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第一章 流体力学基础与FLUENT简介1

第一节 概论1

一、流体的密度、重度和比重1

二、流体的黏性——牛顿流体与非牛顿流体2

三、流体的压缩性——可压缩与不可压缩流体3

四、液体的表面张力4

第二节 流体力学中的力与压强4

一、质量力与表面力4

二、绝对压强、相对压强与真空度4

三、液体的汽化压强5

四、静压、动压和总压5

第三节 能量损失与总流的能量方程6

一、沿程损失与局部损失6

二、总流的伯努里方程7

三、入口段与充分发展段7

第四节 流体运动的描述8

一、定常流动与非定常流动8

二、流线与迹线8

三、流量与净通量8

四、有旋流动与有势流动8

五、层流与湍流9

第五节 亚音速与超音速流动10

一、音速与流速10

二、马赫数与马赫锥10

三、速度系数与临界参数11

四、可压缩流动的伯努里方程11

五、等熵滞止关系式11

第六节 正激波与斜激波12

一、正激波12

二、斜激波13

第七节 流体多维流动基本控制方程14

一、物质导数14

二、连续性方程14

三、N-S方程15

第八节 边界层与物体阻力16

一、边界层及基本特征16

二、层流边界层微分方程16

三、边界层动量积分关系式17

四、物体阻力18

第九节 湍流模型18

第十节 FLUENT简介19

一、程序的结构19

二、FLUENT程序可以求解的问题20

三、用FLUENT程序求解问题的步骤21

四、关于FLUENT求解器的说明21

五、FLUENT求解方法的选择21

六、边界条件的确定22

第二章 二维流动与传热的数值计算27

第一节 冷、热水混合器内部二维流动27

一、前处理——利用GAMBIT建立计算模型28

第1步 确定求解器28

第2步 创建坐标网格图29

第3步 由节点创建直线31

第4步 创建圆弧边32

第5步 创建小管嘴33

第6步 由线组成面34

第7步 确定边界线的内部节点分布并创建结构化网格35

第8步 设置边界类型38

第9步 输出网格并保存会话40

二、利用FLUENT进行混合器内流动与热交换的仿真计算41

第1步 与网格相关的操作41

第2步 建立求解模型44

第3步 设置流体的物理属性46

第4步 设置边界条件46

第5步 求解49

第6步 显示计算结果53

第7步 使用二阶离散化方法重新计算59

第8步 自适应性网格修改功能61

小结65

课后练习65

第二节 喷管内二维非定常流动65

一、利用GAMBIT建立计算模型66

第1步 确定求解器66

第2步 创建坐标网格图和边界线的节点66

第3步 由节点创建直线68

第4步 利用圆角功能对Ⅰ点处的角倒成圆弧68

第5步 由边线创建面69

第6步 定义边线上的节点分布70

第7步 创建结构化网格71

第8步 设置边界类型72

第9步 输出网格并保存会话73

二、利用FLUENT进行喷管内流动的仿真计算74

第1步 与网格相关的操作74

第2步 确定长度单位76

第3步 建立求解模型77

第4步 设置流体属性78

第5步 设置工作压强为0atm79

第6步 设置边界条件79

第7步 求解定常流动81

第8步 非定常边界条件设置以及非定常流动的计算87

第9步 求解非定常流89

第10步 对非定常流动计算数据的保存与后处理92

小结97

课后练习98

第三节 三角翼的可压缩外部绕流98

一、利用GAMBIT建立计算模型98

第1步 启动Gambit，并选择求解器为FLUENT5/698

第2步 创建节点98

第3步 由节点连成线99

第4步 由边线创建面100

第5步 创建网格100

第6步 设置边界类型102

第7步 输出网格文件103

二、利用FLUENT进行仿真计算104

第1步 启动FLUENT 2D求解器并读入网格文件104

第2步 网格检查与确定长度单位104

第3步 建立计算模型105

第4步 设置流体材料属性107

第5步 设置工作压强108

第6步 设置边界条件108

第7步 利用求解器进行求解109

第8步 计算结果的后处理117

小结121

课后练习122

第四节 三角翼不可压缩的外部绕流（空化模型应用）122

第1步 启动FLUENT 2D求解器并读入网格文件122

第2步 网格检查与确定长度单位122

第3步 设置求解器124

第4步 设置流体材料及其物理性质126

第5步 设置流体的流相126

第6步 设置边界条件128

第7步 求解130

第8步 对计算结果的后处理135

小结137

课后练习137

第五节 VOF模型的应用137

一、利用GAMBIT建立计算模型138

第1步 启动GAMBIT并选择FLUENT5/6求解器138

第2步 建立坐标网格并创建节点138

第3步 由节点连成直线段139

第4步 创建圆弧140

第5步 创建线段的交点G140

第6步 将两条线在G点处分别断开141

第7步 删除DG直线和FG弧线141

第8步 由边创建面143

第9步 定义边线上的节点分布143

第10步 在面上创建结构化网格144

第11步 设置边界类型145

第12步 输出网格文件并保存会话146

