【CFD工程仿真与案例实战】精通CFD工程仿真与案例实战 FLUENT GAMBIT I pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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李鹏飞徐敏义王飞飞 著

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出版社： 人民邮电出版社

ISBN：9787115453136

商品编码：13613994526

包装：平装

开本：16

出版时间：2017-05-01

字数：1099

商品参数

精通CFD工程仿真与案例实战 FLUENT GAMBIT ICEM CFD Tecplot 第2版
	定价	108.00
	出版社	人民邮电出版社
	版次	第2版
	出版时间	2017年05月
	开本	16开
	作者	李鹏飞 徐敏义 王飞飞
	装帧	平装
	页数	0
	字数	1099
	ISBN编码	9787115453136

内容介绍
本书详细介绍了FLUENT、GAMBIT、ICEM CFD和Tecplot基础理论、具体操作和典型的应用案例。本书是在原有首版的基础上，增加了近几年CFD的热点应用，结合读者意见进行完善和改进后的第二版。 全书共分9章。第1章介绍了CFD基本理论及软件的基本应用，并通过简单实用的算例，说明了FLUENT的求解过程和后处理步骤。第2章介绍了CFD前处理概念和GAMBIT、ICEM CFD的使用方法。第3章介绍了CFD求解理论和FLUENT的使用方法。第4章介绍了FLUENT后处理和Tecplot使用方法。第5章是网格应用实战，以10个网格应用的典型实例为讲解主线，详细介绍GAMBIT和ICEM CFD创建四面体网格、六面体网格的功能应用，涉及局部加密法、边界层网格和块结构化网格的划分方法。第6章至第9章都是综合实战案例，通过37个典型算例，介绍FLUENT在多个领域的应用。第9章的11个算例为此次第二版图书的新加算例。 本书理论讲解详细、操作介绍直观、实例内容丰富，全面介绍了FLUENT、GAMBIT、ICEM CFD和Tecplot应用于流体工程计算的操作，具有较强的实用性。本书包含的大量实例基本涵盖了ICEM CFD和FLUENT在各大领域中的典型应用，本书的这些经典算例是对ICEM CFD和FLUENT功能应用很全面的总结。 本书可作为能源、航空航天、船舶、石油、化工、机械、制造、汽车、生物、环境、水利、火灾安全、冶金、建筑、材料等众多领域的研究生和本科生学习CFD基本理论和软件应用的教材，也可供上述领域的科研人员、企业研发人员，特别是从事CFD基础和应用计算的人员学习参考。

作者介绍
李鹏飞，博士，毕业于北京大学，曾任北京大学博士后，美国康涅狄格大学博士后，澳大利亚阿德莱德大学访问学者，从事CFD模拟工作10年，发表SCI论文30余篇，编写了《精通CFD工程仿真与案例实战》及《精通CFD动网格工程仿真与案例实战》两本CFD工具书，拥有十余项专利。目前任华中科技大学能源与动力工程学院副教授，精通CFD理论与应用。 徐敏义，博士，毕业于北京大学，美国佐治亚理工学院（Georgia Institute of Technology）、加拿大皇后大学访问学者，从事CFD模拟工作10年，发表SCI论文近20篇。目前任大连海事大学轮机工程学院副教授，长期从事湍流基础及应用研究工作。 王飞飞，博士，毕业于北京大学，从事CFD模拟工作8年，发表SCI论文20余篇。目前任华中科技大学环境学院教师，长期从事CFD研究工作。

