精通CFD工程仿真與案例實戰（簡體書）

《精通CFD工程仿真與案例實戰:FLUENT GAMBIT ICEM CFD Tecplot》詳細介紹了FLUENT、GAMBIT、ICEMCFD和Tecplot基礎理論、具體操作和典型的應用案例。全書共分8章。第1章介紹了CFD基本理論及軟件的基本應用，并通過簡單實用的算例，說明了FLUENT的求解過程和後處理步驟。第2章介紹CFD前處理概念和GAMBIT、ICEMCFD的使用方法。第3章介紹CFD求解理論和FLUENT的使用方法。第4章介紹FLUENT後處理和Tecplot使用方法。第5章是網格應用實戰，以10個網格應用的典型實例為講解主線，詳細介紹GAMBIT和ICEMCFD創建四面體網格、六面體網格的功能應用，涉及局部加密法、邊界層網格和塊結構化網格的劃分方法。第6章至第8章，分別是求解綜合實戰案例，通過26個典型算例，介紹FLUENT在多個領域的應用。
《精通CFD工程仿真與案例實戰:FLUENT GAMBIT ICEM CFD Tecplot》理論講解詳細、操作介紹直觀、實例內容豐富，全面介紹了FLUENT、GAMBIT、ICEMCFD和Tecplot應用于流體工程計算的操作，具有較強的實用性。《精通CFD工程仿真與案例實戰:FLUENT GAMBIT ICEM CFD Tecplot》包含的大量實例基本涵蓋了ICEMCFD和FLUENT在各大領域中的典型應用，《精通CFD工程仿真與案例實戰:FLUENT GAMBIT ICEM CFD Tecplot》的這些經典算例是對ICEMCFD和FLUENT功能應用很全面的總結。
《精通CFD工程仿真與案例實戰:FLUENT GAMBIT ICEM CFD Tecplot》可作為航空航天、船舶、能源、石油、化工、機械、制造、汽車、生物、環境、水利、火災安全、冶金、建筑、材料等眾多領域的研究生和本科生學習CFD基本理論和軟件應用的教材，也可供
上述領域的科研人員、企業研發人員，特別是從事CFD基礎和應用計算的人員學習參考。

《精通CFD工程仿真與案例實戰:FLUENT GAMBIT ICEM CFD Tecplot》：8個經典網格ICEM CFD劃分實例（非結構網格、塊結構網格、O-grid網格劃分、邊界層網格），詳細講解ICEM，CFD的應用，26個經典的FLUENT案例（氣流組織、管流、換熱、可壓縮流動、水波、翼型繞流、各類多相流模型、固體燃料，電池、SNCR、燃燒與化學反應、催化反應、非牛頓流體、風機、圓柱繞流、UDF），全面解讀FLUENT的應用，典型的Tecplot後處理應用（矢量圖、等值線圖、三維剖面圖、XY點圖），260分鐘視頻講解及各算例源文件，幫助讀者盡快融入實戰角色（見光盤）。

第1章　CFD概述　1
1.1　計算流體力學概述　1
1.1.1　計算流體力學的基本思想和本質　1
1.1.2　計算流體力學的優勢　2
1.1.3　CFD學科誕生與工程化背景　2
1.1.4　計算流體力學的應用領域　3
1.2　計算流體力學問題的解決過程　3
1.2.1　前處理　3
1.2.2　求解　4
1.2.3　後處理　4
1.3　計算流體力學商業軟件介紹　4
1.3.1　前處理器　4
1.3.2　求解器　5
1.3.3　後處理軟件　10
1.4　FLUENT的操作界面　12
1.4.1　啟動FLUENT界面　12
1.4.2　FLUENT主界面　12
1.5　FLUENT的基礎操作　14
1.5.1　啟動ANSYS FLUENT求解器　15
1.5.2　讀入網格文件　15
1.5.3　網格檢查　16
1.5.4　尺寸檢查　17
1.5.5　網格光順化　17
1.5.6　顯示網格　18
1.5.7　模型參數設置　18
1.5.8　物性參數設置　19
1.5.9　邊界條件參數設置　19
1.5.10　求解參數設置　22
1.5.11　迭代求解　23
1.5.12　利用高階離散格式獲得精確解　23
1.6　顯示計算結果與分析結果數據　24
1.6.1　顯示速度的云圖　24
1.6.2　顯示溫度的云圖　25
1.6.3　顯示速度矢量圖　26
1.6.4　顯示出口溫度的XY點圖　27
1.7　本章總結　28

