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第一部分 CFD工程应用基础10

第1章 概述10

1.1 什么是CFD10

1.2 CFD发展概况11

1.3 CFD工程应用领域12

1.4 什么时候使用CFD软件13

1.5 通用流体计算软件的利与弊13

1.6 本书读者定位14

1.7 本书特点14

第2章 ANSYS CFD软件简介16

2.1 CFD工程应用一般流程16

2.1.1 计算前处理16

2.1.2 计算求解器16

2.1.3 计算后处理17

2.2 ANSYS CFD软件族简介17

2.2.1 前处理软件：ICEM CFD17

2.2.2 CFD求解器：Fluent18

2.2.3 CFD求解器：CFX19

2.2.4 后处理模块：CFD-POST21

第二部分 计算前处理24

第3章 流体计算域24

3.1 计算域模型24

3.1.1 内流计算域24

3.1.2 外流计算域25

3.1.3 混合计算域25

3.2 计算域生成方法25

3.2.1 直接建模25

3.2.2 几何抽取25

3.3 计算域简化26

3.4 多区域计算模型26

3.4.1 Interface27

3.4.2 Interior27

3.5 计算域创建工具ANSYS DesignModeler27

3.5.1 Fill功能28

3.5.2 Enclosure功能29

3.6 计算域创建实例29

3.6.1 【实例3-1】直接创建计算域29

3.6.2 【实例3-2】Fills方式创建计算域模型32

3.6.3 【实例3-3】Enclosure方式创建计算域模型34

3.6.4 【实例3-4】创建混合计算域35

3.7 本章小结37

第4章 流体网格38

4.1 流体网格基础概念38

4.1.1 网格术语38

4.1.2 网格形状38

4.1.3 结构网格与非结构网格39

4.2 网格的度量39

4.2.1 网格数量39

4.2.2 网格质量40

4.3 流体网格划分软件：ICEM CFD简介40

4.3.1 ICEM CFD主要特点41

4.3.2 ICEM CFD中的文件类型41

4.3.3 ICEM CFD操作界面41

4.3.4 ICEM CFD操作键47

4.3.5 ICEM CFD的启动47

4.3.6 ICEM CFD网格划分基本流程48

4.4 本章小结49

第5章 ICEM CFD几何操作50

5.1 ICEM CFD中的几何组织形式50

5.2 基本几何创建50

5.2.1 点的创建50

5.2.2 线的创建52

5.2.3 面操作54

5.2.4 Body创建55

5.3 几何修补56

5.3.1 几何拓扑构建56

5.3.2 几何检查57

5.3.3 封闭孔洞与去除孔洞58

5.3.4 边匹配58

5.3.5 特征检测58

5.4 辅助几何59

5.5 几何操作实例59

5.5.1 【实例5-1】快速流道抽取59

5.5.2 【实例5-2】几何建模62

5.5.3 【实例5-3】几何修补68

5.6 本章 小结71

第6章 ICEM CFD六面体网格划分72

6.1 块基本概念72

6.1.1 块的层次结构72

6.1.2 初始块的创建72

6.1.3 块的关联操作75

6.2 自顶向下构建块79

6.2.1 常规切分79

6.2.2 O型切分80

6.2.3 Y型切分87

6.2.4 【实例6-1】2D块切割实例91

6.2.5 【实例6-2】3D块切割实例96

6.3 自底向上构建块98

6.3.1 From Vertices/Faces99

6.3.2 Extrude Faces100

6.3.3 由2D块形成3D块101

6.3.4 【实例6-3】弹簧网格划分102

6.4 常见分块策略104

6.5 块变换操作110

6.5.1 块平移110

6.5.2 块旋转110

6.5.3 块镜像111

6.5.4 块缩放111

6.5.5 周期块复制111

6.5.6 【实例6-4】块平移操作111

6.5.7 【实例6-5】块旋转操作115

6.6 Edge网格参数设置119

6.6.1 参数设置对话框及各参数含义119

6.6.2 节点分布律121

6.6.3 边界层网格123

6.6.4 【实例6-6】分叉管网格划分124

6.6.5 【实例6-7】外流场边界层网格127

6.7 【实例6-8】排烟风道网格划分129

6.8 本章 小结133

第7章 ICEM CFD非结构网格划分134

7.1 非结构网格生成134

7.2 全局网格参数设置134

7.2.1 全局网格尺寸设置135

7.2.2 壳网格参数136

7.2.3 体网格参数设置139

7.2.4 棱柱网格设置139

7.2.5 周期网格设置141

7.3 Part网格设置141

