ANSYS Fluent 中文版超級學習手冊

本書以有限體積法（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講解ANSYS Fluent在各個專業領域中的應用。

全書分為基礎知識和實例詳解兩個部分，共15章。基礎知識部分詳細介紹了流體力學的相關理論基礎知識和Fluent軟件，包括Fluent軟件、前處理、後處理、常用的邊界條件等內容；實例詳解部分包括導熱問題、流體流動與傳熱、自然對流與輻射換熱、凝固和熔化過程、多相流模型、離散相、組分傳輸與氣體燃燒、動網格問題、多孔介質內部流動與換熱、UDF基礎應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件操作，即可完成一個具體問題的數值模擬和分析，掌握Fluent軟件的使用方法。

本書內容翔實，既可以作為動力、能源、水利、航空、冶金、海洋、環境、氣象、流體工程等專業領域的工程技術人員參考用書，也可以作為高等院校相關專業高年級本科生、研究生的學慣用書。讀者可以掃描書中的二維碼觀看講解視頻，以進一步提升閱讀體驗。

“仿真联盟”由工作在教学、科研一线的专业人士组成，联盟成员均毕业于清华、北航、国科大等一流大学，他们或拥有多年的工程项目经验，或拥有丰富的教学、培训经验。成员熟练掌握相关仿真技术，精通如Fluent、ANSYS、ABAQUS、MATLAB中的一种或多种仿真工具。为帮助广大初学者掌握相关工具的应用特组织编写了本教程，也希望有志于从事仿真工作的读者关注“仿真技术”公众号。

