Ansys Fluent流場分析入門與案例實踐（視頻教學版）

目    錄

第 1 章  流體力學基礎 1

1.1  流體力學的基本概念 2

1.1.1  連續介質模型 2

1.1.2  基本概念 2

1.1.3  流體的基本性質 4

1.1.4  流動分析方法 7

1.2  流體運動的基本概念 7

1.2.1  層流流動與湍流流動 7

1.2.2  有旋流動與無旋流動 8

1.2.3  聲速與馬赫數 9

1.2.4  膨脹波與激波 9

1.3  邊界層理論和物體阻力 11

1.3.1  邊界層概念及特征 11

1.3.2  邊界層微分方程 11

1.3.3  物體阻力 12

第 2 章  Fluent軟件簡介及操作使用 13

2.1  Fluent的軟件結構 14

2.1.1  前處理器 14

2.1.2  求解器 14

2.1.3  後處理器 15

2.2  Fluent的啟動 15

2.2.1  直接啟動 15

2.2.2  在Workbench中啟動 16

2.3  Fluent 2024 R1的用戶界面 18

2.4  Fluent的求解器類型 19

2.4.1  壓力基求解器 19

2.4.2  密度基求解器 20

2.5  Fluent的功能特點和應用 20

2.5.1  數值算法 20

2.5.2  物理模型 21

2.5.3  Fluent的應用 25

2.6  Fluent的邊界條件 25

2.7  Fluent的分析流程 27

第 3 章  創建幾何模型 30

3.1  啟動DesignModeler 31

3.2  DesignModeler圖形界面 32

3.2.1  圖形界面介紹 32

3.2.2  菜單欄 33

3.2.3  工具欄 35

3.2.4  信息欄 35

3.2.5  鼠標操作 35

3.2.6  選擇過濾器 36

3.2.7  單選 36

3.2.8  框選 37

3.3  繪制草圖 37

3.3.1  設置單位 37

3.3.2  繪制平面 38

3.3.3  草圖工具箱 39

3.4  三維建模 43

3.4.1  擠出特征 43

3.4.2  旋轉特征 47

3.4.3  掃掠特征 47

3.4.4  蒙皮/放樣 48

3.4.5  薄/表面 49

3.4.6  固定半徑圓角 49

3.4.7  變量半徑圓角 50

3.4.8  頂點圓角 51

3.4.9  倒角 51

3.4.10  模式 52

3.4.11  幾何體轉換 53

3.4.12  布爾運算 59

3.4.13  切片 60

3.4.14  單一幾何體 62

3.5  概念建模 63

3.5.1  來自點的線 63

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  邊表面 66

3.5.7  草圖表面 67

3.5.8  面表面 67

3.6  橫截面 68

3.6.1  創建橫截面 68

3.6.2  將橫截面賦予線體 69

3.7  凍結和解凍 69

3.8  實例—排氣歧管 70

第 4 章  劃分網格 79

4.1  網格生成技術 80

4.1.1  常用的網格單元 80

4.1.2  網格生成方法分類 80

4.1.3  網格類型的選擇 83

4.1.4  網格質量 84

4.2  Meshing網格劃分模塊 85

4.2.1  網格劃分步驟 85

4.2.2  分析類型 85

4.3  全局網格控制 86

4.3.1  全局單元尺寸 86

4.3.2  全局尺寸調整 87

4.3.3  質量 88

4.3.4  高級尺寸功能 89

4.4  局部網格控制 90

4.4.1  局部尺寸調整 91

4.4.2  接觸尺寸 93

4.4.3  加密 93

4.4.4  面網格剖分 94

4.4.5  匹配控制 95

4.4.6  收縮控制 96

4.4.7  膨脹 96

4.5  網格工具 97

4.5.1  生成網格 97

4.5.2  截面 98

4.5.3  命名選擇 100

4.6  網格劃分方法 100

4.6.1  自動劃分方法 100

4.6.2  四面體 100

4.6.3  掃掠 102

4.6.4  多區域 103

4.7  實例—排氣歧管網格劃分 104

第 5 章  Fluent分析設置及求解 109

5.1  通用設置 110

5.1.1  網格設置 110

5.1.2  求解器設置 112

5.1.3  重力設置 112

5.2  模型設置 112

5.3  定義材料 113

5.3.1  選擇材料 113

5.3.2  設置材料屬性 114

5.3.3  新建材料 114

5.4  邊界條件設置 116

5.5  求解方法及控制參數設置 117

5.5.1  求解方法設置 117

5.5.2  求解控制設置 119

5.6  求解初始化 119

5.6.1  標準初始化 120

5.6.2  混合初始化 120

5.6.3  局部初始化 120

5.7  定義動畫 121

5.8  求解設置 122

5.8.1  穩態求解設置 122

5.8.2  瞬態求解設置 122

5.9  實例—排氣歧管分析求解 123

5.9.1  分析設置 123

5.9.2  求解設置 128

5.9.3  求解 131

第 6 章  計算後處理 132

6.1  Fluent的後處理功能 132

6.1.1  創建雲圖 133

6.1.2  創建矢量圖 133

6.1.3  創建跡線圖 134

6.1.4  創建顆粒軌跡圖 135

