了得網自然科學_數值熱物理過程基本原理及CFD軟件應用

內容簡介

隨著計算機技術的迅速發展，數值計算已成為研究工程熱物理過程中所存在的流體流動、傳熱傳質及化學反應等問題的為有效的方法之一。本書繫統全面而又淺顯易懂地介紹了在工程熱物理過程中所出現的熱傳導問題、對流與擴散問題及流場等的數值計算方法，並以具體實例介紹了數值計算過程中所需用到的Pro／E三維造型軟件、Gambit網絡生成軟件、Fluent計算軟件及Tecplot數據後處理軟件的使用方法。
本書內容豐富、通俗易懂、可操作性強。在內容編排上充分考慮流體流動與傳熱數值計算對流體力學、熱力學等知識要求的客觀特點和初學者的認知規律及心理特點，附有大量的插圖和操作實例，每章之後配有習題。
本書可作為熱能與動力工程及相關專業本科生教材，同時可供研究生及工程技術人員參考。

1 熱物理過程數值計算基礎
1.1 計算流體力學概論
1.1.1 計算流體力學的形成和發展
1.1.2 計算流體力學方法簡介
1.1.3 計算流體力學的特點
1.1.4 計算流體力學的過程步驟
1.2 熱物理過程研究對像——流體的基本特性
1.2.1 流體的密度、重度和比重
1.2.2 流體的粘性
1.2.3 流體的壓縮性
1.2.4 流體的熱傳導及擴散
1.2.5 液體的表面張力
1.2.6 流體的運動特性
1.3 熱物理過程控制微分方程1 熱物理過程數值計算基礎
1.1 計算流體力學概論
1.1.1 計算流體力學的形成和發展
1.1.2 計算流體力學方法簡介
1.1.3 計算流體力學的特點
1.1.4 計算流體力學的過程步驟
1.2 熱物理過程研究對像——流體的基本特性
1.2.1 流體的密度、重度和比重
1.2.2 流體的粘性
1.2.3 流體的壓縮性
1.2.4 流體的熱傳導及擴散
1.2.5 液體的表面張力
1.2.6 流體的運動特性
1.3 熱物理過程控制微分方程
1.3.1 繫統與控制體
1.3.2 質量守恆方程
1.3.3 動量守恆方程
1.3.4 能量守恆方程
1.3.5 狀態方程
1.3.6 組分質量守恆方程
1.3.7 湍流的Reynolds時均方程及湍流模型方程
1.3.8 控制方程的通用形式
1.4 數值熱物理過程的步驟
1.5 總結
2 CFD技術及其在工程熱物理領域中的應用
2.1 CFD技術的發展概況
2.2 CFD技術在工程中的應用
2.3 CFD商用軟件的結構
2.4 常用的CFD商用軟件
2.4.1 CFD軟件的發展
2.4.2 CFD通用軟件的主要特點
2.4.3 常用CFD商用軟件簡介
2.4.4 掌握CFD商用軟件的意義
2.5 CFD技術在若干工程熱物理領域中的應用
2.5.1 CFD技術在流體機械中的應用
2.5.2 CFD技術在暖通空調工程中的應用
2.5.3 CFD技術在制冷工程中的應用
2.5.4 CFD技術在汽車設計中的應用
2.6 總結
3 控制微分方程求解的數值方法
3.1 數值計算方法和分類
3.1.1 有限差分法
3.1.2 有限體積法
3.1.3 法
3.1.4 有限分析法
3.1.5 法
3.1.6 譜分析法
3.1.7 數值積分變換法
3.1.8 格子-Boltzmann法
3.2 離散化的概念
3.3 基於有限體積法的控制方程離散
3.3.1 有限體積法的基本思想
3.3.2 有限體積法的計算網格
3.3.3 有限體積法的介紹
3.3.4 有限體積法的4條基本原則
3.4 總結
4 熱傳導問題的數值計算
4.1 一維穩態熱傳導問題
4.1.1 離散化方程的建立
4.1.2 界面導熱繫數的處理
4.1.3 源項的處理
4.1.4 邊界條件的處理
4.1.5 離散化方程的非線性處理
4.1.6 線性代數方程組的求解
4.2 一維非穩態熱傳導問題
4.2.1 離散化方程的建立
4.2.2 顯式模式，克蘭克-尼科爾森模式及全隱模式
4.2.3 全隱式離散化方程
4.3 二維與三維熱傳導問題
4.3.1 二維熱傳導問題的離散化方程
4.3.2 三維熱傳導問題的離散化方程
4.3.3 多維離散化方程的求解
.4 超松弛和欠松弛
4.4.1 概念的引入
4.4.2 超松弛和欠松弛引入方法
4.5 總結
5 對流與擴散問題的數值計算
5.1 一維穩態對流與擴散問題
5.1.1 控制方程的離散化
5.1.2 中心差分格式
5.1.3 一階迎風格式
5.1.4 混合格式
5.1.5 指數格式
5.1.6 乘方格式
5.1.7 各種離散格式的比較
5.1.8 低階離散格式的特點
5.2 多維對流與擴散問題
5.2.1 二維瞬態對流一擴散問題的離散化方程
5.2.2 三維瞬態對流一擴散問題的離散化方程
5.2.3 離散化方程的通用表達式
5.3 總結
6 流場的數值計算
6.1 流場數值計算存在的問題
6.2 基於交錯網格的動量方程的離散
6.3 壓力修正算法——SIMPLE算法
6.3.1 速度修正方程
6.3.2 壓力修正方程
6.3.3 SIMPLE算法描述
6.3.4 SIMPLE算法的進一步討論
6.3.5 壓力參考點的選取
6.4 總結
7 三維建模Pro／E軟件基本介紹
7.1 Pro／E軟件的特點及應用
7.1.1 Pro／E的特點
7.1.2 AutoCAD與Pro／E軟件的比較
7.1.3 Pro／E在企業CAD／CAM中的應用
7.2 Pro／E的用戶界面
7.2.1 初始工作界面
7.2.2 文件的基本操作
7.2.3 鼠標的基本操作
7.3 2D繪圖與技巧
7.3.1 草繪模塊簡介
7.3.2 基本幾何圖形的繪制
7.3.3 像素尺寸的修改、強化、鎖定與刪除
7.3.4 手動標注尺寸
7.3.5 定義約束條件
7.3.6 幾何編輯工具繫列
7.4 3D繪圖與技巧
7.4.1 草繪實體特征
7.4.2 放置實體特征
7.4.3 特征的操作
7.5 建立工程圖
7.6 裝配件的建立
7.7 總結
8 網格生成軟件Gambit的使用
8.1 網格生成概述
8.1.1 網格類型
8.1.2 分類
8.1.3 網格生成步驟
8.2 Gambit功能及界面
8.2.1 Gambit的特點及功能
8.2.2 Gambit的基本界面
8.2.3 Gambit的文件組成
8.2.4 Gambit中鼠標的操作
8.2.5 Gambit的操作步驟
8.3 Gambit的應用實例
8.3.1 單孔軸對稱噴嘴內部空穴流動問題描述
8.3.2 生成幾何模型
8.3.3 劃分網格
8.3.4 指定邊界類型和區域類型
8.3.5 網格的輸出
8.4 AutoCAD與Gambit的聯合使用
8.4.1 柴油機噴油嘴內部流動模擬問題概述
8.4.2 聯合AutoCAD和Gambit進行三維實體的生成
8.4.3 劃分網格
8.4.4 指定邊界類型和區域類型
8.4.5 導出網格文件
8.5 Pro／E與Gambit的聯合使用
8.5.1 離心泵葉輪內部流場計算網格的生成
8.5.2 離心泵葉輪與蝸殼耦合後流場計算網格的生成
8.6 總結
9 Fluent軟件使用入門
9.1 F1uent概述
9.1.1 Fluent數值計算的相關軟件包
9.1.2 Fluent的文件類型
9.1.3 Fluent的特點
9.1.4 Fluent使用單位的說明
9.2 F11aent的基本操作
9.2.1 FlLient的圖形用戶操作界面
9.2.2 Fluent的文本用戶操作界面
9.2.3 Fluent的數值模擬求解步驟
9.3 Fluent的應用實例
9.3.1 噴嘴內部空穴兩相流動模擬
9.3.2 計算結果
9.4 總結
10 通用後處理Tecplot軟件的使用
10.1 Tecplot的基本功能
10.1.1 Tecplot功能概述
10.1.2 菜單欄介紹
10.1.3 工具欄介紹
10.1.4 其他工具選項介紹
10.2 Fluent數據在Tecplot中的調入
10.2.1 Tecplot可調入的數據格式
10.2.2 Tecplot讀取Fluent文件步驟
10.3 Tecplot使用實例
10.3.1 問題描述
10.3.2 Tecplot中的數據後處理
10.4 總結
參考文獻

