计算流体动力学分析：CFD软件原理与应用
作者:王福军 编著 出版社:清华大学出版社
《计算流体动力学分析：CFD软件原理与应用》是一本介绍计算流体动力学(CFD)最新理论知识和CFD软件开发、应用的指导性教材。全书共分八章，前五章以有限体积法为核心，介绍流体流动与传热问题的控制方程、空间及时间离散格式、湍流模型及数值解法，后三章结合FLUENT软件，以实例的方式介绍CFD软件原理及其在流场分析、传热计算及多相流模拟等方面的最新应用。实用性和新颖性是《计算流体动力学分析：CFD软件原理与应用》最大的特点。
第1章计算流体动力学基础知识 1
1.1计算流体动力学概述 1
1.1.1什么是计算流体动力学 1
1.1.2计算流体动力学的
工作步骤 2
1.1.3计算流体动力学的特点 2
1.1.4计算流体动力学的
应用领域 3
1.1.5计算流体动力学的分支 4
1.2流体与流动的基本特性 4
1.2.1理想流体与粘性流体 4
1.2.2牛顿流体与非牛顿流体 5
1.2.3流体热传导及扩散 5
1.2.4可压流体与不可压流体 6
1.2.5定常与非定常流动 6
1.2.6层流与湍流 6
1.3流体动力学控制方程 7
1.3.1质量守恒方程 7
1.3.2动量守恒方程 7
1.3.3能量守恒方程 9
1.3.4组分质量守恒方程 10
1.3.5控制方程的通用形式 11
1.4对控制方程的进一步讨论 11
1.4.1湍流的控制方程 12
1.4.2守恒型控制方程 12
1.4.3非守恒型控制方程 12
1.5CFD的求解过程 13
1.5.1总体计算流程 13
1.5.2建立控制方程 13
1.5.3确定边界条件与初始条件 14
1.5.4划分计算网格 14
1.5.5建立离散方程 14
1.5.6离散初始条件和边界条件 15
1.5.7给定求解控制参数 15
1.5.8求解离散方程 15
1.5.9判断解的收敛性 15
1.5.10显示和输出计算结果 16
1.6CFD软件结构 16
1.6.1前处理器 16
1.6.2求解器 17
1.6.3后处理器 17
1.7常用的CFD商用软件 18
1.7.1Phoenics 18
1.7.2CFX 19
1.7.3STAR-CD 20
1.7.4Fidap 21
1.7.5FLUENT 21
1.8本章小结 22
1.9复习思考题 23
第2章基于有限体积法的
控制方程离散 24
2.1离散化概述 24
2.1.1离散化的目的 24
2.1.2离散时所使用的网格 25
2.1.3常用的离散化方法 25
2.2有限体积法及其网格简介 26
2.2.1有限体积法的基本思想 26
2.2.2有限体积法所使用的网格 27
2.2.3网格几何要素的标记 28
2.3求解一维稳态问题的有限体积法 28
2.3.1问题的描述 28
2.3.2生成计算网格 29
2.3.3建立离散方程 29
2.3.4离散方程的求解 31
2.4常用的离散格式 31
2.4.1术语与约定 32
2.4.2中心差分格式 33
2.4.3一阶迎风格式 34
2.4.4混合格式 36
2.4.5指数格式 36
2.4.6乘方格式 37
2.4.7各种离散格式的汇总 38
2.4.8低阶格式中的假
扩散与人工粘性 39
2.5空间离散的高阶离散格式 39
2.5.1二阶迎风格式 39
2.5.2QUICK格式 40
2.5.3对高阶格式的讨论 43
2.6各种离散格式的性能对比 44
2.7一维瞬态问题的有限体积法 45
2.7.1瞬态问题的描述 45
2.7.2控制方程的积分 46
2.7.3显式时间积分方案 48
2.7.4Crank-Nicolson
时间积分方案 49
2.7.5全隐式时间积分方案 50
2.8关于有限体积法的进一步讨论 51
2.8.1被求函数的离散格式 51
2.8.2方程组的形式 51
2.8.3源项的处理 52
2.8.4有限体积法的
四条基本原则 52
2.9二维与三维问题的离散方程 54
2.9.1二维问题的基本方程 54
2.9.2二维问题的控制体积 54
2.9.3二维问题控制方程的积分 55
2.9.4二维问题的离散方程 56
2.9.5三维问题的离散方程 57
2.9.6离散方程的通用表达式 57
2.10本章小结 61
2.11复习思考题 62
第3章基于SIMPLE算法的
流场数值计算 63
3.1流场数值解法概述 63
3.1.1常规解法存在的主要问题 63
3.1.2流场数值计算的主要方法 65
3.2交错网格及其应用 67
3.2.1使用普通网格计算
流场时遇到的困难 67
3.2.2交错网格的特点 68
3.2.3动量方程的离散 70
3.3流场计算的SIMPLE算法 74
3.3.1SIMPLE算法的基本思想 74
3.3.2速度修正方程 75
3.3.3压力修正方程 76
3.3.4SIMPLE算法的计算步骤 78
3.3.5SIMPLE算法应用实例 78
3.3.6对SIMPLE算法的讨论 81
3.4SIMPLER／SIMPLEC／
