精通CFD工程仿真與案例實戰

《精通CFD工程仿真與案例實戰》是2011年人民郵電出版社出版的圖書，作者是李鵬飛， 徐敏義， 王飛飛。

基本介紹

• 書名：精通CFD工程仿真與案例實戰
• 又名：FLUENT GAMBIT ICEM CFD Tecplot
• 作者：李鵬飛， 徐敏義， 王飛飛
• ISBN：9787115260802
• 頁數：569頁
• 定價：￥ 88.00
• 出版社：人民郵電出版社
• 出版時間：2011-10-01 
• 裝幀：平裝
• 開本：16

內容簡介

《精通CFD工程仿真與案例實戰——FLUENT GAMBIT ICEM CFD Tecplot》詳細介紹了FLUENT、GAMBIT、ICEM CFD和Tecplot基礎理論、具體操作和典型的套用案例。

全書共分8章。第1章介紹了CFD基本理論及軟體的基本套用，並通過簡單實用的算例，說明了FLUENT的求解過程和後處理步驟。第2章介紹CFD前處理概念和GAMBIT、ICEM CFD的使用方法。第3章介紹CFD求解理論和FLUENT的使用方法。第4章介紹FLUENT後處理和Tecplot使用方法。第5章是格線套用實戰，以10個格線套用的典型實例為講解主線，詳細介紹GAMBIT和ICEM CFD創建四面體格線、六面體格線的功能套用，涉及局部加密法、邊界層格線和塊結構化格線的劃分方法。第6章至第8章，分別是求解綜合實戰案例，通過26個典型算例，介紹FLUENT在多個領域的套用。

本書理論講解詳細、操作介紹直觀、實例內容豐富，全面介紹了FLUENT、GAMBIT、ICEM CFD和Tecplot套用於流體工程計算的操作，具有較強的實用性。本書包含的大量實例基本涵蓋了ICEM CFD和FLUENT在各大領域中的典型套用，本書的這些經典算例是對ICEM CFD和FLUENT功能套用很全面的總結。

本書可作為航空航天、船舶、能源、石油、化工、機械、製造、汽車、生物、環境、水利、火災安全、冶金、建築、材料等眾多領域的研究生和本科生學習CFD基本理論和軟體套用的教材，也可供上述領域的科研人員、企業研發人員，特別是從事CFD基礎和套用計算的人員學習參考。

編輯推薦

《精通CFD工程仿真與案例實戰:FLUENT GAMBIT ICEM CFD Tecplot》：8個經典格線ICEM CFD劃分實例（非結構格線、塊結構格線、O-grid格線劃分、邊界層格線），詳細講解ICEM，CFD的套用，26個經典的FLUENT案例（氣流組織、管流、換熱、可壓縮流動、水波、翼型繞流、各類多相流模型、固體燃料，電池、SNCR、燃燒與化學反應、催化反應、非牛頓流體、風機、圓柱繞流、UDF），全面解讀FLUENT的套用，典型的Tecplot後處理套用（矢量圖、等值線圖、三維剖面圖、XY點圖），260分鐘視頻講解及各算例源檔案，幫助讀者儘快融入實戰角色（見光碟）。

