Fluent 2020 流體模擬從入門到精通

本書由淺入深地講解了Fluent模擬計算的各種功能，從幾何建模到網格劃分，從計算求解到結果後處理，通過大量實例系統地介紹Fluent 2020的使用方法，具體內容包括計算流體的基礎理論與方法、創建幾何模型、劃分網格、Fluent求解設置、後處理，以及穩態和非穩態模擬實例、內部流動分析實例、外部流動分析實例、多相流分析實例、離散相分析實例、傳熱流動分析實例、多孔介質和氣動噪聲分析實例、化學反應分析實例、動網格分析實例及Fluent在Workbench中的應用。本書針對每個Fluent可以解決的流體模擬計算問題進行詳細講解，並輔以相應的實例，使讀者能夠快速、熟練、深入地掌握Fluent軟件的工作流程和計算方法。 本書結構嚴謹、條理清晰、重點突出，非常適合廣大Fluent初、中級讀者學習使用，也可作為大中專院校、社會培訓機構的教材以及工程技術人員的參考用書。

劉斌，畢業於北京航空航天大學，博士學位，高級職稱，從業近二十年，長期參與國家科技重大專項工作，專注於核心部件的相關技術攻關任務(流體仿真、熱控制)，發表核心論文多篇，獲國際專利授權和國內發明專利授權20餘項。獲中國專利獎、北京市專利獎等獎項。

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 一些基本概念 1
1.1.2 流體流動的分類 5
1.1.3 邊界層和物體阻力 5
1.1.4 層流和湍流 6
1.1.5 流體流動的控制方程 7
1.1.6 邊界條件與初始條件 8
1.1.7 流體力學專業詞彙 9
1.2 計算流體力學基礎11
1.2.1 計算流體力學的發展11
1.2.2 計算流體力學的求解過程12
1.2.3 數值模擬方法和分類13
1.2.4 有限體積法的基本思想14
1.2.5 有限體積法的求解方法16
1.3 計算流體力學應用領域17
1.4 常用的CFD商用軟件17
1.4.1 PHOENICS 18
1.4.2 STAR-CD 18
1.4.3 STAR-CCM+ 18
1.4.4 CFX 19
1.4.5 Fluent 19
1.5 本章小結20

2章 Fluent軟件簡介21
2.1 Fluent的軟件結構21
2.1.1 Fluent啟動22
2.1.2 Fluent用戶界面24
2.1.3 Fluent文件讀入與輸出25
2.2 Fluent計算類型及應用領域29
2.3 Fluent求解步驟30
2.3.1 制訂分析方案30
2.3.2 求解步驟30
2.4 Fluent使用的單位制31
2.5 Fluent使用的文件類型32
2.6 本章小結32

3章 創建幾何模型33
3.1 建立幾何模型概述33
3.2 DesignModeler簡介34
3.2.1 啟動DesignModeler 34
3.2.2 DesignModeler的用戶界面35
3.3 草圖模式37
3.3.1 進入草圖模式37
3.3.2 創建新平面37
3.3.3 創建草圖38
3.3.4 幾何模型的關聯性38
3.4 創建3D幾何體39
3.4.1 拉伸39
3.4.2 旋轉40
3.4.3 掃掠41
3.4.4 直接創建3D幾何體41
3.4.5 填充和包圍42
3.5 導入外部CAD文件42
3.6 創建幾何體的實例作44
3.7 本章小結47

4章 生成網格48
4.1 網格生成概述48
4.1.1 網格劃分技術48
4.1.2 網格類型49
4.2 ANSYS ICEM CFD簡介49
4.2.1 工作流程50
4.2.2 ICEM CFD的文件類型51
4.2.3 ICEM CFD的用戶界面51
4.3 ANSYS ICEM CFD的基本用法52
4.3.1 幾何模型的創建52
4.3.2 幾何文件導入55
4.3.3 網格生成56
4.3.4 塊的生成63
4.3.5 網格編輯68
4.3.6 網格輸出74
4.4 ANSYS ICEM CFD實例分析75
4.4.1 啟動ICEM CFD並建立分析項目75
4.4.2 導入幾何模型75
4.4.3 模型建立76
4.4.4 生成塊79
4.4.5 網格生成84
4.4.6 網格質量檢查85
4.4.7 網格輸出85
4.5 本章小結86