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目录
目 录

第1章 CFD概述 1
1.1 计算流体力学概述 1
1.1.1 计算流体力学的基本思想和
本质 1
1.1.2 计算流体力学的优势 2
1.1.3 CFD学科诞生与工程化背景 2
1.1.4 计算流体力学的应用领域 2
1.2 计算流体力学问题的解决过程 3
1.2.1 前处理 3
1.2.2 求解 4
1.2.3 后处理 4
1.3 计算流体力学商业软件介绍 4
1.3.1 前处理器 4
1.3.2 求解器 5
1.3.3 后处理软件 10
1.4 FLUENT的操作界面 11
1.4.1 启动FLUENT界面 11
1.4.2 FLUENT主界面 12
1.5 FLUENT的基础操作 13
1.5.1 启动ANSYS FLUENT求解器 14
1.5.2 读入网格文件 14
1.5.3 网格检查 15
1.5.4 尺寸检查 16
1.5.5 网格光顺化 16
1.5.6 显示网格 16
1.5.7 模型参数设置 17
1.5.8 物性参数设置 17
1.5.9 边界条件参数设置 18
1.5.10 求解参数设置 20
1.5.11 迭代求解 21
1.5.12 利用高阶离散格式获得精
确解 21
1.6 显示计算结果与分析结果数据 22
1.6.1 显示速度的云图 22
1.6.2 显示温度的云图 23
1.6.3 显示速度矢量图 24
1.6.4 显示出口温度的XY点图 25
1.7 本章总结 25
第2章 网格基础与操作 26
2.1 CFD网格前处理理论准备 26
2.1.1 划分网格的目的 26
2.1.2 网格几何要素 26
2.1.3 网格形状 27
2.1.4 结构化与非结构化网格 27
2.1.5 壁面和近壁区网格处理原则 29
2.1.6 网格质量评价标准 31
2.1.7 选择合适的网格类型 32
2.1.8 网格自适应 33
2.2 GAMBIT网格划分 34
2.2.1 GAMBIT的基本功能与界面 34
2.2.2 GAMBIT基本术语 37
2.2.3 GAMBIT几何通用操作 37
2.2.4 GAMBIT几何造型 40
2.2.5 GAMBIT实体几何操作 49
2.2.6 GAMBIT划分实体网格 53
2.2.7 划分体网格 57
2.2.8 划分边界层网格 60
2.2.9 GAMBIT指定边界和域类型 62
2.2.10 尺寸函数 63
2.2.11 网格划分策略分析简介 65
2.2.12 网格质量管理及网格输出 66
2.3 ICEM CFD网格划分 68
2.3.1 ICEM CFD基本功能与界面 68
2.3.2 ICEM CFD几何体创建与处理 72
2.3.3 ICEM CFD划分非结构网格 77
2.3.4 ICEM CFD划分棱柱边界层网格 86
2.3.5 ICEM CFD划分六面体结构化
网格 90
2.3.6 ICEM CFD指定边界和域类型
以及输出网格 102
第3章 FLUENT基础与操作 105
3.1 FLUENT求解，启动FLUENT与
FLUENT并行计算 105
3.2 FLUENT脚本文件自动运行 107
3.3 FLUENT文件类型 108
3.4 网格检查 108
3.4.1 在FLUENT中检查网格 108
3.4.2 报告网格统计量 109
3.5 计算域尺寸设置 110
3.5.1 FLUENT的计算单位系统 110
3.5.2 在FLUENT中设置计算域
尺寸 110
3.6 定义湍流模型 111
3.6.1 流体与流动的分类 111
3.6.2 判断湍流的标准 112
3.6.3 湍流模型的评价与选择 113
3.6.4 壁面函数的选择 117
3.6.5 在FLUENT中设定湍流模型 118
3.7 对流换热计算 121
3.7.1 在FLUENT中考虑对流换热 121
3.7.2 考虑自然对流问题的场合与
方法 122
3.8 辐射换热计算 124
3.8.1 选择辐射换热模型 124
3.8.2 在FLUENT中设定P1辐射
模型 125
3.8.3 在FLUENT中设定Discrete
Ordinates辐射模型 125
3.8.4 辐射物质属性定义 126
3.9 模拟不考虑化学反应的组分传输
过程 127
3.10 化学反应流与燃烧模拟 127
3.10.1 FLUENT中的燃烧模型介绍 127
3.10.2 反应模型的选择 128
3.10.3 通用有限速率模型 130
3.10.4 ISAT算法 135
3.10.5 导入CHEMKIN格式的化学
反应机理 136
3.10.6 非预混燃烧模型之混合分数/PDF
模型 137
3.10.7 非预混燃烧模型之层流火焰面
模型 138
3.10.8 FLUENT中的煤燃烧模拟计算器
的设置与使用 139
3.10.9 预混燃烧模型 140
3.10.10 部分预混燃烧模型 141
3.10.11 组分输运概率密度函数PDF
燃烧模型 142
3.10.12 FLUENT燃烧模拟可能遇到的
点火问题 142
3.11 表面反应模拟 143
3.12 设定操作工况参数 144
3.13 设定单元区域条件 146
3.13.1 单元区域条件的类型 146
3.13.2 单元区域条件设定 147
3.14 多孔介质计算域 149
3.15 设定边界条件 150
3.15.1 边界条件类型 150
3.15.2 边界条件设定 151
3.16 控制方程离散化 171
3.16.1 离散方法 171
3.16.2 离散格式 172
3.16.3 离散格式的选择 173
3.16.4 在FLUENT中设置离散格式 175
3.17 求解方法 175