目錄

第1章　CFD概述

1.1　計算流體力學概述　1

1.1.1　計算流體力學的基本思想和本質　1

1.1.2　計算流體力學的優勢　2

1.1.3　CFD學科誕生與工程化背景　2

1.1.4　計算流體力學的套用領域　3

1.2　計算流體力學問題的解決過程　3

1.2.1　前處理　3

1.2.2　求解　4

1.2.3　後處理　4

1.3　計算流體力學商業軟體介紹　4

1.3.1　前處理器　4

1.3.2　求解器　5

1.3.3　後處理軟體　10

1.4　FLUENT的操作界面　12

1.4.1　啟動FLUENT界面　12

1.4.2　FLUENT主界面　12

1.5　FLUENT的基礎操作　14

1.5.1　啟動ANSYS FLUENT求解器　15

1.5.2　讀入格線檔案　15

1.5.3　格線檢查　16

1.5.4　尺寸檢查　17

1.5.5　格線光順化　17

1.5.6　顯示格線　18

1.5.7　模型參數設定　18

1.5.8　物性參數設定　19

1.5.9　邊界條件參數設定　19

1.5.10　求解參數設定　22

1.5.11　疊代求解　23

1.5.12　利用高階離散格式獲得精確解　23

1.6　顯示計算結果與分析結果數據　24

1.6.1　顯示速度的雲圖　24

1.6.2　顯示溫度的雲圖　25

1.6.3　顯示速度矢量圖　26

1.6.4　顯示出口溫度的XY點圖　27

1.7　本章總結　28

第2章　格線基礎與操作

2.1　CFD格線前處理理論準備　29

2.1.1　劃分格線的目的　29

2.1.2　格線幾何要素　29

2.1.3　格線形狀　29

2.1.4　結構化與非結構化格線　30

2.1.5　壁面和近壁區格線處理原則　32

2.1.6　格線質量評價標準　34

2.1.7　選擇合適的格線類型　35

2.1.8　格線自適應　36

2.2　GAMBIT格線劃分　37

2.2.1　GAMBIT的基本功能與界面　37

2.2.2　GAMBIT基本術語　40

2.2.3　GAMBIT幾何通用操作　41

2.2.4　GAMBIT幾何造型　43

2.2.5　GAMBIT實體幾何操作　53

2.2.6　GAMBIT劃分實體格線　57

2.2.7　劃分體格線　61

2.2.8　劃分邊界層格線　66

2.2.9　GAMBIT指定邊界和域類型　67

2.2.10　尺寸函式　68

2.2.11　格線劃分策略分析簡介　70

2.2.12　格線質量管理及格線輸出　72

2.3　ICEM CFD格線劃分　74

2.3.1　ICEM CFD基本功能與界面　74

2.3.2　ICEM CFD幾何體創建與處理　78

2.3.3　ICEM CFD劃分非結構格線　83

2.3.4　ICEM CFD劃分稜柱邊界層格線　94

2.3.5　ICEM CFD劃分六面體結構化格線　99

2.3.6　ICEM CFD指定邊界和域類型以及輸出格線　111

第3章FLUENT基礎與操作

3.1　FLUENT求解，啟動FLUENT與FLUENT並行計算　114

3.2　FLUENT腳本檔案自動運行　116

3.3　FLUENT檔案類型　117

3.4　格線檢查　117

3.4.1　在FLUENT中檢查格線　117

3.4.2　報告格線統計量　119

3.5　計算域尺寸設定　119

3.5.1　FLUENT的計算單位系統　119

3.5.2　在FLUENT中設定計算域尺寸　120

3.6　定義湍流模型　120

3.6.1　流體與流動的分類　120

3.6.2　判斷湍流的標準　122

3.6.3　湍流模型的評價與選擇　122

3.6.4　壁面函式的選擇　127

3.6.5　在ANSYS FLUENT中設定湍流模型　127

3.7　對流換熱計算　131

3.7.1　在FLUENT中考慮對流換熱　131

3.7.2　考慮自然對流問題的場合與方法　132

3.8　輻射換熱計算　134

3.8.1　選擇輻射換熱模型　134

3.8.2　在ANSYS FLUENT中設定P1輻射模型　135

3.8.3　在ANSYS FLUENT中設定Discrete Ordinates輻射模型　136

3.8.4　輻射物質屬性定義　137

