ANSYSFluent流体分析完全自学教程（实战案例版）

《ANSYS Fluent 流体分析完全自学教程（实战案例版）》基于作者丰富的教学与工程经验，通过大量典型实例系统介绍了Fluent 软件的使用方法及其在流体工程中的应用，主要内容包括：流体力学基础和CFD 理论、几何模型前处理、网格划分、稳态与瞬态流场仿真、热流场分析、动网格技术、DPM 及多相流仿真、组分输运与燃烧仿真以及凝固、熔化及多孔介质仿真。本书从实际应用出发，介绍了详细的操作流程与参数设置方法，理论与实际相结合。为方便读者学习，随书配套案例源文件及重点案例的视频讲解。
本书可以作为高等院校机电、力学类相关专业本科生和研究生的教科书，也可作为工程技术人员和培训机构学习Fluent 软件的参考书。

《ANSYS Fluent流体分析完全自学教程（实战案例版）》在总结作者多年教学和工程经验的基础上，从使学习者快速入门并能够解决实际问题的角度出发，通过大量典型实例系统的介绍了Fluent软件的使用方法及其在流体工程中的应用。本书以Fluent软件的使用方法为中心，并补充了相关理论，目的是让读者从实际应用出发，循序渐进，逐渐掌握该软件的精髓，并能够有效的解决实际工作和科研中遇到的问题。全书案例丰富，有详细的操作流程与参数设置方法，理论与实际相结合，为方便读者学习，随书配套全部案例源文件及重点案例的视频讲解。本书可以作为高等院校机电、力学类相关专业本科生和研究生的教科书， 也可作为工程技术人员和培训机构学习Fluent软件的参考书。

ANSYS Fluent 软件是大型通用计算流体仿真分析软件，是世界范围内最主流的大型商用CFD 仿真分析软件，能进行流体流动、传热、多相流、化学反应、燃烧仿真，具有丰富的二次开发接口，功能强大，学习资源丰富，在石油化工、航空航天、机械制造、能源、船舶海洋、国防军工等领域有着广泛的应用。Fluent 功能强大，操作简单方便，有大量活跃用户，便于资源共享及经验交流。
笔者长期从事机械、电磁、流体及控制等领域的设计、研发及教学工作，有丰富的工程经验及教学经验。写作本书的目的是传播Fluent 软件工程实际应用知识。写作本书，笔者查阅了大量的资料，收获良多。
本书特色
目前市场上的Fluent 软件相关书籍大多偏重软件操作，较少结合工程实际，难以解决工程实际应用问题。本书基于全新的机电工程实际应用案例，以基础理论、分析思路、标准操作流程、结果判读等为主线，将多年工程分析教学经验与Fluent 软件完美结合，给出了工程分析的最佳仿真方案。本书提供全部模型文件，重点案例配有视频讲解，读者可访问化工社官网>服务>资源下载页面：http：//*** 搜索本书并获取配套资源的下载链接。
本书内容
本书共11章，各章内容介绍如下。
第1章介绍流体力学基础及CFD 软件，包括计算流体常用算法、CFD 行业软件现状。
第2章介绍几何建模功能，包括DesignModeler 几何建模概述、实用工具、DesignModeler参数化功能、SpaceClaim 几何建模概述、SpaceClaim 参数化建模、材料数据的传递、综合实例讲解。
第3章介绍网格划分基础，包括网格介绍、Fluent Meshing 流体网格划分工具、Mesh多物理场网格工具及综合实例讲解。
第4章介绍稳态流场仿真分析，包括Fluent 仿真一般流程、材料设置、单元区域设置与边界条件类型、内置后处理模块功能，并介绍了湍流相关理论、Fluent 中的湍流模型用法和选择原则及综合实例讲解。
第5章介绍求解器设置及结果后处理，包括求解器类型、参数含义及设置方法，专业结果后处理模块CFD-Post 的用法，及综合实例讲解。
第6章介绍热流场仿真，包括传热相关理论，热传导仿真、热对流仿真及热辐射仿真，综合实例讲解。
第7章介绍瞬态场仿真，包括瞬态仿真参数设置、瞬态仿真一般流场、常见问题处理方法。
第8章介绍动网格仿真，包括动参考系及MPM 方法，常用动网格类型及参数设置，综合实例讲解。
第9章介绍DPM 及多相流仿真，包括DPM 模型、VOF 模型、欧拉模型及混合模型，综合实例讲解。
第10章介绍组分输运与燃烧，包括燃烧理论、化学反应、污染物传播仿真、燃烧模型及实例讲解。
第11章介绍凝固、熔化及多孔介质仿真，包括凝固、熔化相变理论及仿真分析方法，多孔介质理论及分析方法，仿真实例讲解。
本书第2～10章由李大勇编著，第1、11章由周宝编著。全书由李大勇统稿。感谢家人、行业同仁及热心网友的支持。
由于时间仓促，书中难免存在不妥之处，请读者见谅，并提宝贵意见，共同促进本书下一版本的质量提升。