3.17.1 基于压力的求解器 175
3.17.2 基于密度的求解器 177
3.17.3 在FLUENT中设置求解器 177
3.18 设置欠松弛因子 178
3.19 设置库朗数 179
3.20 设置求解极限 179
3.21 求解初始化 180
3.21.1 全局初始化 180
3.21.2 对初始值进行局部修补 181
3.22 求解器的使用方法 181
3.22.1 使用求解器的基本步骤 181
3.22.2 在FLUENT中设置定常状态的
计算 182
3.23 确认收敛性 182
3.24 网格自适应 182
3.25 UDF的基本理论与应用 183
3.25.1 UDF的基本理论 183
3.25.2 UDF的应用 183
3.26 FLUENT中常见警告的出现原因和
解决方法 184
第4章 后处理基础与操作 186
4.1 计算后处理：FLUENT后处理 186
4.1.1 创建点、线和面 187
4.1.2 流场显示 190
4.1.3 显示网格 191
4.1.4 显示等值线云图 191
4.1.5 显示矢量图 192
4.1.6 显示轨迹线 193
4.1.7 显示扫描面 194
4.1.8 创建动画 194
4.1.9 显示XY曲线 195
4.1.10 显示柱状图 195
4.1.11 FLUENT计算报告 196
4.1.12 边界通量报告 196
4.1.13 受力报告 197
4.1.14 投影面积 198
4.1.15 表面积分 198
4.1.16 体积分 200
4.1.17 参考值设定 201
4.1.18 算例设置报告 201
4.2 Tecplot数据处理 202
4.2.1 Tecplot 360功能简介 202
4.2.2 Tecplot 360 文件格式 204
4.2.3 Tecplot 360 读入FLUENT
文件 208
4.2.4 在Tecplot 360中绘制XY曲线 210
4.2.5 在Tecplot 360中显示等
值线云图 211
4.2.6 在Tecplot 360中绘制矢量图 213
4.2.7 在Tecplot 360中绘制流线 214
4.2.8 在Tecplot 360中绘制三维流场
剖面图 215
4.2.9 在Tecplot 360中制作动画 218
4.2.10 在Tecplot 360中分析CFD
数据 221
第5章 网格划分案例 223
第—部分：利用GAMBIT划分网格 223
5.1 网格实例—：二维圆筒燃烧器网格
划分 223
5.1.1 创建几何实体 224
5.1.2 对实体进行网格划分 225
5.1.3 创建边界条件并输出网格 226
5.2 网格实例二：燃气灶网格划分 227
5.2.1 创建燃气灶实体模型 228
5.2.2 对实体进行网格划分 232
5.2.3 创建实体的边界条件 234
5.2.4 输出网格 235
第二部分：利用ICEM CFD划分网格 235
5.3 网格实例三：引擎模型四面体划分 235
5.3.1 打开工程 235
5.3.2 Repair几何实体 236
5.3.3 设置网格尺寸 237
5.3.4 初步计算并查看网格 237
5.3.5 光顺网格 238
5.3.6 基于曲率自适应的网格加密 238
5.3.7 再次创建网格 239
5.3.8 切面显示 239
5.4 网格实例四：机翼翼身组合体棱柱形
网格划分 239
5.4.1 打开项目 239
5.4.2 划分棱柱层网格 240
5.4.3 创建机翼尾部密度区 241
5.4.4 再次计算网格并显示 242
5.4.5 光顺网格 242
5.4.6 生成六面体核心网格 242
5.5 网格实例五：二维管道四边形网格
划分 243
5.5.1 新建工程 244
5.5.2 初始化块 244
5.5.3 分割块 244
5.5.4 删除 Blocks 245
5.5.5 关联块顶点到几何点 245
5.5.6 关联Edge到Curve 246
5.5.7 显示关联 247
5.5.8 组合Curves 247
5.5.9 完成边和线的关联 247
5.5.10 移动剩余的顶点到几何上 248
5.5.11 设置网格尺寸 248
5.5.12 生成并显示网格 249
5.5.13 网格质量检查 249
5.5.14 转化成非结构化网格 250
5.6 网格实例六：三维管道六面体结构化
网格 250
5.6.1 新建工程 250
5.6.2 检查几何拓扑 251
5.6.3 创建Part 251
5.6.4 创建材料点并保存工程 252
5.6.5 初始化块 252
5.6.6 分割块并建立拓扑结构 253
5.6.7 关联曲线 254
5.6.8 初步生成网格 255
5.6.9 初步网格质量评估 255
5.6.10 建立O-grid 255
5.6.11 第二次生成网格 256
5.6.12 第二次网格质量评估 256
5.6.13 网格输出 257
5.7 网格实例七：三维弯管六面体结构化
网格 257
5.7.1 打开项目并创建Parts 257
5.7.2 创建体并初始化块 258
5.7.3 切块和删除部分块 259
5.7.4 关联 259
5.7.5 移动顶点（1） 260
5.7.6 创建第—个O-grid 260
5.7.7 修饰块 261
5.7.8 移动顶点（2） 262
5.7.9 创建第二个O-grid 262
5.7.10 设置网格尺寸并预览网格 263
5.7.11 移动顶点以改善网格质量 264
5.7.12 重新查看网格 264
5.8 网格实例八：管内叶片三维六面体
结构化网格 265
5.8.1 打开工程并创建Parts 265
5.8.2 创建体 266
5.8.3 初始化块 266