5章 Fluent計算設置87
5.1 網格導入與工程項目保存87
5.1.1 啟動Fluent 87
5.1.2 網格導入88
5.1.3 網格質量檢查88
5.1.4 顯示網格89
5.1.5 修改網格90
5.1.6 光順網格與交換單元面93
5.1.7 項目保存94
5.2 設置求解器及作條件94
5.2.1 求解器設置94
5.2.2 作條件設置95
5.3 物理模型設定96
5.3.1 多相流模型96
5.3.2 能量方程97
5.3.3 湍流模型97
5.3.4 輻模型100
5.3.5 組分輸運和反應模型101
5.3.6 離散相模型103
5.3.7 凝固和熔化模型104
5.3.8 氣動噪聲模型104
5.4 材料性質設定105
5.4.1 物性參數105
5.4.2 參數設定106
5.5 邊界條件設定108
5.5.1 邊界條件分類108
5.5.2 邊界條件設置109
5.5.3 常用邊界條件類型111
5.6 求解控制參數設定126
5.6.1 求解方法設置126
5.6.2 鬆弛因子設置128
5.6.3 求解極限設置129
5.7 初始條件設定129
5.7.1 定義全局初始條件130
5.7.2 定義局部區域初始值130
5.8 求解設定131
5.8.1 求解設置131
5.8.2 求解過程監視133
5.9 本章小結137

6章 計算結果後處理138
6.1 Fluent的後處理功能138
6.1.1 創建表面138
6.1.2 圖形及可視化技術139
6.1.3 動畫技術142
6.2 CFD-Post後處理器143
6.2.1 啟動後處理器143
6.2.2 工作界面143
6.2.3 創建位置144
6.2.4 創建對象154
6.2.5 創建數據159
6.3 本章小結160

7章 穩態和非穩態模擬實例161
7.1 管內穩態流動161
7.1.1 案例介紹161
7.1.2 啟動Fluent並導入網格162
7.1.3 定義求解器163
7.1.4 定義模型163
7.1.5 設置材料164
7.1.6 邊界條件164
7.1.7 設置計算域165
7.1.8 求解控制166
7.1.9 初始條件166
7.1.10 求解過程監視167
7.1.11 計算求解167
7.1.12 結果後處理168
7.2 噴嘴內瞬態流動169
7.2.1 案例介紹169
7.2.2 啟動Fluent並導入網格169
7.2.3 定義求解器171
7.2.4 定義模型171
7.2.5 設置材料172
7.2.6 邊界條件172
7.2.7 求解控制173
7.2.8 初始條件174
7.2.9 求解過程監視174
7.2.10 網格自適應175
7.2.11 計算求解175
7.2.12 結果後處理176
7.2.13 瞬態計算177
7.2.14 瞬態計算結果178
7.3 本章小結179

8章 內部流動分析實例180
8.1 圓管內氣體的流動180
8.1.1 案例介紹180
8.1.2 啟動Fluent並導入網格181
8.1.3 定義求解器181
8.1.4 定義模型182
8.1.5 設置材料182
8.1.6 邊界條件183
8.1.7 求解控制183
8.1.8 初始條件184
8.1.9 求解過程監視184
8.1.10 計算求解185
8.1.11 結果後處理185
8.2 三通內水的流動187
8.2.1 案例介紹187
8.2.2 啟動Fluent並導入網格187
8.2.3 定義求解器188
8.2.4 定義模型188
8.2.5 設置材料189
8.2.6 設置區域條件190
8.2.7 邊界條件190
8.2.8 求解控制192
8.2.9 初始條件192
8.2.10 求解過程監視193
8.2.11 計算求解194
8.2.12 結果後處理194
8.3 本章小結196

9章 外部流動分析實例197
9.1 圓柱繞流197
9.1.1 案例介紹197
9.1.2 啟動Fluent並導入網格198
9.1.3 定義求解器199
9.1.4 定義模型199
9.1.5 設置材料199
9.1.6 邊界條件200
9.1.7 求解控制201
9.1.8 初始條件201
9.1.9 求解過程監視202
9.1.10 計算求解202
9.1.11 結果後處理203
9.1.12 定義求解器修改204
9.1.13 求解控制修改204
9.1.14 計算求解205
9.1.15 求解控制修改205
9.1.16 計算求解206
9.1.17 結果後處理206
9.2 機翼音速流動207
9.2.1 案例介紹207
9.2.2 啟動Fluent並導入網格208
9.2.3 定義求解器208
9.2.4 定義模型209
9.2.5 設置材料209
9.2.6 邊界條件210
9.2.7 求解控制211
9.2.8 初始條件211
9.2.9 求解過程監視212
9.2.10 計算求解212
9.2.11 結果後處理214
9.3 本章小結217

