《FLUENT 6.3流場分析從入門到精通》是機械工業出版社出版的圖書。本書可作為科研院所流體力學研究人員，流體力學相關專業碩士、博士研究生及流體力學相關專業本科高年級學生的自學指導書或參考用書。
基本介紹
- 書名：FLUENT 6.3流場分析從入門到精通
- ISBN：978-7-111-36022-3
- 定價：59.00元
- 出版社：機械工業出版社
內容簡介,前 言,目 錄,
內容簡介
本書共分13章，分別介紹了流體力學基礎、流體流動分析軟體概述、FLUENT 6.3的使用、格線生成軟體GAMBIT、Tecplot軟體使用入門、UDF使用簡介、湍流模型模擬、多相流模型模擬、滑移格線模型模擬、動格線模型模擬、物質運輸和有限速率化學反應模型模擬、並行計算和FLUENT 6.3綜合套用實例等知識。
前 言
計算流體力學（Computational Fluid Dynamics，CFD）是20世紀60年代伴隨計算機技術迅速崛起的一門新型獨立學科。它建立在流體動力學以及數值計算方法的基礎上，以研究物理問題為目的，通過計算機數值計算和圖像顯示方法，在時間和空間上定量地描述流場數值解。
經過半個世紀的迅猛發展，各種CFD通用性軟體包陸續出現，成為解決各種流體流動與傳熱問題的強有力的工具，並作為一種商品化軟體為工業界廣泛接受。隨著其性能日趨完善以及套用範圍的不斷擴大，如今CFD 技術早已超越了傳統的流體機械與流體工程等套用範疇，成功套用於航空、航運、海洋、環境、水利、食品、化工、核能、冶金、建築等諸多領域。
實驗研究、理論分析和數值模擬是研究流體運動規律的3種基本方法，它們是相互依賴、相互促進的。計算流體力學的興起促進了流體力學的發展，改變了流體力學研究工作的狀況，很多原來認為很難解決的問題，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展，而且為流體力學研究工作提供了新的前景。
計算流體力學的興起促進了實驗研究和理論分析方法的發展，為簡化流動模型的創建提供了更多的依據，使很多分析方法得到了發展和完善。更重要的是，計算流體力學採用獨有的、新的研究方法——數值模擬方法，研究流體運動的基本物理特性，其特點如下。
（1）給出流體運動區域內的離散解，而不是解析解，這區別於一般理論分析方法。
（2）它的發展與計算機技術的發展直接相關。這是因為可能模擬的流體運動的複雜程度、解決問題的廣度和能模擬的流體運動的複雜程度，都與計算機速度、記憶體等直接相關。
（3）若物理問題的數學提法（包括數學方程及其相應的邊界條件）是正確的，則可在較廣泛的流動參數（如馬赫數、雷諾數、氣體性質、模型尺度等）範圍內研究流體力學問題，且能給出流場參數的定量結果。
以上這些是風洞實驗和理論分析難以做到的。然而，要創建正確的數學方程還必須與實驗研究相結合。另外，嚴格的穩定性分析、誤差估計和收斂性理論的發展還跟不上數值模擬的進展。所以，在計算流體力學中，仍必須依靠一些較簡單的、線性化的、與原問題有密切關係的模型方程的嚴格數學分析，給出所求解問題數值解的理論依據。依靠數值實驗、地面實驗和物理特性分析，驗證計算方法的可靠性，從而進一步改進計算方法。
FLUENT是通用CFD軟體包，從1975年在謝菲爾德大學（UK）開發出tempest（FLUENT的原形）到1988年FLUENT公司成立，再到2006年被ANSYS公司收購，期間FLUENT公司收購了同領域的FDI公司和polyflow公司，使其功能不斷得到擴充和發展。
FLUENT用來模擬從不可壓縮到高度可壓縮範圍內的複雜流動。由於採用了多種求解方法和多重格線加速收斂技術，所以FLUENT能達到最佳的收斂速度和求解精度。靈活的非結構化格線和基於解的自適應格線技術及成熟的物理模型，使FLUENT在轉捩與湍流、傳熱與相變、化學反應與燃燒、多相流、旋轉機械、動/變形格線、噪聲、材料加工、燃料電池等方面有廣泛套用。
FLUENT的軟體設計基於CFD軟體群的思想，從用戶需求角度出發，針對各種複雜流動的物理現象，FLUENT軟體採用不同的離散格式和數值方法，以期在特定的領域內使計算速度、穩定性和精度等方面達到最佳組合，從而高效率地解決各個領域的複雜流動計算問題。基於上述思想，FLUENT公司開發了適用於各個領域的流動模擬軟體，這些軟體能夠模擬流體流動、傳熱傳質、化學反應和其他複雜的物理現象，軟體之間採用了統一的格線生成技術及共同的圖形界面，而各軟體之間的區別僅在於套用的工業背景不同，因此大大方便了用戶。
