具體描述
編輯推薦
《Fluent流體計算應用教程(第2版)》具有以下特點:
理論結閤實踐,突齣計算方法和技巧;
內容講解全麵,涵蓋多種模型的計算;
典型應用案例,練就專業的、技術水準;
案例文件完備,使學習更直觀更輕鬆。
內容簡介
ANSYS FLUENT是通用ANSYS CFD的旗艦産品,在流體動力學計算中被廣泛應用。《Fluent流體計算應用教程(第2版)》詳細介紹瞭利用ANSYS FLUENT 14.0進行流體分析的具體方法和技巧,並通過大量實例係統地介紹瞭前處理、計算以及後處理的詳細過程,可使讀者在短時間內把握學習的要領,掌握ANSYS FLUENT14.0的流體計算的多種高級應用技術。
《Fluent流體計算應用教程(第2版)》內容包括ANSYSFLUENT 14.0軟件功能及理論基礎簡介、Gambit及ANSYS ICEM CFD 14.0劃分網格的方法、後處理方法、動網格應用、傳熱及輻射計算應用、燃燒及化學反應應用、多相流應用、固體燃料電池模擬和汽車工業相關應用等。
《Fluent流體計算應用教程(第2版)》結構清晰,實例豐富,涵蓋FLUENT多種高級應用計算,基礎知識與實用技能並重,可作為高等院校相關專業本科和碩士研究生的計算流體力學以及計算傳熱學的教材,也可供利用FLUENT軟件進行流體流動數值模擬分析的廣大工程技術人員參考。
內頁插圖
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
1.1.3 CFD商用軟件
1.2 FLU衛NT簡介
1.2.1 FLUENT的功能特點
1.2.2 FLUENT係列軟件簡介
1.2.3 FLUENT的求解技術
1.3 FLUENT 14.0的功能模塊和分析過程
1.3.1 FLUENT 14.0的功能模塊
1.3.2 FLUENT 14.0的基本分析過程
1.4 小結
第2章 前處理方法介紹
2.1 前處理軟件簡介
2.1.1 Gambit簡介
2.1.2 ANSYS ICEMCFD簡介
2.1.3 TGrid簡介
2.1.4 GridPro簡介
2.1.5 GridGen簡介
2.2 Gambit基礎與應用
2.2.1 Gambit軟件的幾何處理能力
2.2.2 Gambit功能強大的網格生成技術
2.2.3 Gambit基本用法
2.2.4 Gambit操作步驟
2.4.5 Gambit應用實例
2.3 ANSYS ICEM CFD 14.0基礎與應用
2.3.1 ANSYS ICEM CFD基本功能
2.3.2 ANSYS ICEM CFD 14.0的基本用法
2.3.3 ANSYS ICEM CFD 14.0的基本步驟
2.3.4 ANSYS ICEM CFD 14.0應用實例
2.4 ANSYS Fluen t14.0並行運賃
2.4.1 概述
2.4.2 並行計算的一般過程
2.4.3 實例分析
2.5 小結
第3章 FLUENT基本模型及理論基礎
3.1 FLUENT物理模型綜述
3.1.1 湍流模型
3.1.2 傳熱和輻射模型
3.1.3 歐拉多相流模型
3.1.4 離散相模型
3.1.5 混閤分數多相流模型和空泡模型
3.1.6 氣動噪聲模型
3.1.7 高精度的自由錶麵模型
3.1.8 動網格模型
3.2 流體動力學理論基礎
3.2.1 質量守恒方程
3.2.2 動量守恒方程
3.2.3 能量方程
3.2.4 湍流模型
3.3 傳熱學理論基礎及應用
3.3.1 傳熱學控製方程
3.3.2 求解傳熱問題的基本步驟
3.4 輻射傳熱理論基礎及應用
3.4.1 輻射傳遞方程
3.4.2 輻射模型類型設置過程
3.4.3 定義物質的輻射特性
3.4.4 輻射邊界條件的設置
3.4.5 輻射模型的求解策略
3.5 化學反應模型基礎及應用
3.5.1 化學反應模型理論
3.5.2 組分輸運和化學反應問題的基本設置
3.5.3 定義混閤物及其構成組分屬性
3.5.4 定義組分的邊界條件
3.5.5 化學混閤和有限速率化學反應的求解步驟