10章 多相流分析實例218
10.1 自由表面流動218
10.1.1 案例介紹218
10.1.2 啟動Fluent並導入網格219
10.1.3 定義求解器220
10.1.4 定義湍流模型220
10.1.5 設置材料221
10.1.6 定義多相流模型221
10.1.7 求解控制222
10.1.8 初始條件223
10.1.9 求解過程監視223
10.1.10 動畫設置224
10.1.11 計算求解225
10.1.12 結果後處理225
10.2 水罐內多相流動227
10.2.1 案例介紹227
10.2.2 啟動Fluent並導入網格227
10.2.3 定義求解器228
10.2.4 定義湍流模型229
10.2.5 設置材料229
10.2.6 定義多相流模型230
10.2.7 邊界條件231
10.2.8 求解控制233
10.2.9 初始條件233
10.2.10 計算結果輸出設置235
10.2.11 定義計算活動235
10.2.12 求解過程監視235
10.2.13 動畫設置236
10.2.14 計算求解237
10.2.15 結果後處理237
10.3 本章小結238

11章 離散相分析實例239
11.1 反應器內粒子流動239
11.1.1 案例介紹239
11.1.2 啟動Fluent並導入網格240
11.1.3 定義求解器240
11.1.4 定義湍流模型241
11.1.5 邊界條件241
11.1.6 定義離散相模型242
11.1.7 修改邊界條件244
11.1.8 設置材料244
11.1.9 求解控制245
11.1.10 初始條件245
11.1.11 求解過程監視246
11.1.12 計算求解246
11.1.13 結果後處理247
11.2 噴嘴內粒子流動248
11.2.1 案例介紹248
11.2.2 啟動Fluent並導入網格248
11.2.3 定義求解器249
11.2.4 定義模型250
11.2.5 設置材料250
11.2.6 邊界條件251
11.2.7 求解控制254
11.2.8 初始條件254
11.2.9 求解過程監視254
11.2.10 計算求解255
11.2.11 結果後處理255
11.2.12 定義離散相模型258
11.2.13 修改材料設置259
11.2.14 計算求解260
11.2.15 結果後處理261
11.3 本章小結262

12章 傳熱流動分析實例263
12.1 芯片傳熱分析263
12.1.1 案例介紹263
12.1.2 啟動Fluent並導入網格264
12.1.3 定義求解器264
12.1.4 定義模型265
12.1.5 設置材料265
12.1.6 設置區域條件266
12.1.7 邊界條件267
12.1.8 求解控制269
12.1.9 初始條件269
12.1.10 求解過程監視270
12.1.11 計算求解271
12.1.12 結果後處理271
12.1.13 網格自適應273
12.1.14 計算求解275
12.1.15 結果後處理275
12.2 車燈傳熱分析277
12.2.1 案例介紹277
12.2.2 啟動Fluent並導入網格278
12.2.3  定义求解器 279
12.2.4 定義模型279
12.2.5 設置材料279
12.2.6 設置區域條件281
12.2.7 邊界條件282
12.2.8 求解控制286
12.2.9 初始條件286
12.2.10 求解過程監視287
12.2.11 計算求解289
12.2.12 結果後處理290
12.3 本章小結291

13章 多孔介質和氣動噪聲分析實例292
13.1 催化轉換器內多孔介質流動292
13.1.1 案例介紹292
13.1.2 啟動Fluent並導入網格293
13.1.3 定義求解器294
13.1.4 定義湍流模型294
13.1.5 設置材料295
13.1.6 設置計算域295
13.1.7 邊界條件296
13.1.8 求解控制297
13.1.9 初始條件298
13.1.10 求解過程監視298
13.1.11 計算求解299
13.1.12 結果後處理299
13.2 圓柱外氣動噪聲模擬303
13.2.1 案例介紹303
13.2.2 啟動Fluent並導入網格304
13.2.3 定義求解器305
13.2.4 定義湍流模型305
13.2.5 設置材料306
13.2.6 邊界條件306
13.2.7 求解控制307
13.2.8 初始條件307
13.2.9 求解過程監視308
13.2.10 計算求解309
13.2.11 定義聲學模型309
13.2.12 計算求解310
13.2.13 結果後處理311
13.3 本章小結312

14章 化學反應分析實例313
14.1 多相流燃燒模擬313
14.1.1 案例介紹313
14.1.2 啟動Fluent並導入網格314
14.1.3 定義求解器314
14.1.4 定義湍流模型315
14.1.5 定義多相流模型315
14.1.6 定義多組分模型316
14.1.7 設置材料316
14.1.8 導入UDF文件322
14.1.9 邊界條件324
14.1.10 求解控制326
14.1.11 初始條件326
14.1.12 求解過程監視327
14.1.13 計算求解328
14.1.14 結果後處理328
14.2 表面化學反應模擬330
14.2.1 案例介紹330
14.2.2 啟動Fluent並導入網格330