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第一编 CFD与商用软件基础1

第1章　绪论1

1.1 CFD（Computational Fluid Dynamics）技术的目标1

1.2 CFD软件及其主要功能2

1.3 CFD数值方法的基本原则5

1.4　国外通用计算流体力学商用软件的现状7

1.5　本书主要内容9

2.1　流体的运动特性11

第2章　流体运动的一般情况11

2.2　描述流体运动的方程15

2.3　进一步理解流体的流动21

第3章　偏微分方程数值解法概述22

3.1　数值离散方法22

3.2　简单方程的数值离散26

3.3　离散方法的比较33

3.4　离散方程组的解34

3.5　解联立的流体运动方程组37

参考文献43

4.1　本章的范围和限制44

第4章　一般形式微分方程的数值求解与SIMPLE算法初步44

4.2　数学表达式45

4.3　区域的离散化49

4.4　一般形式的离散方程的导出50

4.5　离散方程的解与SIMPLE算法初步54

4.6　流场的计算57

4.7　完整的计算过程概要61

4.8　收敛准则和欠松弛的应用62

4.9　线性化源项的特殊用法63

4.10　结束语64

参考文献65

第5章　CFD软件实用技术的准备66

5.1　用计算机解决工程问题66

5.2　描述工程中的流动问题73

5.3　建立网格78

5.4　设定流体流动的参数92

5.5　如何获得结果101

5.6　对计算结果进行分析107

参考文献116

6.2　一维定常扩散的有限容积法117

6.1　概述117

第6章　扩散问题的理解示例117

第二编 有限容积方法和SIMPLE改进算法117

6.3　一维定常状态扩散的实际算例119

6.4　二维扩散问题的有限容积法126

6.5　关于三维问题的有限容积法127

6.6　对扩散问题的离散方程的总结128

参考文献129

第7章　对流—扩散问题的理解示例130

7.1　概述130

7.2　定常一维对流和扩散130

7.3　中心差分格式132

7.4　离散格式的特性137

7.5　用中心差分格式求解对流—扩散问题的评价140

7.6　上风差分格式142

7.7　混合差分格式147

7.8　幂函数格式151

7.9　对流—扩散问题中更高阶的差分格式152

7.10　其他的高阶格式159

7.11　小结160

参考文献161

8.1　概述163

第8章　SIMPLE及其改进算法的详尽解释163

8.2　交错网格164

8.3　动量方程的离散166

8.4 SIMPLE算法169

8.5 SIMPLE算法的流程172

8.6 SIMPLER算法173

8.7 SIMPLEC算法174

8.8 PISO算法176

8.9 SIMPLE,SIMPLER,SIMPLEC和PISO算法的一般性评论179

参考文献180

8.10　小结180

第9章　离散方程解法示例182

9.1　概述182

9.2　三对角矩阵运算法则183

9.3　TDMA在二维问题中的应用184

9.4　TDMA在三维问题中的应用185

9.5　例子186

9.6　在CFD中使用的其他求解技巧191

9.7　小结191

参考文献192

10.1　概述194

10.2　一维非定常热传导194

第10章　非定常流动的有限容积法示例194

10.3　瞬态问题的典型例子198

10.4　用于二维和三维问题的隐式方法205

10.5　瞬态对流—扩散方程的离散206

10.6　用QUICK差分法的瞬态对流—扩散工程实例207

10.7　非定常流计算求解程序211

10.8　用假瞬态法进行定常状态计算213

10.9　其他瞬态格式的简述214

10.10　小结214

参考文献215

11.1　概述217

第11章　边界条件的详尽解释217

11.2　入口边界条件218

11.3　出口边界条件220

11.4　壁面边界条件222

11.5　定压边界条件226

11.6　对称边界条件227

11.7　周期性或循环边界条件227

11.8　潜在的问题和评论228

参考文献230

12.1　概述231

第12章　曲线坐标系中的SIMPLEC和SIMPLEX算法231

12.2　质量守恒的离散234

12.3　能量方程及其他标量方程的离散235

12.4　代数方程的解245

12.5　动量方程251

12.6　质量和动量耦合方程的解257

12.7　正交曲线坐标系下湍流模型的计算263

12.8　正交网格生成的几个问题266

参考文献268

13.1　流体运动的控制方程270

第13章　流体运动基本方程270

第三编　流体运动方程与湍流模式270

13.2　状态方程279

13.3　牛顿流体的N-S方程279

13.4　流体运动控制方程的守恒形式281

13.5　通用输运方程的微分形式和积分形式282

13.6　守恒方程的物理特征和分类284

13.7　双曲型方程的主要特点287

13.8　简单偏微分方程的分类方法289

13.9　流动方程的分类290

13.10　黏性流体力学控制方程的补充条件292

13.11　小结293

参考文献294

第14章　湍流及其模式295

14.1　湍流的概念295

14.2　从层流到湍流的转捩297

14.3　湍流的物理性质300

14.4　湍流模拟发展情况简介313

参考文献315

第15章　雷诺平均应力方程及其封闭317

15.1　雷诺平均318

15.2　相关性321

15.3　雷诺平均方程322

15.4　雷诺应力方程323

15.5　湍流尺度325

参考文献330

第16章　时间平均N-S方程应用于工程计算331

16.1　时间平均N-S方程对湍流的表达能力331

16.2　工程中典型的湍流现象335

16.3　适用于工程典型问题的湍流模型342

16.4　小结360

参考文献360

17.1　算例程序1：流经方块的二维湍流场的Q1程序363

第四编　CFD商用软件和工程应用算例363

第17章　典型Phoenics和STAR-CD计算程序举例363

17.2　算例程序1编译后给出的计算使用程序372

17.3　算例程序1的应用：来流速度型变化对三维立体块顶部湍流回流区长度的影响383

17.4　算例程序2：浮力引起的容器中非稳态振荡流动的Q1程序391

17.5　算例程序3：气流流过上下对称圆柱体的Q1程序397

17.6　算例程序4：水流流过平面上的圆柱体401

17.7　算例程序5：喷射两种物质喷嘴的Q1程序408

17.8　算例程序6：多股横向射流和主流混合流动的Q1程序427

17.9　算例程序7：二维钝体绕流湍流流动的STAR-CD程序442

17.10　特种剖面鳍／舵的CFD结果分析448

参考文献457

第18章　近年来国外典型CFD成功算例介绍458

18.1　多种湍流模型在计算立方体周围流场比较458

18.2　LES和RANS三维流场数值计算比较476

18.3　侧风条件下运动火车周围CFD数值分析493

18.4 BFC网格和正交网格计算复杂地形大气流动的比较505

18.5 LES在车辆气动力学CFD中的应用与进展514

18.6 直升机着陆舰船甲板上流场的涡受限法计算523

18.7 ICCM船舶流体动力学CFD最新进展532

参考文献546