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Fluent軟件是目前國際上比較流行的商業CFD軟件,只要涉及流體、熱傳遞及化學反應等工程問題,都可以用Fluent進行求解。Fluent 19.0是目前ANSYS公司推出的最新版本。Fluent具有豐富的物理模型、先進的數值方法以及強大的前后處理功能,在航空航天、汽車設計、石油天然氣、渦輪機設計等方面有著廣泛的應用。例如,在石油天然氣工業上的應用包括燃燒、井下分析、噴射控制、環境分析、油氣消散/聚集、多相流、管道流動等。Fluent可計算的物理問題包括可壓與不可壓流體、耦合傳熱、熱輻射、多相流、粒子輸送過程、化學反應和燃燒問題,還擁有諸如氣蝕、凝固、沸騰、多孔介質、相間傳質、非牛頓流、噴霧干燥、動靜干涉、真實氣體等大批復雜現象的使用模型。一、本書特點本書由從事多年Fluent工作的一線從業人員編寫。在編寫的過程中,不僅注重繪圖技巧的介紹,還將重點講解Fluent和工程實際的關系。本書主要有以下幾個特色。? 基礎和實例講解并重。本書既可作為Fluent初學者的學習教材,又可作為對Fluent有一定基礎的用戶制定工程問題分析方案、精通高級前后處理與求解技術的參考書。? 內容詳略得當。本書將編者10多年的CFD經驗結合Fluent軟件的各功能,從點到面,詳細地講解給讀者。? 信息量大。本書包含的內容全面,讀者在學習的過程中不僅可以關注細節,還可以從整體出發,了解CFD的分析流程,需要關注包括什么內容、注意什么細節。? 結構清晰。本書結構清晰、由淺入深,從結構上主要分為基礎部分和案例部分兩大類,在講解基礎知識的過程中穿插實例的講解,在綜合介紹的過程中同步回顧重點的基礎知識。二、本書內容全書由淺入深地講解Fluent仿真計算的各種功能,從幾何建模到網格劃分,從計算求解到結果后處理,詳細地講解Fluent進行流體模擬計算的工作流程和計算方法。本書主要分為兩部分,共16章。內容包括Fluent基礎和案例講解部分,其中基礎知識包括第1~6章,案例部分包括第7~16章,具體章節安排如下: 第1章 流體力學與計算流體力學基礎第2章 Fluent軟件簡介第3章 創建幾何模型第4章 生成網格第5章 Fluent計算設置第6章 計算結果后處理第7章 穩態和非穩態模擬實例第8章 內部流動分析實例第9章 外部流動分析實例第10章 多相流分析實例第11章 離散相分析實例第12章 傳熱流動分析實例第13章 多孔介質和氣動噪聲分析實例第14章 化學反應分析實例第15章 動網格分析實例第16章 Fluent在Workbench中的應用 三、視頻教學和案例源文件為了讓廣大讀者更快捷地學習和使用本書,本書提供了視頻教學和案例源文件。本書配套資源提供的實例源文件可以使用Fluent打開,根據書中的介紹進行學習。下載配套資源請用微信掃描下述二維碼: 如果下載有問題,請發送電子郵件獲得幫助,郵件標題為“Fluent 19.0流體仿真從入門到精通配書資源”。四、讀者對象本書適合的讀者對象如下:? 從事流體計算的初學者? 高等院校的教師和學生? 相關培訓機構的教師和學員? Fluent愛好者? 廣大科研工作人員五、本書作者本書主要由劉斌編著,高飛、張迪妮、李戰芬、張明明、凌桂龍、張亮亮、郭海霞、王芳、付文利、唐家鵬、喬建軍、李昕、林曉陽、劉冰也參與了本書部分章節的編寫。六、讀者服務雖然編者在編寫本書的過程中力求敘述準確、完善,但由于水平有限,書中欠妥之處在所難免,希望讀者和同仁能夠提出寶貴建議和意見。為了方便解決本書疑難問題,讀者朋友在學習過程中遇到與本書有關的技術問題時,可以發送郵件,編者會盡快給予解答。編 者2019年3月
全書共分為16章,由淺入深地講解Fluent仿真計算的各種功能,從幾何建模到網格劃分,從計算求解到結果后處理,通過大量實例系統地介紹Fluent 19.0的使用方法,具體內容包括計算流體的基礎理論與方法、創建幾何模型、劃分網格、Fluent求解設置、后處理等。本書針對每個Fluent可以解決的流體仿真計算問題進行詳細講解,并輔以相應的實例,使讀者能夠快速、熟練、深入地掌握Fluent軟件的工作流程和計算方法。本書結構嚴謹、條理清晰、重點突出,非常適合廣大Fluent初、中級讀者學習使用,也可作為大中專院校、社會培訓機構的教材以及工程技術人員的參考用書。
