本書通過大量實(shí)例系統(tǒng)介紹了FLUENT建模和計(jì)算以及后處理的詳細(xì)過程，讀者可以在短時間內(nèi)系統(tǒng)掌握數(shù)值模擬的基礎(chǔ)知識，掌握FLUENT的高級應(yīng)用技術(shù)，學(xué)會采用FLUENT軟件進(jìn)行產(chǎn)品的開發(fā)。本書實(shí)例來自于科研和生產(chǎn)一線，對于解決實(shí)際工程和科研問題會有很大的幫助。為了方便讀者學(xué)習(xí)，本書還配套有模型文件，以提高學(xué)習(xí)效率。

本書既是利用FLUENT軟件進(jìn)行高級應(yīng)用計(jì)算的工程技術(shù)相關(guān)計(jì)算指導(dǎo)書，又可作為高等院校相關(guān)專業(yè)本科生和碩士生的教學(xué)參考書。

工業(yè)發(fā)展是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要推動力，但也是污染物排放的主要來源，隨著節(jié)能減排和低碳經(jīng)濟(jì)壓力的不斷提高，高耗能高污染企業(yè)研發(fā)重點(diǎn)轉(zhuǎn)向大量設(shè)備的開發(fā)。為早日實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)，本書從幾個典型行業(yè)選取過程設(shè)備和機(jī)械進(jìn)行分析計(jì)算，為產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計(jì)者提供一個可供參考的例子。

任何流體運(yùn)動的規(guī)律均是以質(zhì)量守恒定律、動量守恒定律、能量守恒定律和組分守恒定律為基礎(chǔ)的。這些基本定律可由數(shù)學(xué)方程組來描述。采用數(shù)值計(jì)算方法，通過計(jì)算機(jī)求解這些控制流體流動的數(shù)學(xué)方程組，進(jìn)而研究流體的運(yùn)動規(guī)律，這就是計(jì)算流體動力學(xué)（CFD）。計(jì)算流體動力學(xué)是建立在經(jīng)典流體動力學(xué)與數(shù)值計(jì)算方法基礎(chǔ)上的一門新學(xué)科，通過計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算和圖像顯示方法，在時間和空間上定量描述流場的數(shù)值解，從而達(dá)到對物理問題進(jìn)行研究的目的。

目前，比較著名的有FLUENT、CFX、STAR-CD和PHOENICS等，而FLUENT是國際上比較流行的商用CFD軟件包，市場占有率高、計(jì)算準(zhǔn)確、界面友好、使用簡單、應(yīng)用領(lǐng)域廣、物理模型多。

正是因?yàn)镕LUENT在流體工程模擬計(jì)算中的重要作用，高校和企業(yè)科技人員對學(xué)習(xí)FLUENT的熱情很高，但往往很難應(yīng)用到產(chǎn)品開發(fā)過程中，本書從FLUENT基礎(chǔ)、工程應(yīng)用到提高系統(tǒng)介紹FLUENT相關(guān)知識以及典型行業(yè)的實(shí)例。

本書內(nèi)容共分三篇，15章，本書通過大量實(shí)例系統(tǒng)介紹了FLUENT建模和計(jì)算以及后處理的詳細(xì)過程，可以讓讀者在短時間內(nèi)系統(tǒng)掌握數(shù)值模擬的基礎(chǔ)知識，掌握FLUENT的高級應(yīng)用技術(shù)，學(xué)會采用FLUENT軟件進(jìn)行產(chǎn)品的開發(fā)。本書第一篇為基礎(chǔ)篇，包括1～4章，主要講解流體計(jì)算基礎(chǔ)、網(wǎng)格劃分基礎(chǔ)以及Gambit工具的應(yīng)用、結(jié)合計(jì)算流體和傳熱學(xué)中的經(jīng)典算例熟悉FLUENT分析問題的過程和方法；第二篇為工程應(yīng)用篇，包括5～9章，系統(tǒng)講解了FLUENT在各種工程背景下的應(yīng)用，內(nèi)容涵蓋流體機(jī)械領(lǐng)域、化工設(shè)備領(lǐng)域、換熱和制冷領(lǐng)域、熱力設(shè)備領(lǐng)域和汽車工程領(lǐng)域，其中通過豐富而細(xì)致的應(yīng)用實(shí)例來講解如何應(yīng)用FLUENT解決應(yīng)用中出現(xiàn)的問題；第三篇為提高與專題篇，包括10～15章，講解了UDF、UDS、并行計(jì)算的專題，針對于工程實(shí)際的需求，還特別講解了與FLUENT配合使用的數(shù)據(jù)后處理工具的應(yīng)用技巧，最后對多相流和動網(wǎng)格模型進(jìn)行了講解。

