Ansys Fluent中文版流場分析從入門到精通

目  錄

第1章  流體力學基礎 1

1.1  流體力學基本概念 2

1.1.1  連續介質的模型 2

1.1.2  流體的基本性質 2

1.1.3  作用在流體上的力 3

1.1.4  研究流體運動方法 4

1.2  流體運動的基本概念 5

1.2.1  層流流動與紊流流動 5

1.2.2  有旋流動與無旋流動 5

1.2.3  聲速與馬赫數 6

1.2.4  膨脹波與激波 6

1.3  附面層理論 7

1.3.1  附面層概念及附面層厚度 7

1.3.2  附面層微分方程 8

1.4  流體運動及換熱的多維方程組 8

1.4.1  物質導數 8

1.4.2  不同形式的N-S方程 9

1.4.3  能量方程與導熱方程 11

1.5  湍流模型 11

1.6  計算網格與邊界條件 14

1.6.1  計算網格 14

1.6.2  邊界條件 14

第2章  流體流動分析軟件概述 16

2.1  CFD軟件簡介 17

2.1.1  CFD軟件結構 17

2.1.2  CFD基本模型 18

2.1.3  常用的CFD商用軟件 21

2.2  Fluent軟件介紹 23

2.2.1  Fluent的軟件結構 23

2.2.2  Fluent的功能及特點 24

2.3  Fluent的系統要求和啟動 26

2.3.1  系統要求 26

2.3.2  Fluent軟件的啟動 26

2.4  Fluent的功能特點和分析過程 29

2.4.1  數值算法 29

2.4.2  物理模型 30

2.4.3  Fluent的應用 33

2.4.4  Fluent的分析過程 33

第3章  創建幾何模型 35

3.1  啟動DesignModeler 36

3.2  DesignModeler圖形界面 37

3.2.1  圖形界面介紹 37

3.2.2  菜單欄 38

3.2.3  工具欄 39

3.2.4  信息欄 39

3.2.5  鼠標操作 40

3.2.6  選擇過濾器 40

3.2.7  單選 40

3.2.8  框選 41

3.3  繪制草圖 41

3.3.1  設置單位 41

3.3.2  繪圖平面 42

3.3.3  草圖工具箱 43

3.4  三維建模 46

3.4.1  擠出特徵 46

3.4.2  旋轉特徵 49

3.4.3  掃掠特徵 50

3.4.4  蒙皮/放樣 51

3.4.5  薄/錶面 51

3.4.6  固定半徑圓角 52

3.4.7  變量半徑圓角 53

3.4.8  頂點圓角 53

3.4.9  倒角 54

3.4.10  模式 54

3.4.11  幾何體轉換 55

3.4.12  布爾運算 60

3.4.13  切片 61

3.4.14  單一幾何體 63

3.5  概念建模 63

3.5.1  來自點的線 64

3.5.2  草圖線 64

3.5.3  邊線 64

3.5.4  曲線 65

3.5.5  分割邊 65

3.5.6  邊錶面 66

3.5.7  草圖錶面 67

3.5.8  面錶面 67

3.6  橫截面 68

3.6.1  創建橫截面 68

3.6.2  將橫截面賦給線體 68

3.7  凍結和解凍 69

第4章  劃分網格 70

4.1  網格生成技術 71

4.1.1  常用的網格單元 71

4.1.2  網格生成方法分類 71

4.1.3  網格類型的選擇 73

4.1.4  網格質量 74

4.2  Meshing網格劃分模塊 75

4.2.1  網格劃分步驟 75

4.2.2  分析類型 75

4.3  全局網格控制 76

4.3.1  全局單元尺寸 76

4.3.2  全局尺寸調整 77

4.3.3  質量 78

4.3.4  高級尺寸功能 79

4.4  局部網格控制 80

4.4.1  局部尺寸調整 80

4.4.2  接觸尺寸 82

4.4.3  加密 82

4.4.4  面網格剖分 83

4.4.5  匹配控制 84

4.4.6  收縮控制 85

4.4.7  膨脹 85

4.5  網格工具 86

4.5.1  生成網格 86

4.5.2  截面 86

4.5.3  命名選擇 88

4.6  網格劃分方法 88

4.6.1  自動劃分方法 88

4.6.2  四面體 89

4.6.3  掃掠 91

4.6.4  多區域 91

第5章  Fluent軟件的操作使用 93

5.1  Fluent的操作界面 94

5.1.1  Fluent啟動界面 94

5.1.2  Fluent圖形用戶界面 94

5.2  Fluent對網格的基本操作 97

5.2.1  導入和檢查網格 97

5.2.2  顯示和修改網格 100

5.3  選擇Fluent求解器及運行環境 105

5.3.1  Fluent求解器的比較與選擇 105

5.3.2  Fluent計算模式的選擇 106

5.3.3  Fluent運行環境的選擇 106

5.3.4  Fluent的基本物理模型 107

5.3.5  Fluent的材料定義 112

5.4  設置Fluent的邊界條件 113

5.5  設置Fluent的求解參數 125

第6章  Fluent高級應用 127

6.1  UDF概述 128

6.1.1  UDF基礎知識 128

6.1.2  UDF能夠解決的問題 128

6.1.3  UDF宏 128

6.1.4  UDF的預定義函數 130

6.1.5  UDF的編寫 134

6.2  UDS基礎知識 135

6.3  並行計算 137

6.3.1  開啟並行求解器 137

6.3.2  使用並行網絡工作平臺 137

6.3.3  分割網格 138

6.3.4  檢測並提高並行性能 141

第7章  二維流動和傳熱的數值模擬 143

