Fluent 17.0流体仿真从入门到精通 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

作  者:丁欣硕,刘斌 编著 定  价:79 出 版 社:清华大学出版社 出版日期:2018年01月01日 页  数:425 装  帧:平装 ISBN:9787302488132 ●第1章流体力学与计算流体力学基础1
●1.1流体力学基础1
●1.1.1一些基本概念1
●1.1.2流体流动的分类5
●1.1.3边界层和物体阻力5
●1.1.4层流和湍流7
●1.1.5流体流动的控制方程7
●1.1.6边界条件与初始条件8
●1.1.7流体力学专业词汇9
●1.2计算流体力学基础12
●1.2.1计算流体力学的发展12
●1.2.2计算流体力学的求解过程13
●1.2.3数值模拟方法和分类13
●1.2.4有限体积法的基本思想15
●1.2.5有限体积法的求解方法17
●1.3计算流体力学应用领域18
●1.4常用的CFD商用软件18
●1.4.1PHOENICS19
●1.4.2STAR-CD19
●1.4.3STAR-CCM+19
●部分目录

内容简介

本书通过大量实例系统地介绍Fluent 17.0的使用方法，包括计算流体的基础理论与方法、创建几何模型、划分网格、Fluent求解设置、后处理等功能的介绍，针对每个Fluent可以解决的流体仿真计算问题进行详细讲解，并辅以相应的实例，使读者能够快速、熟练、深入地掌握Fluent软件。全书共分为16章，由浅入深地讲解Fluent仿真计算的各种功能，从几何建模到网格划分，从计算求解到结果后处理，详细地讲解Fluent进行流体模拟计算的每一个步骤，使读者能够了解并掌握Fluent软件的工作流程和计算方法。本书结构严谨、条理清晰、重点突出，很好适合广大Fluent初、中级读者学习使用，也可作为大中专院校、社会培训机构的教材以及工程技术人员的参考用书。 丁欣硕,刘斌 编著 丁欣硕，不错工程师，已从事机械设计及仿真计算工作十余年。精通ANSYS、AutoCAD、Pro/Engineer、Fluent等软件，曾出版《ANSYSWorkbench14.0从入门到精通》等计算机图书，并利用业余时间创建了中国CAX联盟论坛。

湍流世界中的精确脉动：探索复杂流体行为的奥秘 本书将带领您深入流体动力学那充满挑战却又迷人的领域，解构物质在运动中所展现出的复杂规律。我们将穿越从宏观的宇宙尺度到微观的分子碰撞，逐一剖析流体在不同环境下的行为模式，揭示其内在的物理机制。本书聚焦于那些看似混乱无章，实则遵循着严谨数学法则的湍流现象，旨在为您提供一套系统性的理论框架和实践方法，帮助您驾驭这些难以捉摸的动力学过程。 第一章：流体力学基石——理解流体本质 在踏上这场探索之旅的伊始，我们将首先建立坚实的理论基础。本章将深入浅出地介绍流体静力学和流体动力学的基本概念，包括流体的连续性假设、密度、压强、黏度等核心属性。您将理解牛顿黏性定律在描述流体内部摩擦力中的作用，以及它如何影响流体的流动特性。我们将探讨不同类型的流体，如牛顿流体和非牛顿流体，并分析它们在实际应用中的差异。 本章内容涵盖： 流体的宏观描述： 连续介质假设、质量守恒定律在流体中的体现。 流体基本属性： 密度、比重、表面张力、毛细现象及其影响。 压强的概念与分布： 静止流体中的压强特性，帕斯卡原理的应用。 黏性的本质与影响： 牛顿黏性定律的物理意义，内摩擦力与外摩擦力。 流体动力学初步： 流线、迹线、涡线，描述流体运动的几何概念。 第二章：运动的方程——Navier-Stokes方程的深邃洞察 Navier-Stokes方程，作为描述不可压缩黏性流体运动的核心方程组，是流体力学研究的基石。