PISO算法 83
3.4.1SIMPLER算法 83
3.4.2SIMPLEC算法 86
3.4.3PISO算法 87
3.4.4SIMPLE系列算法的比较 91
3.5瞬态问题的数值计算 91
3.5.1瞬态问题的SIMPLE算法 91
3.5.2瞬态问题的PISO算法 92
3.6基于同位网格的SIMPLE算法 93
3.6.1同位网格简介 94
3.6.2动量方程的离散 94
3.6.3压力修正方程的建立 95
3.6.4同位网格上SIMPLE
算法的计算步骤 97
3.6.5关于同位网格应用的
几点说明 98
3.7基于非结构网格的SIMPLE算法 99
3.7.1非结构网格及
控制体积的定义 99
3.7.2通用控制方程的离散 100
3.7.3动量方程的离散 102
3.7.4速度修正方程的建立 103
3.7.5压力修正方程的建立 104
3.7.6非结构网格上SIMPLE
算法的计算步骤 105
3.7.7关于非结构网格
应用的几点说明 106
3.8离散方程组的基本解法 107
3.8.1对流-扩散问题的
离散方程组的特点 107
3.8.2代数方程组的基本解法 108
3.8.3TDMA解法 108
3.9本章小结 110
3.10复习思考题 111
第4章三维湍流模型及其
在CFD中的应用 113
4.1湍流及其数学描述 113
4.1.1湍流流动的特征 113
4.1.2湍流的基本方程 114
4.2湍流的数值模拟方法简介 116
4.2.1三维湍流数值
模拟方法的分类 116
4.2.2直接数值模拟(DNS)简介 116
4.2.3大涡模拟(LES)简介 117
4.2.4Reynolds平均法
(RANS)简介 118
4.3零方程模型及一方程模型 119
4.3.1零方程模型 119
4.3.2一方程模型 120
4.4标准两方程模型 120
4.4.1标准模型的定义 121
4.4.2标准模型的
有关计算公式 121
4.4.3标准模型的
控制方程组 122
4.4.4标准模型方程的
解法及适用性 123
4.5RNG模型和Realizable
模型 124
4.5.1RNG模型 124
4.5.2模型 125
4.6在近壁区使用模型的
问题及对策 126
4.6.1近壁区流动的特点 126
4.6.2在近壁区使用
模型的问题 128
4.6.3壁面函数法 128
4.6.4低数模型 131
4.7Reynolds应力方程模型(RSM) 132
4.7.1Reynolds应力输运方程 132
4.7.2RSM的控制
方程组及其解法 136
4.7.3对RSM适用性的讨论 137
4.8代数应力方程模型(ASM) 137
4.8.1ASM的应力方程 138
4.8.2ASM的控制
方程组及其求解 138
4.8.3ASM的特点 138
4.9大涡模拟(LES) 139
4.9.1大涡模拟的基本思想 139
4.9.2大涡的运动方程 139
4.9.3亚格子尺度模型 140
4.9.4LES控制方程的求解 141
4.10本章小结 142
4.11复习思考题 142
第5章边界条件的应用 144
5.1边界条件概述 144
5.1.1边界条件的类型 144
5.1.2边界条件对网格
布置的影响 145
5.1.3将边界条件引入到
离散方程 146
5.2流动进口边界条件 146
5.2.1流动进口边界
条件的设置 146
5.2.2对流动进口边界
条件的说明 147
5.3流动出口边界条件 148
5.3.1流动出口边界
条件的设置 148
5.3.2对流动出口边界
条件的说明 150
5.4壁面条件 150
5.4.1壁面边界上的网格布置 150
5.4.2壁面边界上离散
方程源项的构造 152
5.5恒压边界条件 154
5.6对称边界条件与周期性边界条件 156
5.6.1对称边界条件 156
5.6.2周期性边界条件 156
5.7使用边界条件时的注意事项 156
5.8初始条件 158
5.9本章小结 158
5.10复习思考题 158
第6章网格的生成 160
6.1网格及其生成方法概述 160
6.1.1网格类型 160
6.1.2网格单元的分类 161
6.1.3单连域与多连域网格 162
6.1.4生成网格的过程 162
6.1.5生成结构网格的
贴体坐标法 162
6.1.6生成网格的专用软件 164
6.2网格生成软件gambit简介 164
6.2.1GAMBIT的特点 164
6.2.2GAMBIT的操作界面 165
6.2.3GAMBIT的操作步骤 166
6.3GAMBIT的基本用法 167
6.3.1二维自然对流换热
问题的描述 167
6.3.2生成几何模型 168
6.3.3划分网格 169
6.3.4指定边界类型和区域类型 170
6.3.5导出网格文件 172
6.4AutoCAD与GAMBIT的
联合使用 172
6.4.1二维离心泵流动
模拟问题概述 172
6.4.2在AutoCAD内