第1章流體力學與計算流體力學基礎 11.1流體力學基礎 11.1.1一些基本概念 11.1.2流體流動的分類 51.1.3邊界層和物體阻力 51.1.4層流和湍流 61.1.5流體流動的控制方程 71.1.6邊界條件與初始條件 81.1.7流體力學專業詞匯 91.2計算流體力學基礎 111.2.1計算流體力學的發展 111.2.2計算流體力學的求解過程 121.2.3數值模擬方法和分類 131.2.4有限體積法的基本思想 141.2.5有限體積法的求解方法 161.3計算流體力學應用領域 171.4常用的CFD商用軟件 171.4.1PHOENICS 181.4.2STAR-CD 181.4.3STAR-CCM+ 181.4.4CFX 191.4.5Fluent 201.5本章小結 20第2章Fluent軟件簡介 212.1Fluent的軟件結構 212.1.1Fluent啟動 222.1.2Fluent用戶界面 242.1.3Fluent文件讀入與輸出 252.2Fluent計算類型及應用領域 292.3Fluent求解步驟 302.3.1制訂分析方案 302.3.2求解步驟 302.4Fluent使用的單位制 312.5Fluent使用的文件類型 322.6本章小結 32第3章創建幾何模型 333.1建立幾何模型概述 333.2DesignModeler簡介 343.2.1啟動DesignModeler 343.2.2DesignModeler的用戶界面 353.3草圖模式 373.3.1進入草圖模式 373.3.2創建新平面 373.3.3創建草圖 383.3.4幾何模型的關聯性 383.4創建3D幾何體 393.4.1拉伸 393.4.2旋轉 403.4.3掃掠 413.4.4直接創建3D幾何體 413.4.5填充和包圍 423.5導入外部CAD文件 423.6創建幾何體的實例操作 443.7本章小結 47第4章生成網格 484.1網格生成概述 484.1.1網格劃分技術 484.1.2網格類型 494.2ANSYSICEMCFD簡介 494.2.1工作流程 504.2.2ICEMCFD的文件類型 514.2.3ICEMCFD的用戶界面 514.3ANSYSICEMCFD的基本用法 514.3.1幾何模型的創建 524.3.2幾何文件導入 554.3.3網格生成 564.3.4塊的生成 634.3.5網格編輯 684.3.6網格輸出 744.4ANSYSICEMCFD實例分析 754.4.1啟動ICEMCFD并建立分析項目 754.4.2導入幾何模型 754.4.3模型建立 764.4.4生成塊 794.4.5網格生成 844.4.6網格質量檢查 854.4.7網格輸出 854.5本章小結 86第5章Fluent計算設置 875.1網格導入與工程項目保存 875.1.1啟動Fluent 875.1.2網格導入 885.1.3網格質量檢查 885.1.4顯示網格 895.1.5修改網格 905.1.6光順網格與交換單元面 935.1.7項目保存 945.2設置求解器及操作條件 945.2.1求解器設置 945.2.2操作條件設置 955.3物理模型設定 965.3.1多相流模型 965.3.2能量方程 975.3.3湍流模型 985.3.4輻射模型 1005.3.5組分輸運和反應模型 1025.3.6離散相模型 1035.3.7凝固和熔化模型 1045.3.8氣動噪聲模型 1045.4材料性質設定 1055.4.1物性參數 1055.4.2參數設定 1065.5邊界條件設定 1085.5.1邊界條件分類 1085.5.2邊界條件設置 1095.5.3常用邊界條件類型 1115.6求解控制參數設定 1275.6.1求解方法設置 1275.6.2松弛因子設置 1295.6.3求解極限設置 1295.7初始條件設定 1305.7.1定義全局初始條件 1305.7.2定義局部區域初始值 1315.8求解設定 1325.8.1求解設置 1325.8.2求解過程監視 1335.9本章小結 137第6章計算結果后處理 1386.1Fluent的后處理功能 1386.1.1創建表面 1386.1.2圖形及可視化技術 1396.1.3動畫技術 1426.2CFD-Post后處理器 1436.2.1啟動后處理器 1436.2.2工作界面 1436.2.3創建位置 1446.2.4創建對象 1546.2.5創建數據 1596.3本章小結 160第7章穩態和非穩態模擬實例 1617.1管內穩態流動 1617.1.1案例介紹 1617.1.2啟動Fluent并導入網格 1627.1.3定義求解器 1637.1.4定義模型 1637.1.5設置材料 1647.1.6邊界條件 1647.1.7設置計算域 1657.1.8求解控制 1667.1.9初始條件 1667.1.10求解過程監視 1677.1.11計算求解 1677.1.12結果后處理 1687.2噴嘴內瞬態流動 1697.2.1案例介紹 1697.2.2啟動Fluent并導入網格 1697.2.3定義求解器 1707.2.4定義模型 1717.2.5設置材料 1717.2.6邊界條件 1727.2.7求解控制 1737.2.8初始條件 1737.2.9求解過程監視 1747.2.10網格自適應 1747.2.11計算求解 1757.2.12結果后處理 1757.2.13瞬態計算 1777.2.14瞬態計算結果 1777.3本章小結 179第8章內部流動分析實例 1808.1圓管內氣體的流動 1808.1.1案例介紹 1808.1.2啟動Fluent并導入網格 1818.1.3定義求解器 1818.1.4定義模型 1828.1.5設置材料 1828.1.6邊界條件 1838.1.7求解控制 1838.1.8初始條件 1848.1.9求解過程監視 1848.1.10計算求解 