FLUENT流體計算應用教程

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的。這些基本定律可由數(shù)學方程組來描述，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)學方程，進而研究流體的運動規(guī)律，這就是計算流體動力學（CFD）。計算流體動力學是建立在經(jīng)典流體動力學與數(shù)值計算方法基礎上的一門新學科，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，不必掌握流體力學微分方程的求解以及計算流體力學的深入研究，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)的各種復雜流場。FLUENT軟件包含非常豐富、經(jīng)過工程確認的物理模型，可以模擬高超音速流場、轉(zhuǎn)捩、傳熱與相變、化學反應與燃燒、多相流、旋轉(zhuǎn)機械、動／變形網(wǎng)格、噪聲、材料加工復雜機理的流動問題。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過程，可以讓讀者在短時間內(nèi)把握學習的要領，掌握FLUENT 6.3的高級應用技術。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)展有限責任公司技術經(jīng)理魏隨利的熱心指導以及公司技術部王海龍、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用。本書詳細介紹了利用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過程，可使讀者在短時間內(nèi)把握學習的要領，掌握FLUENT6.3的流體計算應用技術。目前，本書已被列為Fluent公司在中國的唯一代理——北京?；萍脊綜FD培訓參考用書?！　”緯Y(jié)構(gòu)清晰，基礎知識與實用技能并用，可作為高等院校相關專業(yè)本科和碩士研究生的流體力學以及傳熱學的教材，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的應用領域　　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　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　　2.2.3　Ganbit基本用法　2.3　Ganbit操作步驟及應用實例　　2.3.1　Ganbit操作步驟　　2.3.2　Ganbit應用實例　2.4　ANSYS ICEM XFD 11.0應用實例　　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　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軟件中的混合分數(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　　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　輻射模型類型設置過程　　3.4.1　DTRM模型的設置　　3.4.2　S2S模型的設置　　3.4.3　DO模型的設置　　3.4.4　定義物質(zhì)的輻射特性　　3.4.5　輻射邊界條件的設置　　3.4.6　輻射模型的求解策略　3.5　化學反應　　3.5.1　化學反應模型理論　　3.5.2　組分輸運和化反應設置的基本內(nèi)容　　3.5.3　組分輸運與化學反應的激活和設置　　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　化學混合和有限速率的化學反應的求解步驟　　3.5.7　輸入CHEMKIN格式中的體積動力學機制　3.6　壁面表面化學反應和化學蒸氣沉積　　3.6.1　表面組分和壁面表面化學反應理論　　3.6.2　壁面表面化學反應的用戶輸入　　3.6.3　導入CHEMKIN格式的表面動力學機制　3.7　微料表面化學反應　　3.7.1　理論　　3.7.2　微粒表面化學反應的用戶輸入　3.8　小結(jié)第4章　FLUENT 后處理及Tecplot應用第5章　FLUENT 動網(wǎng)格應用第6章　傳熱和輻射計算應用第7章　FLUENT 燃燒及化學反映應用一第8章　FLUENT 燃燒及化學反映應用二第9章　FLUENT 多相流應用第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在FLUENT軟件當中，有兩種數(shù)值方法可以選擇：基于壓力的求解器?；诿芏鹊那蠼馄?。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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