chǎng)的數(shù)值模擬　
　　　4.2.1　設(shè)置分析選項(xiàng)　
　　　4.2.2　定義工作文件名　
　　　4.2.3　定義工作標(biāo)題　
　　　4.2.4　定義單元類(lèi)型　
　　　4.2.5　生成分析區(qū)域　
　　　4.2.6　定義單元形狀　
　　　4.2.7　劃分有限元網(wǎng)格　
　　　4.2.8　施加邊界條件　
　　　4.2.9　求解　
　　　4.2.10　后處理　
　　4.3　工程實(shí)例2——實(shí)際生活中射流現(xiàn)象的數(shù)值模擬　
　　　4.3.1　設(shè)置分析選項(xiàng)　
　　　4.3.2　定義工作文件名　
　　　4.3.3　定義工作標(biāo)題　
　　　4.3.4　定義單元類(lèi)型　
　　　4.3.5　生成分析區(qū)域的幾何面　
　　　4.3.6　設(shè)置單元尺寸　
　　　4.3.7　劃分有限元網(wǎng)格　
　　　4.3.8　施加邊界條件　
　　　4.3.9　求解　
　　　4.3.10　后處理
第二篇　熱分析
　第5章　熱分析基礎(chǔ)　
　　5.1　熱分析的符號(hào)與單位　
　　5.2　傳熱學(xué)經(jīng)典理論　
　　5.3　三種基本熱傳遞方式　
　　　5.3.1　導(dǎo)熱　
　　　5.3.2　對(duì)流　
　　　5.3.3　熱輻射　
　　5.4　熱分析材料的基本屬性　
　　　5.4.1　比熱容　
　　　5.4.2　焓　
　　　5.4.3　生熱率　
　　5.5　熱分析的邊界條件與初始條件　
　　　5.5.1　邊界條件　
　　　5.5.2　初始條件　
　　5.6　熱載荷　
　　5.7　穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)熱分析　
　　　5.7.1　穩(wěn)態(tài)傳熱　
　　　5.7.2　非穩(wěn)態(tài)傳熱　
　　5.8　線性與非線性熱分析　
　第6章　穩(wěn)態(tài)熱分析　
　　6.1　穩(wěn)態(tài)熱分析的應(yīng)用　
　　6.2　熱分析單元　
　　6.3　穩(wěn)態(tài)熱分析基本步驟　
　　　6.3.1　建立有限元模型　
　　　6.3.2　施加載荷計(jì)算　
　　　6.3.3　后處理　
　　　實(shí)例6-1——實(shí)心圓柱體的熱傳導(dǎo)分析　
　　　實(shí)例6-2——空心圓柱體的熱傳導(dǎo)分析　
　　　實(shí)例6-3——圓柱體圓周受諧響應(yīng)熱載荷　
　第7章　非穩(wěn)態(tài)熱分析　
　　7.1　非穩(wěn)態(tài)熱分析概述　
　　　7.1.1　非穩(wěn)態(tài)熱分析特性　
　　　7.1.2　非穩(wěn)態(tài)熱分析的控制方程　
　　　7.1.3　時(shí)間積分與時(shí)間步長(zhǎng)　
　　　7.1.4　數(shù)值求解過(guò)程　
　　7.2　非穩(wěn)態(tài)熱分析基本步驟　
　　　7.2.1　加載求解　
　　　7.2.2　后處理　
　　　實(shí)例7-1——鋼球非穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程分析　
　　　實(shí)例7-2——不同材料金屬塊水中冷卻的非穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程分析　
　　　實(shí)例7-3——高溫銅導(dǎo)線冷卻過(guò)程分析　
　第8章　輻射熱分析　
　　8.1　輻射熱分析的基本概念　
　　　8.1.1　黑體　
　　　8.1.2　灰體　
　　　8.1.3　角系數(shù)　
　　8.2　熱輻射公式　
　　　8.2.1　角系數(shù)的計(jì)算　
　　　8.2.2　熱輻射計(jì)算方程　
　　8.3　輻射熱分析求解方法　
　　　8.3.1　非隱藏法與隱藏法　