5.8.4 创建关联 267
5.8.5 块分割 267
5.8.6 塌陷 268
5.8.7 边关联 268
5.8.8 设置面网格参数 268
5.8.9 网格质量检查 269
5.8.10 创建O-grid 269
5.8.11 中间块删除并计算网格 270
5.8.12 网格质量检查 270
5.9 网格实例九：半球方体三维六面体
结构化网格 271
5.9.1 读入工程 271
5.9.2 初始化块 272
5.9.3 建立拓扑（1） 273
5.9.4 关联（1） 273
5.9.5 设置网格参数（1） 273
5.9.6 预览网格并检查网格质量 274
5.9.7 建立拓扑（2） 275
5.9.8 关联（2） 275
5.9.9 设置网格参数（2） 276
5.9.10 计算网格 276
5.9.11 检查网格质量 277
5.9.12 局部网格参数设置 277
5.10 网格实例十：托架三维六面体结构化
网格 277
5.10.1 创建新项目 278
5.10.2 初始化块 278
5.10.3 移动块顶点 279
5.10.4 分块（1） 279
5.10.5 关联并移动顶点 280
5.10.6 创建块 280
5.10.7 关联 281
5.10.8 分块（2） 281
5.10.9 创建O-grid 282
5.10.10 设置边缘O-grid 283
5.10.11 计算网格 283
5.10.12 网格质量评估 284
5.10.13 网格镜像 285
第6章 综合实战案例— 286
6.1 算例—：空调房间室内气流组织
模拟 286
6.1.1 介绍 286
6.1.2 方法和设置 286
6.1.3 前期要求 286
6.1.4 问题描述 287
6.1.5 准备 287
6.1.6 设置和求解 287
6.1.7 总结 291
6.2 算例二：管内流动的模拟 291
6.2.1 介绍 291
6.2.2 方法和设置 291
6.2.3 前期要求 291
6.2.4 问题描述 291
6.2.5 准备 291
6.2.6 设置和求解 292
6.2.7 总结 301
6.2.8 参考文献 301
6.2.9 练习与讨论 301
6.3 算例三：外掠平板的流场与换热 301
6.3.1 介绍 301
6.3.2 方法和设置 301
6.3.3 前期要求 302
6.3.4 问题描述 302
6.3.5 准备 302
6.3.6 设置与求解 302
6.3.7 总结 310
6.3.8 参考文献 310
6.3.9 练习与讨论 310
6.4 算例四：进气歧管的流动模拟 311
6.4.1 介绍 311
6.4.2 方法和设置 311
6.4.3 前期要求 311
6.4.4 问题描述 311
6.4.5 准备 312
6.4.6 设置和求解 312
6.4.7 总结 319
6.4.8 参考文献 319
6.4.9 练习与讨论 319
6.5 算例五：渐缩渐扩管的无粘与可压缩
流动模拟 319
6.5.1 介绍 319
6.5.2 方法和设置 319
6.5.3 前期准备 319
6.5.4 问题描述 320
6.5.5 准备 320
6.5.6 设置和求解 320
6.5.7 总结 327
6.5.8 参考文献 327
6.5.9 练习与讨论 327
6.6 算例六：模拟水箱的水波运动 327
6.6.1 介绍 327
6.6.2 方法和设置 327
6.6.3 前期要求 327
6.6.4 问题描述 328
6.6.5 准备 328
6.6.6 设置和求解 328
6.6.7 总结 335
6.6.8 练习与讨论 335
6.7 算例七：水平膜状沸腾 336
6.7.1 介绍 336
6.7.2 前期要求 336
6.7.3 问题描述 336
6.7.4 设置和求解 336
6.7.5 分析 341
6.7.6 总结 342
6.8 算例八：机翼绕流可压缩流动的
模拟 342
6.8.1 介绍 342
6.8.2 方法和设置 343
6.8.3 前期要求 343
6.8.4 问题描述 343
6.8.5 准备 343
6.8.6 设置和求解 343
6.8.7 总结 350
6.8.8 练习与讨论 350
6.9 算例九：利用欧拉模型解决搅拌器
混合问题 350
6.9.1 介绍 350
6.9.2 方法和设置 351
6.9.3 问题描述 351
6.9.4 设置和求解 351
6.10 算例十：利用多相流混合模型和欧拉模型
求解T形管流动 360
6.10.1 介绍 360
6.10.2 方法和设置 360
6.10.3 问题描述 361
6.10.4 设置和求解 361
6.11 算例十—：对固体燃料电池进行流体动
力学模拟 368
6.11.1 介绍 368
6.11.2 方法和设置 368
6.11.3 问题描述 368
6.11.4 设置与求解 368
第7章 综合实战案例二 378
7.1 算例十二：使用喷尿素法并利用选择性非催化还原法（SNCR）进行NOx
模拟 378
7.1.1 介绍 378
7.1.2 方法和设置 378
7.1.3 前期要求 378
7.1.4 问题描述 379
7.1.5 准备 379
7.1.6 设置和求解 379
7.2 总结 384
7.3 算例十三：使用混合物模型模拟质量和热量交换 384
7.3.1 介绍 384
7.3.2 前期要求 384
7.3.3 问题描述 384
7.3.4 设置和求解 385
7.4 算例十四：使用用户自定义标量模拟电加热（欧姆加热） 390
7.4.1 介绍 390
7.4.2 方法和设置 390
7.4.3 前期要求 390
7.4.4 问题描述 390
7.4.5 准备 391