3.9　模擬不考慮化學反應的組分傳輸過程　137

3.10　化學反應流與燃燒模擬　138

3.10.1　FLUENT中的燃燒模型介紹　138

3.10.2　反應模型的選擇　139

3.10.3　通用有限速率模型　141

3.10.4　ISAT算法　146

3.10.5　導入CHEMKIN格式的化學反應機理　147

3.10.6　非預混燃燒模型之混合分數/PDF模型　148

3.10.7　非預混燃燒模型之層流火焰面模型　148

3.10.8　FLUENT中的煤燃燒模擬計算器的設定與使用　150

3.10.9　預混燃燒模型　151

3.10.10　部分預混燃燒模型　152

3.10.11　組分機率密度輸運燃燒模型　153

3.10.12　FLUENT燃燒模擬可能遇到的點火問題　154

3.11　表面反應模擬　155

3.12　設定操作工況參數　156

3.13　設定單元區域條件　158

3.13.1　單元區域條件的類型　158

3.13.2　單元區域條件設定　159

3.14　多孔介質計算域　161

3.15　設定邊界條件　162

3.15.1　邊界條件類型　163

3.15.2　邊界條件設定　163

3.16　控制方程離散化　186

3.16.1　離散方法　186

3.16.2　離散格式　187

3.16.3　離散格式的選擇　188

3.16.4　在FLUENT中設定離散格式　189

3.17　求解方法　190

3.17.1　基於壓力的求解器　190

3.17.2　基於密度的求解器　192

3.17.3　在FLUENT中設定求解器　192

3.18　設定亞鬆弛因子　193

3.19　設定庫朗數　194

3.20　設定求解極限　194

3.21　求解初始化　195

3.21.1　全局初始化　195

3.21.2　對初始值進行局部修補　196

3.22　求解器的使用方法　196

3.22.1　使用求解器的基本步驟　196

3.22.2　在FLUENT中設定定常狀態的計算　197

3.23　確認收斂性　197

3.24　格線自適應　198

3.25　UDF的基本理論與套用　198

3.25.1　UDF的基本理論　198

3.25.2　UDF的套用　199

3.26　FLUENT中常見警告的出現原因和解決方法　199

第4章　後處理基礎與操作

4.1　計算後處理：FLUENT後處理　202

4.1.1　創建點、線和面　202

4.1.2　流場顯示　206

4.1.3　顯示格線　207

4.1.4　顯示等值線雲圖　207

4.1.5　顯示矢量圖　209

4.1.6　顯示軌跡線　210

4.1.7　顯示掃描面　210

4.1.8　創建動畫　211

4.1.9　顯示XY曲線　212

4.1.10　顯示柱狀圖　212

4.1.11　FLUENT計算報告　213

4.1.12　邊界通量報告　213

4.1.13　受力報告　214

4.1.14　投影面積　215

4.1.15　表面積分　215

4.1.16　體積分　217

4.1.17　參考值設定　218

4.1.18　算例設定報告　219

4.2　Tecplot數據處理　219

4.2.1　Tecplot 360功能簡介　219

4.2.2　Tecplot 360檔案格式　222

4.2.3　Tecplot 360讀入FLUENT檔案　226

4.2.4　在Tecplot 360中繪製XY曲線　228

4.2.5　在Tecplot 360中顯示等值線雲圖　229

4.2.6　在Tecplot 360中繪製矢量圖　231

4.2.7　在Tecplot 360中繪製流線　232

4.2.8　在Tecplot 360中繪製三維流場剖面圖　233

4.2.9　在Tecplot 360中製作動畫　237

4.2.10　在Tecplot 360中分析CFD數據　240

第5章　利用GAMBIT劃分格線

5.1　格線實例一：二維圓筒燃燒器格線劃分　242

5.1.1　創建幾何實體　243

5.1.2　對實體進行格線劃分　244

5.1.3　創建邊界條件並輸出格線　245

5.2　格線實例二：燃氣灶格線劃分　247