　　　8.3.2　點(diǎn)-點(diǎn)問(wèn)題　
　　　8.3.3　點(diǎn)-面問(wèn)題　
　　　8.3.4　面-面問(wèn)題　
　　　實(shí)例8-1——黑體輻射　
　　　實(shí)例8-2——等長(zhǎng)的同心圓柱面間的輻射熱傳遞　
　　　實(shí)例8-3——等長(zhǎng)不等軸空心圓柱體間的輻射傳熱　
　　　實(shí)例8-4——型鋼的熱輻射過(guò)程　
　第9章　相變分析　
　　9.1　相變分析概述　
　　　9.1.1　相與相變的概念　
　　　9.1.2　潛熱與焓　
　　　9.1.3　ANSYS中相變分析的基本思路　
　　9.2　相變分析應(yīng)注意的問(wèn)題　
　　　實(shí)例9-1——圓柱試管中水結(jié)冰過(guò)程分析　
　　　實(shí)例9-2——冰融化過(guò)程分析　
　　　實(shí)例9-3——鑄件鑄造過(guò)程熱分析　
　第10章　熱分析典型工程實(shí)例　
　　10.1　工程實(shí)例1——某型號(hào)手機(jī)電池的散熱分析　
　　10.2　工程實(shí)例2——冷庫(kù)復(fù)合隔熱板熱量流動(dòng)分析　
　　10.3　工程實(shí)例3——電子元器件散熱裝置溫度分布
第三篇　耦合場(chǎng)分析
　第11章　耦合場(chǎng)分析基礎(chǔ)　
　　11.1　耦合場(chǎng)分析的概念　
　　11.2　耦合場(chǎng)分析的種類(lèi)　
　　　11.2.1　順序耦合方法　
　　　11.2.2　直接耦合方法　
　　　11.2.3　直接法與順序法的應(yīng)用場(chǎng)合　
　　11.3　順序耦合場(chǎng)分析　
　　　11.3.1　順序多場(chǎng)耦合的概念　
　　　11.3.2　一般分析步驟　
　　11.4　直接耦合場(chǎng)分析　
　第12章　流體-熱耦合分析　
　　12.1　FLOTRAN流動(dòng)換熱分析簡(jiǎn)介　
　　12.2　FLOTRAN流動(dòng)換熱耦合分析的要求及設(shè)置　
　　　12.2.1　流動(dòng)換熱分析的網(wǎng)格要求　
　　　12.2.2　物性的指定和控制　
　　　12.2.3　熱載荷和邊界條件　
　　　12.2.4　求解策略　
　　　12.2.5　熱平衡　
　　　12.2.6　使用輻射功率密度方法的面對(duì)面輻射分析　
　　　實(shí)例12-1——方腔中空氣的熱穩(wěn)態(tài)層流分析　
　　　實(shí)例12-2——層流流體受均勻壁面熱通量　
　第13章　熱場(chǎng)-結(jié)構(gòu)場(chǎng)的耦合分析　
　　13.1　熱應(yīng)力分析簡(jiǎn)介　
　　13.2　熱應(yīng)力分析單元　
　　13.3　熱應(yīng)力分析步驟　
　　　13.3.1　直接法進(jìn)行熱應(yīng)力分析的基本步驟　
　　　13.3.2　間接法進(jìn)行熱應(yīng)力分析的基本步驟　
　　　實(shí)例13-1——圓筒內(nèi)部熱應(yīng)力分析　
　　　實(shí)例13-2——冷卻柵管的熱應(yīng)力分析　
　第14章　其他耦合場(chǎng)分析　
　　14.1　熱電耦合分析　
　　　實(shí)例14-1——銅板連接的兩半導(dǎo)體的熱電耦合分析　
　　14.2　電磁熱耦合分析　
　　　實(shí)例14-2——圓柱形坯料的電磁感應(yīng)加熱過(guò)程分析　
　第15章　耦合場(chǎng)分析典型工程實(shí)例　
　　15.1　工程實(shí)例1——包含焊縫的金屬板熱膨脹分析　
　　15.2　工程實(shí)例2——現(xiàn)代辦公樓層內(nèi)空調(diào)布局對(duì)室內(nèi)溫度分布的影響研究


章節(jié)摘錄
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