1858.1.11結果后處理 1858.2三通內水的流動 1878.2.1案例介紹 1878.2.2啟動Fluent并導入網格 1878.2.3定義求解器 1888.2.4定義模型 1888.2.5設置材料 1898.2.6設置區域條件 1908.2.7邊界條件 1908.2.8求解控制 1928.2.9初始條件 1928.2.10求解過程監視 1938.2.11計算求解 1948.2.12結果后處理 1948.3本章小結 196第9章外部流動分析實例 1979.1圓柱繞流 1979.1.1案例介紹 1979.1.2啟動Fluent并導入網格 1989.1.3定義求解器 1999.1.4定義模型 1999.1.5設置材料 1999.1.6邊界條件 2009.1.7求解控制 2019.1.8初始條件 2019.1.9求解過程監視 2019.1.10計算求解 2029.1.11結果后處理 2039.1.12定義求解器修改 2049.1.13求解控制修改 2049.1.14計算求解 2059.1.15求解控制修改 2059.1.16計算求解 2059.1.17結果后處理 2059.2機翼超音速流動 2079.2.1案例介紹 2079.2.2啟動Fluent并導入網格 2079.2.3定義求解器 2089.2.4定義模型 2089.2.5設置材料 2099.2.6邊界條件 2099.2.7求解控制 2109.2.8初始條件 2109.2.9求解過程監視 2119.2.10計算求解 2119.2.11結果后處理 2139.3本章小結 216第10章多相流分析實例 21710.1自由表面流動 21710.1.1案例介紹 21710.1.2啟動Fluent并導入網格 21810.1.3定義求解器 21910.1.4定義湍流模型 21910.1.5設置材料 22010.1.6定義多相流模型 22010.1.7求解控制 22110.1.8初始條件 22210.1.9求解過程監視 22210.1.10動畫設置 22310.1.11計算求解 22410.1.12結果后處理 22410.2水罐內多相流動 22510.2.1案例介紹 22510.2.2啟動Fluent并導入網格 22610.2.3定義求解器 22710.2.4定義湍流模型 22710.2.5設置材料 22810.2.6定義多相流模型 22810.2.7邊界條件 23010.2.8求解控制 23110.2.9初始條件 23210.2.10計算結果輸出設置 23310.2.11定義計算活動 23310.2.12求解過程監視 23410.2.13動畫設置 23410.2.14計算求解 23610.2.15結果后處理 23610.3本章小結 236第11章離散相分析實例 23711.1反應器內粒子流動 23711.1.1案例介紹 23711.1.2啟動Fluent并導入網格 23811.1.3定義求解器 23811.1.4定義湍流模型 23911.1.5邊界條件 23911.1.6定義離散相模型 24011.1.7修改邊界條件 24211.1.8設置材料 24211.1.9求解控制 24311.1.10初始條件 24311.1.11求解過程監視 24411.1.12計算求解 24411.1.13結果后處理 24511.2噴嘴內粒子流動 24611.2.1案例介紹 24611.2.2啟動Fluent并導入網格 24611.2.3定義求解器 24711.2.4定義模型 24811.2.5設置材料 24811.2.6邊界條件 24911.2.7求解控制 25211.2.8初始條件 25211.2.9求解過程監視 25211.2.10計算求解 25311.2.11結果后處理 25311.2.12定義離散相模型 25611.2.13修改材料設置 25711.2.14計算求解 25811.2.15結果后處理 25811.3本章小結 259第12章傳熱流動分析實例 26012.1芯片傳熱分析 26012.1.1案例介紹 26012.1.2啟動Fluent并導入網格 26112.1.3定義求解器 26112.1.4定義模型 26212.1.5設置材料 26212.1.6設置區域條件 26312.1.7邊界條件 26412.1.8求解控制 26612.1.9初始條件 26612.1.10求解過程監視 26712.1.11計算求解 26812.1.12結果后處理 26812.1.13網格自適應 27012.1.14計算求解 27212.1.15結果后處理 27212.2車燈傳熱分析 27412.2.1案例介紹 27412.2.2啟動Fluent并導入網格 27512.2.3定義求解器 27612.2.4定義模型 27612.2.5設置材料 27612.2.6設置區域條件 27812.2.7邊界條件 27912.2.8求解控制 28312.2.9初始條件 28312.2.10求解過程監視 28412.2.11計算求解 28612.2.12結果后處理 28712.3本章小結 288第13章多孔介質和氣動噪聲分析實例 28913.1催化轉換器內多孔介質流動 