ANSYS FLUENT流体分析与工程实例（配视频教程 附光盘） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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段中喆 著

图书标签:

• ANSYS Fluent
• 流体分析
• CFD
• 工程实例
• 数值模拟
• 计算流体力学
• 视频教程
• 机械工程
• 仿真
• 有限元
• 流体动力学

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121271021

版次：1

商品编码：11793108

包装：平装

开本：16开

出版时间：2015-10-01

用纸：胶版纸

页数：452

字数：760000

正文语种：中文

附件：光盘

编辑推荐

适读人群 ：本书可作为航空航天、船舶、汽车、机械、水利、能源等众多领域的研究生和高年级本科生学习资料或教材，也可供上述领域中的科研人员、特别是从事CFD开发的人员作为参考。

　　《ANSYS FLUENT流体分析与工程实例（配视频教程）》详细介绍了ANSYS FLUENT软件的基础理论、操作方法和模拟实例，简单介绍了Pointwise软件和ICEM CFD软件的使用方法。

内容简介

　　《ANSYS FLUENT流体分析与工程实例（配视频教程）》详细介绍了ANSYS FLUENT软件的基础理论、操作方法和模拟实例，简单介绍了Pointwise软件和ICEM CFD软件的使用方法。 全书共8章。第1章介绍流体力学的基础知识、CFD发展简史，以及几种主流的CFD前处理、求解器和后处理软件；第2章介绍采用Pointwise划分结构网格和采用ICEM划分非结构网格；第3章讲解ANSYS FLUENT的安装与基本操作，以冷热水换热模型算例进行ANSYS FLUENT流程介绍；第4章讲解ANSYS FLUENT的各种边界条件意义及设置方法；第5章讲解ANSYS FLUENT的湍流模型设置方法及各项参数的意义；第6章对FLUENT中的传热模型、燃烧模型、污染物模型、离散相模型、多相流模型、凝固与熔化模型及气动噪声模型的理论和设置方法进行讲解和说明；第7章对工程中二维流体力学问题给出了11个常用的模型算例；第8章对工程中三维流体力学问题给出了7个算例。

作者简介

　　段中喆，工学博士，现在中国航空研究院数值模拟中心从事航空CFD科研工作，参加过中航工业605所的多个研究，包括平流层飞艇螺旋桨缩尺模型地面风洞试验、高空螺旋桨低雷诺数分离气泡流动控制数值研究、某平流层飞艇高性能螺旋桨气动特性数值模拟研究、某带螺旋桨大型水陆两栖飞机气动特性数值计算，主持了中国航空工业空气动力研究院的螺旋桨翼型升力特性研究，完成了国家863课题水上飞机在多种工况下的数值模拟研究，先后参加了超过20个飞机项目的气动性研究。发表超过10篇专业论文。