（ 視頻講解：20分鐘）

7.1  三角形腔體內層流流動 144

7.1.1  創建幾何模型 144

7.1.2  劃分網格及邊界命名 145

7.1.3  分析設置 146

7.1.4  求解設置 148

7.1.5  求解 150

7.1.6  查看求解結果 150

7.2  二維三通管內流體的流動分析 151

7.2.1  導入Mesh文件 152

7.2.2  計算模型的設定 152

7.2.3  求解設置 156

7.2.4  查看求解結果 157

第8章  三維流動和傳熱的數值模擬 161

（ 視頻講解：26分鐘）

8.1  混合器流動和傳熱的數值模擬 162

8.1.1  導入Mesh文件 162

8.1.2  計算模型的設定 162

8.1.3  求解設置 168

8.1.4  後處理 169

8.2  三維流-固耦合散熱模擬 175

8.2.1  導入Mesh文件 175

8.2.2  計算模型的設定 175

8.2.3  求解設置 180

8.2.4  後處理 180

第9章  多相流模型 184

（ 視頻講解：42分鐘）

9.1  Fluent中的多相流模型 185

9.1.1  VOF模型 185

9.1.2  Mixture模型 186

9.1.3  Eulerian模型 186

9.2  水油混合物T形管流動模擬

實例 187

9.2.1  導入Mesh文件 187

9.2.2  計算模型的設定 187

9.2.3  求解設置 189

9.2.4  查看求解結果 189

9.2.5  歐拉模型求解設置 190

9.2.6  查看歐拉模型求解結果 191

9.3  VOF模型倒酒實例 191

9.3.1  創建幾何模型 192

9.3.2  劃分網格及邊界命名 194

9.3.3  分析設置 196

9.3.4  求解設置 201

9.3.5  求解 203

9.3.6  查看求解結果 204

第10章  湍流分析 206

（ 視頻講解：18分鐘）

10.1  湍流模型概述 207

10.1.1  單方程（spalart-allmaras）

模型 207

10.1.2  標準k~ε模型 208

10.1.3  重整化群（RNG）k~ε模型 208

10.1.4  可實現k~ε模型 209

10.1.5  k-epsilon（2 eqn）模型 210

10.1.6  k-omega（2 eqn）模型 211

10.1.7  轉捩 k-kl-omega（3 eqn）

模型 211

10.1.8  轉捩SST（4 eqn）模型 211

10.1.9  雷諾應力（RSM-5 eqn）模型 212

10.1.10  尺度自適應（SAS）模型 213

10.1.11  分離渦模擬（DES）模型 213

10.1.12  大渦模擬 213

10.2  混合彎頭中的流體流動和傳熱 213

10.2.1  創建幾何模型 214

10.2.2  劃分網格及邊界命名 219

10.2.3  分析設置 222

10.2.4  求解設置 227

10.2.5  求解 230

10.2.6  查看求解結果 231

第11章  可動區域中流動問題的模擬 232

（ 視頻講解：26分鐘）

11.1  無旋轉坐標系的三維旋轉流動 233

11.1.1  導入Mesh文件 233

11.1.2  計算模型的設定過程 233

11.1.3  模型初始化 239

11.1.4  迭代計算 239

11.1.5  Fluent自帶後處理 240

11.2  單一旋轉坐標系中三維旋轉

流動 242

11.2.1  利用Fluent導入Case文件 242

11.2.2  Ω=ω/2渦動模型的修改和

計算 243

11.2.3  Ω=ω渦動模型的修改和計算 246

11.3  滑移網格實例分析—十字攪拌器

流場模擬 248

11.3.1  導入Mesh文件 248

11.3.2  計算模型的設定 249

11.3.3  求解設置 251

11.3.4  後處理 251

第12章  動網格模型的模擬 253

（ 視頻講解：47分鐘）

12.1  動網格模型概述 254

12.2  用動網格方法模擬隧道中兩車

相對行駛的流場 255

12.2.1  創建幾何模型 255

12.2.2  劃分網格及邊界命名 256

12.2.3  分析設置 258

12.2.4  模型初始化 261

12.2.5  迭代計算 262

12.2.6  Fluent自帶後處理 263

12.3  三維活塞在汽缸中的運動模擬

實例 264

12.3.1  導入Mesh文件 264

12.3.2  計算模型的設定 265

12.3.3  求解設置 268

12.3.4  查看求解結果 269

12.4  動網格小球落水模擬 270

12.4.1  創建幾何模型 270

12.4.2  劃分網格及邊界命名 271

12.4.3  分析設置 272

12.4.4  求解設置 278

12.4.5  求解 279

12.4.6  查看求解結果 279

第13章  物質運輸和有限速率化學反應

模型模擬 282

（ 視頻講解：30分鐘）

13.1  有限速率化學反應 283

13.1.1  化學反應模型概述 283

13.1.2  有限速率化學反應的設置 286

13.2  預混燃燒模型實例—乙炔-氧

燃燒 289

13.2.1  創建幾何模型 289

13.2.2  劃分網格及邊界命名 290

13.2.3  分析設置 291

13.2.4  求解設置 295

13.2.5  求解 296

13.2.6  查看求解結果 297

13.3  乙烷燃燒模擬實例 299

13.3.1  利用Fluent求解器求解 299

13.3.2  採用變比熱容的解法 308

13.3.3  後處理 310