李大勇

第1章 流体力学基础与CFD 简介 001
1.1 流体力学的基本概念 001
1.1.1 连续介质模型 001
1.1.2 流体的性质 001
1.1.3 流体力学的基本方程 003
1.1.4 初始条件和边界条件 004
1.2 计算流体力学简介 006
1.2.1 计算流体力学 006
1.2.2 有限体积法基本原理 006
1.2.3 SIMPLE 方法 007
1.2.4 计算流体力学常用软件 008

第2章 几何模型前处理 012
2.1 DesignModeler 几何建模概述 012
2.1.1 平面创建及草图绘制工具 013
【例2.1】典型零件的草绘操作 016
2.1.2 3D 基础建模工具 019
【例2.2】典型零件的拉伸操作演示 019
2.1.3 概念建模工具 021
【例2.3】概念建模操作演示 022
2.2 实用工具 028
2.3 BladeEditor 工具 028
【例2.4】BladeEditor 叶轮设计实例 030
2.4 SpaceClaim 几何建模概述 037
2.4.1 选择工具 038
2.4.2 草绘工具 038
【例2.5】草图实例 038
2.4.3 拉动工具 041
【例2.6】拉伸实例 041
2.4.4 移动工具 044
【例2.7】移动实例 044
2.4.5 组合及剖面模式 046
2.4.6 填充、包围及抽取中性面 046
【例2.8】体积抽取及外壳工具 047
2.4.7 修复、修补 049
【例2.9】去除圆角及凹陷 050
2.4.8 共享拓扑 051
2.5 SpaceClaim 参数化建模 052
2.6 材料数据的传递 054
2.7 综合实例讲解 055
【例2.10】修复脏模型 055

第3章 网格划分基础 059
3.1 网格介绍 059
3.1.1 网格类型 059
3.1.2 网格质量评价 060
3.2 Fluent Meshing 062
3.2.1 界面简介 062
3.2.2 模型导入参数设置 064
3.2.3 全局及局部网格参数设置 065
3.2.4 表面网格修复 066
3.2.5 体网格设置 068
3.2.6 网格传递与导出 069
3.2.7 综合实例讲解 070
【例3.1】燃烧喷管流体域网格 070
3.3 Meshing 网格工具简介 079
3.3.1 Meshing 工具界面组成 079
3.3.2 全局网格参数设置 080
3.3.3 网格类型设置 083
【例3.2】全局网格设置 086
3.3.4 局部网格尺寸设置 089
3.3.5 膨胀层网格 091
3.3.6 周期网格设置 091
3.3.7 综合实例讲解 092
【例3.3】网格设置综合实例 092
【例3.4】2D 网格实例 097

第4章 稳态流场仿真 101
4.1 工程问题进行Fluent仿真的一般流程 101
4.1.1 启动Fluent 101
4.1.2 Fluent 中的仿真类型 103
4.1.3 设置材料 103
4.1.4 设置单元区域条件 104
4.1.5 设置边界条件 106
4.1.6 初始化及求解器设置 107
4.1.7 结果后处理 108
4.2 常用边界条件 108
4.2.1 速度入口边界条件 108
4.2.2 压力入口边界条件 109
4.2.3 质量入口边界条件 110
4.2.4 压力出口边界条件 111
4.2.5 出流边界条件 111
4.2.6 其他常用边界条件 111
4.3 湍流模型 112
4.3.1 双方程湍流模型 112
4.3.2 湍流边界层及壁面函数 113
【例4.1】机翼转捩边界层绕流仿真 114