第2章　網格基礎與操作　29
2.1　CFD網格前處理理論準備　29
2.1.1　劃分網格的目的　29
2.1.2　網格幾何要素　29
2.1.3　網格形狀　29
2.1.4　結構化與非結構化網格　30
2.1.5　壁面和近壁區網格處理原則　32
2.1.6　網格質量評價標準　34
2.1.7　選擇合適的網格類型　35
2.1.8　網格自適應　36
2.2　GAMBIT網格劃分　37
2.2.1　GAMBIT的基本功能與界面　37
2.2.2　GAMBIT基本術語　40
2.2.3　GAMBIT幾何通用操作　41
2.2.4　GAMBIT幾何造型　43
2.2.5　GAMBIT實體幾何操作　53
2.2.6　GAMBIT劃分實體網格　57
2.2.7　劃分體網格　61
2.2.8　劃分邊界層網格　66
2.2.9　GAMBIT指定邊界和域類型　67
2.2.10　尺寸函數　68
2.2.11　網格劃分策略分析簡介　70
2.2.12　網格質量管理及網格輸出　72
2.3　ICEM CFD網格劃分　74
2.3.1　ICEM CFD基本功能與界面　74
2.3.2　ICEM CFD幾何體創建與處理　78
2.3.3　ICEM CFD劃分非結構網格　83
2.3.4　ICEM CFD劃分棱柱邊界層網格　94
2.3.5　ICEM CFD劃分六面體結構化網格　99
2.3.6　ICEM CFD指定邊界和域類型以及輸出網格　111

第3章　FLUENT基礎與操作　114
3.1　FLUENT求解，啟動FLUENT與FLUENT并行計算　114
3.2　FLUENT腳本文件自動運行　116
3.3　FLUENT文件類型　117
3.4　網格檢查　117
3.4.1　在FLUENT中檢查網格　117
3.4.2　報告網格統計量　119
3.5　計算域尺寸設置　119
3.5.1　FLUENT的計算單位系統　119
3.5.2　在FLUENT中設置計算域尺寸　120
3.6　定義湍流模型　120
3.6.1　流體與流動的分類　120
3.6.2　判斷湍流的標準　122
3.6.3　湍流模型的評價與選擇　122
3.6.4　壁面函數的選擇　127
3.6.5　在ANSYS FLUENT中設定湍流模型　127
3.7　對流換熱計算　131
3.7.1　在FLUENT中考慮對流換熱　131
3.7.2　考慮自然對流問題的場合與方法　132
3.8　輻射換熱計算　134
3.8.1　選擇輻射換熱模型　134
3.8.2　在ANSYS FLUENT中設定P1輻射模型　135
3.8.3　在ANSYS FLUENT中設定Discrete Ordinates輻射模型　136
3.8.4　輻射物質屬性定義　137
3.9　模擬不考慮化學反應的組分傳輸過程　137
3.10　化學反應流與燃燒模擬　138
3.10.1　FLUENT中的燃燒模型介紹　138
3.10.2　反應模型的選擇　139
3.10.3　通用有限速率模型　141
3.10.4　ISAT算法　146
3.10.5　導入CHEMKIN格式的化學反應機理　147
3.10.6　非預混燃燒模型之混合分數/PDF模型　148
3.10.7　非預混燃燒模型之層流火焰面模型　148
3.10.8　FLUENT中的煤燃燒模擬計算器的設置與使用　150
3.10.9　預混燃燒模型　151
3.10.10　部分預混燃燒模型　152
3.10.11　組分概率密度輸運燃燒模型　153
3.10.12　FLUENT燃燒模擬可能遇到的點火問題　154
3.11　表面反應模擬　155
3.12　設定操作工況參數　156
3.13　設定單元區域條件　158
3.13.1　單元區域條件的類型　158
3.13.2　單元區域條件設定　159
3.14　多孔介質計算域　161
3.15　設定邊界條件　162
3.15.1　邊界條件類型　163
3.15.2　邊界條件設定　163
3.16　控制方程離散化　186
3.16.1　離散方法　186
3.16.2　離散格式　187
3.16.3　離散格式的選擇　188
3.16.4　在FLUENT中設置離散格式　189
3.17　求解方法　190
3.17.1　基于壓力的求解器　190
3.17.2　基于密度的求解器　192
3.17.3　在FLUENT中設置求解器　192
3.18　設置亞松弛因子　193
3.19　設置庫朗數　194
3.20　設置求解極限　194
3.21　求解初始化　195
3.21.1　全局初始化　195
3.21.2　對初始值進行局部修補　196
3.22　求解器的使用方法　196
3.22.1　使用求解器的基本步驟　196
3.22.2　在FLUENT中設置定常狀態的計算　197
3.23　確認收斂性　197
3.24　網格自適應　198
3.25　UDF的基本理論與應用　198
3.25.1　UDF的基本理論　198
3.25.2　UDF的應用　199
3.26　FLUENT中常見警告的出現原因和解決方法　199

