圖書簡介
本書以有限體積分析法（又稱為控制容積法）為基礎，結合作者多年的使用和開發經驗，通過豐富的工程實例詳細介紹ANSYS FLUENT 16.0在各個專業領域的套用。 全書分為基礎和實例兩個部分，共16章。基礎部分詳細介紹了流體力學的相關理論基礎知識和ANSYS FLUENT 16.0軟體，包括FLUENT軟體、前處理、後處理、常用的邊界條件等內容；實例部分包括導熱問題、流體流動與傳熱、自然對流與輻射換熱、凝固和融化過程、多相流模型、離散相、組分傳輸與氣體燃燒、動格線問題、多孔介質內部流動與換熱、UDF基礎套用和燃料電池問題等的數值模擬。本書每個實例都有詳細的說明和操作步驟，讀者只需按書中的方法和步驟進行軟體操作，即可完成一個具體問題的數值模擬和分析，進而逐步學會ANSYS FLUENT 16.0軟體的使用。
目錄
第1章 流體力學與計算流體力學基礎 1
1.1 流體力學基礎 1
1.1.1 流體力學概述 1
1.1.2 連續介質模型 3
1.1.3 流體的基本概念及性質 3
1.1.4 流體流動分類 11
1.1.5 流體流動描述的方法 14
1.1.6 流體力學基本方程組 15
1.1.7 湍流模型 29
1.2 計算流體力學（CFD）基礎 37
1.2.1 CFD概述 37
1.2.2 CFD求解力學問題的過程 38
1.2.3 CFD數值模擬方法和分類 40
1.2.4 有限體積法計算區域的離散 42
1.2.5 有限體積法控制方程的離散 42
1.2.6 CFD常用算法 50
1.2.7 計算域格線生成技術 61
1.3 CFD軟體的構成 62
1.3.1 前處理器 63
1.3.2 求解器 63
1.3.3 後處理器 63
1.4 常用的商業CFD軟體 64
1.4.1 Phoenics軟體 64
1.4.2 STAR-CD軟體 64
1.4.3 ANSYS CFX軟體 65
1.4.4 ANSYS FLUENT軟體 66
1.5 本章小結 66
第2章 FLUENT軟體介紹 67
2.1 FLUENT軟體特點簡介 67
2.1.1 格線技術 68
2.1.2 數值技術 69
2.1.3 物理模型 70
2.1.4 FLUENT的獨有特點 71
2.1.5 FLUENT系列軟體簡介 72
2.2 FLUENT 16.0的新特性 73
2.2.1 新的操作界面 73
2.2.2 功能上的改進 73
2.3 FLUENT 16.0的功能模組 74
2.4 FLUENT與ANSYS Workbench 75
2.4.1 ANSYS Workbench簡介 75
2.4.2 ANSYS Workbench的操作界面 76
2.4.3 在ANSYS Workbench中打開FLUENT 77
2.5 FLUENT 16.0的基本操作 78
2.5.1 啟動FLUENT主程式 78
2.5.2 FLUENT主界面 79
2.5.3 FLUENT讀入格線 79
2.5.4 檢查格線 80
2.5.5 選擇基本物理模型 80
2.5.6 設定材料屬性 81
2.5.7 相的定義 81
2.5.8 設定計算區域條件 82
2.5.9 設定邊界條件 82
2.5.10 設定動格線 83
2.5.11 設定參考值 83
2.5.12 設定算法及離散格式 83
2.5.13 設定求解參數 84
2.5.14 設定監視視窗 84
2.5.15 初始化流場 84
2.5.16 與運行計算相關的設定 85
2.5.17 保存結果 86
2.6 FLUENT的一個簡單實例 86
2.7 本章小結 93
第3章 前處理方法 94
3.1 常用前處理軟體 94
3.1.1 Gambit 94
3.1.2 ANSYS ICEM CFD 95
3.1.3 TGrid 95
3.1.4 GridPro 96
3.1.5 Gridgen簡介 96
3.2 Gambit的套用 97
3.2.1 Gambit的基本功能 97
3.2.2 Gambit的基本用法 99
3.2.3 Gambit生成格線檔案的操作步驟 107