第5章 求解器设置及结果后处理 127
5.1 求解器及参数设置 127
5.1.1 求解器类型 127
5.1.2 求解参数设置 128
5.1.3 初始化方法的选择 130
5.2 收敛判断准则 132
5.2.1 残差设置 132
5.2.2 守恒量通量收敛判据 132
5.2.3 添加其他监控条件 133
5.2.4 不收敛的常见原因及解决方案 133
【例5.1】参数化仿真及内置后处理工具 134
5.3 结果后处理 140
5.3.1 内置后处理工具 140
5.3.2 CFD-Post 143
【例5.2】参数化仿真及CFDPost结果后处理 144

第6章 热流场仿真 150
6.1 热分析基础 150
6.1.1 热传导 150
6.1.2 热对流 151
6.1.3 热辐射 151
6.2 Fluent 热仿真的一般流程 152
6.2.1 通用设置 152
6.2.2 壁面边界条件 152
6.2.3 非共节点网格传热 153
6.2.4 薄壁热传导 154
6.2.5 自然对流参数设置 155
【例6.1】自然对流散热仿真 156
6.2.6 强制对流参数设置 164
6.2.7 辐射换热参数设置 164
【例6.2】头灯辐射换热仿真 165

第7章 瞬态场仿真 174
7.1 瞬态场仿真参数设置 174
7.1.1 设置时间步长 174
7.1.2 求解参数设置 176
7.1.3 初始化 176
7.1.4 瞬态仿真一般流程 176
7.2 瞬态仿真典型应用举例 177
【例7.1】移动高斯热源仿真 177
【例7.2】超声速喷管—马赫环仿真 182

第8章 动网格仿真 187
8.1 动参考系模型 187
8.1.1 动参考系理论基础 187
8.1.2 MRF 选项设置 188
【例8.1】强制风冷散热实例 188
8.1.3 MPM 选项设置 195
【例8.2】轴流风机实例 195
8.1.4 滑移网格模型 203
8.2 Fluent 动网格模型 203
8.2.1 层铺法 204
8.2.2 光顺法 205
8.2.3 网格重构法 206
8.2.4 运动的描述 207
8.2.5 运动的描述—UDF 文件 208
8.2.6 动网格区域设置 210
8.3 参数设置及实例详解 212
8.3.1 层铺法实例 212
【例8.3】隧道炉实例 212
8.3.2 弹簧光顺法实例 217
【例8.4】活塞内气体可压绝热过程仿真 217
8.3.3 网格重构法实例 223
【例8.5】单向阀仿真 223
8.3.4 综合实例 229
【例8.6】双向流固耦合仿真 229

第9章 DPM 及多相流仿真 243
9.1 DPM 模型 243
【例9.1】空气雾化器仿真 246
9.2 VOF 模型 256
9.2.1 VOF 理论基础及选项设置 256
9.2.2 VOF 实例讲解 258
【例9.2】齿轮箱稀油润滑仿真 258
9.3 欧拉模型 268
9.3.1 混合模型理论基础 268
9.3.2 欧拉模型的选项设置 269
9.3.3 欧拉模型实例讲解 270
【例9.3】弯管稠密流体仿真 270
【例9.4】欧拉颗粒流仿真 275
9.4 混合模型 281
9.4.1 混合模型理论基础 281
9.4.2 混合模型选项设置 281
9.4.3 混合模型实例讲解 282
【例9.5】离心泵空化仿真 282

第10章 组分输运与燃烧 290
10.1 组分输运与化学反应 290
10.1.1 组分输运与化学反应参数设置 290
【例10.1】表面化学反应 292
10.1.2 污染物控制及扩散模拟 301
10.2 燃烧理论 302
10.3 燃烧仿真案例 306
10.3.1 Fluent 中的燃烧模型 306
【例10.2】涡耗散模型实例 306
10.3.2 非预混燃烧模型实例 313
【例10.3】稳态扩散小火焰模型实例 313

第11章 凝固、熔化及多孔介质仿真 319
11.1 凝固与熔化模型介绍 319
11.2 实例详解 320
【例11.1】模型实例 320
11.3 多孔介质理论基础 327
11.3.1 多孔介质动量方程 327
11.3.2 Darcy 黏性阻力 328
11.3.3 惯性损失项 328
11.3.4 多孔介质能量方程 328
11.4 多孔介质仿真实例 328
【例11.2】催化转化器实例 328

参考文献 336