在線試讀

1熱物理過程數值計算基礎
熱物理過程數值計算即采用計算流體力學（Computational Fluid Dynamics，CFD）方法對熱物理過程進行研究，對熱物理過程狀態參數進行預測的過程。
1.1計算流體力學概論
1.1.1 計算流體力學的形成和發展
計算流體力學是流體力學理論的一個分支，是建立在經典流體力學與數值計算方法基礎之上的一門新興獨立學科，20世紀60年代伴隨著高速、大容量電子計算機技術的興起而迅速崛起。它通過計算機數值計算和圖像顯示的方法，在時間和空間上定量描述物理場的數值解，從而達到研究物理問題的目的。
對經典流體力學的研究主要采用理論解析和試驗測試兩類方法。它解決某一流動問題的基本過程為：首先，對通用模型方程進行合理簡化或依據基本原理建立新的具體模型方程；然後，提出初始條件和邊界條件；後，用已有數學工具求出模型方程的精確的或近似的解析解。
但是，在人類實際的生產實踐活動中，如船舶在水中航行時，如何減小水的粘性阻力，風載荷對船的結構有何影響；又如飛機航行時如何提高飛機的升力，如何控制飛行高度、方向等的一類基本流動問題不是想像得那樣容易解決。在實際的流動過程中往往存在較為復雜的湍流、分離、氣蝕、水擊等流動現像。根據各種流動現像所建立的數學模型（由微分方程表示的定解問題），如由連續性方程、動量方程等組成的控制微分方程組，大多是非線性的偏微分方程組，除了少量特定條件下的問題，如一維的圓管層流和槽道流層流的解析分析，可根據求解問題的特性對方程及邊界條件作相應簡化獲得解析解，大多數問題是得不到解析解的，這使理論解析法的工程應用受到很大的局限。……

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