精通CFD工程仿真與案例實(shí)戰(zhàn)內(nèi)容簡介

《精通CFD工程仿真與案例實(shí)戰(zhàn)——FLUENT GAMBIT ICEM CFD Tecplot》詳細(xì)介紹了FLUENT、GAMBIT、ICEM CFD和Tecplot基礎(chǔ)理論、具體操作和典型的應(yīng)用案例。

全書共分8章。第1章介紹了CFD基本理論及軟件的基本應(yīng)用，并通過簡單實(shí)用的算例，說明了FLUENT的求解過程和后處理步驟。第2章介紹CFD前處理概念和GAMBIT、ICEM CFD的使用方法。第3章介紹CFD求解理論和FLUENT的使用方法。第4章介紹FLUENT后處理和Tecplot使用方法。第5章是網(wǎng)格應(yīng)用實(shí)戰(zhàn)，以10個(gè)網(wǎng)格應(yīng)用的典型實(shí)例為講解主線，詳細(xì)介紹GAMBIT和ICEM CFD創(chuàng)建四面體網(wǎng)格、六面體網(wǎng)格的功能應(yīng)用，涉及局部加密法、邊界層網(wǎng)格和塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的劃分方法。第6章至第8章，分別是求解綜合實(shí)戰(zhàn)案例，通過26個(gè)典型算例，介紹FLUENT在多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

本書理論講解詳細(xì)、操作介紹直觀、實(shí)例內(nèi)容豐富，全面介紹了FLUENT、GAMBIT、ICEM CFD和Tecplot應(yīng)用于流體工程計(jì)算的操作，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。本書包含的大量實(shí)例基本涵蓋了ICEM CFD和FLUENT在各大領(lǐng)域中的典型應(yīng)用，本書的這些經(jīng)典算例是對(duì)ICEM CFD和FLUENT功能應(yīng)用很全面的總結(jié)。

本書可作為航空航天、船舶、能源、石油、化工、機(jī)械、制造、汽車、生物、環(huán)境、水利、火災(zāi)安全、冶金、建筑、材料等眾多領(lǐng)域的研究生和本科生學(xué)習(xí)CFD基本理論和軟件應(yīng)用的教材，也可供上述領(lǐng)域的科研人員、企業(yè)研發(fā)人員，特別是從事CFD基礎(chǔ)和應(yīng)用計(jì)算的人員學(xué)習(xí)參考。

《精通CFD工程仿真與案例實(shí)戰(zhàn):FLUENT GAMBIT ICEM CFD Tecplot》：8個(gè)經(jīng)典網(wǎng)格ICEM CFD劃分實(shí)例（非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格、塊結(jié)構(gòu)網(wǎng)格、O-grid網(wǎng)格劃分、邊界層網(wǎng)格），詳細(xì)講解ICEM，CFD的應(yīng)用，26個(gè)經(jīng)典的FLUENT案例（氣流組織、管流、換熱、可壓縮流動(dòng)、水波、翼型繞流、各類多相流模型、固體燃料，電池、SNCR、燃燒與化學(xué)反應(yīng)、催化反應(yīng)、非牛頓流體、風(fēng)機(jī)、圓柱繞流、UDF），全面解讀FLUENT的應(yīng)用，典型的Tecplot后處理應(yīng)用（矢量圖、等值線圖、三維剖面圖、XY點(diǎn)圖），260分鐘視頻講解及各算例源文件，幫助讀者盡快融入實(shí)戰(zhàn)角色（見光盤）。

