CFD基礎與Fluent工程應用分析

本書是 CFD 基礎及 Fluent 工程應用分析的指導性教材或參考書。本書根據ANSYS Fluent 2021編寫，並結合Mesh模塊的網格劃分方法，詳細介紹計算流體力學、多相流、動網格、滑移網格、流固耦合等基礎知識，涵蓋Mesh模塊內復雜幾何體的網格劃分實例，以及Fluent軟件在各個工程領域的實際應用分析。全書共 12 章：第 1章為計算流體力學基礎，第 2 章為 Fluent 簡介，第 3 章為網格劃分，第 4 章為穩態與瞬態流動分析，第 5 章為離散相流動分析，第 6 章為傳熱流動分析，第 7 章為多孔介質流動分析，第 8 章為多相流動分析，第 9 章為動網格流動分析，第 10 章為滑移網格流動分析，第11 章為流固耦合分析，第 12 章為化學反應、燃燒與微流動分析。書中以詳解實例的方式來說明 Fluent 軟件在各個工程應用領域的詳細操作及一些值得註意的問題，設有大量練習題，具有較強的實用性。

本書可作為機械、材料、暖通、水利、動力、能源、航空、冶金、環境、建築等相關專業的本科生和研究生的教材，也可供上述領域的技術人員，特別是進行 CFD 應用研究的人員參考。

江帆，广州大学机械与电气工程学院教授，已发表或评审论文40余篇，应用Fluent软件16年，在多相流、动网格、滑移网格、流固耦合计算等方面有丰富的经验，完成及发表利用Fluent方面的学术论文20篇。出版过《Fluent高级应用与实例分析》《机械原理》《创新方法与创新设计》等书籍，具有较好的影响力。

第 1章　計算流體力學基礎

1.1　流體力學的基本概念

1.1.1　流體的連續介質模型

1.1.2　流體的性質

1.1.3　流體力學中的力與壓強

1.1.4　流體運動的描述

1.2　CFD基本模型

1.2.1　基本控制方程

1.2.2　湍流模型

1.2.3　初始條件和邊界條件

1.3　有限體積法

1.3.1　計算區域離散化與控制方程離

散化

1.3.2　常用的離散格式與建立離散方

程應遵循的原則

1.3.3　離散方程的解法

1.4　多相流

1.4.1 VOF模型的概述和局限

1.4.2 VOF模型的控制方程

1.4.3　混合模型的概述和局限

1.4.4　混合模型的控制方程

1.4.5　歐拉模型的概述及局限

1.4.6　歐拉模型的控制方程

1.5　動網格

1.5.1　動網格模型

1.5.2　動網格更新方法

1.6　滑移網格

1.6.1　滑移網格的應用、運動方式及

網格分界面形狀

1.6.2　滑移網格的原理

1.7　ANSYS流固耦合分析

1.7.1　理論基礎

1.7.2　單向流固耦合分析

1.7.3　雙向流固耦合分析

1.7.4　耦合面的數據傳遞

1.8　CFD軟件計算結果的驗證及修正

第 2章　Fluent簡介

2.1　Fluent的用戶界面

2.1.1　圖形用戶界面

2.1.2　文本用戶界面及Scheme表達式

2.1.3　圖形控制及鼠標使用

2.2　Fluent的計算類型及應用領域

2.3　Fluent的求解流程

2.4　簡單流動與傳熱分析實例

2.5　本章小結

2.6　練習題

第3章　網格劃分

3.1　Mesh模塊簡介

3.1.1 Mesh的界面與功能

3.1.2　網格劃分流程

3.1.3　模型導入後的操作

3.1.4　網格生成

3.2　Mesh網格劃分實例

3.2.1　二維油水環狀管道網格劃分

3.2.2　三維球閥流道網格劃分

3.2.3　模型分塊與網格劃分

3.3　本章小結

3.4　練習題

第4章　穩態與瞬態流動分析

4.1　血管機器人外流場分析

4.1.1　問題描述

4.1.2　具體分析

4.2　河流污染擴散分析

4.2.1　問題描述

4.2.2　具體分析

4.3　機翼亞音速流動分析

4.3.1　問題描述

4.3.2　具體分析

4.4　本章小結

4.5　練習題

第5章　離散相流動分析

5.1　水霧射流冷卻工件效果分析

5.1.1　問題描述

5.1.2　具體分析

5.2　旋流分離器內顆粒流動分析

5.2.1　問題描述

5.2.2　具體分析

5.3　本章小結

5.4　練習題

第6章　傳熱流動分析

6.1 冷熱水混合器傳熱分析

6.1.1　問題描述

6.1.2　具體分析

6.2　蛇形管內水沸騰傳熱分析

6.2.1　問題描述

6.2.2　具體分析

6.3　本章小結

6.4　練習題

第7章　多孔介質流動分析

7.1　變截面纖維結構中樹脂流動分析

7.1.1　問題描述

7.1.2　具體分析

7.2　廢氣過濾數值分析

7.2.1　問題描述

7.2.2　具體分析

7.3　本章小結

7.4　練習題

第8章　多相流動分析

8.1　U形管油水環狀流分析

8.1.1　問題描述

8.1.2　具體分析

8.2　沉澱池活性污泥沉降分析

8.2.1　問題描述

8.2.2　具體分析

8.3　液滴撞擊液膜數值分析

8.3.1　問題描述

8.3.2　具體分析

8.4　本章小結

8.5　練習題

第9章　動網格流動分析

9.1　塑料圓柱體落入水中的模擬

9.1.1　問題描述

9.1.2　具體分析

9.1.3　動網格模型與重疊網格模型的比較

9.2　齒輪泵的動態模擬

9.2.1　問題描述

9.2.2　具體分析

9.3　本章小結

9.4　練習題

第 10章　滑移網格流動分析

10.1　轉籠生物反應器的內部流場計算

10.1.1　問題描述

10.1.2　具體分析

10.2　車輛交會的動態模擬

10.2.1　問題描述

10.2.2　具體分析

10.3　本章小結

10.4　練習題

第 11章　流固耦合分析

11.1　河水沖擊閘板的分析

11.1.1　問題描述

11.1.2　具體分析

11.2　主動脈血管瘤的分析

11.2.1　問題描述

11.2.2　具體計算

11.3　本章小結

11.4　練習題

第 12章　化學反應、燃燒與微流動分析

12.1　汽車碳罐中碳氫燃料的回收模擬

12.1.1　問題描述

12.1.2　具體分析

12.2　甲烷與空氣預混燃燒模擬

12.2.1　問題描述

12.2.2　具體分析

12.3　微流體流動模擬

12.3.1　問題描述

12.3.2　具體分析

12.4　本章小結

12.5　練習題

參考資料