第 1章　Fluent軟件概述 1

1.1 Fluent軟件簡介 1

1.1.1 網格技術 2

1.1.2 數值技術 3

1.1.3 物理模型 4

1.2 Fluent與Workbench 5

1.2.1 Workbench簡介 5

1.2.2 Workbench的操作界面 5

1.2.3 在Workbench中啟動Fluent 6

1.3 Fluent的基本操作流程 7

1.3.1 啟動Fluent主程序 7

1.3.2 Fluent主界面 8

1.3.3 讀入網格 9

1.3.4 檢查網格 9

1.3.5 選擇基本物理模型 9

1.3.6 設置材料屬性 10

1.3.7 設置計算區域條件 11

1.3.8 設置邊界條件 12

1.3.9 設置動網格 12

1.3.10 設置參考值 12

1.3.11 設置算法及離散格式 13

1.3.12 設置求解參數 13

1.3.13 設置監視窗口 13

1.3.14 初始化流場 14

1.3.15 運行計算 14

1.3.16 保存結果 15

1.4 本章小結 15

第 2章　前處理方法 16

2.1 ICEM CFD軟件概述 16

2.1.1 ICEM CFD的基本功能 16

2.1.2 ICEM CFD的操作界面 19

2.1.3 ICEM CFD的文件系統 20

2.1.4 ICEM CFD的操作步驟 20

2.1.5 ICEM CFD應用實例 21

2.2 Fluent Meshing 網格劃分實例 29

2.2.1 創建分析項目 29

2.2.2 導入創建幾何體 29

2.2.3 網格劃分 30

2.3 本章小結 34

第3章　後處理方法 35

3.1 Fluent內置後處理方法 35

3.1.1 創建面 36

3.1.2 顯示及著色處理 36

3.1.3 繪圖功能 42

3.1.4 通量報告和積分計算 42

3.2 Workbench CFD-Post通用後處理器 45

3.2.1 啟動CFD-Post 45

3.2.2 創建位置 46

3.2.3 顏色、渲染和視圖 49

3.2.4 矢量圖、雲圖及流線圖的繪制 49

3.2.5 其他圖形功能 50

3.2.6 變量列表與表達式列表 51

3.2.7 創建表格和圖表 53

3.2.8 製作報告 55

3.2.9 動畫製作 56

3.2.10 其他工具 57

3.2.11 多文件模式 57

3.3 本章小結 58

第4章　Fluent常用邊界條件 59

4.1 Fluent中邊界條件的分類 59

4.2 邊界條件設置及操作方法 59

4.2.1 邊界條件的設置 60

4.2.2 邊界條件的修改 60

4.2.3 邊界條件的復制 60

4.2.4 邊界的重命名 61

4.3 Fluent中流動出入口邊界條件及參數確定 61

4.3.1 用輪廓指定湍流參量 62

4.3.2 湍流參量的估算 62

4.4 Fluent中常用的邊界條件 65

4.4.1 入口邊界條件 65

4.4.2 質量入口邊界條件 69

4.4.3 入口通風口邊界條件 70

4.4.4 吸風扇邊界條件 72

4.4.5 出口邊界條件 73

4.4.6 壁面邊界條件 78

4.4.7 對稱邊界條件 84

4.4.8 周期性邊界條件 84

4.4.9 流體區域條件 85

4.4.10 固體區域條件 86

4.4.11 其他邊界條件 87

4.5 本章小結 88

第5章　導熱問題數值模擬 89

5.1 導熱問題分析概述 89

5.2 有內熱源的導熱問題的數值模擬 90

5.2.1 案例簡介 90

5.2.2 Fluent中求解計算 90

5.2.3 計算結果後處理 97

5.2.4 保存數據並退出 100

5.3 鋼球非穩態冷卻過程的數值模擬 100

5.3.1 案例簡介 100

5.3.2 Fluent求解計算設置 100

5.3.3 求解計算 103

5.3.4 計算結果後處理及分析 108

5.4 本章小結 110

第6章　流體流動與傳熱數值模擬 111

6.1 流體流動與傳熱概述 111

6.2 引射器內流場數值模擬 113

6.2.1 案例簡介 113

6.2.2 Fluent求解計算設置 113

6.2.3 求解計算 117

6.2.4 計算結果後處理及分析 119

6.3 地埋管流固耦合換熱的數值模擬 121

6.3.1 案例簡介 121

6.3.2 Fluent求解計算設置 121

6.3.3 流場求解計算 125

6.3.4 溫度場求解計算設置 126

6.3.5 溫度場求解計算 128

6.3.6 計算結果後處理及分析 129

6.4 圓柱繞流流場的數值模擬 130

6.4.1 案例簡介 130

6.4.2 Fluent求解計算設置 131

6.4.3 求解計算 134

6.4.4 計算結果後處理及分析 136

6.5 二維離心泵葉輪內流場數值模擬 138

6.5.1 案例簡介 138

6.5.2 Fluent求解計算設置 138

6.5.3 求解計算 142

6.5.4 計算結果後處理及分析 143

6.6 本章小結 146

第7章　自然對流與輻射換熱數值模擬 147

7.1 自然對流與輻射換熱概述 147

7.2 相連方腔內自然對流換熱的數值模擬 149

7.2.1 案例簡介 149

7.2.2 Fluent求解計算設置 149

7.2.3 求解計算 152

7.2.4 計算結果後處理及分析 155

7.3 煙道內煙氣對流輻射換熱的數值模擬 159

7.3.1 案例簡介 159

7.3.2 Fluent求解計算設置 159

7.3.3 求解計算 167

7.3.4 計算結果後處理及分析 169

7.4 室內通風問題的計算實例 171

7.4.1 案例簡介 171

7.4.2 Fluent求解計算設置 172

7.4.3 求解計算 183

7.4.4 計算結果後處理及分析 186

7.5 本章小結 188

