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本书详细介绍了ANSYS FLUENT软件的基础理论、操作方法和模拟实例，简单介绍了Pointwise软件和ICEM CFD软件的使用方法。全书共8章。第1章介绍流体力学的基础知识、CFD发展简史，以及几种主流的CFD前处理、求解器和后处理软件；第2章介绍采用Pointwise划分结构网格和采用ICEM划分非结构网格；第3章讲解ANSYS FLUENT的安装与基本操作，以冷热水换热模型算例进行ANSYS FLUENT流程介绍；第4章讲解ANSYS FLUENT的各种边界条件意义及设置方法；第5章讲解ANSYS FLUENT的湍流模型设置方法及各项参数的意义；第6章对FLUENT中的传热模型、燃烧模型、污染物模型、离散相模型、多相流模型、凝固与熔化模型及气动噪声模型的理论和设置方法进行讲解和说明；第7章对工程中二维流体力学问题给出了11个常用的模型算例；第8章对工程中三维流体力学问题给出了7个算例。

目    录
第一部分 基础知识与ANSYS FLUENT操作
第1章  计算流体力学（CFD）概述	1
1.1  流体力学基础知识	1
1.2  计算流体动力学的主要方法	2
1.3  计算流体动力学问题的解决过程	3
1.4  计算流体动力学商业软件介绍	4
1.4.1  前处理软件	4
1.4.2  求解器	7
1.4.3  后处理	13
1.5  本章小结	15
第2章  网格基础与基本操作	16
2.1  CFD网格前处理	16
2.1.1  划分网格的目的	16
2.1.2  网格划分的几何要素	16
2.1.3  网格形状及拓扑结构	17
2.1.4  结构与非结构网格	19
2.1.5  壁面和近壁区网格处理原则	21
2.1.6  网格质量评价标准	23
2.1.7  选择合适的网格	23
2.2  Pointwise结构网格的划分	24
2.2.1  Pointwise界面	24
2.2.2  Pointwise基本操作	25
2.2.3  Pointwise几何处理	26
2.2.4  Pointwise划分网格	29
2.2.5  Pointwise指定边界和区域类型	32
2.2.6  网格质量管理及输出	33
2.3  ICEM CFD非结构网格的划分	33
2.3.1  ICEM 基础及界面	34
2.3.2  ICEM 几何操作	35
2.3.3  ICEM划分非结构网格	44
2.3.4  ICEM输出设置	49
2.3.5  网格质量检查及输出	50
2.4  本章小结	51
第3章  FLUENT基础与基本界面	52
3.1  ANSYS FLUENT的安装	53
3.2  ANSYS FLUENT的用户界面	55
3.2.1  ANSYS FLUENT启动界面	55
3.2.2  ANSYS FLUENT启动界面的操作界面	57
3.3  ANSYS FLUENT的文件操作	59
3.4  ANSYS FLUENT的操作流程简介	62
3.4.1  启动FLUENT	63
3.4.2  读取网格并检查	63
3.4.3  计算域尺寸设置	66
3.4.4  网格光顺化处理	67
3.4.5  求解器基本设置	67
3.4.6  模型设置	68
3.4.7  物性参数设置	70
3.4.8  边界条件参数设置	71
3.4.9  求解方法设置	77
3.4.10  求解控制参数设置	78
3.4.11  求解监控设置	79
3.4.12  初始化	84
3.4.13  求解计算设置	84
3.4.14  后处理	86
3.5  本章小结	89
第4章  ANSYS FLUENT边界条件	90
4.1  进口边界条件	90
4.1.1  压力入口边界条件（Pressure Inlet）	90
4.1.2  速度入口边界条件（Velocity Inlet）	92
4.1.3  质量入口边界条件（Mass Flow Inlet）	93
4.1.4  进气口边界条件（Inlet Vent）	95
4.1.5  进气扇边界条件（Intake Fan）	96
4.1.6  压力远场边界条件（Pressure Far Field）	97
4.2  出口边界条件	99
4.2.1  压力出口边界条件（Pressure Outlet）	99
4.2.2  质量出口边界条件（Outflow）	101
4.2.3  通风口边界条件（Outlet Vent）	102
4.2.4  排风扇边界条件（Exhaust Fan）	104
4.3  其他重要边界条件	105
4.3.1  壁面边界条件（Wall）	105
4.3.2  对称边界条件（Symmetry）	110
4.3.3  风扇边界条件（Fan）	111
4.3.4  热交换器边界条件（Radiator）	114
4.4  体积区域条件（Cell Zone Conditions）	116
4.4.1  流体区域（Fluid）	116
4.4.2  固体区域（Solid）	118
4.4.3  多孔介质区域（Porous Zone）	119
4.5  本章小结	125
第5章  ANSYS FLUENT湍流模型	126
5.1  湍流模型概述	126
5.1.1  选择湍流模型	126
5.1.2  CPU时间和解决方案	128
5.2  S-A模型	128
5.3  k-e模型	131
5.3.1  标准 k-e 模型	132
5.3.2  RNG k-e 模型	135
5.3.3  Realizable k-e模型	138
5.4  k-ω模型	140
5.4.1  标准k-ω模型	141
5.5  雷诺应力模型	147
5.6  湍流选项	151
5.7  定义湍流边界条件	153
5.8  湍流流动模拟的求解策略	154
5.9  湍流流动的后处理	155
