目錄
前言
第1章 概述 1
練習(xí)題 5
第2章 流場(chǎng)數(shù)值模擬數(shù)學(xué)模型及定解條件 6
2.1 可壓縮非定常黏性流數(shù)學(xué)模型 6
2.2 不可壓縮非定常黏性流數(shù)學(xué)模型 8
2.3 無(wú)黏流數(shù)學(xué)模型 9
2.4 常用的模型方程 9
2.5 偏微分方程的數(shù)學(xué)性質(zhì)及其與流體運(yùn)動(dòng)的關(guān)系 10
2.5.1 擬線性偏微分方程組的分類方法 10
2.5.2 偏微分方程組分類的通用方法 13
2.5.3 流體力學(xué)控制方程類型分析 14
2.6 流體力學(xué)問題的定解條件 18
練習(xí)題 20
第3章 有限差分近似及其數(shù)學(xué)性質(zhì) 21
3.1 差分格式和精度分析 21
3.1.1 一階偏導(dǎo)數(shù)差分格式 22
3.1.2 二階偏導(dǎo)數(shù)差分格式 24
3.1.3 差分方程 25
3.2 差分方程的數(shù)學(xué)性質(zhì) 27
練習(xí)題 36
第4章 模型方程的常用差分格式 37
4.1 對(duì)流方程差分格式 37
4.2 擴(kuò)散方程差分格式 39
4.3 對(duì)流{擴(kuò)散方程差分格式 40？
4.4 計(jì)算實(shí)例——兩平行平板間非定常流 41
4.5 多維問題的幾種常用差分格式 44
練習(xí)題 49
第5章 不可壓縮流場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算 50
5.1 不可壓縮流場(chǎng)計(jì)算的流函數(shù)渦量法 50
5.1.1 不可壓縮無(wú)黏流場(chǎng)計(jì)算的流函數(shù)渦量法 50
5.1.2 計(jì)算實(shí)例——內(nèi)置方形體的突然擴(kuò)張通道流 57
5.1.3 不可壓縮黏性流場(chǎng)計(jì)算的流函數(shù)渦量法 59
5.1.4 計(jì)算實(shí)例——平板驅(qū)動(dòng)方腔內(nèi)流場(chǎng)計(jì)算 62
5.2 不可壓縮黏性流求解的原始變量法 64
5.2.1 不可壓縮流基本方程分析 64
5.2.2 人工壓縮性方法 65
5.2.3 壓力修正方法 67
5.2.4 邊界條件 70
練習(xí)題 71
第6章 可壓縮流場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算 72
6.1 MacCormack格式 72
6.1.1 對(duì)流模型方程的MacCormack格式 72
6.1.2 一維歐拉方程的MacCormack格式 74
6.1.3 多維歐拉方程的MacCormack格式 75
6.2 多步龍格{庫(kù)塔格式 76
6.2.1 一維歐拉方程的四步龍格{庫(kù)塔格式 76
6.2.2 二維歐拉方程的四步龍格{庫(kù)塔格式 78
6.3 矢通量分裂差分格式 78
6.3.1 一維歐拉方程逆風(fēng)差分 78
6.3.2 二維歐拉方程逆風(fēng)差分 81
6.4 TVD格式和總變差 82
6.4.1 總變差及其衰減 83
6.4.2 TVD格式 84
6.5 隱式時(shí)間離散 86
6.6 可壓縮黏性流的差分計(jì)算 88
6.7 計(jì)算舉例——超音速平板流的數(shù)值計(jì)算 89
練習(xí)題 92
第7章 流場(chǎng)網(wǎng)格生成 93
7.1 貼體坐標(biāo) 93
7.2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系 95
7.2.1 一維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 96
7.2.2 二維和三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 96？
7.2.3 任意曲線坐標(biāo)系下的基本方程 97
7.3 網(wǎng)格生成 98
7.3.1 代數(shù)生成方法 99
7.3.2 微分方程生成方法 101
7.3.3 壁面處網(wǎng)格正交性分析 105
7.3.4 自適應(yīng)網(wǎng)格簡(jiǎn)介 106
7.3.5 計(jì)算網(wǎng)格生成實(shí)例——卡門翼型繞流計(jì)算網(wǎng)格 109
練習(xí)題 111
第8章 三維紊流平均流的有限差分計(jì)算 112
8.1 紊流流動(dòng)計(jì)算方法分類 112
8.2 三維紊流平均流N-S方程 113
8.3 紊流模型方程 114
8.3.1 Baldwin-Lomax模型的雙層代數(shù)紊流模型 115
8.3.2 k-*方程紊流模型 115
8.4 控制方程的空間離散 116
8.5 人工黏性 117
8.6 控制方程的時(shí)間離散 119
8.7 加速技術(shù) 119
8.7.1 局部時(shí)間步長(zhǎng) 119
8.7.2 隱式殘值光順 120
練習(xí)題 121
第9章 流場(chǎng)計(jì)算多重網(wǎng)格加速方法 122
9.1 迭代法的誤差衰減 122
9.2 多重網(wǎng)格法的計(jì)算過(guò)程 124
9.3 非定常N-S方程多重網(wǎng)格法計(jì)算過(guò)程 129
練習(xí)題 130