本書在寫作過程中注重層次遞進(jìn)，深入淺出地講解FLUENT流體分析方面的技術(shù)，并通過大量豐富且有深度的應(yīng)用案例來講解FLUENT的應(yīng)用，實(shí)例均來自于科研和生產(chǎn)一線，對于解決實(shí)際工程和科研問題會有很大的幫助。此外，為了方便讀者的學(xué)習(xí)，本書還配套有模型文件，以提高讀者的學(xué)習(xí)效率。

本書第一篇由周俊杰教授編寫；第二篇、7.4節(jié)和7.5節(jié)由西安交通大學(xué)的張華俊教授編寫，第9章由通用泛亞技術(shù)中心的徐國權(quán)工程師編寫，剩余章節(jié)由周俊杰教授編寫；第三篇共6章，第10章和14.3節(jié)由通用泛亞技術(shù)中心的徐國權(quán)工程師編寫，其余章節(jié)由周俊杰編寫，全書由周俊杰教授統(tǒng)稿。

本書在編寫過程中研究生劉博完成大量算例和插圖，并參與編寫部分章節(jié)初稿，博士生劉兵參與第一章編寫，研究生耿艷輝完成風(fēng)機(jī)的算例，張鈺、趙書臣、喻舒婷、陶鈞、宋曉磊、李召召和鄧?yán)^容等參與文字和圖片的處理，參與具體工作的還包括：王斌、張強(qiáng)林、萬雷、張賽橋、王曉、陳軍、趙會春等，在此一并感謝。在本書的編寫過程中，得到院領(lǐng)導(dǎo)魏新利院長和王定標(biāo)副院長的大力支持，也得到同事曹海亮博士、李言欽博士、付衛(wèi)東博士等同事幫助，在此感謝。本書部分材料參考流體中文網(wǎng)和清潔能源網(wǎng)等論壇，感謝同行的交流。

本書在編寫過程中，得到了編輯的熱心指導(dǎo)和大力協(xié)助，編寫共花費(fèi)一年半的時間，在此期間也獲得了合作者的理解與支持，也正是你們的寬容和諒解，使得本書能夠順利出版。由于編者水平有限，書中難免有不當(dāng)之處，還請廣大讀者批評指正。

