精通CFD工程仿真与案例实战

《精通cfd工程仿真与案例实战—fluent gambit icem cfd tecplot》

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　3

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　12

1.4.1　启动fluent界面　12

1.4.2　fluent主界面　12

1.5　fluent的基础操作　14

1.5.1　启动ansys fluent求解器　15

.1.5.2　读入网格文件　15

1.5.3　网格检查　16

1.5.4　尺寸检查　17

1.5.5　网格光顺化　17

1.5.6　显示网格　18

1.5.7　模型参数设置　18

1.5.8　物性参数设置　19

1.5.9　边界条件参数设置　19

1.5.10　求解参数设置　22

1.5.11　迭代求解　23

1.5.12　利用高阶离散格式获得精确解　23

1.6　显示计算结果与分析结果数据　24

1.6.1　显示速度的云图　24

1.6.2　显示温度的云图　25

1.6.3　显示速度矢量图　26

1.6.4　显示出口温度的xy点图　27

1.7　本章总结　28

第2章　网格基础与操作　29

2.1　cfd网格前处理理论准备　29

2.1.1　划分网格的目的　29

2.1.2　网格几何要素　29

2.1.3　网格形状　29

2.1.4　结构化与非结构化网格　30

2.1.5　壁面和近壁区网格处理原则　32

2.1.6　网格质量评价标准　34

2.1.7　选择合适的网格类型　35

2.1.8　网格自适应　36

2.2　gambit网格划分　37

2.2.1　gambit的基本功能与界面　37

2.2.2　gambit基本术语　40

2.2.3　gambit几何通用操作　41

2.2.4　gambit几何造型　43

2.2.5　gambit实体几何操作　53

2.2.6　gambit划分实体网格　57

2.2.7　划分体网格　61

2.2.8　划分边界层网格　66

2.2.9　gambit指定边界和域类型　67

2.2.10　尺寸函数　68

2.2.11　网格划分策略分析简介　70

2.2.12　网格质量管理及网格输出　72

2.3　icem cfd网格划分　74

2.3.1　icem cfd基本功能与界面　74

2.3.2　icem cfd几何体创建与处理　78

2.3.3　icem cfd划分非结构网格　83

2.3.4　icem cfd划分棱柱边界层网格　94

2.3.5　icem cfd划分六面体结构化网格　99

2.3.6　icem cfd指定边界和域类型以及输出网格　111

第3章　fluent基础与操作　114

3.1　fluent求解，启动fluent与fluent并行计算　114

3.2　fluent脚本文件自动运行　116

3.3　fluent文件类型　117

3.4　网格检查　117

3.4.1　在fluent中检查网格　117

3.4.2　报告网格统计量　119

3.5　计算域尺寸设置　119

3.5.1　fluent的计算单位系统　119

3.5.2　在fluent中设置计算域尺寸　120

3.6　定义湍流模型　120

3.6.1　流体与流动的分类　120

3.6.2　判断湍流的标准　122

3.6.3　湍流模型的评价与选择　122

3.6.4　壁面函数的选择　127

3.6.5　在ansys fluent中设定湍流模型　127

3.7　对流换热计算　131

3.7.1　在fluent中考虑对流换热　131

3.7.2　考虑自然对流问题的场合与方法　132

3.8　辐射换热计算　134

3.8.1　选择辐射换热模型　134

3.8.2　在ansys fluent中设定p1辐射模型　135

3.8.3　在ansys fluent中设定discrete ordinates辐射模型　136

3.8.4　辐射物质属性定义　137

3.9　模拟不考虑化学反应的组分传输过程　137

3.10　化学反应流与燃烧模拟　138

3.10.1　fluent中的燃烧模型介绍　138

3.10.2　反应模型的选择　139

3.10.3　通用有限速率模型　141

3.10.4　isat算法　146

3.10.5　导入chemkin格式的化学反应机理　147

3.10.6　非预混燃烧模型之混合分数/pdf模型　148

3.10.7　非预混燃烧模型之层流火焰面模型　148

3.10.8　fluent中的煤燃烧模拟计算器的设置与使用　150

3.10.9　预混燃烧模型　151

3.10.10　部分预混燃烧模型　152

3.10.11　组分概率密度输运燃烧模型　153

3.10.12　fluent燃烧模拟可能遇到的点火问题　154

3.11　表面反应模拟　155

3.12　设定操作工况参数　156

3.13　设定单元区域条件　158

3.13.1　单元区域条件的类型　158

3.13.2　单元区域条件设定　159

3.14　多孔介质计算域　161

3.15　设定边界条件　162

3.15.1　边界条件类型　163