第10章 Fluent軟件基礎(chǔ)知識(shí)與基本操作 131
10.1 軟件概述 131
10.1.1 軟件構(gòu)成 131
10.1.2 適用范圍 131
10.2 啟動(dòng)方法 132
10.3 用戶界面 136
10.3.1 圖形用戶界面 136
10.3.2 文字用戶界面 139
10.4 文件讀入與輸出 141
10.4.1 讀入網(wǎng)格文件 141
10.4.2 讀寫算例和數(shù)據(jù)文件 143
10.4.3 創(chuàng)建與讀取日志文件 144
10.4.4 讀寫邊界函數(shù)分布文件 146
10.4.5 讀寫邊界條件 148
10.4.6 保存圖像文件 148
10.4.7 導(dǎo)出數(shù)據(jù) 149
10.5 單位設(shè)置 150
10.5.1 單位限制 150
10.5.2 網(wǎng)格數(shù)據(jù)單位 151
10.5.3 Fluent內(nèi)部單位制 151
10.5.4 調(diào)整數(shù)據(jù)單位 151
10.6 計(jì)算策略 152
10.6.1 制訂計(jì)劃 152
10.6.2 計(jì)算步驟 153
10.7 計(jì)算方法 154
10.8 物性參數(shù) 156
10.8.1 物性參數(shù)設(shè)定界面 156
10.8.2 密度設(shè)置 159
10.8.3 黏性 162
10.8.4 熱傳導(dǎo)系數(shù) 165
10.8.5 熱容 167
10.8.6 操作壓強(qiáng) 168
10.9 邊界條件 169
10.9.1 邊界條件概述 170
10.9.2 進(jìn)口邊界 173
10.9.3 出口邊界 181
10.9.4 其他常用邊界 185
10.9.5 體積區(qū)域條件 195
10.10 湍流模型 197
10.10.1 湍流模型簡(jiǎn)介 197
10.10.2 Spalart-Allmaras 模型 198
10.10.3 k-*湍流模型 199
10.10.4 k-w湍流模型 200
10.10.5 雷諾應(yīng)力模型 (RSM) 201
10.10.6 近壁面流動(dòng)處理 201
10.10.7 湍流模擬近壁處網(wǎng)格劃分規(guī)則 205
10.11 小結(jié) 206
第11章 網(wǎng)格生成軟件介紹與基本操作 207
11.1 網(wǎng)格基本知識(shí) 207
11.1.1 網(wǎng)格劃分的幾何要素 207
11.1.2 網(wǎng)格形狀與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 208
11.2 Gambit軟件 210
11.2.1 軟件介紹與功能 210
11.2.2 用戶界面 211
11.2.3 基本操作 212
11.2.4 命令功能介紹 212
11.2.5 二維軸對(duì)稱噴嘴自由射流計(jì)算網(wǎng)格 213
11.2.6 二維平面葉柵計(jì)算網(wǎng)格生成 224
11.2.7 三維葉片計(jì)算網(wǎng)格生成 235
11.3 Icem軟件 240
11.3.1 軟件介紹與功能 240
11.3.2 軟件操作界面 241
11.3.3 基本操作 245
11.3.4 網(wǎng)格生成流程 246
11.3.5 非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成方法 246
11.3.6 二維結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成方法 256
11.3.7 三維結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成方法 267
11.4 小結(jié) 270
第12章 流場(chǎng)計(jì)算實(shí)例 271
12.1 拉瓦爾噴管流場(chǎng) 271
12.1.1 問題描述 271
12.1.2 計(jì)算設(shè)置 272
12.1.3 計(jì)算結(jié)果輸出與顯示 281
12.2 進(jìn)氣道流場(chǎng) 284
12.2.1 問題描述 284
12.2.2 計(jì)算設(shè)置 284
12.2.3 計(jì)算結(jié)果輸出與顯示 290
12.3 二維平面葉柵流場(chǎng)計(jì)算 293
12.3.1 問題描述 293
12.3.2 計(jì)算設(shè)置 293
12.3.3 計(jì)算結(jié)果輸出與顯示 300
12.4 三維葉柵流場(chǎng)計(jì)算 303
12.4.1 問題描述 303
12.4.2 計(jì)算設(shè)置 304
12.4.3 計(jì)算結(jié)果輸出與顯示 311
12.5 燃燒及化學(xué)反應(yīng)計(jì)算 314
12.5.1 問題描述 314
12.5.2 計(jì)算設(shè)置 315？
12.5.3 計(jì)算結(jié)果輸出與顯示 327
12.6 小結(jié) 330
第13章 計(jì)算結(jié)果后處理方法 331
13.1 Tecplot軟件 331
13.1.1 軟件介紹與功能 331
13.1.2 用戶界面 331
13.1.3 基本操作 331
13.2 二維流場(chǎng)處理 338
13.3 三維流場(chǎng)處理 348
13.4 小結(jié) 361
參考文獻(xiàn) 362