編 者

2010年元月

前言
第1章 概述 1
1.1 序言 1
1.2 基本思想 2
1.3 主要應(yīng)用領(lǐng)域 3
1.4 常用流體分析軟件比較 4
1.5 本章小結(jié) 6
第2章 FLUENT基礎(chǔ) 7
2.1 概述 7
2.2 流體流動基本特性 8
2.2.1 基本的物理概念 9
2.2.2 流動狀態(tài) 9
2.2.3 湍流模型 9
2.2.4 多相流模型 13
2.3 控制方程 14
2.3.1 連續(xù)性方程 14
2.3.2 N-S方程 14
2.3.3 能量守恒方程 15
2.3.4 其他方程 16
2.3.5 通用控制方程 16
2.4 數(shù)值求解方法 17
2.4.1 概述 17
2.4.2 有限差分法 17
2.4.3 有限元法 19
2.4.4 有限容積法 20
2.4.5 譜方法 20
2.4.6 邊界元法 22
2.5 離散格式 25
2.5.1 概述 25
2.5.2 一階差分格式 25
2.5.3 高階差分格式 25
2.6 邊界條件 27
2.6.1 概述 27
2.6.2 邊界條件 27
2.6.3 初始條件 34
2.6.4 UDF與邊界條件 34
2.7 軟件基本結(jié)構(gòu) 35
2.7.1 概述 35
2.7.2 前處理 35
2.7.3 求解器 35
2.7.4 后處理 35
2.8 求解過程 36
2.8.1 建立控制方程 37
2.8.2 確定邊界條件與初始條件 37
2.8.3 劃分計(jì)算網(wǎng)格 37
2.8.4 建立離散化方程 37
2.8.5 離散初始條件和邊界條件 37
2.8.6 給定求解控制參數(shù) 38
2.8.7 求解離散方程 38
2.8.8 判斷解的收斂性 38
2.8.9 輸出結(jié)果 38
2.9 本章小結(jié) 38
第3章 網(wǎng)格生成技術(shù) 39
3.1 概述 39
3.2 結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格 40
3.2.1 單塊結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成技術(shù) 40
3.2.2 分區(qū)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成方法 41
3.3 非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格 42
3.4 Gambit的使用 44
3.4.1 Gambit的用戶界面 45
3.4.2 繪制幾何圖形 46
3.4.3 繪制網(wǎng)格 47
3.4.4 Gambit幾何圖形繪制實(shí)例 49
3.4.5 FLUENT的安裝與運(yùn)行 67
3.4.6 FLUENT的用戶界面 68
3.4.7 數(shù)值模擬步驟簡介 71
3.5 本章小結(jié) 72
第4章 FLUENT基本算例 73
4.1 概述 73
4.2 頂蓋驅(qū)動流 73
4.2.1 物理模型 73
4.2.2 在Gambit中建立模型 74
4.2.3 求解計(jì)算 75
4.2.4 計(jì)算結(jié)果 78
4.3 后臺階流動 80
4.3.1 物理模型 81
4.3.2 在Gambit中建立模型 81
4.3.3 求解計(jì)算 83
4.3.4 計(jì)算結(jié)果 85
4.4 圓柱繞流 86
4.4.1 基本理論與物理模型 86
4.4.2 在Gambit中建立模型 87
4.4.3 求解計(jì)算 89
4.4.4 計(jì)算結(jié)果 92
4.5 圓管流動 95
4.5.1 物理模型 95
4.5.2 在Gambit中建立模型 95
4.5.3 求解計(jì)算 97
4.5.4 計(jì)算結(jié)果 99
4.6 彎通道流動 101
4.6.1 物理模型 101
4.6.2 在Gambit中建立模型 101
4.6.3 求解計(jì)算 103
4.6.4 計(jì)算結(jié)果 106
4.7 方腔自然對流 107
4.7.1 物理模型 107
4.7.2 在Gambit中建立模型 107
4.7.3 求解計(jì)算 108
4.7.4 計(jì)算結(jié)果 112
4.8 本章小結(jié) 114
第5章 FLUENT在流體機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用 115
5.1 概述 115
5.2 泵分析實(shí)例 115
5.2.1 概述 116
5.2.2 數(shù)學(xué)物理建模 117
