計算流體動力學分析

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第1章  計算流體動力學基礎知識 11.1  計算流體動力學概述 11.1.1  什么是計算流體動力學 11.1.2  計算流體動力學的工作步驟 21.1.3  計算流體動力學的特點 21.1.4  計算流體動力學的應用領域 31.1.5  計算流體動力學的分支 41.2  流體與流動的基本特性 41.2.1  理想流體與粘性流體 41.2.2  牛頓流體與非牛頓流體 51.2.3  流體熱傳導及擴散 51.2.4  可壓流體與不可壓流體 61.2.5  定常與非定常流動 61.2.6  層流與湍流 61.3  流體動力學控制方程 71.3.1  質量守恒方程 71.3.2  動量守恒方程 71.3.3  能量守恒方程 91.3.4  組分質量守恒方程 101.3.5  控制方程的通用形式 111.4  對控制方程的進一步討論 111.4.1  湍流的控制方程 121.4.2  守恒型控制方程 121.4.3  非守恒型控制方程 121.5  CFD的求解過程 131.5.1  總體計算流程 131.5.2  建立控制方程 131.5.3  確定邊界條件與初始條件 141.5.4  劃分計算網(wǎng)格 141.5.5  建立離散方程 141.5.6  離散初始條件和邊界條件 151.5.7  給定求解控制參數(shù) 151.5.8  求解離散方程 151.5.9  判斷解的收斂性 151.5.10  顯示和輸出計算結果 161.6  CFD軟件結構 161.6.1  前處理器 161.6.2  求解器 171.6.3  后處理器 171.7  常用的CFD商用軟件 181.7.1  PHOENICS 181.7.2  CFX 191.7.3  STAR-CD 201.7.4  FIDAP 211.7.5  FLUENT 211.8  本章小結 221.9  復習思考題 23第2章  基于有限體積法的        控制方程離散 242.1  離散化概述 242.1.1  離散化的目的 242.1.2  離散時所使用的網(wǎng)格 252.1.3  常用的離散化方法 252.2  有限體積法及其網(wǎng)格簡介 262.2.1  有限體積法的基本思想 262.2.2  有限體積法所使用的網(wǎng)格 272.2.3  網(wǎng)格幾何要素的標記 282.3  求解一維穩(wěn)態(tài)問題的有限體積法 282.3.1  問題的描述 282.3.2  生成計算網(wǎng)格 292.3.3  建立離散方程 292.3.4  離散方程的求解 312.4  常用的離散格式 312.4.1  術語與約定 322.4.2  中心差分格式 332.4.3  一階迎風格式 342.4.4  混合格式 362.4.5  指數(shù)格式 362.4.6  乘方格式 372.4.7  各種離散格式的匯總 382.4.8  低階格式中的假擴散與人工粘性 392.5  空間離散的高階離散格式 392.5.1  二階迎風格式 392.5.2  QUICK格式 402.5.3  對高階格式的討論 432.6  各種離散格式的性能對比 442.7  一維瞬態(tài)問題的有限體積法 452.7.1  瞬態(tài)問題的描述 452.7.2  控制方程的積分 462.7.3  顯式時間積分方案 482.7.4  Crank-Nicolson時間積分方案 492.7.5  全隱式時間積分方案 502.8  關于有限體積法的進一步討論 512.8.1  被求函數(shù)的離散格式 512.8.2  方程組的形式 512.8.3  源項的處理 522.8.4  有限體積法的四條基本原則 522.9  二維與三維問題的離散方程 542.9.1  二維問題的基本方程 542.9.2  二維問題的控制體積 542.9.3  二維問題控制方程的積分 552.9.4  二維問題的離散方程 562.9.5  三維問題的離散方程 572.9.6  離散方程的通用表達式 572.10  本章小結 612.11  復習思考題 62