3.5.6 輸入CHEMKIN格式中的體積動力學機製
3.6 壁麵錶麵化學反應和化學蒸汽沉積模型
3.6.1 錶麵組分和壁麵錶麵化學反應理論基礎
3.6.2 壁麵錶麵化學反應模型的設置
3.6.3 導入CHEMKIN格式的錶麵動力學機製
3.7 微粒錶麵化學反應模型
3.7.1 微粒錶麵化學反應模型理論基礎
3.7.2 微粒錶麵化學反應模型的設置
3.8 小結
第4章 FLUENT後處理
4.1 強大的後置處理能力
4.1.1 數據顯示與文字報告的産生
4.1.2 圖形與可視化
4.1.3 流場函數的定義
4.2 小結
第5章 FLUENT動網格應用
5.1 UDF用法簡介
5.1.1 UDF的基本用法
5.1.2 UDF編寫基礎
5.1.3 UDF中的C語言基礎
5.2 井火箭發射過程二維模擬
5.2.1 概述
5.2.2 實例描述
5.2.3 實例操作步驟
5.3 副油箱與飛機分離三維模擬
5.3.1 概述
5.3.2 實例描述
5.3.3 實例操作步驟
5.4 小結
第6章 傳熱和輻射計算應用
第7章 FLUENT燃燒及化學反應應用一
第8章 FLUENT燃燒及化學反應應用二
第9章 FLUENT多相流應用
第10章 FLUENT經典實例
前言/序言
《Fluent流體計算應用教程(第2版)》簡介 引言 在現代工程設計與科學研究領域,流體計算(Computational Fluid Dynamics, CFD)已成為不可或缺的分析工具。它通過數值方法模擬流體的運動,為解決航空航天、汽車工程、能源、環境、生物醫藥等眾多學科的復雜問題提供瞭強大的手段。本教程,《Fluent流體計算應用教程(第2版)》,旨在為讀者提供一個係統、全麵且極具實踐性的Fluent軟件學習平颱。本書第二版在原有基礎上進行瞭內容更新和深化,並配有一張光盤,內含豐富的案例數據、教程演示文件以及輔助學習資源,力求使讀者在最短的時間內掌握Fluent的核心功能,並能將其高效應用於實際工程項目。 本書核心內容概述 本書共分為以下幾個主要部分,層層遞進,從基礎概念到高級應用,確保讀者能夠建立紮實的理論基礎和豐富的實踐經驗。 第一部分:Fluent基礎與入門 本部分將帶領讀者走進Fluent的世界,從軟件的安裝、界麵布局到最基礎的建模、網格劃分和求解設置,進行詳細的介紹。 Fluent軟件概述與安裝: 介紹Fluent在CFD領域的重要性,其功能特點以及與其他CFD軟件的對比。詳細指導讀者完成軟件的安裝與許可配置,確保軟件能夠正常運行。 Fluent用戶界麵與工作流程: 深入解析Fluent的用戶界麵,包括菜單欄、工具欄、畫布區域、對話框等各個組成部分的作用。明確CFD仿真的一般工作流程,包括前處理(建模、網格)、求解(物理模型、邊界條件、求解器設置)和後處理(結果可視化、數據分析)。 幾何模型與前處理: CAD模型導入與處理: 介紹如何導入各種格式的CAD模型(如IGES, STEP, Parasolid等),以及在Fluent中進行模型清理、修復、簡化等操作,以適應網格劃分的要求。 Fluent內置建模工具: 講解Fluent自帶的簡單幾何建模工具,適用於創建一些基礎的二維和三維幾何體。 體繪製與邊界定義: 強調模型體(Fluid/Solid)的正確定義以及邊界(Wall, Inlet, Outlet, Symmetry等)的準確劃分,這是構建有效仿真模型的基礎。 網格生成與質量評估: 網格的重要性與類型: 解釋網格在CFD計算中的作用,以及結構網格、非結構網格、混閤網格等不同類型網格的特點和適用場景。 Fluent網格劃分流程: 詳細介紹Fluent內部的網格生成器,包括麵網格、體網格的生成過程,以及如何選擇閤適的單元類型(四邊形、三角形、六麵體、四麵體等)。 網格質量檢查與優化: 講解網格質量評估指標(如Skewness, Orthogonal Quality, Aspect Ratio等),以及如何根據評估結果對網格進行優化,保證計算的穩定性和準確性。 