FLUENT 6.3流场分析从入门到精通_在线百科全书查询
FLUENT 6.3流场分析从入门到精通
内容简介
本书共分13章，分别介绍了流体力学基础、流体流动分析软件概述、FLUENT 6.3的使用、网格生成软件GAMBIT、Tecplot软件使用入门、UDF使用简介、湍流模型模拟、多相流模型模拟、滑移网格模型模拟、动网格模型模拟、物质运输和有限速率化学反应模型模拟、并行计算和FLUENT 6.3综合应用实例等知识。
本书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、博士研究生及流体力学相关专业本科高年级学生的自学指导书或参考用书。
出版信息
机械工业出版社（北京市百万庄大街22号 邮政编码100037）
标准书号：ISBN 978-7-111-36022-3 ISBN 978-7-89433-181-6（光盘）
定价：59.00元（含1DVD）
前 言
计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）是20世纪60年代伴随计算机技术迅速崛起的一门新型独立学科。它建立在流体动力学以及数值计算方法的基础上，以研究物理问题为目的，通过计算机数值计算和图像显示方法，在时间和空间上定量地描述流场数值解。
经过半个世纪的迅猛发展，各种CFD通用性软件包陆续出现，成为解决各种流体流动与传热问题的强有力的工具，并作为一种商品化软件为工业界广泛接受。随着其性能日趋完善以及应用范围的不断扩大，如今CFD 技术早已超越了传统的流体机械与流体工程等应用范畴，成功应用于航空、航运、海洋、环境、水利、食品、化工、核能、冶金、建筑等诸多领域。
实验研究、理论分析和数值模拟是研究流体运动规律的3种基本方法，它们是相互依赖、相互促进的。计算流体力学的兴起促进了流体力学的发展，改变了流体力学研究工作的状况，很多原来认为很难解决的问题，如超声速、高超声速钝体绕流、分离流以及湍流问题等，都有了不同程度的发展，而且为流体力学研究工作提供了新的前景。
计算流体力学的兴起促进了实验研究和理论分析方法的发展，为简化流动模型的创建提供了更多的依据，使很多分析方法得到了发展和完善。更重要的是，计算流体力学采用独有的、新的研究方法——数值模拟方法，研究流体运动的基本物理特性，其特点如下。
（1）给出流体运动区域内的离散解，而不是解析解，这区别于一般理论分析方法。
（2）它的发展与计算机技术的发展直接相关。这是因为可能模拟的流体运动的复杂程度、解决问题的广度和能模拟的流体运动的复杂程度，都与计算机速度、内存等直接相关。
（3）若物理问题的数学提法（包括数学方程及其相应的边界条件）是正确的，则可在较广泛的流动参数（如马赫数、雷诺数、气体性质、模型尺度等）范围内研究流体力学问题，且能给出流场参数的定量结果。
以上这些是风洞实验和理论分析难以做到的。然而，要创建正确的数学方程还必须与实验研究相结合。另外，严格的稳定性分析、误差估计和收敛性理论的发展还跟不上数值模拟的进展。所以，在计算流体力学中，仍必须依靠一些较简单的、线性化的、与原问题有密切关系的模型方程的严格数学分析，给出所求解问题数值解的理论依据。依靠数值实验、地面实验和物理特性分析，验证计算方法的可靠性，从而进一步改进计算方法。
FLUENT是通用CFD软件包，从1975年在谢菲尔德大学（UK）开发出tempest（FLUENT的原形）到1988年FLUENT公司成立，再到2006年被ANSYS公司收购，期间FLUENT公司收购了同领域的FDI公司和polyflow公司，使其功能不断得到扩充和发展。
FLUENT用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动。由于采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术，所以FLUENT能达到最佳的收敛速度和求解精度。灵活的非结构化网格和基于解的自适应网格技术及成熟的物理模型，使FLUENT在转捩与湍流、传热与相变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、动/变形网格、噪声、材料加工、燃料电池等方面有广泛应用。
FLUENT的软件设计基于CFD软件群的思想，从用户需求角度出发，针对各种复杂流动的物理现象，FLUENT软件采用不同的离散格式和数值方法，以期在特定的领域内使计算速度、稳定性和精度等方面达到最佳组合，从而高效率地解决各个领域的复杂流动计算问题。基于上述思想，FLUENT公司开发了适用于各个领域的流动模拟软件，这些软件能够模拟流体流动、传热传质、化学反应和其他复杂的物理现象，软件之间采用了统一的网格生成技术及共同的图形界面，而各软件之间的区别仅在于应用的工业背景不同，因此大大方便了用户。