第4章　後處理基礎與操作　202
4.1　計算後處理：FLUENT後處理　202
4.1.1　創建點、線和面　202
4.1.2　流場顯示　206
4.1.3　顯示網格　207
4.1.4　顯示等值線云圖　207
4.1.5　顯示矢量圖　209
4.1.6　顯示軌跡線　210
4.1.7　顯示掃描面　210
4.1.8　創建動畫　211
4.1.9　顯示XY曲線　212
4.1.10　顯示柱狀圖　212
4.1.11　FLUENT計算報告　213
4.1.12　邊界通量報告　213
4.1.13　受力報告　214
4.1.14　投影面積　215
4.1.15　表面積分　215
4.1.16　體積分　217
4.1.17　參考值設定　218
4.1.18　算例設置報告　219
4.2　Tecplot數據處理　219
4.2.1　Tecplot 360功能簡介　219
4.2.2　Tecplot 360文件格式　222
4.2.3　Tecplot 360讀入FLUENT文件　226
4.2.4　在Tecplot 360中繪制XY曲線　228
4.2.5　在Tecplot 360中顯示等值線云圖　229
4.2.6　在Tecplot 360中繪制矢量圖　231
4.2.7　在Tecplot 360中繪制流線　232
4.2.8　在Tecplot 360中繪制三維流場剖面圖　233
4.2.9　在Tecplot 360中制作動畫　237
4.2.10　在Tecplot 360中分析CFD數據　240