外部網格接口: 簡要介紹Fluent與外部網格生成軟件(如GAMBIT, ANSYS Meshing, ICEM CFD等)的接口,為復雜模型的網格劃分提供更多選擇。 第二部分:Fluent求解器設置與物理模型 本部分將深入講解Fluent求解器的核心設置,包括各種物理模型的選擇與配置,是進行準確仿真的關鍵。 求解器類型與設置: 穩態與瞬態求解: 講解穩態(Steady-State)和瞬態(Transient)求解器的區彆與適用範圍,以及相應的設置方法。 壓力基與密度基求解器: 介紹壓力基(Pressure-Based)和密度基(Density-Based)求解器的適用情況,通常壓力基用於低速流動,密度基用於高速流動。 求解器控製: 詳細講解收斂準則、鬆弛因子、離散格式(二階精度、一階精度等)的選擇與設置,這些參數對計算的穩定性和收斂性至關重要。 流體材料屬性設置: 介紹如何定義流體的密度、粘度、熱導率、比熱容等物理屬性,包括不可壓縮、可壓縮流體的特性,以及理想氣體、理想液體等模型。 傳熱模型: 能量方程: 講解能量方程的求解,並介紹各種傳熱模型,如導熱、對流、輻射等。 輻射模型: 詳細介紹P-1模型、DO(Discrete Ordinates)模型、S2S(Surface-to-Surface)模型等輻射模型,以及它們的適用場景和參數設置。 湍流模型: 湍流的理解: 簡要介紹湍流的物理現象及其對流動的影響。 RANS模型: 詳細講解常用的雷諾平均 Navier-Stokes (RANS) 方程模型,包括Spalart-Allmaras模型、k-epsilon模型(標準、RNG、Realizable)、k-omega模型(標準、SST)等,並分析它們的優缺點及選擇依據。 LES/DES模型: 簡要介紹大渦模擬 (LES) 和雷諾應力模型 (RSM) 等高級湍流模型,以及它們在求解復雜湍流流動中的作用。 多相流模型: 相的類型: 介紹液-液、氣-液、氣-固、液-固等相間流動。 多相流模型: 講解Eulerian、Mixture、VOF(Volume of Fluid)、DPM(Discrete Phase Model)等常用多相流模型,以及它們在不同多相流問題中的應用。 動量與質量守恒方程的離散: 講解Fluent求解器如何對動量方程、質量方程、能量方程等進行數值離散,包括有限體積法 (FVM) 的基本原理。 第三部分:邊界條件、源項與UDF 準確的邊界條件是CFD仿真的生命綫,本部分將係統介紹各種邊界條件的設置方法,以及如何引入源項和利用用戶自定義函數 (UDF) 來處理復雜問題。 邊界條件設置: 速度入口 (Velocity Inlet)、壓力入口 (Pressure Inlet): 講解不同入口條件下的流速、壓力、湍流強度等參數的設置。 齣口 (Outflow, Pressure Outlet): 介紹齣口邊界的處理,包括無反射邊界條件的應用。 壁麵 (Wall): 講解壁麵邊界的設置,包括無滑移、滑移、壁麵函數、壁麵溫度、壁麵熱流密度等。 對稱邊界 (Symmetry)、周期性邊界 (Periodic): 適用於簡化幾何模型和計算域。 多孔介質 (Porous Jump, Porous Jump With Wall): 用於模擬多孔介質內的流動。 用戶定義函數 (UDF) 邊界: 介紹如何通過UDF來定義復雜的邊界條件。 源項的引入: 質量源、動量源、能量源: 講解如何在計算域內引入體積源項,用於模擬風扇、熱源、混閤器等。 多孔介質源項: 另一種模擬多孔介質的方法。 用戶自定義函數 (UDF) 編程: UDF概述與應用: 介紹UDF在Fluent中的作用,它可以用於定義自定義材料、自定義邊界條件、自定義源項、自定義模型等。 C語言基礎與Fluent UDF接口: 講解使用C語言編寫Fluent UDF的基本語法和常用函數,以及如何編譯和加載UDF。 UDF實例演示: 提供一些常用的UDF示例,如自定義湍流模型、自定義傳熱模型、自定義反應模型等,幫助讀者理解UDF的編寫與應用。 