3.2.4 Gambit套用實例 108
3.3 ANSYS ICEM CFD 16.0的套用 113
3.3.1 ANSYS ICEM CFD的基本功能 113
3.3.2 ANSYS ICEM CFD 16.0的操作界面 116
3.3.3 ANSYS ICEM CFD 16.0的檔案系統 117
3.3.4 ANSYS ICEM CFD 16.0的操作步驟 117
3.3.5 ANSYS ICEM CFD 16.0套用實例 119
3.4 本章小結 127
第4章 後處理方法 128
4.1 FLUENT內置後處理方法 128
4.1.1 創建面 129
4.1.2 顯示及著色處理 129
4.1.3 曲線繪製功能 135
4.1.4 通量報告和積分計算 136
4.2 Workbench CFD-Post通用後處理器 138
4.2.1 啟動CFD-Post 139
4.2.2 創建位置 140
4.2.3 顏色、渲染和視圖 142
4.2.4 矢量圖、雲圖及流線圖的繪製 142
4.2.5 其他圖形功能 144
4.2.6 變數列表與表達式列表 145
4.2.7 創建表格和圖表 147
4.2.8 製作報告 149
4.2.9 動畫製作 151
4.2.10 其他工具 151
4.2.11 多檔案模式 152
4.3 Tecplot的用法 153
4.3.1 概述 153
4.3.2 Tecplot基本功能介紹 154
4.3.3 Tecplot用法簡介 160
4.3.4 Tecplot讀取FLUENT檔案的方法 172
4.4 本章小結 173
第5章 FLUENT中常用的邊界條件 174
5.1 FLUENT中邊界條件的分類 174
5.2 邊界條件設定及操作方法 174
5.2.1 邊界條件的設定 175
5.2.2 邊界條件的修改 175
5.2.3 邊界條件的複製 175
5.2.4 邊界的重命名 176
5.3 FLUENT中流動出入口邊界條件及參數確定 176
5.3.1 用輪廓指定湍流參量 177
5.3.2 湍流參量的估算 177
5.4 FLUENT中常用的邊界條件 179
5.4.1 壓力入口邊界條件 179
5.4.2 速度入口邊界條件 182
5.4.3 質量入口邊界條件 183
5.4.4 進風口邊界條件 185
5.4.5 進氣扇邊界條件 185
5.4.6 壓力出口邊界條件 186
5.4.7 壓力遠場邊界條件 187
5.4.8 出風口邊界條件 188
5.4.9 排氣扇邊界條件 189
5.4.10 壁面邊界條件 190
5.4.11 對稱邊界條件 195
5.4.12 周期性邊界條件 196
5.4.13 流體區域條件 197
5.4.14 固體區域條件 198
5.4.15 出流邊界條件 199
5.4.16 其他邊界條件 200
5.5 本章小結 200
第6章 導熱問題的數值模擬 201
6.1 導熱問題分析概述 201
6.2 有內熱源的導熱問題的數值模擬 202
6.2.1 案例簡介 202
6.2.2 FLUENT中求解計算 202
6.2.3 計算結果後處理 209
6.2.4 保存數據並退出 211
6.3 鋼球非穩態冷卻過程的數值模擬 211
6.3.1 案例簡介 211
6.3.2 FLUENT求解計算設定 212
6.3.3 求解計算 214
6.3.4 計算結果後處理及分析 219
6.4 本章小結 221
第7章 流體流動與傳熱的數值模擬 222
7.1 流體流動與傳熱概述 222
7.2 引射器內流場數值模擬 224
7.2.1 案例簡介 224
7.2.2 FLUENT求解計算設定 224
7.2.3 求解計算 228
7.2.4 計算結果後處理及分析 230
7.3 扇形教室空調通風的數值模擬 232
7.3.1 案例簡介 232
7.3.2 FLUENT求解計算設定 232
7.3.3 求解計算 237
7.3.4 計算結果後處理及分析 238