第5章　利用GAMBIT劃分網格　242
5.1　網格實例一：二維圓筒燃燒器網格劃分　242
5.1.1　創建幾何實體　243
5.1.2　對實體進行網格劃分　244
5.1.3　創建邊界條件并輸出網格　245
5.2　網格實例二：燃氣灶網格劃分　247
5.2.1　創建燃氣灶實體模型　247
5.2.2　對實體進行網格劃分　252
5.2.3　創建實體的邊界條件　255
5.2.4　輸出網格　255
5.3　網格實例三：引擎模型四面體劃分　256
5.3.1　打開工程　256
5.3.2　Repair幾何實體　257
5.3.3　設置網格尺寸　257
5.3.4　初步計算并查看網格　258
5.3.5　光順網格　259
5.3.6　基于曲率自適應的網格加密　260
5.3.7　再次創建網格　260
5.3.8　切面顯示　260
5.4　網格實例四：機翼翼身組合體棱柱形網格劃分　260
5.4.1　打開項目　261
5.4.2　劃分棱柱層網格　261
5.4.3　創建機翼尾部密度區　262
5.4.4　再次計算網格并顯示　263
5.4.5　光順網格　263
5.4.6　生成六面體核心網格　264
5.5　網格實例五：二維管道四邊形網格劃分　265
5.5.1　新建工程　265
5.5.2　初始化塊　266
5.5.3　分割塊　266
5.5.4　刪除 Blocks　267
5.5.5　關聯塊頂點到幾何點　267
5.5.6　關聯Edge到Curve　268
5.5.7　顯示關聯　269
5.5.8　組合Curves　269
5.5.9　完成邊和線的關聯　270
5.5.10　移動剩余的頂點到幾何上　270
5.5.11　設置網格尺寸　271
5.5.12　計算并顯示網格　271
5.5.13　網格質量檢查　272
5.5.14　轉化成非結構化網格　272
5.6　網格實例六：三維管道六面體結構化網格　273
5.6.1　新建工程　273
5.6.2　檢查幾何拓撲　273
5.6.3　創建Part　274
5.6.4　創建材料點并保存工程　274
5.6.5　初始化塊　275
5.6.6　分割塊并建立拓撲結構　275
5.6.7　關聯曲線　276
5.6.8　初步計算網格　278
5.6.9　初步網格質量評估　278
5.6.10　建立O-grid　279
5.6.11　第二次計算網格　279
5.6.12　第二次網格質量評估　280
5.6.13　網格輸出　280
5.7　網格實例七：三維彎管六面體結構化網格　280
5.7.1　打開項目并創建Parts　281
5.7.2　創建體并初始化塊　282
5.7.3　切塊和刪除部分塊　282
5.7.4　關聯　283
5.7.5　移動頂點(1)　283
5.7.6　創建第一個O-grid　284
5.7.7　修飾塊　285
5.7.8　移動頂點(2)　286
5.7.9　創建第二個O-grid　286
5.7.10　設置網格尺寸并預覽網格　287
5.7.11　移動頂點以改善網格質量　288
5.7.12　重新查看網格　289
5.8　網格實例八：管內葉片三維六面體結構化網格　289
5.8.1　打開工程并創建Parts　290
5.8.2　創建體　290
5.8.3　初始化塊　291
5.8.4　創建關聯　291
5.8.5　塊分割　292
5.8.6　塌陷　292
5.8.7　邊關聯　292
5.8.8　設置面網格參數　293
5.8.9　網格質量檢查　294
5.8.10　創建O-grid　294
5.8.11　中間塊刪除并計算網格　295
5.8.12　網格質量檢查　295
5.9　網格實例九：半球方體三維六面體結構化網格　295
5.9.1　讀入工程　296
5.9.2　初始化塊　297
5.9.3　建立拓撲(1)　297
5.9.4　關聯(1)　298
5.9.5　設置網格參數(1)　299
5.9.6　預覽網格并檢查網格質量　299
5.9.7　建立拓撲(2)　300
5.9.8　關聯(2)　301
5.9.9　設置網格參數(2)　301
5.9.10　計算網格　302
5.9.11　檢查網格質量　302
5.9.12　局部網格參數設置　303
5.10　網格實例十：托架三維六面體結構化網格　303
5.10.1　創建新項目　303
5.10.2　初始化塊　304
5.10.3　移動塊頂點　304
5.10.4　分塊(1)　305
5.10.5　關聯并移動頂點　306
5.10.6　創建塊　306
5.10.7　關聯　307
5.10.8　分塊(2)　307
5.10.9　創建O-grid　308
5.10.10　設置邊緣O-grid　309
5.10.11　計算網格　310
5.10.12　網格質量評估　311
5.10.13　網格鏡像　311