第3章  基于SIMPLE算法的        流場數(shù)值計算 633.1  流場數(shù)值解法概述 633.1.1  常規(guī)解法存在的主要問題 633.1.2  流場數(shù)值計算的主要方法 653.2  交錯網(wǎng)格及其應用 673.2.1  使用普通網(wǎng)格計算流場時遇到的困難 673.2.2  交錯網(wǎng)格的特點 683.2.3  動量方程的離散 703.3  流場計算的SIMPLE算法 743.3.1  SIMPLE算法的基本思想 743.3.2  速度修正方程 753.3.3  壓力修正方程 763.3.4  SIMPLE算法的計算步驟 783.3.5  SIMPLE算法應用實例 783.3.6  對SIMPLE算法的討論 813.4  SIMPLER／SIMPLEC／PISO算法 833.4.1  SIMPLER算法 833.4.2  SIMPLEC算法 863.4.3  PISO算法 873.4.4  SIMPLE系列算法的比較 913.5  瞬態(tài)問題的數(shù)值計算 913.5.1  瞬態(tài)問題的SIMPLE算法 913.5.2  瞬態(tài)問題的PISO算法 923.6  基于同位網(wǎng)格的SIMPLE算法 933.6.1  同位網(wǎng)格簡介 943.6.2  動量方程的離散 943.6.3  壓力修正方程的建立 953.6.4  同位網(wǎng)格上SIMPLE算法的計算步驟 973.6.5  關于同位網(wǎng)格應用的幾點說明 983.7  基于非結構網(wǎng)格的SIMPLE算法 993.7.1  非結構網(wǎng)格及控制體積的定義 99
3.7.2  通用控制方程的離散 1003.7.3  動量方程的離散 1023.7.4  速度修正方程的建立 1033.7.5  壓力修正方程的建立 1043.7.6  非結構網(wǎng)格上SIMPLE算法的計算步驟 1053.7.7  關于非結構網(wǎng)格應用的幾點說明 1063.8  離散方程組的基本解法 1073.8.1  對流-擴散問題的離散方程組的特點 1073.8.2  代數(shù)方程組的基本解法 1083.8.3  TDMA解法 1083.9  本章小結 1103.10  復習思考題 111第4章  三維湍流模型及其        在CFD中的應用 1134.1  湍流及其數(shù)學描述 1134.1.1  湍流流動的特征 1134.1.2  湍流的基本方程 1144.2  湍流的數(shù)值模擬方法簡介 1164.2.1  三維湍流數(shù)值模擬方法的分類 1164.2.2  直接數(shù)值模擬(DNS)簡介 1164.2.3  大渦模擬(LES)簡介 1174.2.4  Reynolds平均法(RANS)簡介 1184.3  零方程模型及一方程模型 1194.3.1  零方程模型 1194.3.2  一方程模型 1204.4  標準兩方程模型 1204.4.1  標準模型的定義 1214.4.2  標準模型的有關計算公式 1214.4.3  標準模型的控制方程組 1224.4.4  標準模型方程的解法及適用性 1234.5  RNG模型和Realizable模型 1244.5.1  RNG模型 1244.5.2  模型 1254.6  在近壁區(qū)使用模型的問題及對策 1264.6.1  近壁區(qū)流動的特點 1264.6.2  在近壁區(qū)使用模型的問題 1284.6.3  壁面函數(shù)法 1284.6.4  低數(shù)模型 1314.7  Reynolds應力方程模型(RSM) 1324.7.1  Reynolds應力輸運方程 1324.7.2  RSM的控制方程組及其解法 1364.7.3  對RSM適用性的討論 1374.8  代數(shù)應力方程模型(ASM) 1374.8.1  ASM的應力方程 1384.8.2  ASM的控制方程組及其求解 1384.8.3  ASM的特點 1384.9  大渦模擬(LES) 1394.9.1  大渦模擬的基本思想 1394.9.2  大渦的運動方程 1394.9.3  亞格子尺度模型 1404.9.4  LES控制方程的求解 1414.10  本章小結 1424.11  復習思考題 142第5章  邊界條件的應用 1445.1  邊界條件概述 1445.1.1  邊界條件的類型 1445.1.2  邊界條件對網(wǎng)格布置的影響 1455.1.3  將邊界條件引入到離散方程 1465.2  流動進口邊界條件 1465.2.1  流動進口邊界條件的設置 1465.2.2  對流動進口邊界條件的說明 1475.3  流動出口邊界條件 1485.3.1  流動出口邊界條件的設置 1485.3.2  對流動出口邊界條件的說明 1505.4  壁面條件 1505.4.1  壁面邊界上的網(wǎng)格布置 1505.4.2  壁面邊界上離散方程源項的構造 1525.5  恒壓邊界條件 1545.6  對稱邊界條件與周期性邊界條件 1565.6.1  對稱邊界條件 