7.4 面网格参数设置143

7.5 线网格参数设置144

7.6 密度盒144

7.7 网格生成145

7.8 【实例7-1】分支管非结构网格划分146

7.9 【实例7-2】活塞阀装配体网格划分148

第8章 ICEM CFD常用技巧151

8.1 ICEM CFD快捷键151

8.1.1 Geometry快捷键151

8.1.2 Edit Mesh快捷键152

8.1.3 Blocking快捷键153

8.1.4 选择模式快捷键154

8.2 创建多区域网格156

8.2.1 Interface与Interior156

8.2.2 【实例8-1】非结构网格多计算域模型156

8.2.3 【实例8-2】结构网格多计算域模型160

8.2.4 【实例8-3】网格模型组装162

8.3 创建周期网格164

8.3.1 指定几何周期164

8.3.2 周期顶点定义165

8.3.3 【实例8-4】2D旋转周期网格165

8.3.4 【实例8-5】2D平移周期网格173

8.3.5 【实例8-6】3D旋转周期网格175

第三部分 求解器180

第9章 FLUENT用户界面180

9.1 FLUENT的启动180

9.1.1 启动方式180

9.1.2 FLUENT启动界面181

9.2 软件界面183

9.2.1 Meshing模式界面183

9.2.2 Solution模式界面184

9.3 FLUENT操作流程191

第10章 FLUENT Meshing模式192

10.1 【实例10-1】Tet网格划分192

10.2 【实例10-2】分区混合网格划分196

第11章 FLUENT前处理基础199

11.1 FLUENT前处理流程199

11.2 网格控制200

11.2.1 网格缩放200

11.2.2 网格检查201

11.2.3 网格显示201

11.3 求解设置中的一些基本概念202

11.3.1 压力基与密度基求解器202

11.3.2 稳态与瞬态计算203

11.3.3 FLUENT中的压力205

11.4 湍流模型207

11.4.1 湍流和层流判断207

11.4.2 湍流求解方法207

11.4.3 FLUENT中的湍流模型208

11.4.4 y＋的基本概念210

11.4.5 壁面函数212

11.4.6 边界湍流设置212

11.5 边界条件214

11.5.1 边界条件分类214

11.5.2 边界条件设置215

第12章 FLUENT后处理基础216

12.1 后处理概述216

12.2 FLUENT后处理操作216

12.2.1 创建特征位置216

12.2.2 流场可视化220

12.2.3 Graphics and Animations220

12.2.4 动画创建223

12.2.5 图形设置选项225

12.2.6 Plot227

12.2.7 Reports228

第13章 基本流动问题计算231

13.1 【实例13-1】翼型计算（可压流动）231

13.1.1 问题描述231

13.1.2 FLUENT前处理设置231

13.1.3 结果后处理237

13.2 【实例13-2】卡门涡街计算（瞬态计算）239

13.2.1 问题描述240

13.2.2 FLUENT前处理设置241

13.2.3 结果后处理245

第14章 动区域计算模型246

14.1 运动区域计算概述246

14.2 单运动参考系模型247

14.2.1 SRF模型中的网格模型247

14.2.2 在FLUENT中使用SRF模型248

14.2.3 SRF模型求解策略250

14.3 多运动参考系模型250

14.3.1 多参考系模型250

14.3.2 混合面模型252

14.3.3 滑移网格模型253

14.4 【实例14-1】离心压缩机仿真计算（SRF模型）253

14.4.1 问题描述253

14.4.2 FLUENT前处理设置253

14.4.3 后处理分析260

14.5 【实例14-2】垂直轴风力机流场计算（MRF）263

14.5.1 问题描述263

14.5.2 FLUENT前处理设置264

14.5.3 后处理分析268

14.6 【实例14-3】垂直轴风力机流场计算（滑移网格）270

14.6.1 模型描述270

14.6.2 UDF定义270

14.6.3 FLUENT前处理设置271

14.6.4 后处理分析274

第15章 动网格模型276

15.1 FLUENT中使用动网格276

15.2 网格更新方法276

15.2.1 Smoothing276

15.2.2 Layering279

15.2.3 Remeshing280

15.3 运动指定281

15.3.1 瞬态Profile281

15.3.2 动网格中的UDF283

15.4 运动区域定义284

15.4.1 静止部件（Stationary）285