7.4.6 设置和求解 391
7.4.7 总结 399
7.4.8 练习与讨论 399
7.5 算例十五：顶盖驱动的腔体流动 400
7.5.1 介绍 400
7.5.2 方法和设置 400
7.5.3 前期要求 400
7.5.4 问题描述 400
7.5.5 准备 400
7.5.6 设置和求解 400
7.5.7 总结 406
7.5.8 参考文献 407
7.5.9 练习与讨论 407
7.6 算例十六：引擎流场模拟 407
7.6.1 介绍 407
7.6.2 方法和设置 407
7.6.3 前期要求 407
7.6.4 问题描述 408
7.6.5 准备 408
7.6.6 设置和求解 408
7.6.7 总结 423
7.6.8 练习和讨论 424
7.7 算例十七：使用EBU（Eddy Break Up，涡破碎）模型模拟煤粉燃烧 424
7.7.1 介绍 424
7.7.2 技巧和设置 424
7.7.3 前期要求 424
7.7.4 问题描述 424
7.7.5 准备 425
7.7.6 设置和求解 425
7.7.7 结果 436
7.8 算例十八：多步焦炭反应模拟 436
7.8.1 介绍 436
7.8.2 技巧和设置 436
7.8.3 前期要求 436
7.8.4 问题描述 436
7.8.5 准备 437
7.8.6 设置和求解 437
7.8.7 结果 444
7.8.8 总结 444
7.9 算例十九：利用EDC燃烧模型模拟
扩散火焰 445
7.9.1 介绍 445
7.9.2 前期要求 445
7.9.3 问题描述 445
7.9.4 准备 445
7.9.5 设置和求解 445
7.9.6 总结 453
7.10 算例二十：扩散射流火焰的PDF输运
方程模型模拟 454
7.10.1 介绍 454
7.10.2 技巧和设置 454
7.10.3 实验概况 454
7.10.4 前期要求 454
7.10.5 问题描述 454
7.10.6 准备 455
7.10.7 设置和求解 455
7.10.8 总结 461
7.11 算例二十—：模拟圆形通道的表面
反应 461
7.11.1 介绍 461
7.11.2 准备 461
7.11.3 设置和求解 461
第8章 综合实战案例三 465
8.1 算例二十二：模拟二维流化床的均匀
流化作用 465
8.1.1 介绍 465
8.1.2 前期要求 465
8.1.3 问题描述 465
8.1.4 设置和求解 466
8.2 算例二十三：液体燃料燃烧 469
8.2.1 介绍 469
8.2.2 技巧和设置 470
8.2.3 前期准备 470
8.2.4 问题描述 470
8.2.5 准备 470
8.2.6 设置和求解 471
8.2.7 总结 478
8.3 算例二十四：偏心环形管道的非牛顿
流体流动模拟 478
8.3.1 介绍 478
8.3.2 技巧和设置 479
8.3.3 前期要求 479
8.3.4 问题描述 479
8.3.5 准备 479
8.3.6 设置和求解 479
8.3.7 总结 489
8.3.8 参考文献 489
8.3.9 练习与讨论 489
8.4 算例二十五：离心式鼓风机模拟 489
8.4.1 介绍 489
8.4.2 问题描述 490
8.4.3 准备 490
8.4.4 设置和求解 490
8.4.5 总结 498
8.5 算例二十六：圆柱绕流模拟 498
8.5.1 介绍 498
8.5.2 问题描述 498
8.5.3 准备 498
8.5.4 设置和求解 498
8.5.5 总结 506
8.5.6 参考文献 506
第9章 综合实战案例四 507
9.1 算例二十七：求解流固耦合换热
问题 507
9.1.1 介绍 507
9.1.2 问题描述 507
9.1.3 准备工作 508
9.1.4 设置和求解 508
9.2 总结 519
9.3 算例二十八：使用太阳光辐射加载模型模
拟室内通风过程 519
9.3.1 介绍 519
9.3.2 问题描述 520
9.3.3 准备工作 520
9.3.4 设置与求解 520
9.4 附录 527
9.5 算例二十九：利用FLUENT模拟核状沸
腾换热过程 527
9.5.1 介绍 527
9.5.2 问题描述 528
9.5.3 准备工作 528
9.5.4 步骤和求解：单相流动 528
9.5.5 求解设置：沸腾流 532
9.6 算例三十：使用FLUENT的VOF多相
流模型模拟大坝泄洪过程 541
9.6.1 问题描述 541
9.6.2 准备工作 542
9.6.3 设置与求解 542
9.7 总结 546
9.8 算例三十—：模拟离心泵的空化
现象 546
9.8.1 问题描述 546
9.8.2 准备工作 547
9.8.3 设置与求解 547
9.9 总结 551
9.10 算例三十二：模拟喷雾蒸发过程 552
9.10.1 准备工作 552
9.10.2 问题描述 552
9.10.3 设置和求解 552
准备工作 552
9.11 总结 568
9.12 进—步改进 568
9.13 算例三十三：使用非预混燃烧模型模拟
燃烧问题 568
9.13.1 前提条件 568
9.13.2 问题描述 569
9.13.3 设置和求解 569
9.14 总结 581
9.15 参考文献 581
9.16 进—步改进 581
9.17 算例三十四：使用有限速率化学反应
模型分析锥形室内的预混化学
反应流 581
9.17.1 问题描述 582
9.17.2 设置和求解 582
9.17.3 结果 590
9.18 总结 590
9.19 参考文献 591
9.20 算例三十五：选择性催化还原（SCR）
的脱硝过程模拟 591