5.2.1　創建燃氣灶實體模型　247

5.2.2　對實體進行格線劃分　252

5.2.3　創建實體的邊界條件　255

5.2.4　輸出格線　255

5.3　格線實例三：引擎模型四面體劃分　256

5.3.1　打開工程　256

5.3.2　Repair幾何實體　257

5.3.3　設定格線尺寸　257

5.3.4　初步計算並查看格線　258

5.3.5　光順格線　259

5.3.6　基於曲率自適應的格線加密　260

5.3.7　再次創建格線　260

5.3.8　切面顯示　260

5.4　格線實例四：機翼翼身組合體稜柱形格線劃分　260

5.4.1　打開項目　261

5.4.2　劃分稜柱層格線　261

5.4.3　創建機翼尾部密度區　262

5.4.4　再次計算格線並顯示　263

5.4.5　光順格線　263

5.4.6　生成六面體核心格線　264

5.5　格線實例五：二維管道四邊形格線劃分　265

5.5.1　新建工程　265

5.5.2　初始化塊　266

5.5.3　分割塊　266

5.5.4　刪除 Blocks　267

5.5.5　關聯塊頂點到幾何點　267

5.5.6　關聯Edge到Curve　268

5.5.7　顯示關聯　269

5.5.8　組合Curves　269

5.5.9　完成邊和線的關聯　270

5.5.10　移動剩餘的頂點到幾何上　270

5.5.11　設定格線尺寸　271

5.5.12　計算並顯示格線　271

5.5.13　格線質量檢查　272

5.5.14　轉化成非結構化格線　272

5.6　格線實例六：三維管道六面體結構化格線　273

5.6.1　新建工程　273

5.6.2　檢查幾何拓撲　273

5.6.3　創建Part　274

5.6.4　創建材料點並保存工程　274

5.6.5　初始化塊　275

5.6.6　分割塊並建立拓撲結構　275

5.6.7　關聯曲線　276

5.6.8　初步計算格線　278

5.6.9　初步格線質量評估　278

5.6.10　建立O-grid　279

5.6.11　第二次計算格線　279

5.6.12　第二次格線質量評估　280

5.6.13　格線輸出　280

5.7　格線實例七：三維彎管六面體結構化格線　280

5.7.1　打開項目並創建Parts　281

5.7.2　創建體並初始化塊　282

5.7.3　切塊和刪除部分塊　282

5.7.4　關聯　283

5.7.5　移動頂點(1)　283

5.7.6　創建第一個O-grid　284

5.7.7　修飾塊　285

5.7.8　移動頂點(2)　286

5.7.9　創建第二個O-grid　286

5.7.10　設定格線尺寸並預覽格線　287

5.7.11　移動頂點以改善格線質量　288

5.7.12　重新查看格線　289

5.8　格線實例八：管內葉片三維六面體結構化格線　289

5.8.1　打開工程並創建Parts　290

5.8.2　創建體　290

5.8.3　初始化塊　291

5.8.4　創建關聯　291

5.8.5　塊分割　292

5.8.6　塌陷　292

5.8.7　邊關聯　292

5.8.8　設定面格線參數　293

5.8.9　格線質量檢查　294

5.8.10　創建O-grid　294

5.8.11　中間塊刪除並計算格線　295

5.8.12　格線質量檢查　295

5.9　格線實例九：半球方體三維六面體結構化格線　295

5.9.1　讀入工程　296

5.9.2　初始化塊　297

5.9.3　建立拓撲(1)　297

5.9.4　關聯(1)　298

5.9.5　設定格線參數(1)　299

5.9.6　預覽格線並檢查格線質量　299

5.9.7　建立拓撲(2)　300

5.9.8　關聯(2)　301

5.9.9　設定格線參數(2)　301

5.9.10　計算格線　302

5.9.11　檢查格線質量　302

5.9.12　局部格線參數設定　303

5.10　格線實例十：托架三維六面體結構化格線　303

5.10.1　創建新項目　303

5.10.2　初始化塊　304

5.10.3　移動塊頂點　304

5.10.4　分塊(1)　305

5.10.5　關聯並移動頂點　306