7.4 地埋管流固耦合換熱的數值模擬 240
7.4.1 案例簡介 240
7.4.2 FLUENT求解計算設定 240
7.4.3 流場求解計算 245
7.4.4 溫度場求解計算設定 246
7.4.5 溫度場求解計算 248
7.4.6 計算結果後處理及分析 249
7.5 圓柱繞流流場的數值模擬 251
7.5.1 案例簡介 251
7.5.2 FLUENT求解計算設定 251
7.5.3 求解計算 254
7.5.4 計算結果後處理及分析 256
7.6 二維離心泵葉輪內流場數值模擬 258
7.6.1 案例簡介 258
7.6.2 FLUENT求解計算設定 258
7.6.3 求解計算 262
7.6.4 計算結果後處理及分析 264
7.7 本章小結 267
第8章 自然對流與輻射換熱的數值模擬 268
8.1 自然對流與輻射換熱概述 268
8.2 相連方腔內自然對流換熱的數值模擬 270
8.2.1 案例簡介 270
8.2.2 FLUENT求解計算設定 270
8.2.3 求解計算 273
8.2.4 計算結果後處理及分析 275
8.3 煙道內煙氣對流輻射換熱的數值模擬 279
8.3.1 案例簡介 279
8.3.2 FLUENT求解計算設定 280
8.3.3 求解計算 287
8.3.4 計算結果後處理及分析 289
8.4 室內通風問題的計算實例 292
8.4.1 案例簡介 292
8.4.2 FLUENT求解計算設定 292
8.4.3 求解計算 303
8.4.4 計算結果後處理及分析 305
8.5 本章小結 308
第9章 凝固和融化過程的數值模擬 309
9.1 凝固和融化模型概述 309
9.2 冰融化過程的數值模擬 310
9.2.1 案例簡介 310
9.2.2 FLUENT求解計算設定 310
9.2.3 求解計算 314
9.2.4 計算結果後處理及分析 317
9.3 本章小結 318
第10章 多相流模型的數值模擬 319
10.1 多相流概述 319
10.2 孔口自由出流的數值模擬 321
10.2.1 案例簡介 321
10.2.2 FLUENT求解計算設定 322
10.2.3 求解計算 326
10.2.4 計算結果後處理及分析 330
10.3 水中氣泡上升過程的數值模擬 333
10.3.1 案例簡介 333
10.3.2 FLUENT求解計算設定 334
10.3.3 求解計算 338
10.3.4 計算結果後處理及分析 341
10.4 水流對沙灘沖刷過程的數值模擬 343
10.4.1 案例簡介 343
10.4.2 FLUENT求解計算設定 344
10.4.3 求解計算 349
10.4.4 計算結果後處理及分析 352
10.5 氣穴現象的數值模擬 354
10.5.1 案例簡介 354
10.5.2 FLUENT求解計算設定 354
10.5.3 求解計算 359
10.5.4 計算結果後處理及分析 361
10.6 液體燃料罐內部擋流板對振盪的影響模擬 362
10.6.1 實例描述 362
10.6.2 FLUENT求解計算設定 363
10.6.3 求解計算及後處理 367
10.7 本章小結 377
第11章 離散相的數值模擬 378
11.1 離散相模型概述 378
11.2 引射器離散相流場的數值模擬 379
11.2.1 案例簡介 379
11.2.2 FLUENT求解計算設定 379
11.2.3 求解計算 382
11.2.4 計算結果後處理及分析 383
11.3 噴淋過程的數值模擬 385
11.3.1 案例簡介 385
11.3.2 FLUENT求解計算設定 386
11.3.3 求解計算 390
11.3.4 計算結果後處理及分析 392
11.4 本章小結 394
第12章 組分傳輸與氣體燃燒的數值模擬 395
12.1 組分傳輸與氣體燃燒概述 395
12.2 室內甲醛污染物濃度的數值模擬 397
12.2.1 案例簡介 397
12.2.2 FLUENT求解計算設定 398