5.2.3 邊界條件 121
5.2.4 求解計(jì)算 121
5.2.5 結(jié)果分析與討論 128
5.3 風(fēng)機(jī)分析實(shí)例 134
5.3.1 概述 134
5.3.2 數(shù)學(xué)物理建模 138
5.3.3 邊界條件 146
5.3.4 求解計(jì)算 146
5.3.5 結(jié)果分析與討論 154
5.4 本章小結(jié) 158
第6章 FLUENT在化工設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用 159
6.1 攪拌設(shè)備 159
6.1.1 概述 159
6.1.2 數(shù)學(xué)物理建模 162
6.1.3 邊界條件 166
6.1.4 求解計(jì)算 166
6.1.5 結(jié)果分析與討論 169
6.2 混合設(shè)備 174
6.2.1 概述 175
6.2.2 數(shù)學(xué)物理建模 176
6.2.3 邊界條件 182
6.2.4 求解計(jì)算 182
6.3 本章小結(jié) 192
第7章 FLUENT在換熱及制冷領(lǐng)域的應(yīng)用 193
7.1 概述 193
7.2 管殼式換熱器 194
7.2.1 概述 194
7.2.2 數(shù)學(xué)物理建模 196
7.2.3 邊界條件 205
7.2.4 求解計(jì)算 205
7.2.5 結(jié)果分析與討論 215
7.3 管翅式換熱器 222
7.3.1 概述 222
7.3.2 數(shù)學(xué)物理建模 222
7.3.3 邊界條件 232
7.3.4 求解計(jì)算 232
7.3.5 結(jié)果分析與討論 237
7.4 空氣對流換熱的場協(xié)同原理分析 244
7.4.1 場協(xié)同基本思想介紹 244
7.4.2 場協(xié)同評價指標(biāo)的分析和探討 244
7.4.3 帶芯棒圓管換熱的場協(xié)同原理分析 246
7.5 制冷劑管內(nèi)換熱的場協(xié)同原理分析 251
7.5.1 制冷劑蒸氣光管內(nèi)換熱的場協(xié)同
分析 251
7.5.2 內(nèi)橫槽管制冷劑蒸氣換熱的場協(xié)同
分析 258
7.5.3 光管內(nèi)液體制冷劑換熱的場協(xié)同
分析 264
7.5.4 液體制冷劑內(nèi)橫槽管換熱的場協(xié)同
分析 267
7.6 減阻節(jié)能 274
7.7 本章小結(jié) 275
第8章 FLUENT在熱力設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用 276
8.1 概述 276
8.2 鍋爐 276
8.2.1 概述 277
8.2.2 數(shù)學(xué)物理建模 277
8.2.3 邊界條件 283
8.2.4 求解計(jì)算 284
8.2.5 結(jié)果分析與討論 286
8.3 燃燒器 288
8.3.1 概述 289
8.3.2 數(shù)學(xué)物理建模 291
8.3.3 邊界條件 297
8.3.4 求解計(jì)算 298
8.3.5 結(jié)果分析和討論 305
8.4 本章小結(jié) 312
第9章 FLUENT在汽車工程領(lǐng)域的應(yīng)用 313
9.1 概述 313
9.1.1 夏季空調(diào)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) 313
9.1.2 冬季空調(diào)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) 314
9.1.3 湍流流動及其數(shù)值模擬概述 314
9.1.4 室內(nèi)氣流分布的性能評價 315
9.1.5 離散傳播輻射模型（DTRM） 316
9.2 轎車整車室內(nèi)夏季空調(diào)環(huán)境的模擬 318
9.2.1 概述 318
9.2.2 數(shù)學(xué)物理模型 318
9.2.3 邊界條件的設(shè)置 320
9.2.4 求解計(jì)算 324
9.2.5 結(jié)果分析與討論 334
9.3 轎車整車室內(nèi)冬季空調(diào)環(huán)境模擬 339
9.3.1 概述 340
9.3.2 數(shù)學(xué)物理建模 340
9.3.3 邊界條件的設(shè)置 341
9.3.4 求解計(jì)算 343
9.3.5 結(jié)果分析與討論 346
9.4 加入有人模型下的探討 355
9.4.1 概述 355
9.4.2 數(shù)學(xué)物理模型 356