3.15.2　边界条件设定　163

3.16　控制方程离散化　186

3.16.1　离散方法　186

3.16.2　离散格式　187

3.16.3　离散格式的选择　188

3.16.4　在fluent中设置离散格式　189

3.17　求解方法　190

3.17.1　基于压力的求解器　190

3.17.2　基于密度的求解器　192

3.17.3　在fluent中设置求解器　192

3.18　设置亚松弛因子　193

3.19　设置库朗数　194

3.20　设置求解极限　194

3.21　求解初始化　195

3.21.1　全局初始化　195

3.21.2　对初始值进行局部修补　196

3.22　求解器的使用方法　196

3.22.1　使用求解器的基本步骤　196

3.22.2　在fluent中设置定常状态的计算　197

3.23　确认收敛性　197

3.24　网格自适应　198

3.25　udf的基本理论与应用　198

3.25.1　udf的基本理论　198

3.25.2　udf的应用　199

3.26　fluent中常见警告的出现原因和解决方法　199

第4章　后处理基础与操作　202

4.1　计算后处理：fluent后处理　202

4.1.1　创建点、线和面　202

4.1.2　流场显示　206

4.1.3　显示网格　207

4.1.4　显示等值线云图　207

4.1.5　显示矢量图　209

4.1.6　显示轨迹线　210

4.1.7　显示扫描面　210

4.1.8　创建动画　211

4.1.9　显示xy曲线　212

4.1.10　显示柱状图　212

4.1.11　fluent计算报告　213

4.1.12　边界通量报告　213

4.1.13　受力报告　214

4.1.14　投影面积　215

4.1.15　表面积分　215

4.1.16　体积分　217

4.1.17　参考值设定　218

4.1.18　算例设置报告　219

4.2　tecplot数据处理　219

4.2.1　tecplot 360功能简介　219

4.2.2　tecplot 360文件格式　222

4.2.3　tecplot 360读入fluent文件　226

4.2.4　在tecplot 360中绘制xy曲线　228

4.2.5　在tecplot 360中显示等值线云图　229

4.2.6　在tecplot 360中绘制矢量图　231

4.2.7　在tecplot 360中绘制流线　232

4.2.8　在tecplot 360中绘制三维流场剖面图　233

4.2.9　在tecplot 360中制作动画　237

4.2.10　在tecplot 360中分析cfd数据　240

第5章　利用gambit划分网格　242

5.1　网格实例一：二维圆筒燃烧器网格划分　242

5.1.1　创建几何实体　243

5.1.2　对实体进行网格划分　244

5.1.3　创建边界条件并输出网格　245

5.2　网格实例二：燃气灶网格划分　247

5.2.1　创建燃气灶实体模型　247

5.2.2　对实体进行网格划分　252

5.2.3　创建实体的边界条件　255

5.2.4　输出网格　255

5.3　网格实例三：引擎模型四面体划分　256

5.3.1　打开工程　256

5.3.2　repair几何实体　257

5.3.3　设置网格尺寸　257

5.3.4　初步计算并查看网格　258

5.3.5　光顺网格　259

5.3.6　基于曲率自适应的网格加密　260

5.3.7　再次创建网格　260

5.3.8　切面显示　260

5.4　网格实例四：机翼翼身组合体棱柱形网格划分　260

5.4.1　打开项目　261

5.4.2　划分棱柱层网格　261

5.4.3　创建机翼尾部密度区　262

5.4.4　再次计算网格并显示　263

5.4.5　光顺网格　263

5.4.6　生成六面体核心网格　264

5.5　网格实例五：二维管道四边形网格划分　265

5.5.1　新建工程　265

5.5.2　初始化块　266

5.5.3　分割块　266

5.5.4　删除 blocks　267

5.5.5　关联块顶点到几何点　267

5.5.6　关联edge到curve　268

5.5.7　显示关联　269

5.5.8　组合curves　269

5.5.9　完成边和线的关联　270

5.5.10　移动剩余的顶点到几何上　270

5.5.11　设置网格尺寸　271

5.5.12　计算并显示网格　271

5.5.13　网格质量检查　272

5.5.14　转化成非结构化网格　272

5.6　网格实例六：三维管道六面体结构化网格　273

5.6.1　新建工程　273

5.6.2　检查几何拓扑　273

5.6.3　创建part　274

5.6.4　创建材料点并保存工程　274

5.6.5　初始化块　275

5.6.6　分割块并建立拓扑结构　275

5.6.7　关联曲线　276

5.6.8　初步计算网格　278

5.6.9　初步网格质量评估　278

5.6.10　建立o-grid　279

5.6.11　第二次计算网格　279

5.6.12　第二次网格质量评估　280

5.6.13　网格输出　280

