CAD CAM CAE自学手册 FLUENT 14流场分析自学手册
作者：张惠，康士廷 编著
出版时间： 2014年版
内容简介
　　《FLUENT 14流场分析自学手册》以FLUENT 14.5为平台讲解了流体力学的分析方法。全书共13章，第1章讲解了流体力学基础；第2章为流体流动分析软件的概述；第3章讲解了FLUENT软件的操作方法；第4章讲解了网格生成软件GAMBIT的操作方法；第5章讲解了Tecplot软件入门使用方法；第6章讲解了FLUENT的高级应用；第7章～第13章为实例篇，分别讲解了二维流动和传热的数值模拟、三维流动和传热的数值模拟、多相流模型、湍流分析、可动区域中流动问题的模拟、动网格及物资运输和有限速率化学反应模型模拟等工程问题中的方法。《FLUENT 14流场分析自学手册》所赠光盘中包含了书中所有实例的源文件和视频文件，以方便读者学习使用。《FLUENT 14流场分析自学手册》可作为科研院所流体力学研究人员，流体力学相关专业硕士、博士、研究生或本科高年级学生的自学指导书或参考用书。
目录
目　录
第1章　流体力学基础　1
1．1　流体力学基本概念　2
1．1．1　连续介质的概念　2
1．1．2　流体的基本性质　2
1．1．3　作用在流体上的力　4
1．1．4　研究流体运动方法　4
1．2　流体运动的基本概念　5
1．2．1　层流流动与紊流流动　5
1．2．2　有旋流动与无旋流动　6
1．2．3　声速与马赫数　6
1．2．4　膨胀波与激波　7
1．3　附面层理论　8
1．3．1　附面层概念及附面层厚度　9
1．3．2　附面层微分方程　9
1．4　流体运动及换热的多维方程组　10
1．4．1　物质导数　10
1．4．2　不同形式的N-S方程　10
1．4．3　能量方程与导热方程　13
1．5　湍流模型　13
1．6　计算网格与边界条件　17
1．6．1　计算网格　17
1．6．2　边界条件　17
第2章　流体流动分析软件概述　19
2．1　CFD软件简介　20
2．1．1　CFD软件结构　20
2．1．2　CFD基本模型　22
2．1．3　常用的CFD商用软件　25
2．2　FLUENT软件介绍　28
2．2．1　FLUENT系列软件介绍　28
2．2．2　FLUENT的功能及特点　30
2．3　FLUENT14．5软件包的安装以及运行　33
2．3．1　FLUENT14．5软件包的安装　33
2．3．2　FLUENT14．5软件包的运行　34
2．4　FLUENT14．5的功能模块和分析过程　35
2．4．1　FLUENT14．5的功能模块　35
2．4．2　FLUENT14．5的分析过程　37
第3章　FLUENT软件的操作使用　40
3．1　FLUENT14．5的操作界面　41
3．1．1　FLUENT14．5启动界面　41
3．1．2　FLUENT14．5图形用户界面　41
3．1．3　FLUENT14．5文本用户界面及Scheme表达式　44
3．2　FLUENT14．5对网格的基本操作　45
3．2．1　导入和检查网络　46
3．2．2　显示和修改网格　49
3．3　选择FLUENT14．5求解器及运行环境　55
3．3．1　FLUENT14．5求解器的比较与选择　55
3．3．2　FLUENT14．5计算模式的选择　56
3．3．3　FLUENT14．5运行环境的选择　57
3．3．4　FLUENT14．5的基本物理模型　58
3．3．5　FLUENT14．5的材料定义　64
3．4　设置FLUENT14．5的边界条件　65
3．5　设置FLUENT14．5的求解参数　81
第4章　网格生成软件GAMBIT　84
4．1　GAMBIT的简介　85
4．1．1　GAMBIT的功能及特点　85
4．1．2　GAMBIT的操作界面　86
4．2　GAMBIT的操作步骤　89
4．2．1　建立几何模型　89
4．2．2　划分网格　92
4．2．3　定义边界　94
4．2．4　GAMBIT与其他软件的联用　96
4．3　GAMBIT的应用实例　96
4．3．1　三维直通管内的湍流模型与网格划分　96
4．3．2　二维轴对称喷嘴模型与网格划分　99
4．3．3　三维V型管道模型与网格划分　102
第5章　Tecplot软件使用入门　105
5．1　Tecplot概述　106
5．1．1　Tecplot软件的启动　106
5．1．2　Tecplot的界面　106
5．2　Tecplot绘图环境设置　111
5．2．1　帧的创建和编辑　111
5．2．2　网格和标尺的设定　112
5．2．3　坐标系统　112
5．3　Tecplot使用技巧　113
5．3．1　XY曲线图显示　113
5．3．2　二维视图显示　115
5．3．3　三维视图显示　119
5．4　Tecplot的数据格式　121
5．4．1　Tecplot数据层次　121
5．4．2　多数据区域　122
5．4．3　数据区域中的数据结构　123
5．5　Tecplot对FLUENT数据进行后处理　123
5．5．1　Tecplot读取FLUENT文件数据　123
5．5．2　Tecplot后处理实例——三维弯管水流速度场模拟　125
第6章　 FLUENT高级应用　132
6．1　UDF概述　133
6．1．1　UDF基础知识　133
6．1．2　UDF能够解决的问题　133
6．1．3　UDF宏　134
6．1．4　UDF的预定义函数　136
6．1．5　UDF的编写　141
6．2　UDS基础知识　141
6．3　并行计算　144
6．3．1　开启并行求解器　145
6．3．2　使用并行网络工作平台　145
6．3．3　分割网格　146
6．3．4　检测并提高并行性能　150
第7章　二维流动和传热的数值模拟　152
7．1　套管式换热器的流动和传热的模拟　153