9.20.1 网格 591
9.20.2 前期准备 592
9.20.3 问题描述 592
9.20.4 准备工作 592
9.20.5 设置和求解 592
9.21 总结 601
9.22 算例三十六：壁面温度正弦状变化的
UDF设置及模拟 601
9.22.1 问题描述 601
9.22.2 准备工作 601
9.22.3 设置和求解 602
9.23 结果 603
9.24 总结 604
9.25 算例三十七：随温度而变化之粘性的
UDF设置及模拟 604
9.25.1 问题描述 604
9.25.2 准备工作 604
9.25.3 设置和求解 604
9.26 结果 607
9.27 总结 607
参考文献 608

数值风洞的奥秘：从理论到实践的工程师指南 在现代工程设计与分析领域，流体动力学仿真（Computational Fluid Dynamics, CFD）已成为不可或缺的关键工具。它能够以前所未有的精度和效率，模拟流体在复杂几何形状中的流动行为，从而帮助工程师理解、优化和预测产品性能，规避潜在风险，缩短研发周期。本书旨在为读者构建一套扎实的CFD理论基础，并辅以详实的案例，引领读者深入掌握CFD工程仿真的核心技术与实践应用，尤其关注主流的CFD软件平台的操作技巧与工作流程。 第一章：流体力学基础回顾与CFD方法论 在正式进入CFD仿真领域之前，理解其背后的流体力学原理至关重要。本章将系统性地回顾连续介质力学、不可压缩与可压缩流体、粘性与无粘性流、层流与湍流等基础概念。我们将重点阐述 Navier-Stokes 方程及其简化形式（如 Euler 方程、伯努利方程）的物理意义和数学表述，并介绍求解这些方程的几种主要数值方法，包括有限差分法（Finite Difference Method, FDM）、有限体积法（Finite Volume Method, FVM）和有限元法（Finite Element Method, FEM）。其中，有限体积法因其在守恒性方面的优势，成为CFD领域的主流方法，我们将对此进行更深入的剖析，讲解其离散化过程、通量计算以及求解器的工作原理。此外，本章还将讨论CFD仿真中涉及的物理模型，如湍流模型（RANS、LES、DNS）、多相流模型、传热模型等，并简要介绍不同模型适用的范围和优缺点。 第二章：CFD仿真流程详解与预处理 一次完整的CFD仿真通常包含几何建模、网格生成、求解器设置、计算求解、后处理分析等几个关键步骤。本章将详细拆解CFD仿真流程，并重点介绍流程的起始环节——几何建模与预处理。我们将探讨如何从CAD模型导入流体域，如何进行几何清理与修复，以及如何划分空气动力学域或流体域。在网格生成方面，本章将介绍不同类型的网格（结构网格、非结构网格、混合网格）的特点与选择依据，并深入讲解网格质量的重要性，包括网格尺度、网格梯度、纵横比、正交性等关键指标。我们将演示如何利用专业的几何建模和网格生成软件，创建高质量的计算网格，以满足不同流动问题的精度要求。对于复杂的几何体，本章还将讨论网格自适应技术和网格重构等高级概念。 第三章：求解器设置与离散化技术 网格生成完毕后，进入求解器设置阶段。本章将详细解析CFD求解器的工作原理，重点聚焦于有限体积法在求解器中的具体实现。我们将深入讲解 Navier-Stokes 方程的离散化过程，包括速度、压力、湍动能等变量的插值方法（如迎风格式、中心差分格式、QUICK格式等），以及压力-速度耦合算法（如 SIMPLE、PISO 系列算法）的工作机制。本章还将讨论瞬态仿真与稳态仿真的区别与选择，以及时间步长（对于瞬态仿真）的选择原则。此外，我们还将介绍求解器中的收敛准则、残差监控等概念，以及如何通过调整求解器参数来加速收敛和提高仿真精度。对于特定的物理问题，如多相流、燃烧、辐射传热等，本章还将简要介绍相应的求解器模块和模型选择。 第四章：湍流模型与数值精度 湍流是工程流体力学中最普遍但也最难精确描述的现象之一。本章将深入探讨各种湍流模型，从早期的代数模型到基于雷诺平均（RANS）的模型，再到更精密的涡分辨模拟（LES）和直接数值模拟（DNS）。我们将详细介绍零方程模型、单方程模型（如 Spalart-Allmaras 模型）、两方程模型（如 $k-epsilon$ 模型、 $k-omega$ 模型及其改进型，如 Realizable $k-epsilon$、SST $k-omega$）的理论基础、适用范围以及在不同工程问题中的表现。本章还将讨论亚格子尺度（SGS）模型在 LES 中的作用。理解不同湍流模型的优缺点，并根据实际工程问题选择合适的湍流模型，是获得准确仿真结果的关键。同时，本章还将探讨数值精度对仿真结果的影响，包括离散化误差、模型误差和网格分辨率的影响，并介绍验证与确认（Verification and Validation, V&V）的重要性，以确保仿真结果的可靠性。 第五章：多相流、传热与化学反应仿真 许多工程问题涉及多种相态的共存（如气液、气固、液液）以及能量的传递和化学反应的发生。本章将重点介绍CFD软件中处理这些复杂物理现象的功能模块。对于多相流，我们将讲解常用的模型，如欧拉-欧拉模型、欧拉-拉格朗日模型、以及 VOF（Volume of Fluid）模型，并讨论其在液滴雾化、气泡流动、颗粒输运等问题中的应用。