精通FLUENT6.3流場分析

前言

　　Computational Fluid Dynamics（簡稱CFD，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)），用離散化的數(shù)值方法及電子計(jì)算機(jī)對(duì)流體無黏繞流和黏性流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬和分析。無黏繞流包括低速流、跨聲速流、超聲速流等；黏性流動(dòng)包括湍流、邊界層流動(dòng)等。計(jì)算流體力學(xué)是計(jì)算力學(xué)的一個(gè)分支，是為彌補(bǔ)理論分析方法的不足而于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，主要是有限差分法和有限元法。流體力學(xué)運(yùn)動(dòng)偏微分方程有橢圓型、拋物型、雙曲型和混合型之分，所以計(jì)算流體力學(xué)很大程度上就是針對(duì)不同性質(zhì)的偏微分方程采用和發(fā)展相應(yīng)的數(shù)值解法?！　?shí)驗(yàn)研究、理論分析方法和數(shù)值模擬是研究流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的三種基本方法，它們的發(fā)展是相互依賴、相互促進(jìn)的。計(jì)算流體力學(xué)的興起促進(jìn)了流體力學(xué)的發(fā)展，改變了流體力學(xué)研究工作的狀況，很多原來認(rèn)為很難解決的問題，如超聲速、高超聲速鈍體繞流、分離流以及湍流問題等，都有了不同程度的發(fā)展，而且將為流體力學(xué)研究工作提供新的前景。　　計(jì)算流體力學(xué)的興起促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)研究和理論分析方法的發(fā)展，為簡化流動(dòng)模型的創(chuàng)建提供了更多的依據(jù)，使很多分析方法得到了發(fā)展和完善。然而，更重要的是計(jì)算流體力學(xué)采用它獨(dú)有的、新的研究方法——數(shù)值模擬方法，研究流體運(yùn)動(dòng)的基本物理特性，其特點(diǎn)如下?！　。?）給出流體運(yùn)動(dòng)區(qū)域內(nèi)的離散解，而不是解析解，這區(qū)別于一般理論分析方法?！　。?）它的發(fā)展與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展直接相關(guān)。這是因?yàn)榭赡苣M的流體運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜程度、解決問題的廣度和能模擬的流體運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜程度，都與計(jì)算機(jī)速度、內(nèi)存等直接相關(guān)?！　。?）若物理問題的數(shù)學(xué)提法（包括數(shù)學(xué)方程及其相應(yīng)的邊界條件）是正確的，則可在較廣泛的流動(dòng)參數(shù)（如馬赫數(shù)、雷諾數(shù)、氣體性質(zhì)、模型尺度等）范圍內(nèi)研究流體力學(xué)問題，且能給出流場參數(shù)的定量結(jié)果。　　以上這些是風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和理論分析難以做到的，然而，要?jiǎng)?chuàng)建正確的數(shù)學(xué)方程還必須與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合。另外，嚴(yán)格的穩(wěn)定性分析、誤差估計(jì)和收斂性理論的發(fā)展還跟不上數(shù)值模擬的進(jìn)展。所以在計(jì)算流體力學(xué)中，仍必須依靠一些較簡單的、線性化的、與原問題有密切關(guān)系的模型方程的嚴(yán)格數(shù)學(xué)分析，給出所求解問題數(shù)值解的理論依據(jù)。依靠數(shù)值實(shí)驗(yàn)、地面實(shí)驗(yàn)和物理特性分析，驗(yàn)證計(jì)算方法的可靠性，從而進(jìn)一步改進(jìn)計(jì)算方法。