目录

第一部分 基础知识与ANSYS FLUENT操作

第1章 计算流体力学（CFD）概述 1

1.1 流体力学基础知识 1

1.2 计算流体动力学的主要方法 2

1.3 计算流体动力学问题的解决过程 3

1.4 计算流体动力学商业软件介绍 4

1.4.1 前处理软件 4

1.4.2 求解器 7

1.4.3 后处理 13

1.5 本章小结 15

第2章 网格基础与基本操作 16

2.1 CFD网格前处理 16

2.1.1 划分网格的目的 16

2.1.2 网格划分的几何要素 16

2.1.3 网格形状及拓扑结构 17

2.1.4 结构与非结构网格 19

2.1.5 壁面和近壁区网格处理原则 21

2.1.6 网格质量评价标准 23

2.1.7 选择合适的网格 23

2.2 Pointwise结构网格的划分 24

2.2.1 Pointwise界面 24

2.2.2 Pointwise基本操作 25

2.2.3 Pointwise几何处理 26

2.2.4 Pointwise划分网格 29

2.2.5 Pointwise指定边界和区域类型 32

2.2.6 网格质量管理及输出 33

2.3 ICEM CFD非结构网格的划分 33

2.3.1 ICEM 基础及界面 34

2.3.2 ICEM 几何操作 35

2.3.3 ICEM划分非结构网格 44

2.3.4 ICEM输出设置 49

2.3.5 网格质量检查及输出 50

2.4 本章小结 51

第3章 FLUENT基础与基本界面 52

3.1 ANSYS FLUENT的安装 53

3.2 ANSYS FLUENT的用户界面 55

3.2.1 ANSYS FLUENT启动界面 55

3.2.2 ANSYS FLUENT启动界面的操作界面 57

3.3 ANSYS FLUENT的文件操作 59

3.4 ANSYS FLUENT的操作流程简介 62

3.4.1 启动FLUENT 63

3.4.2 读取网格并检查 63

3.4.3 计算域尺寸设置 66

3.4.4 网格光顺化处理 67

3.4.5 求解器基本设置 67

3.4.6 模型设置 68

3.4.7 物性参数设置 70

3.4.8 边界条件参数设置 71

3.4.9 求解方法设置 77

3.4.10 求解控制参数设置 78

3.4.11 求解监控设置 79

3.4.12 初始化 84

3.4.13 求解计算设置 84

3.4.14 后处理 86

3.5 本章小结 89

第4章 ANSYS FLUENT边界条件 90

4.1 进口边界条件 90

4.1.1 压力入口边界条件（Pressure Inlet） 90

4.1.2 速度入口边界条件（Velocity Inlet） 92

4.1.3 质量入口边界条件（Mass Flow Inlet） 93

4.1.4 进气口边界条件（Inlet Vent） 95

4.1.5 进气扇边界条件（Intake Fan） 96

4.1.6 压力远场边界条件（Pressure Far Field） 97

4.2 出口边界条件 99

4.2.1 压力出口边界条件（Pressure Outlet） 99

4.2.2 质量出口边界条件（Outflow） 101

4.2.3 通风口边界条件（Outlet Vent） 102

4.2.4 排风扇边界条件（Exhaust Fan） 104

4.3 其他重要边界条件 105

4.3.1 壁面边界条件（Wall） 105

4.3.2 对称边界条件（Symmetry） 110

4.3.3 风扇边界条件（Fan） 111

4.3.4 热交换器边界条件（Radiator） 114

4.4 体积区域条件（Cell Zone Conditions） 116

4.4.1 流体区域（Fluid） 116

4.4.2 固体区域（Solid） 118

4.4.3 多孔介质区域（Porous Zone） 119

4.5 本章小结 125

第5章 ANSYS FLUENT湍流模型 126

5.1 湍流模型概述 126

5.1.1 选择湍流模型 126

5.1.2 CPU时间和解决方案 128

5.2 S-A模型 128

5.3 k-e模型 131

5.3.1 标准 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 标准k-ω模型 141

5.5 雷诺应力模型 147

5.6 湍流选项 151

5.7 定义湍流边界条件 153

5.8 湍流流动模拟的求解策略 154

5.9 湍流流动的后处理 155

5.10 本章小节 156

第6章 ANSYS FLUENT的多种模型 157

第二部分 模拟实例

第7章 二维模型FLUENT数值模拟实例 223

……

前言/序言

　　ANSYS FLUENT是一款世界上流行的CFD（Computational Fluid Dynamic）软件，通过使用FLUENT求解流动方程，可以求解流动、传热、燃烧、相变等多种物理现象，计算结果可以显示流场中各项参数的详细信息。相对实验而言，CFD技术具有更好的时间经济性，同时可以大大节约成本。CFD技术在现代流体力学领域中占据了非常重要的地位，在工程中为设计提供了重要的参考。随着计算机技术的发展，CFD技术的优势会越来越明显，在未来，CFD技术必的应用定会越来越广泛，而FLUENT软件作为CFD技术的主要软件，未来必定令占有很大的市场份额。

　　全书共8章，分为两个部分。第1～6章为第一部分，主要介绍计算流体力学基础知识与ANSYS FLUENT的操作；第7～8章为第二部分，主要介绍ANSYS FLUENT工程实例应用。第1章主要介绍流体力学的基础知识，CFD发展简史以及几种主流的CFD前处理，求解器和后处理软件；第2章着重介绍采用Pointwise划分结构网格和采用ICEM划分非结构网格；第3章主要讲解ANSYS FLUENT的安装与基本操作，以冷热水换热模型算例进行ANSYS FLUENT流程介绍；第4章主要讲解ANSYS FLUENT的各种边界条件意义及设置方法；第5章主要讲解ANSYS FLUENT的湍流模型设置方法及各项参数的意义；第6章对FLUENT中的传热模型、燃烧模型、污染物模型、离散相模型、多相流模型、凝固与熔化模型及气动噪声模型的理论和设置方法进行了讲解和说明；第7章主要对工程中一些二维流体力学问题给出了11个常用的模型算例；第8章主要对工程中一些三维流体力学问题给出了7个算例。第7、8章所有算例涉及可压缩流动、传热模型、周期性边界条件、自然对流换热、气体燃烧、VOF模型、空化模型、混合多相流模型、欧拉多相流模型、凝固与熔化模型、UDF的使用、动网格模型等多个工程中常用的模型。