生成几何模型 173
6.4.3划分网格 174
6.4.4指定边界类型和
区域类型 176
6.5Pro/ENGINEER与GAMBIT的
联合使用 177
6.5.1三维轴流泵流动
模拟问题概述 177
6.5.2在Pro/ENGINEER中
生成叶片实体模型 178
6.5.3在GAMBIT中生成
计算区域的实体模型 179
6.5.4三维问题的网格划分 181
6.5.5指定边界类型和体的类型 182
6.6本章小结 182
6.7复习思考题 183
第7章FLUENT软件的基本用法 185
7.1FLUENT概述 185
7.1.1FLUENT软件构成 185
7.1.2FLUENT适用对象 186
7.1.3FLUENT使用的单位制 186
7.1.4FLUENT使用的文件类型 186
7.2FLUENT求解步骤 187
7.2.1制订分析方案 188
7.2.2求解步骤 188
7.3FLUENT的操作界面 189
7.3.1文本命令与菜单 189
7.3.2Scheme表达式 190
7.3.3图形控制及鼠标使用 191
7.4使用网格 191
7.4.1导入网格 191
7.4.2检查网格 193
7.4.3显示网格 193
7.4.4修改网格 194
7.4.5光顺网格与交换单元面 195
7.5选择求解器及运行环境 196
7.5.1分离式求解器 196
7.5.2耦合式求解器 196
7.5.3求解器中的显式
与隐式方案 197
7.5.4求解器的比较与选择 198
7.5.5计算模式的选择 199
7.5.6运行环境的选择 199
7.6确定计算模型 200
7.6.1多相流模型 200
7.6.2能量方程 201
7.6.3粘性模型 202
7.6.4辐射模型 204
7.6.5组分模型 205
7.6.6离散相模型 206
7.6.7凝固和熔化 207
7.6.8声学特性 207
7.6.9污染物模型 207
7.7定义材料 208
7.7.1材料简介 208
7.7.2定义材料的方法 208
7.8设置边界条件 210
7.8.1FLUENT提供的
边界条件类型 210
7.8.2设置边界条件的方法 212
7.8.3给定湍流参数 214
7.9常用的边界条件 216
7.9.1压力进口 216
7.9.2速度进口 219
7.9.3质量进口 220
7.9.4压力出口 221
7.9.5出流 222
7.9.6压力远场 223
7.9.7壁面 223
7.9.8流体 225
7.9.9固体 226
7.9.10周期性 227
7.9.11对称 227
7.9.12内部界面 228
7.10设置求解控制参数 228
7.10.1设置离散格式与
欠松弛因子 228
7.10.2设置求解限制项 231
7.10.3设置求解过程的
监视参数 231
7.10.4初始化流场的解 233
7.11流场迭代计算 234
7.11.1稳态问题的求解 234
7.11.2非稳态问题的求解 235
7.12计算结果的后处理 237
7.12.1创建要进行后处理的
表面 237
7.12.2显示等值线图、速度
矢量图和流线图 238
7.12.3绘制直方图
与XY散点图 240
7.12.4生成动画 241
7.12.5报告统计信息 241
7.13FLUENT应用实例 242
7.13.1导入并检查网格 242
7.13.2选择求解器及计算模型 243
7.13.3定义材料 244
7.13.4设置边界条件 244
7.13.5求解 245
7.13.6后处理 246
7.14UDF简介 248
7.14.1UDF功能 248
7.14.2UDF基本用法 248
7.14.3UDF应用实例 249
7.15本章小结 252
7.16复习思考题 253
第8章CFD综合应用实例 254
8.1偏心圆环内自然对流换热模拟 254
8.1.1自然对流换热过程模拟 254
8.1.2计算结果 255
8.2轴流泵叶轮的性能预测 256
8.2.1轴流泵内部流动特点 256
8.2.2叶轮内的流动模拟 257
8.2.3流场模拟结果 258
8.3风机的优化设计 259
8.3.1问题描述 259
8.3.2计算域与网格处理 260
8.3.3计算参数及边界条件设置 260
8.3.4风机内部的流态分析 261
8.3.5风机改造思路 261
8.4含有自由表面的河流跌坎分析 262
8.4.1问题的描述 262
8.4.2网格及模型的处理 263
8.4.3计算模型的设定 263
8.4.4边界条件的设定 264
8.4.5求解控制参数的设置 264
8.4.6瞬态问题的计算结果 264
8.5温室自然通风模拟 265
8.6本章小结 267
参考文献 268
IV计算流体动力学分析——CFD软件原理与应用
VII目录
牛掰谢谢分享 刚开始学，很有用，谢谢楼主！
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