第1章　CFD概述

1.1　計(jì)算流體力學(xué)概述　1

1.1.1　計(jì)算流體力學(xué)的基本思想和本質(zhì)　1

1.1.2　計(jì)算流體力學(xué)的優(yōu)勢　2

1.1.3　CFD學(xué)科誕生與工程化背景　2

1.1.4　計(jì)算流體力學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域　3

1.2　計(jì)算流體力學(xué)問題的解決過程　3

1.2.1　前處理　3

1.2.2　求解　4

1.2.3　后處理　4

1.3　計(jì)算流體力學(xué)商業(yè)軟件介紹　4

1.3.1　前處理器　4

1.3.2　求解器　5

1.3.3　后處理軟件　10

1.4　FLUENT的操作界面　12

1.4.1　啟動(dòng)FLUENT界面　12

1.4.2　FLUENT主界面　12

1.5　FLUENT的基礎(chǔ)操作　14

1.5.1　啟動(dòng)ANSYS FLUENT求解器　15

1.5.2　讀入網(wǎng)格文件　15

1.5.3　網(wǎng)格檢查　16

1.5.4　尺寸檢查　17

1.5.5　網(wǎng)格光順化　17

1.5.6　顯示網(wǎng)格　18

1.5.7　模型參數(shù)設(shè)置　18

1.5.8　物性參數(shù)設(shè)置　19

1.5.9　邊界條件參數(shù)設(shè)置　19

1.5.10　求解參數(shù)設(shè)置　22

1.5.11　迭代求解　23

1.5.12　利用高階離散格式獲得精確解　23

1.6　顯示計(jì)算結(jié)果與分析結(jié)果數(shù)據(jù)　24

1.6.1　顯示速度的云圖　24

1.6.2　顯示溫度的云圖　25

1.6.3　顯示速度矢量圖　26

1.6.4　顯示出口溫度的XY點(diǎn)圖　27

1.7　本章總結(jié)　28

第2章　網(wǎng)格基礎(chǔ)與操作

2.1　CFD網(wǎng)格前處理理論準(zhǔn)備　29

2.1.1　劃分網(wǎng)格的目的　29

2.1.2　網(wǎng)格幾何要素　29

2.1.3　網(wǎng)格形狀　29

2.1.4　結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格　30

2.1.5　壁面和近壁區(qū)網(wǎng)格處理原則　32

2.1.6　網(wǎng)格質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)　34

2.1.7　選擇合適的網(wǎng)格類型　35

2.1.8　網(wǎng)格自適應(yīng)　36

2.2　GAMBIT網(wǎng)格劃分　37

2.2.1　GAMBIT的基本功能與界面　37

2.2.2　GAMBIT基本術(shù)語　40

2.2.3　GAMBIT幾何通用操作　41

2.2.4　GAMBIT幾何造型　43

2.2.5　GAMBIT實(shí)體幾何操作　53

2.2.6　GAMBIT劃分實(shí)體網(wǎng)格　57

2.2.7　劃分體網(wǎng)格　61

2.2.8　劃分邊界層網(wǎng)格　66

2.2.9　GAMBIT指定邊界和域類型　67

2.2.10　尺寸函數(shù)　68

2.2.11　網(wǎng)格劃分策略分析簡介　70

2.2.12　網(wǎng)格質(zhì)量管理及網(wǎng)格輸出　72

2.3　ICEM CFD網(wǎng)格劃分　74

2.3.1　ICEM CFD基本功能與界面　74

2.3.2　ICEM CFD幾何體創(chuàng)建與處理　78

2.3.3　ICEM CFD劃分非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格　83

2.3.4　ICEM CFD劃分棱柱邊界層網(wǎng)格　94

2.3.5　ICEM CFD劃分六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格　99

2.3.6　ICEM CFD指定邊界和域類型以及輸出網(wǎng)格　111

第3章FLUENT基礎(chǔ)與操作

3.1　FLUENT求解，啟動(dòng)FLUENT與FLUENT并行計(jì)算　114

3.2　FLUENT腳本文件自動(dòng)運(yùn)行　116

3.3　FLUENT文件類型　117

3.4　網(wǎng)格檢查　117

3.4.1　在FLUENT中檢查網(wǎng)格　117

3.4.2　報(bào)告網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)量　119

3.5　計(jì)算域尺寸設(shè)置　119

3.5.1　FLUENT的計(jì)算單位系統(tǒng)　119

3.5.2　在FLUENT中設(shè)置計(jì)算域尺寸　120

3.6　定義湍流模型　120

3.6.1　流體與流動(dòng)的分類　120

3.6.2　判斷湍流的標(biāo)準(zhǔn)　122

3.6.3　湍流模型的評(píng)價(jià)與選擇　122

3.6.4　壁面函數(shù)的選擇　127

3.6.5　在ANSYS FLUENT中設(shè)定湍流模型　127

3.7　對(duì)流換熱計(jì)算　131

3.7.1　在FLUENT中考慮對(duì)流換熱　131

3.7.2　考慮自然對(duì)流問題的場合與方法　132

3.8　輻射換熱計(jì)算　134

3.8.1　選擇輻射換熱模型　134

3.8.2　在ANSYS FLUENT中設(shè)定P1輻射模型　135

3.8.3　在ANSYS FLUENT中設(shè)定Discrete Ordinates輻射模型　136

3.8.4　輻射物質(zhì)屬性定義　137

3.9　模擬不考慮化學(xué)反應(yīng)的組分傳輸過程　137

3.10　化學(xué)反應(yīng)流與燃燒模擬　138

3.10.1　FLUENT中的燃燒模型介紹　138

3.10.2　反應(yīng)模型的選擇　139

3.10.3　通用有限速率模型　141

3.10.4　ISAT算法　146

3.10.5　導(dǎo)入CHEMKIN格式的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理　147