本章将为您详细解析Navier-Stokes方程的推导过程，从动量守恒定律出发，逐步引入质量守恒方程、能量守恒方程以及方程中的关键项，如惯性项、压力项、黏性项和外力项。您将深刻理解这些方程如何精确地刻画流体的速度、压强和密度随时间和空间的变化。 本章内容涵盖： 动量守恒的物理基础： 牛顿第二定律在流体运动中的应用。 Navier-Stokes方程的推导： 质量守恒、动量守恒与能量守恒的结合。 方程各物理项的解读： 惯性力、压强梯度力、黏性耗散力、外力。 无量纲参数的重要性： 雷诺数、普朗特数等，它们如何区分流体的不同状态。 理想流体与黏性流体的区别： 欧拉方程与Navier-Stokes方程的联系与区别。 第三章：流动的边界——边界层理论的精妙揭示 流体在固体表面运动时，其速度会发生显著变化，形成一个特殊的区域——边界层。本章将深入探讨边界层理论，理解黏性效应如何在靠近壁面的区域主导流体行为。我们将分析层流边界层的形成和发展，以及其对流动阻力和传热传质的影响。同时，您还将接触到湍流边界层的概念，了解其与层流边界层的显著差异，以及它在工程应用中的重要性。 本章内容涵盖： 边界层概念的提出与意义： 简化Navier-Stokes方程的途径。 层流边界层的特征： 速度剖面、边界层厚度、压强梯度。 壁面效应与分离现象： 逆压强梯度对边界层的影响，流动分离的产生与后果。 湍流边界层的结构： 黏性底层、缓冲层、对数律区、外区。 边界层方程与近似方法： 普朗特边界层方程及其解法。 第四章：从有序到混沌——湍流的复杂性与建模 湍流，作为流体力学中最普遍也最棘手的现象，其固有的随机性和尺度依赖性给研究带来了巨大挑战。本章将系统地介绍湍流的统计特性，包括速度脉动、能量谱、湍动能耗散率等。您将理解湍流的无处不在，以及它对传热、传质、混合效率等方面产生的显著影响。我们将探讨各种湍流建模方法，从早期的雷诺平均方法到先进的直接数值模拟（DNS）和模拟（LES），理解它们的原理、适用范围和局限性。 本章内容涵盖： 湍流的宏观特性： 高度无序、瞬时性、三维性、耗散性。 湍流的统计描述： 平均量、脉动量、湍动能、湍动能耗散率。 湍流产生与发展机制： 流体不稳定性、能量级联。 湍流模型概览： RANS (雷诺平均Navier-Stokes)、LES (大涡模拟)、DNS (直接数值模拟)。 RANS模型的常用方法： 涡黏度模型（如Boussinesq假设）、k-ε模型、k-ω模型。 LES模型的思想： 过滤操作、亚格子模型。 第五章：能量的传递与转换——传热传质的基本原理 流体运动不仅伴随着动量的传递，也深刻影响着能量和物质的传递过程。本章将聚焦于流体中的传热传质现象，解释对流换热、导热、辐射换热等多种传热方式。您将理解动量、热量和质量的输运如何通过扩散和对流过程实现。我们将深入探讨影响传热传质效率的关键因素，如流体性质、流速、几何形状以及是否存在相变。 本章内容涵盖： 热力学基本概念： 热量、功、内能、焓。 传热机制： 导热、对流、辐射。 对流换热的分类： 自然对流与强制对流。 传质过程： 扩散与对流混合。 无量纲参数在传热传质中的应用： 努赛尔数、施密特数、普朗特数。 传热传质方程的建立与求解： 能量方程、质量守恒方程。 第六章：几何的塑造——流动与外形的交互作用 流体的运动形态与其所处的几何环境息息相关。本章将分析流体与固体边界相互作用产生的各种力学现象，如阻力、升力、升沉力等。您将理解不同几何形状对流体流动模式的影响，以及如何通过优化外形来减小阻力、增强升力或实现其他特定目的。我们将讨论钝体绕流、翼型气动特性等典型案例。 本章内容涵盖： 流体与边界的相互作用： 剪切力、法向力。 