第6章　綜合實戰案例一　312
6.1　算例一：空調房間室內氣流組織模擬　312
6.1.1　介紹　312
6.1.2　方法和設置　312
6.1.3　前期要求　312
6.1.4　問題描述　312
6.1.5　準備　313
6.1.6　設置和求解　313
6.1.7　總結　317
6.2　算例二：管內流動的模擬　317
6.2.1　介紹　317
6.2.2　方法和設置　317
6.2.3　前期要求　318
6.2.4　問題描述　318
6.2.5　準備　318
6.2.6　設置和求解　318
6.2.7　總結　328
6.2.8　參考文獻　328
6.2.9　練習與討論　329
6.3　算例三：外掠平板的流場與換熱　329
6.3.1　介紹　329
6.3.2　方法和設置　329
6.3.3　前期要求　329
6.3.4　問題描述　329
6.3.5　準備　330
6.3.6　設置與求解　330
6.3.7　總結　339
6.3.8　參考文獻　339
6.3.9　練習與討論　340
6.4　算例四：進氣歧管的流動模擬　340
6.4.1　介紹　340
6.4.2　方法和設置　340
6.4.3　前期要求　340
6.4.4　問題描述　340
6.4.5　準備　341
6.4.6　設置和求解　341
6.4.7　總結　349
6.4.8　參考文獻　349
6.4.9　練習與討論　349
6.5　算例五：漸縮漸擴管的無粘與可壓縮流動模擬　349
6.5.1　介紹　349
6.5.2　方法和設置　349
6.5.3　前期準備　350
6.5.4　問題描述　350
6.5.5　準備　350
6.5.6　設置和求解　350
6.5.7　總結　357
6.5.8　參考文獻　358
6.5.9　練習與討論　358
6.6　算例六：模擬水箱的水波運動　358
6.6.1　介紹　358
6.6.2　方法和設置　358
6.6.3　前期要求　358
6.6.4　問題描述　358
6.6.5　準備　359
6.6.6　設置和求解　359
6.6.7　總結　367
6.6.8　練習與討論　367
6.7　算例七：水平膜狀沸騰　367
6.7.1　介紹　367
6.7.2　前期要求　367
6.7.3　問題描述　368
6.7.4　設置和求解　368
6.7.5　分析　374
6.7.6　總結　374
6.8　算例八：機翼繞流可壓縮流動的模擬　375
6.8.1　介紹　375
6.8.2　方法和設置　375
6.8.3　前期要求　375
6.8.4　問題描述　375
6.8.5　準備　376
6.8.6　設置和求解　376
6.8.7　總結　383
6.8.8　練習與討論　383
6.9　算例九：利用歐拉模型解決攪拌器混合問題　384
6.9.1　介紹　384
6.9.2　方法和設置　384
6.9.3　問題描述　384
6.9.4　設置和求解　385
6.10　算例十：利用多相流混合模型和歐拉模型求解T形管流動　396
6.10.1　介紹　396
6.10.2　方法和設置　396
6.10.3　問題描述　396
6.10.4　設置和求解　396
6.11　算例十一：對固體燃料電池進行流體動力學模擬　404
6.11.1　介紹　404
6.11.2　方法和設置　405
6.11.3　問題描述　405
6.11.4　設置與求解　405

第7章　綜合實戰案例二　417
7.1　算例十二：使用噴尿素法并利用選擇性非催化還原法進行NOx模擬　417
7.1.1　介紹　417
7.1.2　方法和設置　417
7.1.3　前期要求　417
7.1.4　問題描述　417
7.1.5　準備　418
7.1.6　設置和求解　418
7.2　總結　423
7.3　算例十三：使用混合物模型模擬質量和熱量交換　424
7.3.1　介紹　424
7.3.2　前期要求　424
7.3.3　問題描述　424
7.3.4　設置和求解　424
7.4　算例十四：使用用戶自定義標量和用戶自定義內存模擬電加熱(歐姆加熱)　430
7.4.1　介紹　430
7.4.2　方法和設置　431
7.4.3　前期要求　431
7.4.4　問題描述　431
7.4.5　準備　431
7.4.6　設置和求解　431
7.4.7　總結　441
7.4.8　練習與討論　441
7.5　算例十五：頂蓋驅動的腔體流動　441
7.5.1　介紹　441
7.5.2　方法和設置　441
7.5.3　前期要求　442
7.5.4　問題描述　442
7.5.5　準備　442
7.5.6　設置和求解　442
7.5.7　總結　449
7.5.8　參考文獻　449
7.5.9　練習與討論　450
7.6　算例十六：引擎流場模擬　450
7.6.1　介紹　450
7.6.2　方法和設置　450
7.6.3　前期要求　450
7.6.4　問題描述　450
7.6.5　準備　451
7.6.6　設置和求解　451
7.6.7　總結　468
7.6.8　練習和討論　469
7.7　算例十七：使用EBU(Eddy Break Up，渦破碎)模型模擬煤粉燃燒　469
7.7.1　介紹　469
7.7.2　技巧和設置　469
7.7.3　前期要求　469
7.7.4　問題描述　469
7.7.5　準備　470
7.7.6　設置和求解　470
7.7.7　結果　483
7.8　算例十八：多步焦炭反應模擬　483
7.8.1　介紹　483
7.8.2　技巧和設置　483
7.8.3　前期要求　483
7.8.4　問題描述　484
7.8.5　準備　484
7.8.6　設置和求解　484
7.8.7　結果　493
7.8.8　總結　493
7.9　算例十九：利用EDC燃燒模型模擬擴散火焰　493
7.9.1　介紹　493
7.9.2　前期要求　494
7.9.3　問題描述　494
7.9.4　準備　494
7.9.5　設置和求解　494
7.9.6　總結　505
7.10　算例二十：擴散射流火焰的PDF輸運方程模型模擬　505
7.10.1　介紹　505
7.10.2　技巧和設置　505
7.10.3　實驗概況　506
7.10.4　前期要求　506
7.10.5　問題描述　506
7.10.6　準備　506
7.10.7　設置和求解　506
7.10.8　總結　514
7.11　算例二十一：模擬圓形通道的表面反應　514
7.11.1　介紹　514
7.11.2　準備　514
7.11.3　設置和求解　514