1565.6.2  周期性邊界條件 1565.7  使用邊界條件時的注意事項 1565.8  初始條件 1585.9  本章小結 1585.10  復習思考題 158第6章  網(wǎng)格的生成 1606.1  網(wǎng)格及其生成方法概述 1606.1.1  網(wǎng)格類型 1606.1.2  網(wǎng)格單元的分類 1616.1.3  單連域與多連域網(wǎng)格 1626.1.4  生成網(wǎng)格的過程 1626.1.5  生成結構網(wǎng)格的貼體坐標法 1626.1.6  生成網(wǎng)格的專用軟件 1646.2  網(wǎng)格生成軟件GAMBIT簡介 1646.2.1  GAMBIT的特點 1646.2.2  GAMBIT的操作界面 1656.2.3  GAMBIT的操作步驟 1666.3  GAMBIT的基本用法 1676.3.1  二維自然對流換熱問題的描述 1676.3.2  生成幾何模型 1686.3.3  劃分網(wǎng)格 1696.3.4  指定邊界類型和區(qū)域類型 1706.3.5  導出網(wǎng)格文件 1726.4  AutoCAD與GAMBIT的 聯(lián)合使用 1726.4.1  二維離心泵流動模擬問題概述 1726.4.2  在AutoCAD內生成幾何模型 1736.4.3  劃分網(wǎng)格 1746.4.4  指定邊界類型和區(qū)域類型 1766.5  Pro/ENGINEER與GAMBIT的 聯(lián)合使用 1776.5.1  三維軸流泵流動模擬問題概述 1776.5.2  在Pro/ENGINEER中生成葉片實體模型 1786.5.3  在GAMBIT中生成計算區(qū)域的實體模型 1796.5.4  三維問題的網(wǎng)格劃分 1816.5.5  指定邊界類型和體的類型 1826.6  本章小結 1826.7  復習思考題 183第7章  FLUENT軟件的基本用法 1857.1  FLUENT概述 1857.1.1  FLUENT軟件構成 1857.1.2  FLUENT適用對象 1867.1.3  FLUENT使用的單位制 1867.1.4  FLUENT使用的文件類型 1867.2  FLUENT求解步驟 1877.2.1  制訂分析方案 1887.2.2  求解步驟 1887.3  FLUENT的操作界面 1897.3.1  文本命令與菜單 1897.3.2  Scheme表達式 1907.3.3  圖形控制及鼠標使用 1917.4  使用網(wǎng)格 1917.4.1  導入網(wǎng)格 1917.4.2  檢查網(wǎng)格 1937.4.3  顯示網(wǎng)格 1937.4.4  修改網(wǎng)格 1947.4.5  光順網(wǎng)格與交換單元面 1957.5  選擇求解器及運行環(huán)境 1967.5.1  分離式求解器 1967.5.2  耦合式求解器 1967.5.3  求解器中的顯式與隱式方案 1977.5.4  求解器的比較與選擇 1987.5.5  計算模式的選擇 1997.5.6  運行環(huán)境的選擇 1997.6  確定計算模型 2007.6.1  多相流模型 2007.6.2  能量方程 2017.6.3  粘性模型 2027.6.4  輻射模型 2047.6.5  組分模型 2057.6.6  離散相模型 2067.6.7  凝固和熔化 2077.6.8  聲學特性 2077.6.9  污染物模型 2077.7  定義材料 2087.7.1  材料簡介 2087.7.2  定義材料的方法 2087.8  設置邊界條件 2107.8.1  FLUENT提供的邊界條件類型 2107.8.2  設置邊界條件的方法 2127.8.3  給定湍流參數(shù) 2147.9  常用的邊界條件 2167.9.1  壓力進口 2167.9.2  速度進口 2197.9.3  質量進口 2207.9.4  壓力出口 2217.9.5  出流 2227.9.6  壓力遠場 2237.9.7  壁面 2237.9.8  流體 2257.9.9  固體 2267.9.10  周期性 2277.9.11  對稱 2277.9.12  內部界面 2287.10  設置求解控制參數(shù) 2287.10.1  設置離散格式與 欠松弛因子 2287.10.2  設置求解限制項 2317.10.3  設置求解過程的 監(jiān)視參數(shù) 2317.10.4  初始化流場的解 2337.11  流場迭代計算 2347.11.1  穩(wěn)態(tài)問題的求解