CFD计算基础与技能提高

【作者】：薛永飞赵伟国
【出版时间】：2017-09-06
【字数】：278（千字）
【定价】：￥58（元）
【出版社】：中南大学出版社
【ISBN】：978-7-5487-3016-3
【页码】：（页）
【开本】：16开

全书内容主要包括计算流体力学基础、仿真计算基础、管道流动模拟详细操作、房间空调流动模拟、贯流风机分析、基于Workbench的建模分析、水泵流动分析、空化流动分析、气液两相流动分析等，以及CFD（计算流体力学）技能与提高。本书内容由简单到复杂，一步步展示CFD技术的魅力，通过实例展示了CFD技术在建筑环境与能源应用工程及相近专业的应用。全书的目标是提高本科生创新创业技能，可把实际产品流动进行数值可视化，进而推动相关产品的升级换代。

本书适用于建筑环境与能源应用工程、热能工程和相近专业本科生教学，作为第二课堂提高学生的创新创业技能，也可作为相近专业研究生学习辅助资料，当然也可作为Ansys fluent和CFX自学者提高与进阶的入门宝典。

第1章计算流体力学基础……（1）
1.1 流体力学概述……（1）
1.2 CFD基本方程……（3）
1.2.1 零方程模型……（4）
1.2.2 一方程模型……（6）
1.2.3 两方程模型……（6）
1.2.4 各类模型的特点……（8）
1.3 CFD的发展与应用……（9）
1.3.1 CFD的发展……（9）
1.3.2 CFD的应用软件……（11）
1.4 小结……（14）
第2章仿真计算基础……（15）
2.1 CFD的求解过程……（15）
2.1.1 建立控制方程……（15）
2.1.2 确定初始条件与边界条件……（15）
2.1.3 划分计算网格……（16）
2.1.4 建立离散方程……（16）
2.1.5 初始条件和边界条件离散化……（16）
2.1.6 给定求解控制参数……（17）
2.1.7 求解离散方程……（17）
2.1.8 判断解的收敛性……（17）
2.1.9 显示和输出计算结果……（17）
2.2 Fluent软件的应用……（17）
2.3 Gambit 2.4.6的应用……（31）
2.3.1 Gambit概述……（31）
2.3.2 创建点……（33）
2.3.3 线的创建（Line）……（34）
2.3.4 面（Face）的创建……（35）
2.3.5 网格的划分……（35）
2.3.6 边界的定义……（40）
2.3.7 保存和输出……（40）
2.3.8 三维建模……（40）
2.4 基础实例演示……（41）
2.4.1 驱动腔网格模型……（42）
2.4.2 Fluent求解……（46）
2.5 小结……（50）
第3章管道流动模拟详细操作……（51）
3.1 案例简介与思路分析……（51）
3.2 几何建模……（51）
3.3 网格建模……（56）
3.4 求解过程……（61）
3.5 小结……（67）
第4章房间空调流动模拟……（68）
4.1 案例简介与思路分析……（68）
4.2 几何与网格建模……（68）
4.3 网格建模……（72）
4.4 一般求解过程……（72）
4.6 空气龄分布计算……（78）
4.5 小结……（80）
第5章贯流风机分析……（81）
5.1 案例简介与思路分析……（81）
5.2 几何建模……（82）
5.3 网格建模……（84）
5.4 结果与处理……（87）
5.5 小结……（93）
第6章基于Workbench的建模分析……（94）
6.1 案例简介与思路分析……（94）
6.2 几何与网格建模……（94）
6.3 基于Workbench的流场计算……（97）
6.4 CFD-POST多模型处理……（101）
6.5 小结……（104）
第7章水泵流动分析……（105）
7.1 案例与思路分析……（105）
7.2 几何建模……（105）
7.3 网格建模……（105）
7.3.1 运行ICEM CFD软件……（105）
7.3.2 设置工作目录……（106）
7.3.3 导入离心泵水体文件……（107）
7.3.4 网格划分……（107）
7.4 CFX的设置及计算……（127）
7.5 求解过程……（141）
7.6 结果与处理……（142）
7.7 小结……（147）
第8章空化流动分析……（148）
8.1 案例与思路分析……（148）
8.2 几何建模……（149）
8.3 网格划分……（151）
8.4 求解过程……（157）
8.4.1 空化流初始场求解……（157）
8.4.2 空化流求解……（165）
8.5 结果与处理……（167）
8.6 小结……（171）
第9章其他案例分析……（172）
9.1 气液两相流动分析……（172）
9.1.1 多相流基础……（172）
9.1.2 案例分析……（172）
9.2 燃烧分析……（179）
9.2.1 燃烧基础……（179）
9.2.2 燃烧案例……（181）
9.3 噪声分析……（184）
9.3.1 流动与声……（184）
9.3.2 ANSYS Fluent流噪声计算方法……（186）
9.3.3 噪声案例……（190）
9.4 小结……（194）
第10章 CFD技能提高……（195）
10.1 Fluent在Workbench平台下的优化分析……（195）
10.1.1 Workbench Design Xplorer介绍……（195）
10.1.2 三通合流优化案例……（196）
10.2 Tecplot分析技术……（201）
10.2.1 Fluent动画……（202）
10.2.2 Q准则……（204）
10.3 网格建模进阶……（205）
10.4 小结……（209）
参考文献……（210）