第8章　凝固和熔化過程數值模擬 189

8.1 凝固和熔化模型概述 189

8.2 冰熔化過程的數值模擬 189

8.2.1 案例簡介 189

8.2.2 Fluent求解計算設置 190

8.2.3 求解計算 194

8.2.4 計算結果後處理及分析 197

8.3 本章小結 198

第9章　多相流模型數值模擬 199

9.1 多相流概述 199

9.2 孔口自由出流的數值模擬 201

9.2.1 案例簡介 201

9.2.2 Fluent求解計算設置 201

9.2.3 求解計算 206

9.2.4 計算結果後處理及分析 209

9.3 水中氣泡上升過程的數值模擬 211

9.3.1 案例簡介 211

9.3.2 Fluent求解計算設置 211

9.3.3 求解計算 216

9.3.4 計算結果後處理及分析 219

9.4 水流對沙灘沖刷過程的數值模擬 221

9.4.1 案例簡介 221

9.4.2 Fluent求解計算設置 222

9.4.3 求解計算 227

9.4.4 計算結果後處理及分析 230

9.5 氣穴現象的數值模擬 232

9.5.1 案例簡介 232

9.5.2 Fluent求解計算設置 232

9.5.3 求解計算 238

9.5.4 計算結果後處理及分析 239

9.6 本章小結 240

第 10章　離散相數值模擬 241

10.1 離散相模型概述 241

10.2 引射器離散相流場的數值模擬 242

10.2.1 案例簡介 242

10.2.2 Fluent求解計算設置 242

10.2.3 求解計算 245

10.2.4 計算結果後處理及分析 246

10.3 噴淋過程的數值模擬 248

10.3.1 案例簡介 248

10.3.2 Fluent求解計算設置 248

10.3.3 求解計算 253

10.3.4 計算結果後處理及分析 254

10.4 本章小結 256

第 11章　組分傳輸與氣體燃燒數值模擬 257

11.1 組分傳輸與氣體燃燒概述 257

11.2 室內甲醛污染物濃度的數值模擬 259

11.2.1 案例簡介 259

11.2.2 Fluent求解計算設置 260

11.2.3 求解計算 265

11.2.4 計算結果後處理及分析 266

11.3 焦爐煤氣燃燒的數值模擬 268

11.3.1 案例簡介 268

11.3.2 Fluent求解計算設置 268

11.3.3 求解計算 274

11.3.4 計算結果後處理及分析 275

11.4 預混氣體化學反應的模擬 277

11.4.1 案例簡介 277

11.4.2 Fluent求解計算設置 277

11.4.3 求解計算及後處理 281

11.5 本章小結 288

第 12章　動網格問題數值模擬 289

12.1 動網格問題概述 289

12.2 兩車交會過程的數值模擬 290

12.2.1 案例簡介 290

12.2.2 Fluent求解計算設置 291

12.2.3 求解計算 296

12.2.4 計算結果後處理及分析 299

12.3 運動物體強制對流換熱的數值模擬 300

12.3.1 案例簡介 300

12.3.2 Fluent求解計算設置 301

12.3.3 求解計算 306

12.3.4 計算結果後處理及分析 310

12.4 雙葉輪旋轉流場的數值模擬 311

12.4.1 案例簡介 311

12.4.2 Fluent求解計算設置 311

12.4.3 求解計算 316

12.4.4 計算結果後處理及分析 319

12.5 單級軸流渦輪機模型內部流場模擬 320

12.5.1 案例簡介 320

12.5.2 Fluent求解計算設置 321

12.5.3 求解計算 329

12.5.4 計算結果後處理及分析 331

12.6 本章小結 335

第 13章　多孔介質內流動與換熱數值模擬 336

13.1 多孔介質模型概述 336

13.2 多孔燒結礦內部流動換熱的數值模擬 337

13.2.1 案例簡介 337

13.2.2 Fluent求解計算設置 337

13.2.3 求解計算 341

13.2.4 計算結果後處理及分析 344

13.3 三維多孔介質內部流動的數值模擬 346

13.3.1 案例簡介 346

13.3.2 Fluent求解計算設置 346

13.3.3 求解計算 350

13.3.4 計算結果後處理及分析 351

13.4 催化轉換器內部流動的數值模擬 353

13.4.1 案例簡介 353

13.4.2 Fluent求解計算設置 354

13.4.3 求解計算 358

13.4.4 計算結果後處理及分析 361

13.5 本章小結 364

第 14章　UDF基礎應用 365

14.1 UDF介紹 365

14.1.1 UDF的基本功能 365

14.1.2 UDF編寫基礎 365

14.1.3 UDF中的C語言基礎 367

14.2 利用UDF自定義物性參數 370

14.2.1 案例簡介 371

14.2.2 Fluent求解計算設置 371

14.2.3 求解計算 375

14.2.4 計算結果後處理及分析 376

14.3 利用UDF求解多孔介質問題 377

14.3.1 案例簡介 377

14.3.2 Fluent求解計算設置 377

14.3.3 求解計算 381

14.3.4 計算結果後處理及分析 381

14.4 水中落物的數值模擬 382

14.4.1 案例簡介 382

14.4.2 Fluent求解計算設置 382

14.4.3 求解計算 389

14.5 本章小結 394

第 15章　燃料電池問題模擬 395

15.1 單直通道逆流PEM燃料電池 395

15.1.1 案例簡介 395

15.1.2 Fluent求解計算設置 396

15.1.3 求解計算 399

15.1.4 計算結果後處理及分析 401

15.2 本章小結 403

參考文獻 404