目 錄
第一部分 基礎知識與ANSYS FLUENT操作
第1章 計算流體力學（CFD）概述 1
1.1 流體力學基礎知識 1
1.2 計算流體動力學的主要方法 2
1.3 計算流體動力學問題的解決過程 3
1.4 計算流體動力學商業軟件介紹 4
1.4.1 前處理軟件 4
1.4.2 求解器 7
1.4.3 后處理 13
1.5 本章小結 15
第2章 網格基礎與基本操作 16
2.1 CFD網格前處理 16
2.1.1 劃分網格的目的 16
2.1.2 網格劃分的幾何要素 16
2.1.3 網格形狀及拓撲結構 17
2.1.4 結構與非結構網格 19
2.1.5 壁面和近壁區網格處理原則 21
2.1.6 網格質量評價標準 23
2.1.7 選擇合適的網格 23
2.2 Pointwise結構網格的劃分 24
2.2.1 Pointwise界面 24
2.2.2 Pointwise基本操作 25
2.2.3 Pointwise幾何處理 26
2.2.4 Pointwise劃分網格 29
2.2.5 Pointwise指定邊界和區域類型 32
2.2.6 網格質量管理及輸出 33
2.3 ICEM CFD非結構網格的劃分 33
2.3.1 ICEM 基礎及界面 34
2.3.2 ICEM 幾何操作 35
2.3.3 ICEM劃分非結構網格 44
2.3.4 ICEM輸出設置 49
2.3.5 網格質量檢查及輸出 50
2.4 本章小結 51
第3章 FLUENT基礎與基本界面 52
3.1 ANSYS FLUENT的安裝 53
3.2 ANSYS FLUENT的用戶界面 55
3.2.1 ANSYS FLUENT啟動界面 55
3.2.2 ANSYS FLUENT啟動界面的操作界面 57
3.3 ANSYS FLUENT的文件操作 59
3.4 ANSYS FLUENT的操作流程簡介 62
3.4.1 啟動FLUENT 63
3.4.2 讀取網格并檢查 63
3.4.3 計算域尺寸設置 66
3.4.4 網格光順化處理 67
3.4.5 求解器基本設置 67
3.4.6 模型設置 68
3.4.7 物性參數設置 70
3.4.8 邊界條件參數設置 71
3.4.9 求解方法設置 77
3.4.10 求解控制參數設置 78
3.4.11 求解監控設置 79
3.4.12 初始化 84
3.4.13 求解計算設置 84
3.4.14 后處理 86
3.5 本章小結 89
第4章 ANSYS FLUENT邊界條件 90
4.1 進口邊界條件 90
4.1.1 壓力入口邊界條件（Pressure Inlet） 90
4.1.2 速度入口邊界條件（Velocity Inlet） 92
4.1.3 質量入口邊界條件（Mass Flow Inlet） 93
4.1.4 進氣口邊界條件（Inlet Vent） 95
4.1.5 進氣扇邊界條件（Intake Fan） 96
4.1.6 壓力遠場邊界條件（Pressure Far Field） 97
4.2 出口邊界條件 99
4.2.1 壓力出口邊界條件（Pressure Outlet） 99
4.2.2 質量出口邊界條件（Outflow） 101
4.2.3 通風口邊界條件（Outlet Vent） 102
4.2.4 排風扇邊界條件（Exhaust Fan） 104
4.3 其他重要邊界條件 105
4.3.1 壁面邊界條件（Wall） 105
4.3.2 對稱邊界條件（Symmetry） 110
4.3.3 風扇邊界條件（Fan） 111
4.3.4 熱交換器邊界條件（Radiator） 114
4.4 體積區域條件（Cell Zone Conditions） 116
4.4.1 流體區域（Fluid） 116
4.4.2 固體區域（Solid） 118
4.4.3 多孔介質區域（Porous Zone） 119
4.5 本章小結 125
第5章 ANSYS FLUENT湍流模型 126
5.1 湍流模型概述 126
5.1.1 選擇湍流模型 126
5.1.2 CPU時間和解決方案 128
5.2 S-A模型 128
5.3 k-e模型 131
5.3.1 標準 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 標準k-ω模型 141
5.5 雷諾應力模型 147
5.6 湍流選項 151
5.7 定義湍流邊界條件 153
5.8 湍流流動模擬的求解策略 154
5.9 湍流流動的后處理 155
5.10 本章小節 156
第6章 ANSYS FLUENT的多種模型 157
6.1 傳熱模型 157
6.1.1 導熱與對流換熱 157
6.1.2 輻射傳熱 162
6.1.3 周期性傳熱問題 177
6.1.4 浮力驅動流動 179
6.2 化學反應及燃燒模型 182
6.2.1 燃燒模型的選擇 182
6.2.2 通用有限速度模型 183
6.2.3 非預混燃燒模型 192
6.2.4 預混燃燒模型 198
