第一部分 基礎知識

第1章 流體力學基礎 1
1.1 基本概念 2
1.2 流體流動的分類 5
1.3 邊界層和物體阻力 5
1.4 層流和湍流 6
1.5 流體流動的控制方程 7
1.6 邊界條件 8
1.7 流體力學專業詞彙 9
1.8 本章小結 12
第2章 計算流體力學基礎 13
2.1 計算流體力學的發展 14
2.2 計算流體力學的求解過程 15
2.3 數值模擬方法和分類 15
2.4 有限體積法的基本思想 17
2.5 有限體積法的求解方法 18
2.6 計算流體力學應用領域 20
2.7 本章小結 20
第3章 Fluent簡介 21
3.1 Fluent概述 22
3.2 Fluent的軟體結構 22
3.2.1 Fluent啟動 23
3.2.2 Fluent使用者介面 25
3.2.3 Fluent文件的讀入與
輸出 27
3.3 Fluent軟體特點 31
3.4 Fluent求解步驟 33
3.4.1 制訂分析方案 34
3.4.2 求解步驟 34
3.5 Fluent使用的檔案類型 35
3.6 Fluent 2024新功能介紹 36
3.7 本章小結 40
第4章 生成網格 41
4.1 網格生成概述 42
4.1.1 網格劃分技術 42
4.1.2 網格類型 42
4.2 ANSYS ICEM CFD網格劃分 43
4.2.1 工作流程 44
4.2.2 ICEM CFD的檔案類型 44
4.2.3 ICEM CFD的使用者介面 45
4.2.4 ANSYS ICEM CFD
基本用法 46
4.2.5 ANSYS ICEM CFD
實例分析 72
4.3 Meshing模式 83
4.3.1 啟動Meshing模式 83
4.3.2 導入模型 84
4.3.3 網格設置 85
4.3.4 切換到Solution模式 87
4.4 GAMBIT網格劃分 87
4.4.1 GAMBIT生成網格的
步驟 87
4.4.2 GAMBIT圖形化使用者介面 89
4.4.3 GAMBIT功能表命令 90
4.4.4 幾何建模 91
4.4.5 網格劃分 93
4.4.6 設定區欄位型別 95
4.5 本章小結 98
第5章 Fluent計算設置 99
5.1 網格導入與工程項目保存 100
5.1.1 啟動Fluent 100
5.1.2 網格導入 101
5.1.3 網格品質檢查 101
5.1.4 顯示網格 102
5.1.5 修改網格 103
5.1.6 光順網格與交換單元面 106
5.1.7 專案保存 107
5.2 設置求解器及操作條件 107
5.2.1 求解器設置 107
5.2.2 操作條件設置 108
5.3 物理模型設定 109
5.3.1 多相流模型 110
5.3.2 能量方程 112
5.3.3 湍流模型 112
5.3.4 輻射模型 115
5.3.5 組分輸運和反應模型 116
5.3.6 離散項模型 118
5.3.7 凝固和熔化模型 119
5.3.8 氣動雜訊模型 119
5.4 材料性質設定 120
5.4.1 物性參數 120
5.4.2 參數設定 121
5.5 邊界條件設定 123
5.5.1 邊界條件分類 123
5.5.2 邊界條件設置 124
5.5.3 常用邊界條件類型 127
5.6 求解控制參數設定 142
5.6.1 求解方法設置 142
5.6.2 鬆弛因數設置 144
5.6.3 求解極限設置 145
5.7 初始條件設定 146
5.7.1 定義全域初始條件 146
5.7.2 定義局部區域初始值 147
5.8 求解設定 148
5.8.1 求解設置 148
5.8.2 求解過程監視 149
5.9 本章小結 153
第6章 計算結果後處理 154
6.1 Fluent後處理功能 155
6.1.1 創建表面 155
6.1.2 圖形及視覺化技術 156
6.1.3 動畫技術 158
6.2 CFD-Post後處理器 159
6.2.1 啟動後處理器 159
6.2.2 工作介面 160
6.2.3 創建位置 161
6.2.4 創建對象 171
6.2.5 創建資料 178
6.3 Tecplot使用介紹 179
6.3.1 工作介面 179
6.3.2 Tecplot資料格式 183
6.3.3 Tecplot基本操作 184
6.4 本章小結 186