FLUENT同传统的CFD计算方法相比，具有以下的优点：
（1）稳定性好，FLUENT经过大量算例考核，同实验符合较好。
（2）适用范围广，FLUENT含有多种传热燃烧模型及多相流模型，可应用于从可压到不可压、从低速到高超声速、从单相流到多相流、化学反应、燃烧、气固混合等几乎所有与流体相关的领域。
（3）精度提高，可达二阶精度。
本书共分13章，分别介绍了流体力学基础、流体流动分析软件概述、FLUENT 6.3的使用、网格生成软件GAMBIT、Tecplot软件使用入门、UDF使用简介、湍流模型模拟、多相流模型模拟、滑移网格模型模拟、动网格模型模拟、物质运输和有限速率化学反应模型模拟、并行计算和FLUENT综合应用实例等知识。
全书实例丰富，讲解精辟。随书光盘包含全书所有实例的源文件和操作过程录音讲解视频动画，可以帮助读者学习本书。
目 录
前言
第1章 流体力学基础 1
1.1 流体力学基本概念 1
1.1.1 连续介质的概念 1
1.1.2 流体的基本性质 2
1.1.3 作用在流体上的力 3
1.1.4 研究流体运动的方法 3
1.2 流体运动的基本概念 4
1.2.1 层流流动与紊流流动 4
1.2.2 有旋流动与无旋流动 5
1.2.3 声速与马赫数 5
1.2.4 膨胀波与激波 6
1.3 附面层理论 7
1.3.1 附面层概念及附面层厚度 7
1.3.2 附面层微分方程 7
1.4 流体运动及换热的多维
方程组 8
1.4.1 物质导数 8
1.4.2 不同形式的N-S方程 8
1.4.3 能量方程与导热方程 11
1.5 湍流模型 11
1.6 计算网格与边界条件 14
1.6.1 计算网格 14
1.6.2 边界条件 14
第2章 流体流动分析软件概述 16
2.1 CFD软件简介 16
2.1.1 CFD软件结构 16
2.1.2 CFD软件的基本模型 18
2.1.3 常用的CFD商用软件 21
2.2 FLUENT软件简介 23
2.2.1 FLUENT系列软件介绍 23
2.2.2 FLUENT软件的结构及特点 25
2.3 FLUENT 6.3软件包的安装及
运行 27
2.3.1 FLUENT 6.3软件包的安装 28
2.3.2 FLUENT 6.3软件包的运行 29
2.4 FLUENT 6.3的功能模块和分析
过程 29
2.4.1 FLUENT 6.3的功能模块 29
2.4.2 FLUENT 6.3的分析过程 31
第3章 FLUENT 6.3的使用 34
3.1 FLUENT 6.3的操作界面 34
3.1.1 FLUENT 6.3的启动界面 34
3.1.2 FLUENT 6.3的图形用户界面 34
3.1.3 FLUENT 6.3的文本用户界面及
Scheme表达式 37
3.1.4 FLUENT 6.3的图形控制及鼠标
使用 39
3.2 FLUENT 6.3对网格的基本
操作 40
3.2.1 导入和检查网络 40
3.2.2 显示和修改网格 44
3.3 选择FLUENT 6.3求解器及运行
环境 49
3.3.1 FLUENT 6.3求解器的比较与
选择 49
3.3.2 FLUENT 6.3计算模式的选择 50
3.3.3 FLUENT 6.3运行环境的选择 50
3.3.4 FLUENT 6.3的基本物理模型 51
3.3.5 FLUENT 6.3的材料定义 57
3.4 设置FLUENT 6.3的边界
条件 58
3.5 设置FLUENT 6.3的求解
参数 70
第4章 网格生成软件GAMBIT 72
4.1 GAMBIT简介 72
4.1.1 GAMBIT的功能及特点 72
4.1.2 GAMBIT的操作界面 73
4.2 GAMBIT的操作步骤 76
4.2.1 建立几何模型 76
4.2.2 划分网格 79
4.2.3 定义边界 81
4.2.4 GAMBIT与其他软件的联用 83
4.3 GAMBIT应用实例 83
4.3.1 三维直通管内的湍流模型与网格
划分 83
4.3.2 二维轴对称喷嘴模型与网格
划分 86
4.3.3 三维V形管道模型与网格划分 88
4.3.4 二维搅拌模型与网格划分 91
4.3.5 三维气体吸收塔模型与网格
划分 95
4.3.6 三管相贯模型与网格划分 98
第5章 Tecplot软件使用入门 105
