ANSYS Fluent 2020 綜合應用案例詳解

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，專註於核心部件的相關技術攻關任務(流體模擬、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。

1.1 CFD軟件簡介 1
1.1.1 CFD概述 1
1.1.2 CFD的應用領域 2
1.1.3 CFD商用軟件 3
1.2 Fluent簡介 4
1.2.1 Fluent的功能特點 4
1.2.2 Fluent的求解技術 7
1.3 Fluent分析過程 8
1.4 小結12

2章 前處理初步13
2.1 前處理軟件簡介13
2.1.1 Gambit簡介13
2.1.2 ANSYS ICEM CFD簡介14
2.1.3 TGrid簡介14
2.1.4 GridPro簡介14
2.1.5 GridGen簡介15
2.2 Gambit基礎與應用15
2.2.1 Gambit軟件的幾何處理能力16
2.2.2 Gambit功能強大的網格生成技術16
2.2.3 Gambit的基本用法19
2.2.4 Gambit作步驟27
2.4.5 Gambit應用實例29
2.3 ANSYS ICEM CFD基礎與應用32
2.3.1 ANSYS ICEM CFD的基本功能32
2.3.2 ANSYS ICEM CFD的基本用法36
2.3.3 ANSYS ICEM CFD的基本步驟37
2.3.4 ANSYS ICEM CFD應用實例40
2.4 ANSYS Fluent並行計算47
2.4.1 概述48
2.4.2 並行計算的一般過程48
2.4.3 實例分析49
2.5 小結53

3章 基本模型及理論54
3.1 Fluent物理模型綜述54
3.1.1 湍流模型54
3.1.2 傳熱和輻模型55
3.1.3 歐拉多相流模型56
3.1.4 離散相模型56
3.1.5 混合分數多相流模型和空泡模型57
3.1.6 氣動噪聲模型57
3.1.7 高精度的自由錶面模型59
3.1.8 動網格模型59
3.2 流體動力學理論基礎60
3.2.1 質量守恆方程60
3.2.2 動量守恆方程61
3.2.3 能量方程61
3.2.4 湍流模型61
3.3 傳熱學理論基礎及應用62
3.3.1 傳熱學控制方程62
3.3.2 求解傳熱問題的基本步驟65
3.4 輻傳熱理論基礎及應用65
3.4.1 輻傳遞方程66
3.4.2 輻模型類型設置過程67
3.4.3 定義物質的輻特性74
3.4.4 輻邊界條件的設置74
3.4.5 輻模型的求解策略78
3.5 化學反應模型基礎及應用81
3.5.1 化學反應模型理論81
3.5.2 組分輸運和化學反應問題的基本設置83
3.5.3 定義混合物及其構成組分屬性85
3.5.4 定義組分的邊界條件91
3.5.5 化學混合和有限速率化學反應的求解步驟92
3.5.6 輸入CHEMKIN格式中的體積動力學機制94
3.6 壁面錶面化學反應和化學蒸汽沈積模型95
3.6.1 錶面組分和壁面錶面化學反應理論基礎95
3.6.2 壁面錶面化學反應模型的設置97
3.6.3 導入CHEMKIN格式的錶面動力學機制98
3.7 微粒錶面化學反應模型99
3.7.1 微粒錶面化學反應模型理論基礎99
3.7.2 微粒錶面化學反應模型的設置101
3.8 小結102

4章 後處理103
4.1 數據顯示與文字報告生成103
4.1.1 通過邊界的流量103
4.1.2 邊界上的作用力105
4.1.3 計算投影面積106
4.1.4 計算錶面積分和體積分106
4.1.5 參考值的設定108
4.1.6 生成直方圖和Solution XY Plot面板的應用108
4.1.7 生成摘要報告110
4.2 圖形與可視化110
4.2.1 基本圖形生成110
4.2.2 等值線和雲圖的顯示112
4.2.3 速度矢量的顯示115
4.2.4 顯示軌跡117
4.3 流場函數的定義118
4.4 小結120

5章 動網格應用121
5.1 UDF用法簡介121
5.1.1 UDF的基本用法121
5.1.2 UDF編寫基礎122
5.1.3 UDF中的C語言基礎123
5.2 井下火箭發過程二維模擬127
5.2.1 實例描述127
5.2.2 實例作127
5.3 副油箱與飛機分離三維模擬146
5.3.1 實例描述146
5.3.2 實例作147
5.4 小結155

6章 基於輻模型的熱分析156
6.1 綜述156
6.2 太陽加載模型158
6.2.1 簡介159
6.2.2 太陽線跟蹤算法159
6.2.3 DO輻照算法160
6.2.4 太陽計算器161
6.2.5 太陽加載模型的設置163
6.2.6 太陽加載模型邊界條件的設置166
6.3 室內通風問題的計算實例168
6.3.1 實例描述169
6.3.2 實例作169
6.4 使用DO輻模型的頭燈熱模型185
6.4.1 實例描述185
6.4.2 實例作186
6.5 小結209

7章 基於傳熱模型的熱分析210
7.1 綜述210
7.2 變壓器內溫度場及流場模擬分析211
7.2.1 實例描述211
7.2.2 實例作211
7.3 埋地管廊內電纜溫度場及流場模擬分析223
7.3.1 實例描述223
7.3.2 實例作223
7.4 小結235

8章 擴散火焰及預混燃燒分析236
8.1 化學反應模型簡介236
8.2 引火噴流擴散火焰的PDF傳輸模擬238
8.2.1 實例描述238
8.2.2 實例作238
8.3 預混氣體化學反應的模擬251
8.3.1 實例描述251
8.3.2 實例作251
8.4 小結260

9章 液體燃燒及煤炭燃燒分析261
9.1 液體燃料燃燒模擬261
9.1.1 實例描述262
9.1.2 實例作262
9.2 煤燃燒模擬277
9.2.1 實例描述277
9.2.2 實例作277
9.3 小結294

10章 洩漏及擴散分析295
10.1 教室內甲醛非穩態擴散特性研究模擬295
10.1.1 實例描述295
10.1.2 實例作296
10.2 次氯酸鈉在海水溝渠內擴散特性研究模擬307
10.2.1 實例描述307
10.2.2 實例作307
10.3 小結317

11章 多相流分析318
11.1 綜述318
11.2 氣固兩相流動模擬320
11.2.1 實例描述320
11.2.2 實例作321
11.3 車體液體燃料罐內部擋流闆對振蕩的影響模擬328
11.3.1 實例描述329
11.3.2 實例作329
11.4 水壩破壞多相流模擬345
11.4.1 實例描述345
11.4.2 實例作345
11.5 小結353

12章 Fluent經典應用實例354
12.1 固體燃料電池的模擬354
12.1.1 問題描述354
12.1.2 實例步驟355
12.2 汽車風擋除冰分析369
12.2.1 問題描述370
12.2.2 實例作370
12.3 歧管流動分析386
12.3.1 問題描述386
12.3.2 實例作386
12.4 小結402