5.10.6　創建塊　306

5.10.7　關聯　307

5.10.8　分塊(2)　307

5.10.9　創建O-grid　308

5.10.10　設定邊緣O-grid　309

5.10.11　計算格線　310

5.10.12　格線質量評估　311

5.10.13　格線鏡像　311

第6章　綜合實戰案例一

一

6.1　算例一：空調房間室內氣流組織模擬　312

6.1.1　介紹　312

6.1.2　方法和設定　312

6.1.3　前期要求　312

6.1.4　問題描述　312

6.1.5　準備　313

6.1.6　設定和求解　313

6.1.7　總結　317

6.2　算例二：管內流動的模擬　317

6.2.1　介紹　317

6.2.2　方法和設定　317

6.2.3　前期要求　318

6.2.4　問題描述　318

6.2.5　準備　318

6.2.6　設定和求解　318

6.2.7　總結　328

6.2.8　參考文獻　328

6.2.9　練習與討論　329

6.3　算例三：外掠平板的流場與換熱　329

6.3.1　介紹　329

6.3.2　方法和設定　329

6.3.3　前期要求　329

6.3.4　問題描述　329

6.3.5　準備　330

6.3.6　設定與求解　330

6.3.7　總結　339

6.3.8　參考文獻　339

6.3.9　練習與討論　340

6.4　算例四：進氣歧管的流動模擬　340

6.4.1　介紹　340

6.4.2　方法和設定　340

6.4.3　前期要求　340

6.4.4　問題描述　340

6.4.5　準備　341

6.4.6　設定和求解　341

6.4.7　總結　349

6.4.8　參考文獻　349

6.4.9　練習與討論　349

6.5　算例五：漸縮漸擴管的無粘與可壓縮流動模擬　349

6.5.1　介紹　349

6.5.2　方法和設定　349

6.5.3　前期準備　350

6.5.4　問題描述　350

6.5.5　準備　350

6.5.6　設定和求解　350

6.5.7　總結　357

6.5.8　參考文獻　358

6.5.9　練習與討論　358

6.6　算例六：模擬水箱的水波運動　358

6.6.1　介紹　358

6.6.2　方法和設定　358

6.6.3　前期要求　358

6.6.4　問題描述　358

6.6.5　準備　359

6.6.6　設定和求解　359

6.6.7　總結　367

6.6.8　練習與討論　367

6.7　算例七：水平膜狀沸騰　367

6.7.1　介紹　367

6.7.2　前期要求　367

6.7.3　問題描述　368

6.7.4　設定和求解　368

6.7.5　分析　374

6.7.6　總結　374

6.8　算例八：機翼繞流可壓縮流動的模擬　375

6.8.1　介紹　375

6.8.2　方法和設定　375

6.8.3　前期要求　375

6.8.4　問題描述　375

6.8.5　準備　376

6.8.6　設定和求解　376

6.8.7　總結　383

6.8.8　練習與討論　383

6.9　算例九：利用歐拉模型解決攪拌器混合問題　384

6.9.1　介紹　384

6.9.2　方法和設定　384

6.9.3　問題描述　384

6.9.4　設定和求解　385

6.10　算例十：利用多相流混合模型和歐拉模型求解T形管流動　396

6.10.1　介紹　396

6.10.2　方法和設定　396

6.10.3　問題描述　396

6.10.4　設定和求解　396

6.11　算例十一：對固體燃料電池進行流體動力學模擬　404

6.11.1　介紹　404

6.11.2　方法和設定　405

6.11.3　問題描述　405

6.11.4　設定與求解　405

第7章　綜合實戰案例二

417

7.1　算例十二：使用噴尿素法並利用選擇性非催化還原法進行NOx模擬　417

7.1.1　介紹　417

7.1.2　方法和設定　417

7.1.3　前期要求　417

7.1.4　問題描述　417

7.1.5　準備　418

7.1.6　設定和求解　418

7.2　總結　423