3.10.6　非預(yù)混燃燒模型之混合分?jǐn)?shù)/PDF模型　148

3.10.7　非預(yù)混燃燒模型之層流火焰面模型　148

3.10.8　FLUENT中的煤燃燒模擬計(jì)算器的設(shè)置與使用　150

3.10.9　預(yù)混燃燒模型　151

3.10.10　部分預(yù)混燃燒模型　152

3.10.11　組分概率密度輸運(yùn)燃燒模型　153

3.10.12　FLUENT燃燒模擬可能遇到的點(diǎn)火問題　154

3.11　表面反應(yīng)模擬　155

3.12　設(shè)定操作工況參數(shù)　156

3.13　設(shè)定單元區(qū)域條件　158

3.13.1　單元區(qū)域條件的類型　158

3.13.2　單元區(qū)域條件設(shè)定　159

3.14　多孔介質(zhì)計(jì)算域　161

3.15　設(shè)定邊界條件　162

3.15.1　邊界條件類型　163

3.15.2　邊界條件設(shè)定　163

3.16　控制方程離散化　186

3.16.1　離散方法　186

3.16.2　離散格式　187

3.16.3　離散格式的選擇　188

3.16.4　在FLUENT中設(shè)置離散格式　189

3.17　求解方法　190

3.17.1　基于壓力的求解器　190

3.17.2　基于密度的求解器　192

3.17.3　在FLUENT中設(shè)置求解器　192

3.18　設(shè)置亞松弛因子　193

3.19　設(shè)置庫朗數(shù)　194

3.20　設(shè)置求解極限　194

3.21　求解初始化　195

3.21.1　全局初始化　195

3.21.2　對(duì)初始值進(jìn)行局部修補(bǔ)　196

3.22　求解器的使用方法　196

3.22.1　使用求解器的基本步驟　196

3.22.2　在FLUENT中設(shè)置定常狀態(tài)的計(jì)算　197

3.23　確認(rèn)收斂性　197

3.24　網(wǎng)格自適應(yīng)　198

3.25　UDF的基本理論與應(yīng)用　198

3.25.1　UDF的基本理論　198

3.25.2　UDF的應(yīng)用　199

3.26　FLUENT中常見警告的出現(xiàn)原因和解決方法　199

第4章　后處理基礎(chǔ)與操作

4.1　計(jì)算后處理：FLUENT后處理　202

4.1.1　創(chuàng)建點(diǎn)、線和面　202

4.1.2　流場顯示　206

4.1.3　顯示網(wǎng)格　207

4.1.4　顯示等值線云圖　207

4.1.5　顯示矢量圖　209

4.1.6　顯示軌跡線　210

4.1.7　顯示掃描面　210

4.1.8　創(chuàng)建動(dòng)畫　211

4.1.9　顯示XY曲線　212

4.1.10　顯示柱狀圖　212

4.1.11　FLUENT計(jì)算報(bào)告　213

4.1.12　邊界通量報(bào)告　213

4.1.13　受力報(bào)告　214

4.1.14　投影面積　215

4.1.15　表面積分　215

4.1.16　體積分　217

4.1.17　參考值設(shè)定　218

4.1.18　算例設(shè)置報(bào)告　219

4.2　Tecplot數(shù)據(jù)處理　219

4.2.1　Tecplot 360功能簡介　219

4.2.2　Tecplot 360文件格式　222

4.2.3　Tecplot 360讀入FLUENT文件　226

4.2.4　在Tecplot 360中繪制XY曲線　228

4.2.5　在Tecplot 360中顯示等值線云圖　229

4.2.6　在Tecplot 360中繪制矢量圖　231

4.2.7　在Tecplot 360中繪制流線　232

4.2.8　在Tecplot 360中繪制三維流場剖面圖　233

4.2.9　在Tecplot 360中制作動(dòng)畫　237

4.2.10　在Tecplot 360中分析CFD數(shù)據(jù)　240

第5章　利用GAMBIT劃分網(wǎng)格

5.1　網(wǎng)格實(shí)例一：二維圓筒燃燒器網(wǎng)格劃分　242

5.1.1　創(chuàng)建幾何實(shí)體　243

5.1.2　對(duì)實(shí)體進(jìn)行網(wǎng)格劃分　244

5.1.3　創(chuàng)建邊界條件并輸出網(wǎng)格　245

5.2　網(wǎng)格實(shí)例二：燃?xì)庠罹W(wǎng)格劃分　247

5.2.1　創(chuàng)建燃?xì)庠顚?shí)體模型　247

5.2.2　對(duì)實(shí)體進(jìn)行網(wǎng)格劃分　252

5.2.3　創(chuàng)建實(shí)體的邊界條件　255

5.2.4　輸出網(wǎng)格　255

5.3　網(wǎng)格實(shí)例三：引擎模型四面體劃分　256

5.3.1　打開工程　256

5.3.2　Repair幾何實(shí)體　257

5.3.3　設(shè)置網(wǎng)格尺寸　257

5.3.4　初步計(jì)算并查看網(wǎng)格　258

5.3.5　光順網(wǎng)格　259

5.3.6　基于曲率自適應(yīng)的網(wǎng)格加密　260

5.3.7　再次創(chuàng)建網(wǎng)格　260

5.3.8　切面顯示　260