第四部分:Fluent後處理與結果分析 仿真計算完成後,對結果進行有效的後處理和深入的分析是至關重要的,本部分將全麵介紹Fluent的後處理功能。 結果可視化: 雲圖 (Contour plots): 繪製速度、壓力、溫度、湍動能等物理量的二維和三維雲圖,直觀展示流場分布。 矢量圖 (Vector plots): 顯示流體的速度方嚮和大小。 流綫 (Streamlines): 描繪流體粒子的運動軌跡,瞭解流動路徑。 等值麵 (Isosurfaces): 顯示某一物理量等於特定值的空間麯麵。 XY圖 (XY plots): 繪製沿特定路徑的物理量變化麯綫。 數據提取與分析: 計算監測器 (Monitors): 實時監測殘差、力、力矩、通量等關鍵參數,用於判斷收斂性。 積分計算 (Reports): 計算壁麵力、力矩、質量流量、熱通量等。 數據導齣: 將仿真結果導齣為各種格式(如文本文件、圖像文件),以便與其他軟件進行聯閤分析。 網格與求解的收斂性分析: 殘差圖分析: 識彆計算中的收斂問題。 關鍵參數的穩定性: 檢查監測器值的穩定情況。 物理量守恒與驗證: 重點介紹如何通過計算質量守恒、能量守恒來驗證仿真結果的可靠性。 模型驗證與不確定度分析: 簡要介紹如何將仿真結果與實驗數據或理論解進行對比,進行模型驗證,並考慮不確定度分析。 第五部分:案例應用與進階 本部分將通過一係列貼近實際工程應用的案例,展示Fluent在不同領域的應用,並介紹一些進階的仿真技術。 案例研究: 外流場模擬: 例如汽車、飛機等的空氣動力學分析。 內流場模擬: 例如管道流動、泵/風機設計、換熱器設計。 傳熱與輻射: 例如電子設備散熱、建築節能分析。 多相流應用: 例如氣泡流動、液滴霧化、顆粒輸運。 燃燒與化學反應: 例如燃燒室設計、汙染物擴散。 模型耦閤與高級功能: Fluent與結構力學耦閤 (FSI): 介紹如何進行流固耦閤仿真。 Fluent與電磁場仿真耦閤: 介紹電磁效應與流體流動的耦閤。 優化設計 (DesignXplorer): 介紹利用Fluent與優化工具結閤進行參數優化。 並行計算: 介紹如何利用多核處理器或集群進行加速計算。 光盤資源說明 本書附帶的光盤包含瞭: 全部案例的 Fluent 工程文件: 用戶可以直接打開、修改並運行本書中的所有案例,方便學習和理解。 網格文件: 部分復雜案例提供瞭已經生成好的網格文件,方便用戶直接進入求解階段。 教程演示視頻: 對關鍵操作步驟進行視頻演示,直觀易懂。 常用UDF源代碼: 提供瞭一些實用的UDF代碼,用戶可以參考和修改。 參考文獻與擴展資料: 提供更多相關領域的專業文獻和網站鏈接,供讀者深入學習。 適用讀者對象 本書適閤以下人群: 高校學生: 機械工程、航空航天、能源動力、環境工程、化學工程、生物醫學工程等相關專業的本科生、研究生。 工程技術人員: 需要利用CFD進行産品設計、性能分析和故障診斷的工程師,包括但不限於航空、汽車、能源、化工、電子、暖通空調等領域。 科研人員: 從事流體力學、傳熱學、多相流、燃燒學等領域研究的科研工作者。 CFD軟件愛好者: 希望學習和掌握先進CFD軟件的個人。 本書特色 內容全麵且深入: 覆蓋瞭Fluent軟件從入門到精通的各個環節,理論知識與實踐應用並重。 案例驅動: 選取瞭大量實際工程問題作為案例,使讀者在解決實際問題的過程中學習。 圖文並茂: 大量插圖、截圖和公式推導,幫助讀者更好地理解概念。 實用性強: 強調軟件的操作技巧和結果分析方法,注重培養讀者的獨立解決問題能力。 更新及時: 第二版針對Fluent軟件的新版本進行瞭內容更新和功能介紹。 配套光盤資源豐富: 提供詳盡的案例文件和輔助學習材料,大大降低瞭學習門檻。 結語 《Fluent流體計算應用教程(第2版)》不僅僅是一本軟件操作手冊,更是一扇通往流體科學應用領域的大門。通過本書的學習,讀者將能夠熟練掌握Fluent軟件的各項功能,理解CFD仿真的基本原理,並能夠自信地將CFD技術應用於解決各種復雜的工程技術難題,從而在各自的專業領域取得更大的成就。