5.10  本章小节	156
第6章  ANSYS FLUENT的多种模型	157
6.1  传热模型	157
6.1.1  导热与对流换热	157
6.1.2  辐射传热	162
6.1.3  周期性传热问题	177
6.1.4  浮力驱动流动	179
6.2  化学反应及燃烧模型	182
6.2.1  燃烧模型的选择	182
6.2.2  通用有限速度模型	183
6.2.3  非预混燃烧模型	192
6.2.4  预混燃烧模型	198
6.2.5  部分预混燃烧模型	203
6.2.6  组分概率密度输运燃烧模型	206
6.3  污染物模型	207
6.3.1  NOx 模型	207
6.3.2  烟模型	209
6.4  离散相模型	210
6.4.1  离散相模型的限制	211
6.4.2  离散相粒子分类	211
6.4.3  粒子与湍流的相互作用	211
6.4.4  引射类型	211
6.4.5  离散相模型设置	213
6.5  多相流模型	214
6.5.1  三种方法的限制条件	215
6.5.2  问题解决过程	215
6.5.3  VOF模型	216
6.5.4  混合物模型	216
6.5.5  欧拉模型	217
6.5.6  三种方法求解策略	217
6.6  凝固与熔化模型	218
6.7  气动噪声模型	219
6.8  本章小节	221
第二部分  模拟实例
第7章  二维模型FLUENT数值模拟实例	223
7.1  翼型绕流可压缩流动模拟	223
7.1.1  基本方法	223
7.1.2  问题描述	223
7.1.3  计算设置	224
7.1.4  后处理	231
7.1.5  小结	233
7.2  水中温度的传递-周期性边界和热传递	234
7.2.1  基本方法	234
7.2.2  问题描述	234
7.2.3  计算设置	235
7.2.4  后处理	241
7.2.5  小结	243
7.3  腔体内热辐射产生的自然对流模拟	243
7.3.1  基本方法	243
7.3.2  问题描述	244
7.3.3  计算设置	244
7.3.4  后处理	252
7.3.5  小结	255
7.4  离心式鼓风机模拟-旋转流体区域	256
7.4.1  基本方法	256
7.4.2  问题描述	256
7.4.3  计算设置	256
7.4.4  后处理	263
7.4.5  小结	265
7.5  气体燃烧模拟-组分输运模型	265
7.5.1  基本方法	265
7.5.2  问题描述	265
7.5.3  计算设置	266
7.5.4  后处理	274
7.5.5  小结	276
7.6  水管的非定常射流-VOF模型	277
7.6.1  基本方法	277
7.6.2  问题描述	277
7.6.3  计算设置	277
7.6.4  后处理	286
7.6.5  小结	289
7.7  高速水流的槽道运动——混合多相流空化模型	289
7.7.1  基本方法	289
7.7.2  问题描述	289
7.7.3  计算设置	289
7.7.4  后处理	298
7.7.5  小结	299
7.8  T型管流动-欧拉多相流模型	299
7.8.1  基本方法	299
7.8.2  问题描述	299
7.8.3  计算设置	300
7.8.4  后处理	308
7.8.5  小结	310
7.9  液态金属凝固-凝固与熔化模型	311
7.9.1  基本方法	311
7.9.2  问题描述	311
7.9.3  计算设置	312
7.9.4  后处理	320
7.9.5  小结	324
7.10  渐缩渐扩管的非定常模拟-UDF使用	324
7.10.1  基本方法	324
7.10.2  问题描述	324
7.10.3  计算设置	325
7.10.4  后处理	333
7.10.5  小结	334
7.11  阀门的运动-动网格使用	334
7.11.1  基本方法	334
7.11.2  问题描述	335
7.11.3  计算设置	335
7.11.4  后处理	344
7.12  本章小节	348
第8章  三维模型FLUENT数值模拟实例	349
8.1  冷热水在管路中的混合流动模型	349
8.1.1  基本方法	349
8.1.2  问题描述	349
8.1.3  计算设置	349
8.1.4  后处理	357
8.1.5  小结	361
8.2  方管内射流对主流的影响	361
8.2.1  基本方法	361
8.2.2  问题描述	361
8.2.3  计算设置	362
8.2.4  后处理	370
8.2.5  小结	374
8.3  触媒转化器流动模拟-多孔介质模型	374
8.3.1  基本方法	374
8.3.2  问题描述	375
8.3.3  计算设置	375
8.3.4  后处理	383
8.3.5  小结	386
8.4  旋转机械流动模拟1-混合面模型	386
8.4.1  基本方法	386
8.4.2  问题描述	387
8.4.3  计算设置	387
8.4.4  后处理	396
8.4.5  小结	397
8.5  旋转机械流动模拟2-滑移网格	398
8.5.1  基本方法	398
8.5.2  问题描述	398
8.5.3  计算设置	399
8.5.4  后处理	408
8.5.5  小结	410
8.6  表面沉积法生成砷化镓-表面化学反应	410
8.6.1  基本方法	410
8.6.2  问题描述	411
8.6.3  计算设置	411
8.6.4  后处理	422
8.6.5  小结	424
8.7  喷气雾化器模拟-离散相模型	424
8.7.1  基本方法	424
8.7.2  问题描述	424
8.7.3  计算设置	425
8.7.4  后处理	437
8.8  本章小节	439