15.4.2 刚体（Rigid Body）285

15.4.3 变形体（Deforming）285

15.4.4 其他类型286

15.5 网格预览286

15.6 【实例15-1】齿轮泵仿真287

15.6.1 问题描述287

15.6.2 FLUENT前处理设置288

15.6.3 计算后处理296

15.7 【实例15-2】利用6DOF计算船舶行驶情况296

15.7.1 问题描述297

15.7.2 FLUENT前处理设置297

15.7.3 计算后处理305

15.8 【实例15-3】止回阀流场计算307

15.8.1 问题描述307

15.8.2 FLUENT前处理设置308

15.8.3 计算后处理312

第16章 多相流模型313

16.1 多相流概述313

16.1.1 多相流定义313

16.1.2 多相流形态313

16.2 FLUENT中的多相流模型314

16.2.1 多相流模型的选择315

16.2.2 FLUENT多相流模拟步骤316

16.2.3 VOF模型设置317

16.2.4 Mixture模型设置318

16.2.5 Eulerian模型设置319

16.3 【实例16-1】空化现象仿真计算（Mixture模型）320

16.3.1 物理现象描述320

16.3.2 几何模型320

16.3.3 建立模型并划分网格321

16.3.4 FLUENT前处理设置323

16.3.5 后处理分析328

16.4 【实例16-2】溃坝模拟（VOF模型）329

16.4.1 问题描述330

16.4.2 建立模型及划分网格330

16.4.3 FLUENT前处理设置330

16.4.4 后处理分析334

16.5 【实例16-3】鼓泡塔仿真计算（Eulerian模型）336

16.5.1 问题描述336

16.5.2 几何模型336

16.5.3 FLUENT前处理设置336

16.5.4 后处理分析340

第17章 组分输运及反应流模型342

17.1 FLUENT中的组分输运及反应流模型342

17.2 组分输运模型前处理343

17.2.1 无反应组分输运模型343

17.2.2 有限反应速率模型345

17.3 【实例17-1】引擎着火导致气体扩散345

17.3.1 问题描述345

17.3.2 FLUEN前处理操作346

17.3.3 计算后处理351

17.4 【实例17-2】锥形燃烧器燃烧模拟（有限速率模型）353

17.4.1 实例简介353

17.4.2 问题描述353

17.4.3 FLUENT前处理设置353

17.4.4 计算后处理357

17.5 【实例17-3】锥形燃烧器燃烧模拟（zimount预混模型）358

17.5.1 实例概述358

17.5.2 FLUENT前处理设置359

17.5.3 计算后处理362

第四部分 计算后处理及工程应用366

第18章 流体计算后处理366

18.1 流体计算后处理概述366

18.2 常用的流体计算后处理工具366

18.3 CFD-POST计算后处理一般流程366

第19章 CFD-POST应用368

19.1 CFD-POST的启动方式368

19.1.1 直接启动CFD-POST368

19.1.2 从Workbench启动CFD-POST369

19.1.3 从计算软件中启动CFD-POST369

19.2 CFD-POST软件工作界面369

19.2.1 CFD-POST的菜单项370

19.2.2 工具栏按钮371

19.3 CFD-POST后处理功能371

19.3.1 创建后处理位置371

19.3.2 生成后处理对象378

19.3.3 数据操作383

19.3.4 其他工具387

19.4 【实例19-1】CFD-POST基本操作387

19.5 【实例19-2】定量后处理394

19.6 【实例19-3】比较多个CASE397

19.7 【实例19-4】瞬态后处理399

第20章 CFD-POST高级功能402

20.1 CEL基础402

20.1.1 运算符402

20.1.2 常量403

20.1.3 标准函数403

20.1.4 基本变量404

20.1.5 CFD-P0ST函数405

20.2 CCL基础406

20.2.1 CCL基本结构406

20.2.2 CCL语法细节407

20.3 CFD-POST自动化408

20.3.1 报告模板定义409

20.3.2 模板操作410

20.3.3 【实例20-1】定义后处理模板411

第21章 Design Xplorer优化设计415

21.1 数值优化概述415

21.2 Design Xplorer概述415

21.3 Design Xplorer优化基础416

21.3.1 基本概念416

21.3.2 ANSYS Design Xplorer基本设置417

21.3.3 目标驱动优化设计420