FLUENT同傳統的CFD計算方法相比，具有以下的優點：
（1）穩定性好，FLUENT經過大量算例考核，同實驗符合較好。
（2）適用範圍廣，FLUENT含有多種傳熱燃燒模型及多相流模型，可套用於從可壓到不可壓、從低速到高超聲速、從單相流到多相流、化學反應、燃燒、氣固混合等幾乎所有與流體相關的領域。
（3）精度提高，可達二階精度。
本書共分13章，分別介紹了流體力學基礎、流體流動分析軟體概述、FLUENT 6.3的使用、格線生成軟體GAMBIT、Tecplot軟體使用入門、UDF使用簡介、湍流模型模擬、多相流模型模擬、滑移格線模型模擬、動格線模型模擬、物質運輸和有限速率化學反應模型模擬、並行計算和FLUENT綜合套用實例等知識。
全書實例豐富，講解精闢。隨書光碟包含全書所有實例的源檔案和操作過程錄音講解視頻動畫，可以幫助讀者學習本書。
目 錄
前言
第1章 流體力學基礎 1
1.1 流體力學基本概念 1
1.1.1 連續介質的概念 1
1.1.2 流體的基本性質 2
1.1.3 作用在流體上的力 3
1.1.4 研究流體運動的方法 3
1.2 流體運動的基本概念 4
1.2.1 層流流動與紊流流動 4
1.2.2 有旋流動與無旋流動 5
1.2.3 聲速與馬赫數 5
1.2.4 膨脹波與激波 6
1.3 附面層理論 7
1.3.1 附面層概念及附面層厚度 7
1.3.2 附面層微分方程 7
1.4 流體運動及換熱的多維
方程組 8
1.4.1 物質導數 8
1.4.2 不同形式的N-S方程 8
1.4.3 能量方程與導熱方程 11
1.5 湍流模型 11
1.6 計算格線與邊界條件 14
1.6.1 計算格線 14
1.6.2 邊界條件 14
第2章 流體流動分析軟體概述 16
2.1 CFD軟體簡介 16
2.1.1 CFD軟體結構 16
2.1.2 CFD軟體的基本模型 18
2.1.3 常用的CFD商用軟體 21
2.2 FLUENT軟體簡介 23
2.2.1 FLUENT系列軟體介紹 23
2.2.2 FLUENT軟體的結構及特點 25
2.3 FLUENT 6.3軟體包的安裝及
運行 27
2.3.1 FLUENT 6.3軟體包的安裝 28
2.3.2 FLUENT 6.3軟體包的運行 29
2.4 FLUENT 6.3的功能模組和分析
過程 29
2.4.1 FLUENT 6.3的功能模組 29
2.4.2 FLUENT 6.3的分析過程 31
第3章 FLUENT 6.3的使用 34
3.1 FLUENT 6.3的操作界面 34
3.1.1 FLUENT 6.3的啟動界面 34
3.1.2 FLUENT 6.3的圖形用戶界面 34
3.1.3 FLUENT 6.3的文本用戶界面及
Scheme表達式 37
3.1.4 FLUENT 6.3的圖形控制及滑鼠
使用 39
3.2 FLUENT 6.3對格線的基本
操作 40
3.2.1 導入和檢查網路 40
3.2.2 顯示和修改格線 44
3.3 選擇FLUENT 6.3求解器及運行
環境 49
3.3.1 FLUENT 6.3求解器的比較與
選擇 49
3.3.2 FLUENT 6.3計算模式的選擇 50
3.3.3 FLUENT 6.3運行環境的選擇 50
3.3.4 FLUENT 6.3的基本物理模型 51
3.3.5 FLUENT 6.3的材料定義 57
3.4 設定FLUENT 6.3的邊界
條件 58
3.5 設定FLUENT 6.3的求解
參數 70
第4章 格線生成軟體GAMBIT 72
4.1 GAMBIT簡介 72
4.1.1 GAMBIT的功能及特點 72
4.1.2 GAMBIT的操作界面 73
4.2 GAMBIT的操作步驟 76
4.2.1 建立幾何模型 76
4.2.2 劃分格線 79
4.2.3 定義邊界 81
4.2.4 GAMBIT與其他軟體的聯用 83
4.3 GAMBIT套用實例 83
4.3.1 三維直通管內的湍流模型與格線
劃分 83
4.3.2 二維軸對稱噴嘴模型與格線
劃分 86
4.3.3 三維V形管道模型與格線劃分 88
4.3.4 二維攪拌模型與格線劃分 91
4.3.5 三維氣體吸收塔模型與格線
劃分 95
4.3.6 三管相貫模型與格線劃分 98
第5章 Tecplot軟體使用入門 105
5.1 Tecplot軟體概述 105
5.1.1 Tecplot軟體的啟動 105