7.3　算例十三：使用混合物模型模擬質量和熱量交換　424

7.3.1　介紹　424

7.3.2　前期要求　424

7.3.3　問題描述　424

7.3.4　設定和求解　424

7.4　算例十四：使用用戶自定義標量和用戶自定義記憶體模擬電加熱(歐姆加熱)　430

7.4.1　介紹　430

7.4.2　方法和設定　431

7.4.3　前期要求　431

7.4.4　問題描述　431

7.4.5　準備　431

7.4.6　設定和求解　431

7.4.7　總結　441

7.4.8　練習與討論　441

7.5　算例十五：頂蓋驅動的腔體流動　441

7.5.1　介紹　441

7.5.2　方法和設定　441

7.5.3　前期要求　442

7.5.4　問題描述　442

7.5.5　準備　442

7.5.6　設定和求解　442

7.5.7　總結　449

7.5.8　參考文獻　449

7.5.9　練習與討論　450

7.6　算例十六：引擎流場模擬　450

7.6.1　介紹　450

7.6.2　方法和設定　450

7.6.3　前期要求　450

7.6.4　問題描述　450

7.6.5　準備　451

7.6.6　設定和求解　451

7.6.7　總結　468

7.6.8　練習和討論　469

7.7　算例十七：使用EBU(Eddy Break Up，渦破碎)模型模擬煤粉燃燒　469

7.7.1　介紹　469

7.7.2　技巧和設定　469

7.7.3　前期要求　469

7.7.4　問題描述　469

7.7.5　準備　470

7.7.6　設定和求解　470

7.7.7　結果　483

7.8　算例十八：多步焦炭反應模擬　483

7.8.1　介紹　483

7.8.2　技巧和設定　483

7.8.3　前期要求　483

7.8.4　問題描述　484

7.8.5　準備　484

7.8.6　設定和求解　484

7.8.7　結果　493

7.8.8　總結　493

7.9　算例十九：利用EDC燃燒模型模擬擴散火焰　493

7.9.1　介紹　493

7.9.2　前期要求　494

7.9.3　問題描述　494

7.9.4　準備　494

7.9.5　設定和求解　494

7.9.6　總結　505

7.10　算例二十：擴散射流火焰的PDF輸運方程模型模擬　505

7.10.1　介紹　505

7.10.2　技巧和設定　505

7.10.3　實驗概況　506

7.10.4　前期要求　506

7.10.5　問題描述　506

7.10.6　準備　506

7.10.7　設定和求解　506

7.10.8　總結　514

7.11　算例二十一：模擬圓形通道的表面反應　514

7.11.1　介紹　514

7.11.2　準備　514

7.11.3　設定和求解　514

第8章　綜合實戰案例三

8.1　算例二十二：模擬二維流化床的均勻流化作用　520

8.1.1　介紹　520

8.1.2　前期要求　520

8.1.3　問題描述　520

8.1.4　設定和求解　521

8.2　算例二十三：液體燃料燃燒　525

8.2.1　介紹　525

8.2.2　技巧和設定　525

8.2.3　前期準備　525

8.2.4　問題描述　525

8.2.5　準備　526

8.2.6　設定和求解　526

8.2.7　總結　537

8.3　算例二十四：偏心環形管道的非牛頓流體流動模擬　537

8.3.1　介紹　537

8.3.2　技巧和設定　537

8.3.3　前期要求　538

8.3.4　問題描述　538

8.3.5　準備　538

8.3.6　設定和求解　538

8.3.7　總結　550

8.3.8　參考文獻　550

8.3.9　練習與討論　550

8.4　算例二十五：離心式鼓風機模擬　550

8.4.1　介紹　550

8.4.2　問題描述　551

8.4.3　準備　551

8.4.4　設定和求解　551

8.4.5　總結　559

8.5　算例二十六：圓柱繞流模擬　560

8.5.1　介紹　560

8.5.2　問題描述　560

8.5.3　準備　560

8.5.4　設定和求解　560

8.5.5　總結　569

8.5.6　參考文獻　569