5.7　网格实例七：三维弯管六面体结构化网格　280

5.7.1　打开项目并创建parts　281

5.7.2　创建体并初始化块　282

5.7.3　切块和删除部分块　282

5.7.4　关联　283

5.7.5　移动顶点(1)　283

5.7.6　创建第一个o-grid　284

5.7.7　修饰块　285

5.7.8　移动顶点(2)　286

5.7.9　创建第二个o-grid　286

5.7.10　设置网格尺寸并预览网格　287

5.7.11　移动顶点以改善网格质量　288

5.7.12　重新查看网格　289

5.8　网格实例八：管内叶片三维六面体结构化网格　289

5.8.1　打开工程并创建parts　290

5.8.2　创建体　290

5.8.3　初始化块　291

5.8.4　创建关联　291

5.8.5　块分割　292

5.8.6　塌陷　292

5.8.7　边关联　292

5.8.8　设置面网格参数　293

5.8.9　网格质量检查　294

5.8.10　创建o-grid　294

5.8.11　中间块删除并计算网格　295

5.8.12　网格质量检查　295

5.9　网格实例九：半球方体三维六面体结构化网格　295

5.9.1　读入工程　296

5.9.2　初始化块　297

5.9.3　建立拓扑(1)　297

5.9.4　关联(1)　298

5.9.5　设置网格参数(1)　299

5.9.6　预览网格并检查网格质量　299

5.9.7　建立拓扑(2)　300

5.9.8　关联(2)　301

5.9.9　设置网格参数(2)　301

5.9.10　计算网格　302

5.9.11　检查网格质量　302

5.9.12　局部网格参数设置　303

5.10　网格实例十：托架三维六面体结构化网格　303

5.10.1　创建新项目　303

5.10.2　初始化块　304

5.10.3　移动块顶点　304

5.10.4　分块(1)　305

5.10.5　关联并移动顶点　306

5.10.6　创建块　306

5.10.7　关联　307

5.10.8　分块(2)　307

5.10.9　创建o-grid　308

5.10.10　设置边缘o-grid　309

5.10.11　计算网格　310

5.10.12　网格质量评估　311

5.10.13　网格镜像　311

第6章　综合实战案例一　312

6.1　算例一：空调房间室内气流组织模拟　312

6.1.1　介绍　312

6.1.2　方法和设置　312

6.1.3　前期要求　312

6.1.4　问题描述　312

6.1.5　准备　313

6.1.6　设置和求解　313

6.1.7　总结　317

6.2　算例二：管内流动的模拟　317

6.2.1　介绍　317

6.2.2　方法和设置　317

6.2.3　前期要求　318

6.2.4　问题描述　318

6.2.5　准备　318

6.2.6　设置和求解　318

6.2.7　总结　328

6.2.8　参考文献　328

6.2.9　练习与讨论　329

6.3　算例三：外掠平板的流场与换热　329

6.3.1　介绍　329

6.3.2　方法和设置　329

6.3.3　前期要求　329

6.3.4　问题描述　329

6.3.5　准备　330

6.3.6　设置与求解　330

6.3.7　总结　339

6.3.8　参考文献　339

6.3.9　练习与讨论　340

6.4　算例四：进气歧管的流动模拟　340

6.4.1　介绍　340

6.4.2　方法和设置　340

6.4.3　前期要求　340

6.4.4　问题描述　340

6.4.5　准备　341

6.4.6　设置和求解　341

6.4.7　总结　349

6.4.8　参考文献　349

6.4.9　练习与讨论　349

6.5　算例五：渐缩渐扩管的无粘与可压缩流动模拟　349

6.5.1　介绍　349

6.5.2　方法和设置　349

6.5.3　前期准备　350

6.5.4　问题描述　350

6.5.5　准备　350

6.5.6　设置和求解　350

6.5.7　总结　357

6.5.8　参考文献　358

6.5.9　练习与讨论　358

6.6　算例六：模拟水箱的水波运动　358

6.6.1　介绍　358

6.6.2　方法和设置　358

6.6.3　前期要求　358

6.6.4　问题描述　358

6.6.5　准备　359

6.6.6　设置和求解　359

6.6.7　总结　367

6.6.8　练习与讨论　367

6.7　算例七：水平膜状沸腾　367

6.7.1　介绍　367

6.7.2　前期要求　367

6.7.3　问题描述　368

6.7.4　设置和求解　368

6.7.5　分析　374

6.7.6　总结　374

6.8　算例八：机翼绕流可压缩流动的模拟　375

6.8.1　介绍　375

6.8.2　方法和设置　375

6.8.3　前期要求　375

6.8.4　问题描述　375

6.8.5　准备　376

6.8.6　设置和求解　376

6.8.7　总结　383

6.8.8　练习与讨论　383

6.9　算例九：利用欧拉模型解决搅拌器混合问题　384

6.9.1　介绍　384