5.1.2 Tecplot軟體的界面 105
5.2 Tecplot軟體繪圖環境設定 110
5.2.1 幀的創建和編輯 110
5.2.2 格線和標尺的設定 111
5.2.3 坐標系統 111
5.3 Tecplot軟體使用技巧 112
5.3.1 XY曲線圖顯示 112
5.3.2 二維視圖顯示 114
5.3.3 三維視圖顯示 118
5.4 Tecplot軟體的數據格式 120
5.4.1 Tecplot軟體的數據層次 120
5.4.2 多數據區域 122
5.4.3 數據區域中的數據結構 122
5.5 Tecplot軟體對FLUENT軟體的
數據進行後處理 122
5.5.1 Tecplot軟體讀取FLUENT軟體的
檔案數據 122
5.5.2 Tecplot軟體後處理實例——三維
彎管水流速度場模擬 124
第6章 UDF使用簡介 132
6.1 UDF基礎 132
6.1.1 UDF概述 132
6.1.2 FLUENT軟體中的格線拓撲 133
6.1.3 FLUENT軟體中的數據類型 134
6.2 UDF宏 134
6.2.1 UDF中訪問FLUENT軟體中的
變數的宏 134
6.2.2 UDF實用工具宏 140
6.2.3 常用DEFINE宏 150
6.3 UDF的解釋和編譯 154
6.3.1 UDF的解釋 154
6.3.2 UDF的編譯 154
6.3.3 在FLUENT軟體中激活
UDF 155
6.4 UDF套用實例——管道流動凝固
過程 157
第7章 湍流模型模擬 164
7.1 湍流模型概述 164
7.1.1 單方程模型 164
7.1.2 標準k-?模型 165
7.1.3 重整化群k-?模型 166
7.1.4 可實現k-?模型 166
7.1.5 Reynolds應力模型 167
7.1.6 大渦模擬 168
7.2 湍流模型的設定 169
7.3 湍流模型實例——瀑布流過
圓柱形石塊時的流場 170
第8章 多相流模型模擬 180
8.1 FLUENT軟體中的多相流
模型 180
8.1.1 VOF模型 180
8.1.2 Mixture 模型 181
8.1.3 Eulerian 模型 181
8.2 通用多相流模型的選擇與
使用 182
8.2.1 通用多相流模型的選擇 182
8.2.2 通用多相流模型的設定 182
8.2.3 一般多相流問題的求解策略 184
8.3 多相流計算實例 184
8.3.1 二維噴射流場模擬 184
8.3.2 水油混合物T形管流動模擬 190
第9章 滑移格線模型模擬 196
9.1 滑移格線模型概述 196
9.2 滑移格線的設定 197
9.3 滑移格線實例分析——十字
攪拌器流場模擬 198
第10章 動格線模型模擬 204
10.1 動格線模型概述 204
10.2 動格線的設定 205
10.2.1 動格線參數的設定 206
10.2.2 動格線運動方式的定義 207
10.2.3 動格線預覽 208
10.3 動格線實例分析 209
10.3.1 二維實體入水模擬 209
10.3.2 三維活塞在氣缸中的運動
模擬 215
第11章 物質運輸和有限速率化學
反應模型模擬 224
11.1 有限速率化學反應 224
11.1.1 化學反應模型概述 224
11.1.2 有限速率化學反應的設定 228
11.1.3 PDF輸運模型 231
11.2 燃燒模型 232
11.2.1 燃燒模型概述 232
11.2.2 燃燒模型的計算方式 234
11.2.3 燃燒模擬的設定 236
11.3 組分傳輸和化學反應模型
實例 237
11.3.1 氣體燃燒溫度場模擬 237
11.3.2 廢氣排放組分濃度模擬 242
第12章 並行計算 248
12.1 開啟並行求解器 248
12.2 使用並行網路工作平台 248
12.3 分割格線 249
12.4 檢測並提高並行性能 253
第13章 FLUENT 6.3綜合套用
實例 254
13.1 二維三通管內流體的流動
分析 254
13.2 二維自然對流換熱問題的
分析 266
13.3 噴嘴內氣體流動分析 274
13.4 U形管內流體運動分析 280
13.5 套管內氣液兩相流動模擬 285
13.6 三維室內溫度傳熱模擬 293
13.7 液相凝固溫度模擬 300
13.8 二維瞬間閘門傾洪流動
模擬 304
13.9 水浴加熱保溫流場模擬 310
13.10 三維流-固耦合散熱
模擬 315