二、利用FLUENT 2D求解器进行求解147

第1步 读入、显示网格并设置长度单位147

第2步 设置求解器147

第3步 设置流体材料及属性149

第4步 设置基本相和第二相150

第5步 运算环境设置151

第6步 设置边界条件151

第7步 求解153

第8步 计算结果的后处理165

小结171

第六节 组分传输与气体燃烧171

一、利用GAMBIT建立计算模型172

第1步 打开GAMBIT172

第2步 对空气进口边界进行分网172

第3步 设置边界条件172

第4步 输出2D网格173

二、利用FLUENT-2D求解器进行模拟计算173

第1步 与网格相关的操作174

第2步 设置求解模型174

第3步 流体材料设置176

第4步 边界条件设置178

第5步 使用常比热容的初始化并求解181

第6步 采用变比热容的解法184

第7步 后处理186

第8步 NOx预测192

小结199

第三章 三维流动与传热的数值计算201

第一节 冷、热水混合器内的三维流动与换热201

一、利用GAMBIT建立混合器计算模型202

第1步 启动GAMBIT并选定求解器（FLUENT5/6）202

第2步 创建混合器主体202

第3步 设置混合器的切向入流管203

第4步 去掉小圆柱体与大圆柱体相交的多余部分，并将三个圆柱体联结成一个整体205

第5步 创建主体下部的圆锥205

第6步 创建出流小管206

第7步 将混合器上部、渐缩部分和下部出流小管组合为一个整体207

第8步 对混合器内区域划分网格207

第9步 检查网格划分情况209

第10步 设置边界类型210

第11步 输出网格文件（.msh）210

二、利用FLUENT 3D求解器进行求解210

第1步 检查网格并定义长度单位210

第2步 创建计算模型211

第3步 设置流体的材料属性212

第4步 设置边界条件214

第5步 求解初始化216

第6步 设置监视器216

第7步 保存Case文件217

第8步 求解计算217

第9步 保存计算结果218

三、计算结果的后处理218

第1步 读入Case和Data文件218

第2步 显示网格218

第3步 创建等（坐标）值面218

第4步 绘制温度与压强分布图219

第5步 绘制速度矢量图221

第6步 绘制流体质点的迹线222

第7步 绘制XY曲线224

小结228

课后练习228

第二节 粘性流体通过圆管弯头段的三维流动228

一、前处理——利用GAMBIT建立计算模型229

第1步 确定求解器229

第2步 创建圆环229

第3步 创建立方体229

第4步 移动立方体230

第5步 分割圆环230

第6步 删除3/4圆环231

第7步 建立弯管直段231

第8步 移动弯管直段232

第9步 整合弯管和直段232

第10步 边界层的设定232

第11步 划分面网格233

第12步 划分体网格234

第13步 定义边界类型235

第14步 输出网格文件235

二、利用FLUENT 3D求解器进行模拟计算236

第1步 启动FLUENT，进入3D模式236

第2步 读入网格数据237

第3步 网格检查237

第4步 显示网格237

第5步 建立求解模型238

第6步 设置标准κ-ε湍流模型238

第7步 设置流体的物理属性239

第8步 设置边界条件240

第9步 求解控制242

第10步 求解243

第11步 显示初步计算结果245

第12步 流线显示248

小结249

第三节 三维稳态热传导问题249

一、利用GAMBIT进行网格划分250

第1步 导入几何模型250

第2步 选取求解器251

第3步 网格划分251

第4步 边界条件设置252

第5步 网格检查253

第6步 输出网格255

二、利用FLUENT-3D求解器进行数值模拟计算255

第1步 在FLUENT中读入网格文件255

第2步 选取求解器256

第3步 材料设置257

第4步 边界条件258

第5步 求解控制261

第6步 后处理263

小结264

第四节 动网格问题264

一、利用FLUENT-3D进行计算265

第1步 与网格有关的操作265

第2步 模型设置267

第3步 材料设置268

第4步 边界条件设置268

第5步 网格运动设置268

第6步 求解273

二、利用FLUENT-3D进行后处理279

第1步 检查最后一个时间步（BDC）的解279

第2步 检查上死点的解279

第3步 回放温度等高线动画281

第4步 显示上死点时缸内的流动矢量切面281

小结285

第五节 叶轮机械的Mixing Plane模型285

一、利用FLUENT-3D求解器进行计算286

第1步 网格286

第2步 单位设置287

第3步 计算模型设置288

第4步 混合面（Mixing Plane）设置289

第5步 流体材料设置290

第6步 边界条件设置291

第7步 求解296

二、利用FLUENT-3D进行后处理302

第1步 生成后处理的一个等值面302

第2步 显示速度矢量302

第3步 平面x＝0上绘全压的周向平均量304

第4步 显示全压的等高线图305

小结306

附录307

参考文献308