在传热方面，本章将深入讲解传导、对流和辐射传热的数值求解方法，以及如何耦合求解能量方程。对于涉及化学反应的流动，我们将介绍燃烧模型（如有限速率模型、EDC 模型）和组分输运模型，并讨论其在发动机燃烧、锅炉等领域的应用。此外，本章还将触及声学模拟、电磁场耦合等更高级的仿真主题。 第六章：案例实战一：外部空气动力学仿真 本章将通过一个典型的外部空气动力学仿真案例，指导读者完成从前处理到后处理的完整仿真流程。我们将以一个汽车模型或飞机翼型为例，详细演示如何导入CAD几何，进行流体域的创建与划分，生成高质量的边界层网格，并进行求解器设置，包括边界条件（入口速度、出口压力、壁面条件等）、湍流模型选择、离散格式和求解算法的配置。我们将重点讲解如何监控仿真过程中的收敛情况，并进行必要的调整。在后处理阶段，我们将演示如何提取关键的空气动力学参数，如升力、阻力系数，并可视化流场信息，例如速度云图、压力云图、流线图、涡量图等，以分析流动特性和优化设计。 第七章：案例实战二：内部流动与传热仿真 本章将聚焦于内部流动与传热的仿真案例，例如管道内的流体流动、换热器内的传热、或者电子设备的散热问题。我们将详细演示如何建模此类问题，包括管道的几何建模、流域的划分、网格的生成。重点讲解在内部流动中如何设置合适的入口和出口边界条件，以及壁面的传热边界条件（如恒温壁面、恒热流密度壁面、或对流换热壁面）。我们将演示如何耦合求解流体流动方程和能量方程，并选择合适的湍流模型和传热模型。后处理部分将展示如何分析压降、流速分布、温度分布，并评估换热效率。通过可视化手段，深入理解流体在管道内的流动形态以及热量在系统中的传递过程。 第八章：案例实战三：多相流与自由表面流动仿真 本章将深入一个涉及多相流或自由表面流动的典型工程案例，例如水泵内的气蚀现象、化工过程中的液滴分离、或者波浪与结构的相互作用。我们将演示如何选择并设置合适的多相流模型（如 VOF 模型），如何定义不同相的物性参数，以及如何设置相间相互作用的耦合。我们将关注自由表面追踪的难点，以及如何处理界面捕捉的精度问题。在网格划分上，我们将强调对自由表面附近的网格质量要求。后处理将侧重于分析相界面、气泡或液滴的演化过程，以及多相流对系统性能的影响。 第九章：CFD仿真中的验证与确认（V&V） 任何工程仿真的有效性，最终都取决于其结果的可靠性。本章将系统性地阐述CFD仿真中的验证与确认（V&V）的重要性与方法。验证（Verification）是指检查仿真模型在数学上是否正确，即数值解是否准确地求解了给定的控制方程。我们将介绍网格收敛性研究、解依赖性分析等验证方法。确认（Validation）是指将仿真结果与实验数据或工程实际进行对比，以评估仿真模型对真实物理现象的预测能力。我们将讨论如何设计有效的实验对照，如何量化仿真结果与实验数据的差异，以及如何根据验证和确认的结果来改进CFD模型和仿真流程。 第十章：CFD仿真的高级技巧与发展趋势 随着CFD技术的不断发展，涌现出许多高级的仿真技巧和新的研究方向。本章将对一些前沿性的内容进行介绍。我们将探讨高性能计算（HPC）在CFD中的作用，以及并行计算的原理和应用。同时，我们将简要介绍CFD与优化设计（如拓扑优化、参数优化）的耦合，以及如何利用仿真结果指导工程优化。此外，本章还将展望CFD技术未来的发展趋势，包括人工智能（AI）在CFD中的应用（如AI辅助网格生成、AI加速求解器、AI湍流模型），以及在多物理场耦合、非牛顿流体、生物医学工程等新兴领域的应用前景。 本书通过理论讲解与实际案例相结合的方式，力求让读者不仅理解CFD背后的数学原理和物理模型，更能熟练掌握实际操作的技巧。通过对一系列经典工程问题的仿真分析，读者将能够独立完成复杂CFD项目，并从中获得宝贵的工程洞察，为在各自的工程领域取得成功奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本【CFD工程仿真与案例实战】精通CFD工程仿真与案例实战 FLUENT GAMBIT I，简直是给我的工程仿真之路点亮了一盏明灯！我是一名机械工程专业的学生，在学校接触过一些CFD的基础理论，但总感觉隔靴搔痒，无法真正将知识转化为解决实际问题的能力。尤其是当我们面对复杂的几何模型和多变的流动场景时，更是显得力不从心。然而，这本书的出现，彻底改变了我的困境。它不仅仅是一本理论讲解书籍，更像是一位经验丰富的导师，一步步地引领我走进CFD的实战世界。书中对FLUENT和GAMBIT这两款行业内顶尖软件的操作流程进行了详尽的阐述，从前处理的网格划分到求解器的设置，再到后处理的数据分析，每一个环节都充满了实用的技巧和注意事项。我尤其喜欢它书中提供的案例分析，每一个案例都来源于真实的工程问题，从汽车空气动力学到换热器设计，覆盖了CFD应用的广泛领域。书中对每个案例的建模思路、网格策略、求解器参数选择以及结果解读都进行了深入剖析，让我能够清晰地理解CFD仿真的逻辑和方法。阅读过程中，我仿佛置身于一个真实的项目组，与作者一同解决一个个技术难题，这种身临其境的学习体验，是任何枯燥的理论书籍都无法比拟的。更重要的是，这本书让我深刻体会到CFD不仅仅是软件操作，更是一种工程思维的体现，它教会我如何将物理现象转化为数学模型，如何合理地简化问题，以及如何批判性地分析仿真结果。