內(nèi)容概要

本書全面介紹了FLUENT 6.3流場分析的各種功能和基本操作方法。首先介紹了CFD基礎(chǔ)理論和FLUENT基本知識(shí)；接著結(jié)合實(shí)例介紹了FLUENT中常用的計(jì)算模型及其在求解流體和傳熱傳質(zhì)等工程問題中的方法，包括圓柱繞流問題、二維/三維流動(dòng)和傳熱的數(shù)值模擬、多相流模型模擬、可動(dòng)區(qū)域中流動(dòng)問題的模擬、動(dòng)網(wǎng)格模型的模擬、組分傳輸與氣體燃燒的模擬；最后對(duì)UDF和UDS軟件、Tecplot軟件作了簡單的介紹。     本書所贈(zèng)光盤中包含了書中所有實(shí)例的源文件和視頻演示動(dòng)畫，以方便讀者學(xué)習(xí)使用。     本書適用于科研院所流體力學(xué)研究人員，流體力學(xué)相關(guān)專業(yè)碩博士研究生或本科高年級(jí)學(xué)生用作自學(xué)指導(dǎo)書或參考用書。

書籍目錄

第1章 流體力學(xué)基礎(chǔ) 　1.1 流體力學(xué)基本概念 　　1.1.1 連續(xù)介質(zhì)模型 　　1.1.2 流體的基本性質(zhì) 　　1.1.3 作用在流體上的力 　　1.1.4 流動(dòng)分析基礎(chǔ) 　1.2 流體運(yùn)動(dòng)的基本概念 　1.3 流體流動(dòng)及換熱的基本控制方程 　1.4 邊界層理論 第2章 FLUENT基礎(chǔ)知識(shí) 　2.1 CFD軟件概述 　2.2 FLUENT軟件包概述 　2.3 計(jì)算網(wǎng)格 　　2.3.1 網(wǎng)格類型 　　2.3.2 網(wǎng)格類型的選擇 　　2.3.3 網(wǎng)格質(zhì)量 　2.4 GAMBIT功能簡介 　　2.4.1 GAMBIT的特點(diǎn) 　　2.4.2 GAMBIT的基本操作步驟 　　2.4.3 GAMBIT的啟動(dòng)界面 　　2.4.4 GAMBIT的用戶操作界面 　2.5 FLUENT 6.3求解器功能簡介 　　2.5.1 FLUENT 6.3求解步驟 　　2.5.2 FLUENT 6.3啟動(dòng)界面 　　2.5.3 FLUENT 6.3圖形用戶界面 　　2.5.4 FLUENT 6.3文件讀寫 　　2.5.5 FLUENT 6.3對(duì)網(wǎng)格的基本操作 　　2.5.6 FLUENT 6.3基本計(jì)算模型 　　2.5.7 FLUENT 6.3求解器選擇 　　2.5.8 選擇FLUENT 6.3的運(yùn)行環(huán)境 　　2.5.9 FLUENT 6.3的材料定義 　　2.5.10 FLUENT 6.3的湍流模型 　　2.5.11 FLUENT 6.3邊界條件 　　2.5.12 設(shè)置FLUENT 6.3求解參數(shù) 第3章 圓柱繞流問題 　3.1 卡曼漩渦與定常流動(dòng) 　　3.1.1 創(chuàng)建模型 　　3.1.2 網(wǎng)格劃分 　　3.1.3 邊界條件和區(qū)域的設(shè)定 　　3.1.4 網(wǎng)格的輸出 　　3.1.5 利用FLUENT求解器求解 　3.2 卡曼渦街與非定常流動(dòng) 　　3.2.1 選擇計(jì)算模型 　　3.2.2 后處理 第4章 二維流動(dòng)和傳熱的數(shù)值模擬 　4.1 軸對(duì)稱孔板流量計(jì)的流動(dòng)模擬 　　4.1.1 利用GAMBIT創(chuàng)建模型 　　4.1.2 網(wǎng)格的劃分 　　4.1.3 邊界條件和區(qū)域的設(shè)定 　　4.1.4 網(wǎng)格的輸出 　　4.1.5 利用FLUENT求解器求解 　4.2 套管式換熱器的流動(dòng)和傳熱的模擬 　　4.2.1 利用GAMBIT創(chuàng)建模型 　　4.2.2 網(wǎng)格的劃分 　　4.2.3 邊界條件和區(qū)域的設(shè)定 　　4.2.4 網(wǎng)格的輸出 　　4.2.5 利用FLUENT求解器求解 第5章 三維流動(dòng)和傳熱的數(shù)值模擬 　5.1 三維彎管流動(dòng)的模擬 　　5.1.1 利用GAMBIT創(chuàng)建模型 　　5.1.2 劃分實(shí)體網(wǎng)格 　　5.1.3 邊界條件和區(qū)域的設(shè)定 　　5.1.4 網(wǎng)格輸出 　　5.1.5 利用FLUENT求解器求解 　　5.1.6 后處理 　5.2 三維噴管流的數(shù)值模擬 　　5.2.1 利用GAMBIT創(chuàng)建三維噴管模型　　……第6章 多相流模型 第7章 可動(dòng)區(qū)域中流動(dòng)問題的模擬 第8章 動(dòng)網(wǎng)格模型的模擬第9章 組分傳輸與氣體燃燒的模擬第10章 UDF和UDS第11章 Tecplot軟件簡介