12.2.3 求解計算 402
12.2.4 計算結果後處理及分析 404
12.3 焦爐煤氣燃燒的數值模擬 405
12.3.1 案例簡介 405
12.3.2 FLUENT求解計算設定 406
12.3.3 求解計算 412
12.3.4 計算結果後處理及分析 414
12.4 預混氣體化學反應的模擬 416
12.4.1 案例簡介 416
12.4.2 FLUENT求解計算設定 416
12.4.3 求解計算及後處理 420
12.5 本章小結 426
第13章 動格線問題的數值模擬 427
13.1 動格線問題概述 427
13.2 兩車交會過程的數值模擬 428
13.2.1 案例簡介 428
13.2.2 FLUENT求解計算設定 429
13.2.3 求解計算 433
13.2.4 計算結果後處理及分析 437
13.3 運動物體強制對流換熱的數值模擬 438
13.3.1 案例簡介 438
13.3.2 FLUENT求解計算設定 439
13.3.3 求解計算 444
13.3.4 計算結果後處理及分析 447
13.4 雙葉輪旋轉流場的數值模擬 448
13.4.1 案例簡介 448
13.4.2 FLUENT求解計算設定 449
13.4.3 求解計算 453
13.4.4 計算結果後處理及分析 456
13.5 單級軸流渦輪機模型內部流場模擬 458
13.5.1 案例簡介 458
13.5.2 FLUENT求解計算設定 458
13.5.3 求解計算 466
13.5.4 計算結果後處理及分析 469
13.6 本章小結 472
第14章 多孔介質內流動與換熱的數值模擬 473
14.1 多孔介質模型概述 473
14.2 多孔燒結礦內部流動換熱的數值模擬 474
14.2.1 案例簡介 474
14.2.2 FLUENT求解計算設定 474
14.2.3 求解計算 477
14.2.4 計算結果後處理及分析 481
14.3 三維多孔介質內部流動的數值模擬 483
14.3.1 案例簡介 483
14.3.2 FLUENT求解計算設定 483
14.3.3 求解計算 487
14.3.4 計算結果後處理及分析 488
14.4 催化轉換器內部流動的數值模擬 490
14.4.1 案例簡介 490
14.4.2 FLUENT求解計算設定 491
14.4.3 求解計算 495
14.4.4 計算結果後處理及分析 497
14.5 本章小結 501
第15章 UDF基礎套用 502
15.1 UDF介紹 502
15.1.1 UDF的基本功能 502
15.1.2 UDF編寫基礎 503
15.1.3 UDF中的C語言基礎 504
15.2 利用UDF自定義物性參數 507
15.2.1 案例簡介 507
15.2.2 FLUENT求解計算設定 508
15.2.3 求解計算 512
15.2.4 計算結果後處理及分析 513
15.3 利用UDF求解多孔介質問題 514
15.3.1 案例簡介 514
15.3.2 FLUENT求解計算設定 514
15.3.3 求解計算 518
15.3.4 計算結果後處理及分析 518
15.4 水中落物的數值模擬 519
15.4.1 案例簡介 519
15.4.2 FLUENT求解計算設定 519
15.4.3 求解計算 527
15.5 本章小結 532
第16章 燃料電池問題模擬 533
16.1 單直通道逆流PEM燃料電池 533
16.1.1 案例簡介 533
16.1.2 GAMBIT建模 534
16.1.3 FLUENT求解計算設定 537
16.1.4 求解計算 540
16.1.5 計算結果後處理及分析 542
16.2 本章小結 545
附錄1 UDF宏簡列 546
附錄2 UDF宏具體解釋 547
附錄2.1 通用宏及其定義的函式 547
附錄2.2 離散相模型宏及其定義的函式 549
附錄2.3 多相模型的宏及其定義的函式 551
附錄3 UDF的部分常用函式 552
參考文獻 555