28913.1.1案例介紹 28913.1.2啟動Fluent并導入網格 29013.1.3定義求解器 29113.1.4定義湍流模型 29113.1.5設置材料 29213.1.6設置計算域 29213.1.7邊界條件 29313.1.8求解控制 29413.1.9初始條件 29513.1.10求解過程監視 29513.1.11計算求解 29613.1.12結果后處理 29613.2圓柱外氣動噪聲模擬 30013.2.1案例介紹 30013.2.2啟動Fluent并導入網格 30013.2.3定義求解器 30113.2.4定義湍流模型 30213.2.5設置材料 30213.2.6邊界條件 30313.2.7求解控制 30413.2.8初始條件 30413.2.9求解過程監視 30513.2.10計算求解 30613.2.11定義聲學模型 30613.2.12計算求解 30713.2.13結果后處理 30713.3本章小結 309第14章化學反應分析實例 31014.1多相流燃燒模擬 31014.1.1案例介紹 31014.1.2啟動Fluent并導入網格 31114.1.3定義求解器 31114.1.4定義湍流模型 31214.1.5定義多相流模型 31214.1.6定義多組分模型 31314.1.7設置材料 31314.1.8導入UDF文件 31914.1.9邊界條件 32114.1.10求解控制 32214.1.11初始條件 32314.1.12求解過程監視 32314.1.13計算求解 32414.1.14結果后處理 32414.2表面化學反應模擬 32614.2.1案例介紹 32614.2.2啟動Fluent并導入網格 32614.2.3定義求解器 32714.2.4定義能量模型 32814.2.5定義多組分模型 32814.2.6設置材料 32914.2.7邊界條件 33214.2.8求解控制 33614.2.9初始條件 33614.2.10求解過程監視 33714.2.11計算求解 33714.2.12結果后處理 33714.3本章小結 340第15章動網格分析實例 34115.1理論基礎 34115.1.1基本思路 34115.1.2基本設置 34215.2閥門運動 34315.2.1案例介紹 34415.2.2啟動Fluent并導入網格 34415.2.3定義求解器 34515.2.4定義模型 34515.2.5設置材料 34615.2.6邊界條件 34615.2.7設置分界面 34715.2.8動網格設置 34815.2.9求解控制 35015.2.10初始條件 35115.2.11求解過程監視 35115.2.12計算求解 35215.2.13結果后處理 35215.3風力渦輪機分析1 35315.3.1案例介紹 35315.3.2啟動Fluent并導入網格 35415.3.3定義求解器 35415.3.4定義模型 35515.3.5設置材料 35515.3.6邊界條件 35615.3.7設置分界面 35715.3.8動網格設置 35815.3.9求解控制 35915.3.10初始條件 36015.3.11求解過程監視 36015.3.12計算結果輸出設置 36015.3.13計算求解 36115.3.14結果后處理 36115.4風力渦輪機分析2 36215.4.1定義求解器 36215.4.2動網格設置 36215.4.3動畫設置 36415.4.4計算求解 36515.4.5結果后處理 36515.5本章小結 365第16章Fluent在Workbench中的應用 36616.1圓管內氣體的流動 36616.1.1案例介紹 36616.1.2啟動Workbench并建立分析項目 36616.1.3導入幾何體 36716.1.4劃分網格 36816.1.5定義模型 37116.1.6邊界條件 37116.1.7求解控制 37216.1.8初始條件 37216.1.9求解過程監視 37316.1.10計算求解 37316.1.11結果后處理 37316.1.12保存與退出 37516.2三通內氣體的流動 37516.2.1案例介紹 37516.2.2啟動Workbench并建立分析項目 37616.2.3導入幾何體 37616.2.4劃分網格 37716.2.5定義模型 38016.2.6邊界條件 38016.2.7求解控制 38116.2.8初始條件 38116.2.9求解過程監視 38216.2.10計算求解 38216.2.11結果后處理 38316.2.12保存與退出 38516.3探頭外空氣流動 38516.3.1案例介紹 38516.3.2啟動Workbench并建立分析項目 38516.3.3導入幾何體 38616.3.4劃分網格 38616.3.5定義模型 38816.3.6邊界條件 38916.3.7求解控制 38916.3.8初始條件 39016.3.9求解過程監視 39016.3.10計算求解 39116.3.11結果后處理 39116.3.12保存與退出 39316.4本章小結 393參考文獻 394