薛永飞 河南工程学院土木工程学院副教授，华中科技大学流体机械及工程专业博士，现从事建筑环境与能源应用工程专业教学，多次获得教学质量优秀奖。研究方向主要有流体机械、气动声学、暖通空调系统和工程研究等。2011年获得青年骨干教师称号。发表论文50余篇，其中被EI、SCI收录10余篇，参编教材、著作5部，主持、参与省级以上项目10项，获省部级奖5项。

赵伟国 兰州理工大学副教授，硕士生导师。2006年获华中科技大学机械及工程专业硕士学位，2012年获浙江大学流体力学专业博士学位。Journal of Energy Engineering、Advances in Mechanical Engineering、《排灌机械工程学报》等杂志审稿专家。主要研究方向为水力机械优化设计及空化多相流。目前主持国家自然科学基金项目一项，主持省级项目多项，参加国家“973”项目、国家科技支撑计划及国家自然科学基金重点项目多项。已在国际、国内会议及行业权威刊物上发表了论文40余篇，其中被EI、SCI收录10余篇。

前言

自然界存在着大量复杂的流动现象，仅仅凭借简单的流体知识不能很好地应用这些流动现象，这促使人们不断研究、开发新的技术。计算流体力学（CFD）是数值数学和计算机科学结合的产物，它以电子计算机为工具，应用各种离散化的数学方法，对流体力学的各类问题进行数值实验、计算机模拟和分析研究，以解决各种实际问题。它从基本物理定理出发，在很大程度上替代了耗资巨大的流体动力学实验设备，在科学研究和工程技术中产生巨大的影响。

CFD兴起于20世纪60年代，随着20世纪90年代后期计算机的迅猛发展，CFD得到了飞速发展，逐渐与实验流体力学一起成为产品开发中的重要手段。CFD是目前国际上一个重要的研究领域，是进行传热、传质、动量传递及燃烧、多相流和化学反应研究的核心和重要技术，广泛应用于航天设计、汽车设计、化工处理工业、HVAC&R 等工程领域。计算流体力学的原理是用数值方法求解非线性联立的质量、能量、组分、动量和自定义的标量的微分方程组，求解结果能预报流动、传热、传质、燃烧等过程的细节，并成为过程装置优化和放大定量设计的有力工具。

作者在20年的一线教学过程中发现，一些学生往往苦恼于创新的后劲不足，结合当今时代要进一步提高大学本科生的创新创业技能的趋势，作者意识到要培养学生的创新意识，让学生在完成基本知识学习的基础上，掌握CFD技能。通过对流体力学及流体机械相关知识的学习，学生可处在简单应用的层次上，部分学生可通过进一步学习及思考获得创新能力。本书主要内容包括计算流体力学基础、仿真计算基础、管道流动模拟详细操作、房间空调流动模拟、贯流风机分析、基于Workbench的建模分析、水泵流动分析、空化流动分析、气液两相流动分析等以及CFD技能提高。学习掌握本书的相关知识后，学生能在计算流体动力学方面有所思考，可以把实际流动进行数值可视化模拟，进一步推动流动相关产品的升级换代，间接掌握流体动力学基础知识，并学会一门研究手段。

本书的算例、示例均为分步说明，语言通俗易懂，学生容易理解。相关计算数据（例如mesh，jou，case，prt等）及一些源文件操作代码都已在网上共享，论坛可以作为交流学习的平台（源文件地址：http：//hngcltlx.un-it.cn/forum.php?mod=forumdisplay&fid=37）。

河南工程学院土木工程学院副教授薛永飞承担本书第1~6章和第9~10章的撰写工作，兰州理工大学副教授赵伟国承担本书第7、8章的撰写工作。

本书适用于建筑环境与能源应用工程、热能工程和相近专业本科生教学，作为第二课堂提高学生的创新创业技能，也可作为相近专业的研究生学习辅助资料，当然也可作为ANSYS fluent和CFX自学者提高与进阶的入门宝典。

在本书的出版过程中，首先要感谢河南工程学院土木工程学院教学同仁的支持，感谢ANSYS fluent论坛、流体中文网等媒体，同时，也要感谢河南工程学院博士基金（D2014002）的支持，感谢高建新同志的资助，以及一些同行的支持。

本书成稿仓促，难免存在一些瑕疵，恳请读者批评指正。

作者

2017年6月