阻力与升力的产生机理： 压差阻力、黏性阻力、诱导阻力。 流态对阻力升力的影响： 层流与湍流对阻力特性的变化。 翼型设计原理： 攻角、马赫数对升力的影响。 钝体绕流现象： 卡门涡街、尾迹。 边界优化设计： 流线型设计、减阻技术。 第七章：跨越尺度——多相流与界面现象 自然界和工业应用中，流体很少以单一相态存在。本章将拓展视野，探讨多相流体系统，包括气液、液液、气固、液固等混合体系。您将了解多相流的复杂性，如相间作用、界面迁移、相变等。我们将分析多相流体在气泡流动、液滴破碎、颗粒悬浮等过程中的行为，以及它们在化学反应器、分离设备等领域的应用。 本章内容涵盖： 多相流的分类与描述： 混合模型、界面追踪模型。 气泡流与液滴流： 气泡的生成、运动与聚并，液滴的破碎与合并。 颗粒流体： 颗粒的悬浮、沉降、碰撞。 界面现象： 表面张力、润湿性、界面张力。 相变过程： 蒸发、冷凝、沸腾。 多相流在工程中的应用： 反应器设计、燃烧模拟、污染物输运。 第八章：算法的支撑——数值方法的应用基础 为了解决复杂的流体力学问题，数值计算方法成为不可或缺的工具。本章将为您介绍流体仿真领域常用的数值方法，包括有限差分法（FDM）、有限体积法（FVM）和有限元法（FEM）的基本原理。您将理解这些方法如何将连续的流体方程离散化，并在计算机上进行求解。我们将讨论网格生成、求解器选择以及数值方法的收敛性和稳定性。 本章内容涵盖： 数值方法的必要性： 解析解的局限性。 有限差分法（FDM）： 基于泰勒级数展开，离散化导数。 有限体积法（FVM）： 基于积分形式，守恒量的计算。 有限元法（FEM）： 基于变分原理，构造形函数。 网格生成技术： 结构网格、非结构网格、自适应网格。 离散化方程的求解： 迭代法、直接法。 数值误差分析： 截断误差、离散化误差。 第九章：可视化与验证——解读仿真结果 数值仿真最终需要转化为直观的物理现象理解。本章将指导您如何有效地处理和解读仿真结果，包括数据后处理、可视化技术以及结果的验证。您将学习如何利用各种图表、动画和等值线图来展现流体速度场、压强分布、温度场等关键信息。同时，我们将强调与实验数据和理论预测进行对比验证的重要性，以确保仿真结果的可靠性。 本章内容涵盖： 仿真数据的组织与管理： 文件格式、数据结构。 可视化技术： 流线图、矢量图、等值线图、切片图、体绘制。 动画展示： 动态演变过程的呈现。 定性与定量分析： 从图形到数据的深入洞察。 仿真结果的验证方法： 与实验数据对比、与解析解对比、网格收敛性分析。 不确定性分析： 评估仿真结果的可靠性。 第十章：迈向前沿——复杂流体问题的探索 在掌握了流体力学的基础知识和数值仿真方法后，本章将引导您关注当前流体力学研究的前沿领域。我们将简要介绍一些更复杂的流体现象和应用，如可压缩流、磁流体动力学、生物流体、微纳尺度流体等。您将了解到这些领域的研究热点和挑战，以及未来可能的发展方向，从而激发您在更广阔的领域内继续深造和探索的兴趣。 本章内容涵盖： 可压缩流的特性： 马赫数、激波、膨胀波。 磁流体动力学（MHD）： 电导率、磁场与流体的相互作用。 生物流体动力学： 血液流动、呼吸道动力学。 微纳尺度流体： 表面效应、分子动力学方法。 计算流体力学（CFD）的最新发展： GPU加速、人工智能在CFD中的应用。 开放性研究课题与未来展望： 湍流控制、新型流动结构。 本书旨在为您打开通往流体世界的大门，让您不再畏惧那些看似神秘莫测的流动现象。通过理论学习与案例分析相结合的方式，您将逐步建立起对流体动力学的深刻理解，并掌握利用先进数值工具解决实际问题的能力。无论您是流体力学领域的初学者，还是希望深化研究的专业人士，都能从中获得宝贵的知识和启发。