　　本书理论讲解翔实，论述细致，介绍直观，由浅入深，算例丰富。书中主要内容依据ANSYS FLUENT的官方使用手册。本书偏向实际工程中的使用方法较多，具有较强的实用性，涉及航空航天、船舶、汽车、机械、水利、能源、生物、石油、化工、冶金、建筑、材料等众多领域，是一本非常实用的FLUENT操作参考书。

　　本书可以作为研究生和本科生流体力学的学习资料或教材，也可以作为上述各种工程应用领域中的科研人员、特别是从事CFD开发的人员参考。

　　本书主要由段中喆编写，高克臻、张云霞、王东、王龙、张银芳、周新国、陈作聪、聂阳、沈毅、蔡娜、张华杰、彭一明、张秀梅、李爽等也参与了部分编写工作。在编写过程中，得到了北京航空航天大学航空学院多位老师和研究生的帮助，以及中国航空研究院的大力支持，在此一并表示感谢！本书的编写也得到了家人和朋友的关心支持，万分感谢！

　　编著者

深入浅出：现代计算流体力学（CFD）的理论与应用实践 —— 一部聚焦于通用数值模拟方法与前沿工程案例的深度解析 本书旨在为广大学者、工程师和高级技术人员提供一套全面、深入且高度实用的现代计算流体力学（CFD）理论框架与应用实践指南。它跳脱出对特定商业软件操作界面的依赖，转而深耕于流体力学问题的数学建模、数值离散方法的选择与实现、以及求解器算法的内在机制。本书着重于培养读者构建物理模型、选择恰当的数学工具并批判性地评估模拟结果的能力，从而真正掌握CFD的核心精髓。 第一部分：流体力学基础与数值求解的数学基石 本部分将严格回顾湍流、多相流和化学反应流等复杂流体现象背后的基本物理定律，并为后续的数值求解打下坚实的理论基础。 1. 连续介质假设与控制方程的推导与重构： 详细阐述牛顿流体与非牛顿流体的本构关系，基于质量、动量和能量守恒原理，完整推导出纳维-斯托克斯（Navier-Stokes, N-S）方程组在不同参考系下的形式。重点讨论如何在工程实践中，根据问题的物理特性（如马赫数、雷诺数），对这些守恒方程进行恰当的简化（如边界层近似、充分发展流假设等），以提高计算效率和精度。 2. 湍流模型的精深剖析与选择策略： 湍流是现代流体力学中最具挑战性的领域之一。本书系统梳理了雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）模型家族，包括经典的$k-epsilon$、$k-omega$及其改进版（如SST模型）的数学结构、封闭性假设及各自的适用边界。此外，我们深入探讨了更高级的模拟方法，如大涡模拟（LES）中的亚网格尺度（SGS）模型（如Smagorinsky模型、动态SGS模型）的原理与实现细节，并对直接数值模拟（DNS）的计算需求与未来潜力进行了展望。本书侧重于指导读者理解不同湍流模型如何影响压力梯度、壁面剪切力以及流动分离点的预测，而非简单罗列参数。 3. 空间离散化方法的技术比较： 本书将数值方法的核心置于中心，详细比较主流的离散技术：有限差分法（FDM）、有限体积法（FVM）和有限元法（FEM）。重点剖析FVM在处理非结构化网格和复杂几何体方面的优势，并深入讲解对流项的离散化技术。我们对比了迎风格式（Upwind）、中心差分、QUICK格式以及高阶精度格式（如MUSL、ENO/WENO）在数值耗散、色散误差和网格依赖性方面的特性。对于非线性问题的处理，本书详细介绍了对流项的线性化技术。 4. 压力-速度耦合算法的内在机理： 压力场与速度场在N-S方程中通过质量守恒（连续性方程）间接耦合，这是求解不可压缩流或低速可压缩流的核心难点。本书详尽分析了经典的耦合算法，包括SIMPLER、PISO以及SIMPLE族算法的迭代步骤、松弛因子的选择策略以及如何通过压力修正方程（Pressure Correction Equation）实现速度场与压力场的同步修正，确保最终解满足质量守恒的严格要求。 第二部分：前沿工程问题中的数值建模与高级应用 本部分将视角从基础理论转向高难度工程领域的数值实现，强调多物理场耦合、动网格技术以及面向高性能计算（HPC）的优化策略。 5. 