5.1 Tecplot软件概述 105
5.1.1 Tecplot软件的启动 105
5.1.2 Tecplot软件的界面 105
5.2 Tecplot软件绘图环境设置 110
5.2.1 帧的创建和编辑 110
5.2.2 网格和标尺的设定 111
5.2.3 坐标系统 111
5.3 Tecplot软件使用技巧 112
5.3.1 XY曲线图显示 112
5.3.2 二维视图显示 114
5.3.3 三维视图显示 118
5.4 Tecplot软件的数据格式 120
5.4.1 Tecplot软件的数据层次 120
5.4.2 多数据区域 122
5.4.3 数据区域中的数据结构 122
5.5 Tecplot软件对FLUENT软件的
数据进行后处理 122
5.5.1 Tecplot软件读取FLUENT软件的
文件数据 122
5.5.2 Tecplot软件后处理实例——三维
弯管水流速度场模拟 124
第6章 UDF使用简介 132
6.1 UDF基础 132
6.1.1 UDF概述 132
6.1.2 FLUENT软件中的网格拓扑 133
6.1.3 FLUENT软件中的数据类型 134
6.2 UDF宏 134
6.2.1 UDF中访问FLUENT软件中的
变量的宏 134
6.2.2 UDF实用工具宏 140
6.2.3 常用DEFINE宏 150
6.3 UDF的解释和编译 154
6.3.1 UDF的解释 154
6.3.2 UDF的编译 154
6.3.3 在FLUENT软件中激活
UDF 155
6.4 UDF应用实例——管道流动凝固
过程 157
第7章 湍流模型模拟 164
7.1 湍流模型概述 164
7.1.1 单方程模型 164
7.1.2 标准k-?模型 165
7.1.3 重整化群k-?模型 166
7.1.4 可实现k-?模型 166
7.1.5 Reynolds应力模型 167
7.1.6 大涡模拟 168
7.2 湍流模型的设置 169
7.3 湍流模型实例——瀑布流过
圆柱形石块时的流场 170
第8章 多相流模型模拟 180
8.1 FLUENT软件中的多相流
模型 180
8.1.1 VOF模型 180
8.1.2 Mixture 模型 181
8.1.3 Eulerian 模型 181
8.2 通用多相流模型的选择与
使用 182
8.2.1 通用多相流模型的选择 182
8.2.2 通用多相流模型的设置 182
8.2.3 一般多相流问题的求解策略 184
8.3 多相流计算实例 184
8.3.1 二维喷射流场模拟 184
8.3.2 水油混合物T形管流动模拟 190
第9章 滑移网格模型模拟 196
9.1 滑移网格模型概述 196
9.2 滑移网格的设置 197
9.3 滑移网格实例分析——十字
搅拌器流场模拟 198
第10章 动网格模型模拟 204
10.1 动网格模型概述 204
10.2 动网格的设置 205
10.2.1 动网格参数的设置 206
10.2.2 动网格运动方式的定义 207
10.2.3 动网格预览 208
10.3 动网格实例分析 209
10.3.1 二维实体入水模拟 209
10.3.2 三维活塞在气缸中的运动
模拟 215
第11章 物质运输和有限速率化学
反应模型模拟 224
11.1 有限速率化学反应 224
11.1.1 化学反应模型概述 224
11.1.2 有限速率化学反应的设置 228
11.1.3 PDF输运模型 231
11.2 燃烧模型 232
11.2.1 燃烧模型概述 232
11.2.2 燃烧模型的计算方式 234
11.2.3 燃烧模拟的设置 236
11.3 组分传输和化学反应模型
实例 237
11.3.1 气体燃烧温度场模拟 237
11.3.2 废气排放组分浓度模拟 242
第12章 并行计算 248
12.1 开启并行求解器 248
12.2 使用并行网络工作平台 248
12.3 分割网格 249
12.4 检测并提高并行性能 253
第13章 FLUENT 6.3综合应用
实例 254
13.1 二维三通管内流体的流动
分析 254
13.2 二维自然对流换热问题的
分析 266
13.3 喷嘴内气体流动分析 274
13.4 U形管内流体运动分析 280
13.5 套管内气液两相流动模拟 285
13.6 三维室内温度传热模拟 293
13.7 液相凝固温度模拟 300
13.8 二维瞬间闸门倾洪流动
模拟 304
13.9 水浴加热保温流场模拟 310
13.10 三维流-固耦合散热
模拟 315