6.1.5  創建平面 136

6.2  實例—排氣歧管分析後處理 136

6.2.1  創建平面 136

6.2.2  查看速度和壓力雲圖 136

6.2.3  查看速度矢量圖 137

6.2.4  查看場景圖 138

6.2.5  查看分析報告 139

第 7 章  無粘模型與層流模型模擬 141

7.1  Ansys Fluent中物理模型概述 142

7.2  連續性和動量方程 142

7.2.1  物質導數 143

7.2.2  質量守恒方程（連續性方程） 143

7.2.3  動量守恒方程（N-S方程） 144

7.2.4  能量守恒方程 145

7.3  Fluent中的流體分類 145

7.4  無粘模型概論 146

7.5  層流模型概論 146

7.6  旋轉和靜止同心圓柱之間的層流分析實例 146

7.6.1  問題分析 146

7.6.2  創建幾何模型 147

7.6.3  劃分網格及邊界命名 149

7.6.4  分析設置 150

7.6.5  求解設置 154

7.6.6  求解 154

7.6.7  查看求解結果 155

7.7  圓管內的層流分析實例 159

7.7.1  問題分析 159

7.7.2  創建幾何模型 159

7.7.3  劃分網格及邊界命名 160

7.7.4  分析設置 162

7.7.5  求解設置 165

7.7.6  求解 166

7.7.7  查看求解結果 166

第 8 章  湍流分析 170

8.1  湍流模型概述 171

8.1.1  Spalart-Allmaras（1 eqn）模型 171

8.1.2  k-epsilon（2 eqn）模型 171

8.1.3  k-omega（2 eqn）模型 172

8.1.4  轉捩 k-kl-omega（3 eqn）模型 173

8.1.5  轉捩SST（4 eqn）模型 173

8.1.6  雷諾應力（RSM-5 eqn）模型 174

8.1.7  尺度自適應（SAS）模型 175

8.1.8  分離渦模擬（DES）模型 175

8.2  壁面函數概論 175

8.2.1  標準壁面函數 175

8.2.2  可擴展壁面函數 176

8.2.3  非平衡壁面函數 176

8.2.4  增強壁面函數 176

8.2.5  Menter-Lechner壁面函數 176

8.3  k-epsilon模型實例—自然對流 176

8.3.1  問題分析 176

8.3.2  創建幾何模型 177

8.3.3  劃分網格及邊界命名 178

8.3.4  分析設置 179

8.3.5  求解設置 182

8.3.6  穩態求解 183

8.3.7  查看求解結果 183

8.3.8  瞬態求解 186

8.3.9  查看瞬態結果 186

8.4  k-omega模型實例——乒乓球流體力學分析 186

8.4.1  問題分析 186

8.4.2  創建幾何模型 187

8.4.3  劃分網格及邊界命名 189

8.4.4  分析設置 190

8.4.5  求解設置 193

8.4.6  求解 197

8.4.7  查看求解結果 197

第 9 章  多相流模型模擬 200

9.1  多相流概論 201

9.2  VOF模型 201

9.3  Mixture（混合）模型 202

9.4  歐拉模型 203

9.5  多相流模型的選擇與設置 203

9.5.1  多相流模型選擇的原則 203

9.5.2  多相流模型的設置 204

9.6  VOF模型實例—毛細現象 206

9.6.1  問題分析 206

9.6.2  創建幾何模型 207

9.6.3  劃分網格及邊界命名 209

9.6.4  分析設置 210

9.6.5  求解設置 214

9.6.6  求解 217

9.6.7  查看求解結果 217

9.7  Mixture模型實例——“超空泡”魚雷水下航行 218

9.7.1  問題分析 218

9.7.2  導入幾何模型 219

9.7.3  劃分網格及邊界命名 219

9.7.4  分析設置 221

9.7.5  求解設置 226

9.7.6  求解 226

9.7.7  查看求解結果 227

9.8  歐拉模型實例—沈降法汙水處理 228

9.8.1  問題分析 228

9.8.2  導入幾何模型 228

9.8.3  劃分網格及邊界命名 229

9.8.4  分析設置 230

9.8.5  求解設置 235

9.8.6  求解 237

9.8.7  查看求解結果 238

第 10 章  組份與燃燒模型模擬 240

10.1  燃燒模型概論 241

10.2  組份傳遞模型 241

10.3  非預混燃燒模型 242

10.4  預混燃燒模型 243

10.5  部分預混燃燒模型 243

10.6  聯合概率密度輸運模型 243

10.7  組份傳遞模型實例—鹽水與清水互溶 244

10.7.1  問題分析 244

10.7.2  創建幾何模型 244

10.7.3  劃分網格及邊界命名 245

10.7.4  分析設置 247

10.7.5  求解設置 252

10.7.6  求解 253

10.7.7  查看求解結果 253

10.8  非預混燃燒模型實例—甲烷燃燒 255

10.8.1  問題分析 255

10.8.2  創建幾何模型 256

10.8.3  劃分網格及邊界命名 257

10.8.4  分析設置 259

10.8.5  求解設置 262

10.8.6  求解 262

10.8.7  查看求解結果 262