第8章　綜合實戰案例三　520
8.1　算例二十二：模擬二維流化床的均勻流化作用　520
8.1.1　介紹　520
8.1.2　前期要求　520
8.1.3　問題描述　520
8.1.4　設置和求解　521
8.2　算例二十三：液體燃料燃燒　525
8.2.1　介紹　525
8.2.2　技巧和設置　525
8.2.3　前期準備　525
8.2.4　問題描述　525
8.2.5　準備　526
8.2.6　設置和求解　526
8.2.7　總結　537
8.3　算例二十四：偏心環形管道的非牛頓流體流動模擬　537
8.3.1　介紹　537
8.3.2　技巧和設置　537
8.3.3　前期要求　538
8.3.4　問題描述　538
8.3.5　準備　538
8.3.6　設置和求解　538
8.3.7　總結　550
8.3.8　參考文獻　550
8.3.9　練習與討論　550
8.4　算例二十五：離心式鼓風機模擬　550
8.4.1　介紹　550
8.4.2　問題描述　551
8.4.3　準備　551
8.4.4　設置和求解　551
8.4.5　總結　559
8.5　算例二十六：圓柱繞流模擬　560
8.5.1　介紹　560
8.5.2　問題描述　560
8.5.3　準備　560
8.5.4　設置和求解　560
8.5.5　總結　569
8.5.6　參考文獻　569

而非預混模型求解的并不是組分質量分數的輸運方程，而是求解的守恒標量（混合分數）的輸運方程，然後通過求解的混合分數推算溫度和組分濃度等參數。這樣處理，把化學反應速率計算的問題轉化為了流動混合問題，進而也解決了化學反應速率難以求解的問題。在合適的場合應用該模型，不僅計算速率快，而且精度較高。非預混模型之所以只能在非預混燃燒領域中應用，是因為只有在非預混情況下才可以以混合分數的形式表達組分方程。一般將燃料進口射流的混合分數設定為1，氧化劑進口射流的混合分數設定為0，這樣爐內的混合分數在0和1之間，可以將化學反應問題簡化為流動混合問題求解。在完全預混時，無法用混合分數描述守恒方程。
完全預混模型求解的是反應進程變量，并且認為反應物和燃燒產物被火焰鋒面分開，通過計算湍流火焰傳播速度來考慮湍流的影響。這與上述通用有限速率模型和非預混混合分數法采用的是完全不同的思路，完全預混模型只能在完全預混燃燒場合才能使用。
PDF輸運模型求解的是組分概率密度函數的守恒方程，該模型通過求解概率密度函數，且對反應速率的處理沒有進行任何假設，因而計算精度較高，但計算量也較大。PDF輸運模型適用于非預混、完全預混和部分預混燃燒場合。
對于燃燒模型的選擇，首先判斷流動是層流還是湍流。
（1）如果為層流，則可直接選擇層流有限速率模型，通過簡化的總包機理或詳細化學反應機理計算。
（2）如果流動為湍流，則需要進一步考察反應特征。