6.2.5 部分預混燃燒模型 203
6.2.6 組分概率密度輸運燃燒模型 206
6.3 污染物模型 207
6.3.1 NOx 模型 207
6.3.2 煙模型 209
6.4 離散相模型 210
6.4.1 離散相模型的限制 211
6.4.2 離散相粒子分類 211
6.4.3 粒子與湍流的相互作用 211
6.4.4 引射類型 211
6.4.5 離散相模型設置 213
6.5 多相流模型 214
6.5.1 三種方法的限制條件 215
6.5.2 問題解決過程 215
6.5.3 VOF模型 216
6.5.4 混合物模型 216
6.5.5 歐拉模型 217
6.5.6 三種方法求解策略 217
6.6 凝固與熔化模型 218
6.7 氣動噪聲模型 219
6.8 本章小節 221
第二部分 模擬實例
第7章 二維模型FLUENT數值模擬實例 223
7.1 翼型繞流可壓縮流動模擬 223
7.1.1 基本方法 223
7.1.2 問題描述 223
7.1.3 計算設置 224
7.1.4 后處理 231
7.1.5 小結 233
7.2 水中溫度的傳遞-周期性邊界和熱傳遞 234
7.2.1 基本方法 234
7.2.2 問題描述 234
7.2.3 計算設置 235
7.2.4 后處理 241
7.2.5 小結 243
7.3 腔體內熱輻射產生的自然對流模擬 243
7.3.1 基本方法 243
7.3.2 問題描述 244
7.3.3 計算設置 244
7.3.4 后處理 252
7.3.5 小結 255
7.4 離心式鼓風機模擬-旋轉流體區域 256
7.4.1 基本方法 256
7.4.2 問題描述 256
7.4.3 計算設置 256
7.4.4 后處理 263
7.4.5 小結 265
7.5 氣體燃燒模擬-組分輸運模型 265
7.5.1 基本方法 265
7.5.2 問題描述 265
7.5.3 計算設置 266
7.5.4 后處理 274
7.5.5 小結 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 問題描述 277
7.6.3 計算設置 277
7.6.4 后處理 286
7.6.5 小結 289
7.7 高速水流的槽道運動——混合多相流空化模型 289
7.7.1 基本方法 289
7.7.2 問題描述 289
7.7.3 計算設置 289
7.7.4 后處理 298
7.7.5 小結 299
7.8 T型管流動-歐拉多相流模型 299
7.8.1 基本方法 299
7.8.2 問題描述 299
7.8.3 計算設置 300
7.8.4 后處理 308
7.8.5 小結 310
7.9 液態金屬凝固-凝固與熔化模型 311
7.9.1 基本方法 311
7.9.2 問題描述 311
7.9.3 計算設置 312
7.9.4 后處理 320
7.9.5 小結 324
7.10 漸縮漸擴管的非定常模擬-UDF使用 324
7.10.1 基本方法 324
7.10.2 問題描述 324
7.10.3 計算設置 325
7.10.4 后處理 333
7.10.5 小結 334
7.11 閥門的運動-動網格使用 334
7.11.1 基本方法 334
7.11.2 問題描述 335
7.11.3 計算設置 335
7.11.4 后處理 344
7.12 本章小節 348
第8章 三維模型FLUENT數值模擬實例 349
8.1 冷熱水在管路中的混合流動模型 349
8.1.1 基本方法 349
8.1.2 問題描述 349
8.1.3 計算設置 349
8.1.4 后處理 357
8.1.5 小結 361
8.2 方管內射流對主流的影響 361
8.2.1 基本方法 361
8.2.2 問題描述 361
8.2.3 計算設置 362
8.2.4 后處理 370
8.2.5 小結 374
8.3 觸媒轉化器流動模擬-多孔介質模型 374
8.3.1 基本方法 374
8.3.2 問題描述 375
8.3.3 計算設置 375
8.3.4 后處理 383
8.3.5 小結 386
8.4 旋轉機械流動模擬1-混合面模型 386
8.4.1 基本方法 386
8.4.2 問題描述 387
8.4.3 計算設置 387
8.4.4 后處理 396
8.4.5 小結 397
8.5 旋轉機械流動模擬2-滑移網格 398
8.5.1 基本方法 398
8.5.2 問題描述 398
8.5.3 計算設置 399
8.5.4 后處理 408
8.5.5 小結 410
8.6 表面沉積法生成砷化鎵-表面化學反應 410
8.6.1 基本方法 410
8.6.2 問題描述 411
8.6.3 計算設置 411
8.6.4 后處理 422
8.6.5 小結 424
8.7 噴氣霧化器模擬-離散相模型 424
8.7.1 基本方法 424
8.7.2 問題描述 424
8.7.3 計算設置 425
8.7.4 后處理 437
8.8 本章小節 439