10.9  預混燃燒模型實例—氫-氧預混燃燒 264

10.9.1  問題分析 264

10.9.2  導入幾何模型 264

10.9.3  劃分網格及邊界命名 265

10.9.4  分析設置 266

10.9.5  求解設置 269

10.9.6  求解 270

10.9.7  查看求解結果 270

第 11 章  離散相模型模擬 273

11.1  離散相模型概論 274

11.1.1  離散相模型的選擇 274

11.1.2  湍流中的顆粒處理方法 274

11.1.3  離散相模型的應用範圍 274

11.2  離散相模型 275

11.2.1  “交互”面板 276

11.2.2  “顆粒處理”面板 276

11.2.3  “跟蹤”面板 276

11.2.4  “物理模型”面板 277

11.2.5  UDF面板 278

11.2.6  “數值方法”面板 278

11.2.7  “並行”面板 279

11.3  創建噴射源 279

11.3.1  噴射源類型 280

11.3.2  粒子類型的選擇 281

11.3.3  點屬性設置 281

11.4  椎體噴射源—防火噴淋噴頭 284

11.4.1  問題分析 284

11.4.2  創建幾何模型 284

11.4.3  劃分網格及邊界命名 287

11.4.4  分析設置 289

11.4.5  求解設置 293

11.4.6  求解 294

11.4.7  查看求解結果 294

11.5  面噴射源—沙塵天氣 295

11.5.1  問題分析 295

11.5.2  創建幾何模型 295

11.5.3  劃分網格及邊界命名 296

11.5.4  分析設置 297

11.5.5  求解設置 302

11.5.6  求解 303

11.5.7  查看求解結果 304

第 12 章  UDF使用簡介 306

12.1  UDF基礎 307

12.1.1  UDF概述 307

12.1.2  Fluent網格拓撲 307

12.1.3  Fluent數據類型 308

12.2  UFD宏 309

12.2.1  UDF中訪問Fluent變量的宏 309

12.2.2  UDF實用工具宏 314

12.2.3  常用DEFINE的宏 325

12.3  UDF的解釋和編譯 328

12.3.1  UDF的解釋 328

12.3.2  UDF的編譯 329

12.3.3  在Fluent中激活UDF 329

12.4  實例—UDF模擬雙橢球熱源焊接鋁板 331

12.4.1  問題分析 331

12.4.2  劃分網格及邊界命名 332

12.4.3  編寫UDF函數 334

12.4.4  分析設置 334

12.4.5  求解設置 336

12.4.6  求解 338

12.4.7  查看求解結果 338

12.5  實例——水蒸汽冷凝液化 339

12.5.1  問題分析 339

12.5.2  創建幾何模型 339

12.5.3  劃分網格及邊界命名 340

12.5.4  編寫UDF函數 341

12.5.5  分析設置 343

12.5.6  求解設置 348

12.5.7  求解 351

12.5.8  查看求解結果 352

第 13 章  動網格模型模擬 353

13.1  動網格模型概論 354

13.2  動網格模型 354

13.2.1  動網格方法 354

13.2.2  動網格選項 357

13.2.3  創建動網格區域 357

13.2.4  動網格預覽 358

13.3  實例——石頭落水 359

13.3.1  問題分析 359

13.3.2  創建幾何模型 359

13.3.3  劃分網格及邊界命名 360

13.3.4  分析設置 361

13.3.5  求解設置 366

13.3.6  求解 367

13.3.7  查看求解結果 368

13.4  實例——噴泉 369

13.4.1  問題分析 369

13.4.2  創建幾何模型 369

13.4.3  劃分網格及邊界命名 370

13.4.4  分析設置 372

13.4.5  求解設置 379

13.4.6  求解 381

13.4.7  查看求解結果 381

第 14 章  聲學模型模擬 383

14.1  聲學基本理論 384

14.1.1  聲學的定義 384

14.1.2  聲音的頻率範圍 385

14.1.3  聲的波動方程的建立 385

14.2  聲學模型 393

14.2.1  直接計算模型 393

14.2.2  Ffowcs Williams ＆ Hawkings（FW-H）模型 394

14.2.3  寬頻噪聲模型 394

14.2.4  波動方程模型 395

14.3  實例——無人機飛行產生的聲學場 396

14.3.1  問題分析 396

14.3.2  導入和修改幾何模型 396

14.3.3  劃分網格及邊界命名 398

14.3.4  分析設置 400

14.3.5  求解設置 402

14.3.6  求解 402

14.3.7  計算噪聲並查看求解結果 403

14.4  實例——FW-H模型模擬橄欖球氣動噪聲 404

14.4.1  問題分析 404

14.4.2  創建幾何模型 404

14.4.3  劃分網格及邊界命名 405

14.4.4  分析設置 407

14.4.5  求解設置 410

14.4.6  求解 412

14.4.7  查看求解結果 412

14.4.8  聲學模型設置 413

14.4.9  聲學求解設置 414

14.4.10  聲學後處理 414