9.4.3 邊界條件設(shè)置 357
9.4.4 邊界條件設(shè)置 357
9.4.5 結(jié)果分析與討論 359
9.5 本章小結(jié) 365
第10章 UDF 366
10.1 UDF綜述 366
10.1.1 基本概念 366
10.1.2 編寫環(huán)境 367
10.1.3 多相流應(yīng)用寫UDFs 369
10.1.4 編譯UDF到FLUENT中 370
10.2 UDF的宏基礎(chǔ) 371
10.2.1 常用的宏工具 373
10.2.2 有關(guān)宏的訪問工具 374
10.3 綜合應(yīng)用實(shí)例 377
10.3.1 試驗(yàn)環(huán)境與測試條件 377
10.3.2 試驗(yàn)項(xiàng)目以及測試方法 377
10.3.3 試驗(yàn)結(jié)果 378
10.3.4 UDF設(shè)置 379
10.3.5 算例相關(guān)設(shè)置 381
10.4 本章小結(jié) 393
第11章 UDS的應(yīng)用 394
11.1 概述 394
11.1.1 自定義標(biāo)量UDS的定義 394
11.1.2 對流項(xiàng)的設(shè)置 395
11.1.3 時間項(xiàng)的設(shè)置 395
11.1.4 擴(kuò)散系數(shù)的設(shè)置 395
11.1.5 源項(xiàng)S的設(shè)置 396
11.2 綜合實(shí)例 397
11.3 本章小結(jié) 402
第12章 并行計(jì)算 403
12.1 概述 403
12.2 環(huán)境設(shè)置 405
12.3 綜合應(yīng)用實(shí)例 405
12.3.1 配置計(jì)算節(jié)點(diǎn) 406
12.3.2 檢測網(wǎng)絡(luò)連通性 406
12.3.3 網(wǎng)格的分割 407
12.3.4 讀入case文件 408
12.3.5 檢查網(wǎng)格分割 409
12.3.6 負(fù)載分布的檢查 409
12.3.7 進(jìn)行其他設(shè)置并計(jì)算 410
12.4 本章小結(jié) 410
第13章 常用數(shù)據(jù)后處理工具 411
13.1 Tecplot 411
13.1.1 概述 411
13.1.2 使用技巧 412
13.1.3 綜合應(yīng)用實(shí)例 421
13.2 Origin 425
13.2.1 概述 425
13.2.2 使用技巧 425
13.2.3 綜合實(shí)例 430
13.3 Digitizer 447
13.3.1 概述 447
13.3.2 使用技巧 447
13.3.3 綜合應(yīng)用實(shí)例 448
13.4 本章小結(jié) 452
第14章 多相流模型 453
14.1 概述 453
14.2 VOF模型在射流紡織工程中的應(yīng)用 454
14.2.1 概述 454
14.2.2 物理模型和網(wǎng)格劃分 456
14.2.3 求解計(jì)算 456
14.2.4 計(jì)算結(jié)果 462
14.3 Mixture 模型 464
14.3.1 主要方法 464
14.3.2 理論方程 464
14.3.3 mixture模型相變流動中的簡單
應(yīng)用 466
14.4 本章小結(jié) 473
第15章 動網(wǎng)格模型 474
15.1 概述 474
15.2 方法簡介 474
15.2.1 彈簧光滑模型 474
15.2.2 動態(tài)層模型 475
15.2.3 局部網(wǎng)格重劃法 476
15.3 動網(wǎng)格模型在內(nèi)燃機(jī)汽缸中的應(yīng)用 477
15.3.1 問題描述 477
15.3.2 利用FLUENT 3D求解器進(jìn)行計(jì)算 477
15.3.3 結(jié)果分析 485
15.4 本章小結(jié) 488
附錄 489
參考文獻(xiàn) 494

1. 軟件設(shè)計(jì)師考前沖刺100題 [施游 王曉笛 鄒月平 編著]
2. ANSYS SpaceClaim直接建模指南與CAE前處理應(yīng)用解析 [王偉達(dá) 黃志新 李苗倩 編著]
3. 系統(tǒng)集成項(xiàng)目管理工程師考前沖刺100題 [劉毅 鄧子云 編著]
4. 網(wǎng)絡(luò)工程師的5天修煉 [朱小平 編著]
5. Ansoft HFSS磁場分析與應(yīng)用實(shí)例 [曹善勇 編著]
6. Ansoft 12在工程電磁場中的應(yīng)用 [趙博 張洪亮 等編著]