第二部分 功能應用

第7章 動網格問題的數值模擬 187
7.1 動網格問題概述 188
7.2 齒輪泵的動態類比 189
7.2.1 案例簡介 189
7.2.2 Fluent求解計算設置 189
7.2.3 求解計算 195
7.2.4 計算結果後處理及
分析 197
7.3 水波的動態類比 200
7.3.1 案例簡介 200
7.3.2 Fluent求解計算設置 200
7.3.3 求解計算 206
7.3.4 計算結果後處理及
分析 208
7.4 鑽頭運動的動態類比 209
7.4.1 案例簡介 209
7.4.2 Fluent求解計算設置 210
7.4.3 求解計算 215
7.4.4 計算結果後處理及
分析 217
7.5 本章小結 219
第8章 組分傳輸與燃燒 220
8.1 組分傳輸與燃燒概述 221
8.2 爆炸燃燒的數值模擬 223
8.2.1 案例簡介 223
8.2.2 Fluent求解計算設置 223
8.2.3 求解計算 226
8.2.4 計算結果後處理及
分析 230
8.3 石油燃燒的數值模擬 231
8.3.1 案例簡介 231
8.3.2 Fluent求解計算設置 231
8.3.3 求解計算 239
8.3.4 計算結果後處理及
分析 240
8.4 燃氣爐內燃燒的數值模擬 242
8.4.1 案例簡介 242
8.4.2 Fluent求解計算設置 242
8.4.3 求解計算 248
8.4.4 計算結果後處理及
分析 250
8.5 壁面反應數值模擬 251
8.5.1 案例簡介 251
8.5.2 Fluent求解計算設置 251
8.5.3 求解計算 256
8.5.4 計算結果後處理及
分析 258
8.6 本章小結 259
第9章 多孔介質數值模擬 260
9.1 多孔介質模型概述 261
9.2 多孔介質燃燒的數值模擬 262
9.2.1 案例簡介 262
9.2.2 Fluent求解計算設置 262
9.2.3 求解計算 266
9.2.4 計算結果後處理及
分析 268
9.3 本章小結 269
第10章 多相流模型 270
10.1 多相流概述 271
10.2 氣穴現象的數值模擬 273
10.2.1 案例簡介 273
10.2.2 Fluent求解計算設置 273
10.2.3 求解計算 278
10.2.4 計算結果後處理及
分析 280

10.3 水中氣泡破碎過程的
數值模擬 281
10.3.1 案例簡介 281
10.3.2 Fluent求解計算設置 281
10.3.3 求解計算 285
10.3.4 計算結果後處理及
分析 289
10.4 本章小結 291
第11章 離散相的數值模擬 292
11.1 離散相模型概述 293
11.2 噴霧乾燥過程的數值模擬 294
11.2.1 案例簡介 294
11.2.2 Fluent求解計算設置 294
11.2.3 求解計算 299
11.2.4 計算結果後處理及
分析 301
11.3 彎管磨損的數值模擬 303
11.3.1 案例簡介 303
11.3.2 Fluent求解計算設置 304
11.3.3 求解計算 308
11.3.4 計算結果後處理及
分析 310
11.4 本章小結 312