多相流的建模范式与界面捕捉技术： 针对气-液、固-液等复杂的两相或多相系统，本书深入探讨了三种主要的数值范式：欧拉-欧拉模型（Eulerian-Eulerian）如何通过耦合的N-S方程描述多相体；欧拉-拉格朗日模型（Eulerian-Lagrangian）如何追踪离散相粒子；以及界面构造技术（Interface-Capturing）如水平集方法（Level Set Method, LSM）和相场法（Phase-Field Method）如何精确描绘相界面移动，特别是在自由表面流动、雾化和混合过程中的应用。 6. 动网格技术与流固耦合（FSI）的数值实现： 在处理涉及物体运动、变形或接触的工程问题时，网格的适应性至关重要。本书介绍了动网格（Dynamic Meshing）的常见技术，包括网格变形（Smoothing, Remeshing, Smoothing/Remeshing）的原理，以及网格重构对数值误差的影响。随后，本书拓展至流固耦合（FSI）的求解策略，对比了单向（One-Way）、弱耦合（Loosely Coupled）和强耦合（Strongly Coupled）的迭代方案，并讨论了如何有效传递流体载荷和结构位移信息。 7. 可压缩流、传热学与辐射模型的集成： 针对高超声速和燃烧领域，本书详细阐述了可压缩N-S方程的求解技巧，包括对激波的处理（激波捕捉格式）和状态方程的选择。在传热分析方面，系统介绍了导热、对流和辐射传热的数值耦合方法，特别是对于高温环境下的辐射传递方程（RTE）的求解，如离散坐标法（DO）或辐射率模型在复杂几何体中的应用。 8. 网格质量评估、收敛性判断与不确定性量化（UQ）： 本书强调了“垃圾输入产生垃圾输出”的原则。系统性地介绍了网格收敛性测试（Grid Convergence Index, GCI）的实施步骤，以量化离散误差。针对求解过程，细致阐述了残差、物理量监测曲线、以及如何区分“虚假收敛”与“真实收敛”的标准。最后，本书引入了现代计算科学的前沿领域——不确定性量化，讨论如何通过概率方法评估模型参数、边界条件输入的不确定性对最终解的影响，从而增强工程决策的可靠性。 本书特色： 本书的结构设计侧重于“为什么”和“如何做”，而非仅仅是“在哪里点击”。内容基于扎实的数学物理基础，通过对算法原理的深入挖掘，帮助读者建立起一套独立于任何特定商业软件的、可迁移的CFD知识体系，是迈向高阶流体力学研究和复杂工程问题求解的必备参考书。

评分☆☆☆☆☆

我是一个注重动手实践的工程师，对那些只停留在理论层面讲解的教材往往提不起兴趣。这套书最大的杀手锏，我认为是它对“案例背景设定”的用心。它没有采用那种虚构的、脱离实际的几何模型，而是基于一些常见的工业设备结构进行简化和重构。比如，在讲解叶轮机械流动时，作者不仅展示了如何划分叶片周围的复杂网格，更深入探讨了周期性边界条件的应用和其对计算效率的影响。而且，配套的光盘资源中，那些初始文件和最终结果的对比文件都准备得非常齐全。我尝试着跳过中间的步骤，直接导入最终的设置文件，然后自己重新运行一遍，去观察不同计算参数对最终流场形态的影响。这种“可追溯”的学习路径，极大地增强了学习的主动性。它不是让你被动地跟着做，而是让你有足够的工具去“打乱重组”，从而真正理解每一个参数背后的物理调控力。这种互动性远超出了传统教材的范畴。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧和排版，老实说，在国内的工程技术类书籍中算得上是上乘之作。纸张的质量很好，即便是反复翻阅和对照视频教程时，那些密集的公式和复杂的几何图示也保持了清晰锐利的边缘，长时间阅读下来眼睛的疲劳感也减轻了不少。但更让我感到惊喜的是，它在处理“工程实例”时的广度。从简单的平板边界层分离，到复杂的换热器内部流动优化，再到涉及气动噪声的初步分析，几乎涵盖了流体工程学的几个核心应用领域。每一个实例后面，作者都留出了一块专门的区域来讨论“模型选择的局限性”。这一点极其重要，因为它直面了仿真软件的固有缺陷——任何模型都有其适用的范围。通过这种坦诚的讨论，读者能够更清醒地认识到，仿真是一个近似的过程，而不是绝对真理的重现。这种对科学严谨性的坚持，让我对书中的内容深信不疑，也培养了我自己未来在项目中进行模型对比验证的习惯。