7．1．1　利用GAMBIT创建模型　153
7．1．2　网格的划分　155
7．1．3　边界条件和区域的设定　156
7．1．4　网格的输出　157
7．1．5　利用FLUENT求解器求解　157
7．2　二维三通管内流体的流动分析　165
7．2．1　利用GAMBIT创建模型　166
7．2．2　网格的划分　167
7．2．3　计算求解　169
7．3　U形弯管内流体运动分析　178
7．3．1　利用GAMBIT创建模型　179
7．3．2　网格的划分　180
7．3．3　计算求解　181
第8章　三维流动和传热的数值模拟　185
8．1　三维喷管流的数值模拟　186
8．1．1　利用GAMBIT创建三维喷管模型　186
8．1．2　划分网格　193
8．1．3　边界条件和区域的设定　195
8．1．4　输入网格文件　196
8．1．5　利用FLUENT进行三维喷管流　197
8．2　混合器流动和传热的数值模拟　207
8．2．1　利用GAMBIT创建模型　208
8．2．2　网格划分　211
8．2．3　区域和边界条件的设置　212
8．2．4　网格输出　213
8．2．5　利用FLUENT求解器求解　213
8．2．6　后处理　222
8．3　三维流-固耦合散热模拟　229
8．3．1　利用GAMBIT创建模型　229
8．3．2　网格划分　231
8．3．3　利用FLUENT求解器求解　231
第9章　多相流模型　241
9．1　FLUENT中的多相流模型　242
9．1．1　VOF模型　242
9．1．2　Mixture模型　243
9．1．3　Eulerian模型　244
9．2　明渠流动的VOF模型模拟实例　244
9．2．1　利用GAMBIT创建几何模型　245
9．2．2　利用GAMBIT划分网格　248
9．2．3　利用GAMBIT初定边界　249
9．2．4　网格的输出　250
9．2．5　利用FLUENT求解器求解　250
9．2．6　VOF模型的设定过程　250
9．2．7　模型初始化　258
9．2．8　设定观看录像　259
9．2．9　保存Case和Data文件　260
9．2．10　迭代计算　260
9．2．11　FLUENT 14．5自带后处理　261
9．3　水油混合物T形管流动模拟实例　262
9．3．1　建立模型　263
9．3．2　划分网格　264
9．3．3　求解计算　264
9．4　液相凝固温度模拟　269
9．4．1　利用GAMBIT创建几何模型　269
9．4．2　利用GAMBIT划分网格　270
9．4．3　求解计算　270
第10章　湍流分析　274
10．1　湍流模型概述　275
10．1．1　单方程(Spalart-Allmaras)模型　275
10．1．2　标准k～ε模型　276
10．1．3　重整化群（RNG）k～ε模型　277
10．1．4　可实现k～ε模型　277
10．1．5　Reynolds应力模型　278
10．1．6　大涡模拟　279
10．2　风绕柱形塔定常流动分析实例　280
10．2．1　创建模型　281
10．2．2　网格划分　285
10．2．3　边界条件和区域的设定　286
10．2．4　网格的输出　287
10．2．5　利用FLUENT求解器求解　287
10．3　风绕柱形塔非定常流动分析实例　297
10．3．1　选择计算模型　297
10．3．2　后处理　301
第11章　可动区域中流动问题的模拟　304
11．1　无旋转坐标系的三维旋转流动　305
11．1．1　利用GAMBIT创建几何模型　305
11．1．2　利用GAMBIT划分网格　308
11．1．3　利用GAMBIT初定边界　310
11．1．4　利用GAMBIT导出Mesh文件　312
11．1．5　利用FLUENT 14．5导入Mesh文件　312
11．1．6　计算模型的设定过程　313
11．1．7　模型初始化　319
11．1．8　迭代计算　320
11．1．9　FLUENT 14．5自带后处理　320
11．2　单一旋转坐标系中三维旋转流动　323
11．2．1　利用FLUENT 14．5导入Case文件　323
11．2．2　Ω=ω/2涡动模型的修改和计算　324
11．2．3　Ω=ω涡动模型的修改和计算　327
11．3　滑移网格实例分析——十字搅拌器流场模拟　330
11．3．1　建立模型　331
11．3．2　划分网格　331
11．3．3　求解计算　332
第12章　动网格模型的模拟　337
12．1　动网格模型概述　338
12．2　用动网格方法模拟隧道中两车相对行驶的流场　340
12．2．1　利用GAMBIT创建几何模型　340
12．2．2　利用GAMBIT划分网格　341
12．2．3　利用GAMBIT初建边界条件　342
12．2．4　利用GAMBIT导出Mesh文件　343
12．2．5　利用FLUENT 14．5导入Mesh文件　344
12．2．6　动网格计算模型的设定过程　344
12．2．7　模型初始化　347
12．2．8　迭代计算　348
12．2．9　FLUENT 14．5自带后处理　349
12．3　三维活塞在汽缸中的运动模拟实例　350
12．3．1　建立模型　351
12．3．2　网格的划分　351
12．3．3　求解计算　352
第13章　物质运输和有限速率化学反应模型模拟　362
13．1　有限速率化学反应　363
13．1．1　化学反应模型概述　363
13．1．2　有限速率化学反应的设置　367
13．1．3　PDF输运模型　370
13．2　乙烷燃烧模拟实例　372
13．2．1　利用GAMBIT创建模型　373
13．2．2　网格的处理　375
13．2．3　利用FLUENT求解器求解　376
13．2．4　采用变比热容的解法　385
13．2．5　后处理　387