6.9.2　方法和设置　384

6.9.3　问题描述　384

6.9.4　设置和求解　385

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　396

6.10.1　介绍　396

6.10.2　方法和设置　396

6.10.3　问题描述　396

6.10.4　设置和求解　396

6.11　算例十一：对固体燃料电池进行流体动力学模拟　404

6.11.1　介绍　404

6.11.2　方法和设置　405

6.11.3　问题描述　405

6.11.4　设置与求解　405

第7章　综合实战案例二　417

7.1　算例十二：使用喷尿素法并利用选择性非催化还原法进行nox模拟　417

7.1.1　介绍　417

7.1.2　方法和设置　417

7.1.3　前期要求　417

7.1.4　问题描述　417

7.1.5　准备　418

7.1.6　设置和求解　418

7.2　总结　423

7.3　算例十三：使用混合物模型模拟质量和热量交换　424

7.3.1　介绍　424

7.3.2　前期要求　424

7.3.3　问题描述　424

7.3.4　设置和求解　424

7.4　算例十四：使用用户自定义标量和用户自定义内存模拟电加热(欧姆加热)　430

7.4.1　介绍　430

7.4.2　方法和设置　431

7.4.3　前期要求　431

7.4.4　问题描述　431

7.4.5　准备　431

7.4.6　设置和求解　431

7.4.7　总结　441

7.4.8　练习与讨论　441

7.5　算例十五：顶盖驱动的腔体流动　441

7.5.1　介绍　441

7.5.2　方法和设置　441

7.5.3　前期要求　442

7.5.4　问题描述　442

7.5.5　准备　442

7.5.6　设置和求解　442

7.5.7　总结　449

7.5.8　参考文献　449

7.5.9　练习与讨论　450

7.6　算例十六：引擎流场模拟　450

7.6.1　介绍　450

7.6.2　方法和设置　450

7.6.3　前期要求　450

7.6.4　问题描述　450

7.6.5　准备　451

7.6.6　设置和求解　451
7.6.7　总结　468

7.6.8　练习和讨论　469

7.7　算例十七：使用ebu(eddy break up，涡破碎)模型模拟煤粉燃烧　469

7.7.1　介绍　469

7.7.2　技巧和设置　469

7.7.3　前期要求　469

7.7.4　问题描述　469

7.7.5　准备　470

7.7.6　设置和求解　470

7.7.7　结果　483

7.8　算例十八：多步焦炭反应模拟　483

7.8.1　介绍　483

7.8.2　技巧和设置　483

7.8.3　前期要求　483

7.8.4　问题描述　484

7.8.5　准备　484

7.8.6　设置和求解　484

7.8.7　结果　493

7.8.8　总结　493

7.9　算例十九：利用edc燃烧模型模拟扩散火焰　493

7.9.1　介绍　493

7.9.2　前期要求　494

7.9.3　问题描述　494

7.9.4　准备　494

7.9.5　设置和求解　494

7.9.6　总结　505

7.10　算例二十：扩散射流火焰的pdf输运方程模型模拟　505

7.10.1　介绍　505

7.10.2　技巧和设置　505

7.10.3　实验概况　506

7.10.4　前期要求　506

7.10.5　问题描述　506

7.10.6　准备　506

7.10.7　设置和求解　506

7.10.8　总结　514

7.11　算例二十一：模拟圆形通道的表面反应　514

7.11.1　介绍　514

7.11.2　准备　514

7.11.3　设置和求解　514

第8章　综合实战案例三　520

8.1　算例二十二：模拟二维流化床的均匀流化作用　520

8.1.1　介绍　520

8.1.2　前期要求　520

8.1.3　问题描述　520

8.1.4　设置和求解　521

8.2　算例二十三：液体燃料燃烧　525

8.2.1　介绍　525

8.2.2　技巧和设置　525

8.2.3　前期准备　525

8.2.4　问题描述　525

8.2.5　准备　526

8.2.6　设置和求解　526

8.2.7　总结　537

8.3　算例二十四：偏心环形管道的非牛顿流体流动模拟　537

8.3.1　介绍　537

8.3.2　技巧和设置　537

8.3.3　前期要求　538

8.3.4　问题描述　538

8.3.5　准备　538

8.3.6　设置和求解　538

8.3.7　总结　550

8.3.8　参考文献　550

8.3.9　练习与讨论　550

8.4　算例二十五：离心式鼓风机模拟　550

8.4.1　介绍　550

8.4.2　问题描述　551

8.4.3　准备　551

8.4.4　设置和求解　551

8.4.5　总结　559

8.5　算例二十六：圆柱绕流模拟　560

8.5.1　介绍　560

8.5.2　问题描述　560

8.5.3　准备　560

8.5.4　设置和求解　560

8.5.5　总结　569

8.5.6　参考文献　569