评分☆☆☆☆☆

我是一名刚刚开始接触CFD的初学者，起初我对这个领域感到非常迷茫。市面上相关的书籍很多，但大多理论性太强，或者操作步骤过于简略，让我很难找到一个清晰的学习路径。当我拿到这本书后，我惊喜地发现它完全符合我学习的需求。这本书从最基础的CFD概念讲起，然后逐步过渡到FLUENT和GAMBIT软件的具体操作。作者的讲解非常耐心细致，就像一位循循善诱的老师，一步步地引导我完成每一个操作。书中提供的案例都是非常经典的CFD应用场景，例如简单的流体绕障、翼型升力计算等，这些案例的难度适中，非常适合初学者练习。我尤其喜欢书中对于网格划分的详细讲解，这对我这个新手来说是最大的挑战之一，而这本书给了我非常清晰的指导，让我能够理解不同类型网格的优缺点以及如何根据实际情况进行选择。通过这本书的学习，我不仅掌握了CFD的基本理论和软件操作，更重要的是，我建立起了对CFD仿真的信心。我不再感到畏惧，而是充满期待地想要去探索更多的CFD应用。这本书为我打开了一扇通往CFD世界的大门，我相信它将是我未来学习道路上不可或缺的伙伴。

评分☆☆☆☆☆

在我多年的工程实践中，CFD的应用已成为日常工作的一部分。然而，随着项目复杂度的不断提升，我对模型精度、计算效率以及结果解读的要求也越来越高。尽管我熟练掌握了FLUENT和GAMBIT的基本操作，但我总觉得在一些更深层次的仿真技术上存在不足，例如如何处理非定常流动、如何进行高效的并行计算、以及如何与多物理场仿真进行耦合等。这本【CFD工程仿真与案例实战】精通CFD工程仿真与案例实战 FLUENT GAMBIT I，无疑为我提供了一个绝佳的进修机会。书中对于一些高级CFD技术的阐述，例如瞬态仿真中的时间步长选择、湍流模型的深入比较、以及如何利用并行计算加速收敛等，都给了我很大的启发。我印象深刻的是书中关于如何针对复杂流动现象（如涡结构、边界层分离）进行精细化建模的案例分析，这让我能够更准确地预测工程中的关键流动特性。同时，书中也探讨了如何优化网格质量以提高计算效率和结果精度，这对于缩短项目周期具有重要的实际意义。这本书不仅仅是一本技术手册，更是一种思维的引导，它让我重新审视自己在CFD应用中的不足，并提供了解决问题的方向。通过阅读这本书，我感觉自己的CFD技术水平又迈上了一个新的台阶，能够更有信心地应对更具挑战性的工程项目。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在航空航天领域工作的工程师，一直以来，CFD都是我工作中不可或缺的一部分。虽然我有多年的CFD应用经验，但我深知技术更新换代的速度非常快，而且对于一些前沿的仿真技术，我一直渴望能有更深入的了解和更扎实的掌握。当我翻开这本书，我立刻被其严谨的学术性和高度的实践性所吸引。它不仅仅停留在基础操作层面，而是深入探讨了CFD仿真中的一些关键技术和难点，比如湍流模型的选择与应用、多相流模拟的策略、以及如何有效地进行网格收敛性研究等。作者在讲解这些复杂概念时，采用了清晰易懂的语言，并且结合了大量的图示和表格，使得原本抽象的理论变得生动形象。我特别欣赏书中对FLUENT和GAMBIT软件在高级功能上的应用介绍，例如如何构建复杂的几何模型、如何进行参数化建模、以及如何利用脚本进行自动化仿真等。这些内容对我来说是极具价值的，它们极大地提升了我处理复杂工程问题的效率和仿真精度。这本书就像一个宝藏，我每次阅读都能发现新的亮点和启发，它帮助我不断突破自己的认知边界，提升了我在CFD领域的专业素养。我敢说，这本书绝对是CFD工程师案头必备的参考书籍，它能帮助你从“会用”迈向“精通”。

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作为一名在化工行业工作的技术人员，我一直面临着如何高效地优化反应器设计、预测流体混合效果以及评估传热效率等问题。传统的实验方法耗时耗力，而CFD仿真提供了一种更快捷、更经济的解决方案。然而，在实际应用中，我常常会遇到各种各样的问题，比如如何准确地建立化学反应模型、如何处理复杂的流场耦合问题、以及如何有效地进行网格划分以保证仿真结果的可靠性。幸运的是，我发现了这本【CFD工程仿真与案例实战】精通CFD工程仿真与案例实战 FLUENT GAMBIT I。这本书就像一位经验丰富的化工工程师，通过丰富的案例，详细地展示了CFD在化工领域的实际应用。书中针对化工领域的典型问题，提供了详细的仿真思路和操作步骤，例如在反应器设计中如何考虑停留时间分布、如何模拟催化反应、以及如何评估传质效率等。我特别喜欢书中对于不同类型反应器（如釜式反应器、管式反应器）的仿真案例分析，这让我能够更直观地理解CFD在这些设备中的应用。这本书不仅教会我如何使用FLUENT和GAMBIT来解决实际问题，更重要的是，它培养了我用CFD思维去分析和解决问题的能力。它让我明白，CFD仿真并非一味追求复杂，而是要在保证精度的前提下，选择最合适的模型和方法，从而达到事半功倍的效果。