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1计算流体力学发展概述1

1.1计算流体力学概述1

1.1.1计算流体力学发展1

1.1.2数值模拟过程3

1.1.3控制方程的离散方法3

1.1.4数值模拟的优点及局限性4

1.2计算流体力学软件的结构5

1.3常用的计算流体力学软件5

习题6

2流体力学基础知识7

2.1流体力学基本概念7

2.1.1流体的属性7

2.1.2流体力学的力与压强9

2.1.3亚音速与超音速流动10

2.1.4研究流体运动的方法10

2.1.5流体运动的描述10

2.2流体力学基本方程及边界条件11

2.2.1连续性方程11

2.2.2运动（动量）方程12

2.2.3能量方程13

2.2.4组分质量守恒方程14

2.2.5牛顿型流体的控制方程14

2.2.6流体流动控制方程的通用形式16

2.2.7初始条件和边界条件17

习题19

3湍流的数学模型20

3.1湍流的基本方程21

3.2湍流时均运动控制方程组封闭性方法介绍22

3.2.1雷诺应力类模型22

3.2.2湍动黏度类模型22

3.3湍流κ-ε两方程模型24

3.3.1标准κ-ε两方程模型24

3.3.2 RNG κ-ε模型25

3.3.3 Realizable κ-ε模型26

3.4近壁区使用κ-ε模型的问题及对策26

3.4.1近壁区流动的特点26

3.4.2近壁区使用κ-ε模型的问题27

3.5雷诺应力模型29

3.5.1雷诺应力输运方程29

3.5.2 RSM的控制方程及其解法30

3.5.3对RSM适用性的讨论31

3.6大涡模拟31

3.6.1大涡模拟的控制方程31

3.6.2亚网格模型32

3.6.3大涡模拟的边界条件33

习题33

4有限体积法34

4.1扩散问题的有限体积法34

4.1.1一维稳态扩散问题的有限体积法35

4.1.2二维和三维稳态扩散问题的有限体积法37

4.1.3非稳态扩散问题的有限体积法39

4.1.4线性方程组的求解42

4.2对流-扩散问题的有限体积法44

4.2.1一维稳态对流-扩散问题的有限体积法44

4.2.2离散格式的性质45

4.2.3中心差分格式48

4.2.4迎风格式49

4.2.5混合格式50

4.2.6幂指数格式50

4.2.7对流-扩散问题的高阶差分格式——QUICK格式51

4.2.8多维对流-扩散问题的离散格式54

习题55

5流场计算数值算法56

5.1引言56

5.2交错网格56

5.2.1基本变量法求解的有关困难56

5.2.2解决方案——交错网格57

5.3运动方程的离散59

5.4 SIMPLE算法59

5.4.1压力与速度的修正59

5.4.2压力修正方程61

5.4.3 SIMPLE算法的基本思路61

5.4.4 SIMPLE算法的讨论62

5.4.5 SIMPLE算法压力修正方程的边界条件63

5.5 SIMPLER算法63

5.6 SIMPLEC算法64

5.7 PISO算法66

习题68

6网格生成方法69

6.1引言69

6.2结构网格70

6.2.1贴体坐标法71

6.2.2块结构化网格76

6.3非结构网格79

6.3.1概述79

6.3.2阵面推进法80

6.3.3 Delaunay三角划分82

6.3.4四叉树（2D）与八叉树（3D）方法83

6.3.5阵面推进法和Delaunay三角划分结合算法84

6.4网格生成软件84

6.4.1 Gambit84

6.4.2 ICEM CFD85

6.4.3 TrueGrid86

6.4.4 Gridgen88

习题88

7 Fluent概述89

7.1 Fluent的工程应用背景89

7.2 Fluent软件包相关知识90

7.2.1 Fluent软件组成90

7.2.2各软件之间协同关系91

7.3 Fluent软件包的安装及运行91

7.3.1 Fluent软件包的安装91

7.3.2 Fluent的新特性92

7.3.3 Fluent软件包的运行93

习题94

8 Fluent软件介绍95

8.1 Fluent前置模块——Gambit95

8.1.1 Gambit图形用户界面（GUI）95

8.1.2 Gambit实例简介97

8.1.3 Gambit实例操作步骤98

8.2 Fluent求解器求解103

8.2.1 Fluent图形用户界面103

8.2.2 Fluent数值模拟步骤简介103

8.2.3 Fluent模拟结果显示108

习题112

9速度场计算113

9.1概述113

9.2二维定常速度场计算113

9.2.1概述113

9.2.2实例简介113

9.2.3实例操作步骤114

9.3非定常速度场计算133

9.3.1概述133

9.3.2实例简介133

9.3.3实例操作步骤133

习题156

10温度场计算157

10.1概述157

10.2实例简介157

10.3实例操作步骤157

10.3.1利用Gambit建立计算区域和指定边界条件类型157

10.3.2利用Fluent求解器求解166

习题179

11多相流模型180

11.1概述180

11.1.1多相流180

11.1.2多相流研究方法181

11.1.3 Fluent中多相流模型182

11.1.4 Fluent中多相流模型的选择182

11.2 VOF模型183

11.2.1概述183

11.2.2实例简介183

11.2.3实例操作步骤184

11.3 Mixture模型199

11.3.1概述199

11.3.2实例简介200

11.3.3实例操作步骤201

习题232

12 Tecplot软件233

12.1 Tecplot概述233

12.2 Tecplot使用234

12.2.1 Tecplot软件界面234

12.2.2菜单介绍234

12.2.3边框工具栏选项介绍237

12.2.4 XY图形绘制实例237

12.2.5 2D图形的编辑244

12.2.6 3D图形的编辑248

习题253

参考文献254