评分☆☆☆☆☆

坦白讲，市面上很多号称是“工程实例”的书，要么实例过于简单，无法体现软件的真正能力；要么实例过于复杂，让初学者望而却步。这本书成功地找到了一个完美的平衡点。它的难度曲线设计得非常平滑，前期打下的扎实基础，为后期处理诸如燃烧模拟或多相流分散相体积分数这类高阶课题做了充分的铺垫。特别欣赏的是作者在讲解复杂物理模型耦合时的那种“抽丝剥茧”的叙述方式，他没有把所有细节一股脑地抛给你，而是先让你理解宏观的耦合效应，再逐步深入到离散化和数值积分的细节。在我尝试进行一个涉及传热和流动的耦合分析时，书中关于温度边界条件如何与流场相互作用的论述，帮我及时纠正了一个在残差监视器中无法发现的物理错误。这本书的价值不在于教你点几下鼠标，而在于构建起一个工程师面对未知流体问题时，应该具备的系统性分析框架和解决问题的思维逻辑链条。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我对流体力学软件的学习一直抱有一种敬畏之心，总觉得那些高深的数值方法和湍流模型像一堵无形的墙。然而，这本《流体分析与工程实例》却巧妙地将这些“大象”切成了可以一口吃掉的小块。它的结构安排非常注重工程实践的连贯性，没有那种为了展示算法而设置的“玩具”案例。我拿来研究的那个关于复杂管网流动阻力的章节，案例的选取贴近实际生产中的痛点，涉及到多相流和动网格的应用。作者在描述求解器设置时，对收敛标准的选择标准进行了深入剖析，这远超出了普通软件操作手册的范畴。他们不仅告诉你“应该设多少残差”，更解释了为什么在这个特定物理问题下，过早收敛可能导致的结果偏差，以及如何通过残差曲线的形状来判断解的稳定性。这种强调批判性思维的教学方式，极大地提升了我对仿真结果可靠性的判断力，不再是盲目地相信屏幕上的数字，而是学会了“质疑”和“验证”。这种深度的介入，让这本书更像是一位经验丰富的老工程师在传授他的“独门秘籍”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计得相当专业，那种深邃的蓝色调和精密的工程图景构图，一下子就抓住了我的眼球。我原本以为这又是一本枯燥的理论堆砌，但翻开目录后才发现，作者的思路非常清晰。特别是前几章对FLUENT基础模块的梳理，简直是为初学者量身定做的“导航图”。它不像有些教材那样，上来就抛出一大堆复杂的控制方程，而是循序渐进地引导你认识每一个按钮的功能和背后的物理意义。我尤其欣赏作者在讲解网格划分时的细致入微，那些关于边界层处理和非结构化网格选择的讨论，直接解决了我在实际项目中最头疼的几个难题。更不用提配套的视频教程了，光盘里的内容同步性极佳，很多参数设置的细微差别，光看文字描述容易产生歧义，但通过视频演示，那种操作的节奏感和视觉反馈立马就清晰了。这套组合拳下来，感觉自己不是在“学软件”，而是在进行一场有专业人士全程陪同的实战训练。那种从“知其然”到“知其所以然”的飞跃，对于我这种需要快速将理论应用于工业仿真的人来说，价值不可估量。

评分☆☆☆☆☆

很有用的专业书，强烈推荐?

评分☆☆☆☆☆

适合专业技术人员阅读！

评分☆☆☆☆☆

选了好久，还是这个书比较专业写，厚厚的一大本，好好学学

评分☆☆☆☆☆

挺好，正在实践

评分☆☆☆☆☆

挺好，正在实践

评分☆☆☆☆☆

ok

评分☆☆☆☆☆

是正版，挺好的书

评分☆☆☆☆☆

物流挺快

评分☆☆☆☆☆

书很好