第三部分 行業應用

第12章 建築行業中的應用 313
12.1 高層建築室外通風數值
模擬 314
12.1.1 案例介紹 314
12.1.2 啟動Fluent並導入
網格 314
12.1.3 定義求解器 315
12.1.4 定義模型 316
12.1.5 設置材料 316
12.1.6 邊界條件 317
12.1.7 求解控制 319
12.1.8 初始條件 320
12.1.9 求解過程監視 320
12.1.10 計算求解 320
12.1.11 結果後處理 321
12.2 室內通風模擬分析 323
12.2.1 案例介紹 323
12.2.2 啟動Fluent並導入
網格 323
12.2.3 定義求解器 324
12.2.4 定義模型 325
12.2.5 設置材料 326
12.2.6 邊界條件 326
12.2.7 求解控制 328
12.2.8 初始條件 328
12.2.9 求解過程監視 329
12.2.10 計算求解 330
12.2.11 結果後處理 330
12.3 本章小結 334
第13章 機械行業中的應用 335
13.1 閥門運動 336
13.1.1 案例介紹 336
13.1.2 啟動Fluent並導入
網格 336
13.1.3 定義求解器 337
13.1.4 定義模型 338
13.1.5 設置材料 338
13.1.6 邊界條件 339
13.1.7 設置分介面 340
13.1.8 動網格設置 341
13.1.9 求解控制 343
13.1.10 初始條件 343
13.1.11 求解過程監視 344
13.1.12 計算求解 344
13.1.13 結果後處理 345
13.2 風力渦輪機分析 346
13.2.1 案例介紹 346
13.2.2 啟動Fluent並導入
網格 347
13.2.3 定義求解器 347
13.2.4 定義模型 348
13.2.5 設置材料 348
13.2.6 邊界條件 349
13.2.7 設置分介面 351
13.2.8 動網格設置 352
13.2.9 求解控制 353
13.2.10 初始條件 353
13.2.11 求解過程監視 354
13.2.12 計算結果輸出設置 354
13.2.13 計算求解 355
13.2.14 結果後處理 355
13.3 本章小結 356
第14章 航空航太行業中的應用 357
14.1 火箭發射 358
14.1.1 案例介紹 358
14.1.2 啟動Fluent並導入
網格 358
14.1.3 設置分介面 360
14.1.4 定義求解器 361
14.1.5 定義模型 362
14.1.6 設置材料 363
14.1.7 邊界條件 364
14.1.8 動網格設置 366
14.1.9 求解控制 372
14.1.10 初始條件 372
14.1.11 求解過程監視 373
14.1.12 計算求解 374
14.1.13 結果後處理 374
14.2 機翼超音速流動 376
14.2.1 案例介紹 376
14.2.2 啟動Fluent並導入
網格 376
14.2.3 定義求解器 377
14.2.4 定義模型 378
14.2.5 設置材料 378
14.2.6 邊界條件 379
14.2.7 求解控制 380
14.2.8 初始條件 380
14.2.9 求解過程監視 380
14.2.10 計算求解 381
14.2.11 結果後處理 383
14.3 本章小結 387
第15章 水利海洋工程中的應用 388
15.1 自由表面流動 389
15.1.1 案例介紹 389
15.1.2 啟動Fluent並導入
網格 389
15.1.3 定義求解器 390
15.1.4 定義湍流模型 390
15.1.5 設置材料 391
15.1.6 定義多相流模型 391
15.1.7 求解控制 393
15.1.8 初始條件 393
15.1.9 求解過程監視 394
15.1.10 動畫設置 394
15.1.11 計算求解 396
15.1.12 結果後處理 396
15.2 凸台繞流 398
15.2.1 案例介紹 398
15.2.2 啟動Fluent並導入
網格 398
15.2.3 定義求解器 399
15.2.4 定義湍流模型 400
15.2.5 設置材料 400
15.2.6 定義多相流模型 401
15.2.7 邊界條件 402
15.2.8 求解控制 405
15.2.9 初始條件 405
15.2.10 計算結果輸出設置 407
15.2.11 求解過程監視 408
15.2.12 動畫設置 408
15.2.13 計算求解 409
15.2.14 結果後處理 410
15.3 本章小結 415
第16章 汽車行業中的應用 416
16.1 催化轉換器內多孔介質
流動 417
16.1.1 案例介紹 417
16.1.2 啟動Fluent並導入
網格 417
16.1.3 定義求解器 418
16.1.4 定義湍流模型 419
16.1.5 設置材料 419
16.1.6 設置計算域 420
16.1.7 邊界條件 421
16.1.8 求解控制 422
16.1.9 初始條件 423
16.1.10 求解過程監視 423
16.1.11 計算求解 424
16.1.12 結果後處理 424
16.2 車燈傳熱分析 429
16.2.1 案例介紹 429
16.2.2 啟動Fluent並導入
網格 429
16.2.3 定義求解器 430
16.2.4 定義模型 431
16.2.5 設置材料 431
16.2.6 設置區域條件 433
16.2.7 邊界條件 434
16.2.8 求解控制 438
16.2.9 初始條件 439
16.2.10 求解過程監視 439
16.2.11 計算求解 442
16.2.12 結果後處理 443
16.3 本章小結 444
第17章 能源化工行業中的應用 445
17.1 反應器內粒子流動 446
17.1.1 案例介紹 446
17.1.2 啟動Fluent並導入
網格 446
17.1.3 定義求解器 447
17.1.4 定義湍流模型 447
17.1.5 邊界條件 448
17.1.6 定義離散相模型 449
17.1.7 修改邊界條件 451
17.1.8 設置材料 451
17.1.9 求解控制 452
17.1.10 初始條件 452
17.1.11 求解過程監視 453
17.1.12 計算求解 453
17.1.13 結果後處理 454
17.2 表面化學反應模擬 456
17.2.1 案例介紹 456
17.2.2 啟動Fluent並導入
網格 456
17.2.3 定義求解器 457
17.2.4 定義能量模型 458
17.2.5 定義多組分模型 458
17.2.6 設置材料 459
17.2.7 邊界條件 462
17.2.8 求解控制 467
17.2.9 初始條件 468
17.2.10 求解過程監視 468
17.2.11 計算求解 469
17.2.12 結果後處理 469
17.3 本章小結 473
第18章 電器行業中的應用 474
18.1 晶片傳熱分析 475
18.1.1 案例介紹 475
18.1.2 啟動Fluent並導入
網格 475
18.1.3 定義求解器 476
18.1.4 定義模型 477
18.1.5 設置材料 477
18.1.6 設置區域條件 478
18.1.7 邊界條件 479
18.1.8 求解控制 481
18.1.9 初始條件 481
18.1.10 求解過程監視 482
18.1.11 計算求解 483
18.1.12 結果後處理 483
18.1.13 網格自我調整 485
18.1.14 計算求解 489
18.1.15 結果後處理 489
18.2 固體燃料電池分析 491
18.2.1 案例介紹 491
18.2.2 啟動Fluent並導入
網格 492
18.2.3 定義求解器 493
18.2.4 定義模型 494
18.2.5 設置材料 497
18.2.6 設置區域條件 499
18.2.7 邊界條件 501
18.2.8 求解控制 502
18.2.9 初始條件 503
18.2.10 求解過程監視 504
18.2.11 計算求解 504
18.2.12 結果後處理 504
18.3 本章小結 507