前    言
ANSYS FLUENT是一款世界上流行的CFD（Computational Fluid Dynamic）软件，通过使用FLUENT求解流动方程，可以求解流动、传热、燃烧、相变等多种物理现象，计算结果可以显示流场中各项参数的详细信息。相对实验而言，CFD技术具有更好的时间经济性，同时可以大大节约成本。CFD技术在现代流体力学领域中占据了非常重要的地位，在工程中为设计提供了重要的参考。随着计算机技术的发展，CFD技术的优势会越来越明显，在未来，CFD技术必的应用定会越来越广泛，而FLUENT软件作为CFD技术的主要软件，未来必定令占有很大的市场份额。
全书共8章，分为两个部分。第1～6章为第一部分，主要介绍计算流体力学基础知识与ANSYS FLUENT的操作；第7～8章为第二部分，主要介绍ANSYS FLUENT工程实例应用。第1章主要介绍流体力学的基础知识，CFD发展简史以及几种主流的CFD前处理，求解器和后处理软件；第2章着重介绍采用Pointwise划分结构网格和采用ICEM划分非结构网格；第3章主要讲解ANSYS FLUENT的安装与基本操作，以冷热水换热模型算例进行ANSYS FLUENT流程介绍；第4章主要讲解ANSYS FLUENT的各种边界条件意义及设置方法；第5章主要讲解ANSYS FLUENT的湍流模型设置方法及各项参数的意义；第6章对FLUENT中的传热模型、燃烧模型、污染物模型、离散相模型、多相流模型、凝固与熔化模型及气动噪声模型的理论和设置方法进行了讲解和说明；第7章主要对工程中一些二维流体力学问题给出了11个常用的模型算例；第8章主要对工程中一些三维流体力学问题给出了7个算例。第7、8章所有算例涉及可压缩流动、传热模型、周期性边界条件、自然对流换热、气体燃烧、VOF模型、空化模型、混合多相流模型、欧拉多相流模型、凝固与熔化模型、UDF的使用、动网格模型等多个工程中常用的模型。
本书理论讲解翔实，论述细致，介绍直观，由浅入深，算例丰富。书中主要内容依据ANSYS FLUENT的官方使用手册。本书偏向实际工程中的使用方法较多，具有较强的实用性，涉及航空航天、船舶、汽车、机械、水利、能源、生物、石油、化工、冶金、建筑、材料等众多领域，是一本非常实用的FLUENT操作参考书。
本书可以作为研究生和本科生流体力学的学习资料或教材，也可以作为上述各种工程应用领域中的科研人员、特别是从事CFD开发的人员参考。
本书主要由段中喆编写，高克臻、张云霞、王东、王龙、张银芳、周新国、陈作聪、聂阳、沈毅、蔡娜、张华杰、彭一明、张秀梅、李爽等也参与了部分编写工作。在编写过程中，得到了北京航空航天大学航空学院多位老师和研究生的帮助，以及中国航空研究院的大力支持，在此一并表示感谢！本书的编写也得到了家人和朋友的关心支持，万分感谢！

编著者

计算机辅助设计

段中喆，工学博士，现在中国航空研究院数值模拟中心从事航空CFD科研工作，参加过中航工业605所的多个研究，包括平流层飞艇螺旋桨缩尺模型地面风洞试验、高空螺旋桨低雷诺数分离气泡流动控制数值研究、某平流层飞艇高性能螺旋桨气动特性数值模拟研究、某带螺旋桨大型水陆两栖飞机气动特性数值计算，主持了中国航空工业空气动力研究院的螺旋桨翼型升力特性研究，完成了国家863课题水上飞机在多种工况下的数值模拟研究，先后参加了超过20个飞机项目的气动性研究。发表超过10篇专业论文。

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