章節(jié)摘錄

　　1．湍流流動(dòng)的數(shù)值模擬分類　　（1）直接模擬（DNS）。用三維非穩(wěn)態(tài)N-S方程對(duì)湍流進(jìn)行直接數(shù)值計(jì)算。要對(duì)高度復(fù)雜的湍流進(jìn)行直接的計(jì)算，必須采用很小的時(shí)間和空間步長，才能分析出詳細(xì)的空間結(jié)構(gòu)及變化劇烈的時(shí)間特性，這樣，計(jì)算量很大，對(duì)計(jì)算機(jī)的要求也很高?！　。?）大渦模擬（LES）。按湍流的機(jī)理，湍流的脈動(dòng)及混合主要由大尺度的渦造成。大尺度的渦高度非線性，其相互作用把能量傳給小尺度的渦，小尺度的渦幾乎是各向同性的，它們起到能量耗散的作用。只用非穩(wěn)態(tài)N-S方程模擬大渦，不直接計(jì)算小渦，而將小渦對(duì)大渦的影響通過近似的模型來考慮，這種影響稱為亞格子Reynolds應(yīng)力。大渦模擬對(duì)計(jì)算機(jī)的要求仍比較高，但比直接模擬要低得多?！　。?）Reynolds平均法。將非穩(wěn)態(tài)N-S方程對(duì)時(shí)間作平均，即把湍流運(yùn)動(dòng)看成兩個(gè)流動(dòng)的疊加，一是時(shí)間平均流動(dòng)，二是瞬時(shí)脈動(dòng)流動(dòng)。于是在所得的時(shí)均N-S方程中包含了脈動(dòng)量乘積的時(shí)均值等未知量，稱為Reynolds應(yīng)力，即上標(biāo)表示脈動(dòng)量。方程中包括6個(gè)未知量，顯然方程的個(gè)數(shù)小于未知量的個(gè)數(shù)，要讓方程封閉，必須作出假設(shè)?！　“凑占僭O(shè)的不同，Re）molds平均法又可以分為渦黏模型（湍流黏性系數(shù)法）及Reynolds應(yīng)力模型?！　?）渦黏模型（湍流黏性系數(shù)法）基于B0ussinesq假設(shè)，將湍流脈動(dòng)所造成的附加應(yīng)力（ReVnolds應(yīng)力）同層流運(yùn)動(dòng)應(yīng)力與時(shí)均的應(yīng)變率關(guān)聯(lián)起來，這一假設(shè)并無物理基礎(chǔ)，且采用各向同性的湍流動(dòng)力黏度來計(jì)算湍流應(yīng)力，難于考慮旋轉(zhuǎn)流動(dòng)和表面曲率變化的影響，但以此為基礎(chǔ)的湍流模型目前在工程計(jì)算中應(yīng)用最廣泛。

編輯推薦

　　FLUENT基礎(chǔ)矢口識(shí)　　卡曼漩渦與卡曼渦街模擬　　二維流動(dòng)和傳熱的數(shù)值模擬　　三維流動(dòng)和傳熱的數(shù)值模擬　　多相流模型　　可動(dòng)區(qū)域中流動(dòng)問題的模擬　　動(dòng)網(wǎng)格模型模擬　　組分傳輸與氣體燃燒的模擬　　UDF、UDS、Tecplot簡介

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