5.4　網(wǎng)格實(shí)例四：機(jī)翼翼身組合體棱柱形網(wǎng)格劃分　260

5.4.1　打開項(xiàng)目　261

5.4.2　劃分棱柱層網(wǎng)格　261

5.4.3　創(chuàng)建機(jī)翼尾部密度區(qū)　262

5.4.4　再次計(jì)算網(wǎng)格并顯示　263

5.4.5　光順網(wǎng)格　263

5.4.6　生成六面體核心網(wǎng)格　264

5.5　網(wǎng)格實(shí)例五：二維管道四邊形網(wǎng)格劃分　265

5.5.1　新建工程　265

5.5.2　初始化塊　266

5.5.3　分割塊　266

5.5.4　刪除 Blocks　267

5.5.5　關(guān)聯(lián)塊頂點(diǎn)到幾何點(diǎn)　267

5.5.6　關(guān)聯(lián)Edge到Curve　268

5.5.7　顯示關(guān)聯(lián)　269

5.5.8　組合Curves　269

5.5.9　完成邊和線的關(guān)聯(lián)　270

5.5.10　移動(dòng)剩余的頂點(diǎn)到幾何上　270

5.5.11　設(shè)置網(wǎng)格尺寸　271

5.5.12　計(jì)算并顯示網(wǎng)格　271

5.5.13　網(wǎng)格質(zhì)量檢查　272

5.5.14　轉(zhuǎn)化成非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格　272

5.6　網(wǎng)格實(shí)例六：三維管道六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格　273

5.6.1　新建工程　273

5.6.2　檢查幾何拓?fù)洹?73

5.6.3　創(chuàng)建Part　274

5.6.4　創(chuàng)建材料點(diǎn)并保存工程　274

5.6.5　初始化塊　275

5.6.6　分割塊并建立拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)　275

5.6.7　關(guān)聯(lián)曲線　276

5.6.8　初步計(jì)算網(wǎng)格　278

5.6.9　初步網(wǎng)格質(zhì)量評(píng)估　278

5.6.10　建立O-grid　279

5.6.11　第二次計(jì)算網(wǎng)格　279

5.6.12　第二次網(wǎng)格質(zhì)量評(píng)估　280

5.6.13　網(wǎng)格輸出　280

5.7　網(wǎng)格實(shí)例七：三維彎管六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格　280

5.7.1　打開項(xiàng)目并創(chuàng)建Parts　281

5.7.2　創(chuàng)建體并初始化塊　282

5.7.3　切塊和刪除部分塊　282

5.7.4　關(guān)聯(lián)　283

5.7.5　移動(dòng)頂點(diǎn)(1)　283

5.7.6　創(chuàng)建第一個(gè)O-grid　284

5.7.7　修飾塊　285

5.7.8　移動(dòng)頂點(diǎn)(2)　286

5.7.9　創(chuàng)建第二個(gè)O-grid　286

5.7.10　設(shè)置網(wǎng)格尺寸并預(yù)覽網(wǎng)格　287

5.7.11　移動(dòng)頂點(diǎn)以改善網(wǎng)格質(zhì)量　288

5.7.12　重新查看網(wǎng)格　289

5.8　網(wǎng)格實(shí)例八：管內(nèi)葉片三維六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格　289

5.8.1　打開工程并創(chuàng)建Parts　290

5.8.2　創(chuàng)建體　290

5.8.3　初始化塊　291

5.8.4　創(chuàng)建關(guān)聯(lián)　291

5.8.5　塊分割　292

5.8.6　塌陷　292

5.8.7　邊關(guān)聯(lián)　292

5.8.8　設(shè)置面網(wǎng)格參數(shù)　293

5.8.9　網(wǎng)格質(zhì)量檢查　294

5.8.10　創(chuàng)建O-grid　294

5.8.11　中間塊刪除并計(jì)算網(wǎng)格　295

5.8.12　網(wǎng)格質(zhì)量檢查　295

5.9　網(wǎng)格實(shí)例九：半球方體三維六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格　295

5.9.1　讀入工程　296

5.9.2　初始化塊　297

5.9.3　建立拓?fù)?1)　297

5.9.4　關(guān)聯(lián)(1)　298

5.9.5　設(shè)置網(wǎng)格參數(shù)(1)　299

5.9.6　預(yù)覽網(wǎng)格并檢查網(wǎng)格質(zhì)量　299

5.9.7　建立拓?fù)?2)　300

5.9.8　關(guān)聯(lián)(2)　301

5.9.9　設(shè)置網(wǎng)格參數(shù)(2)　301

5.9.10　計(jì)算網(wǎng)格　302

5.9.11　檢查網(wǎng)格質(zhì)量　302

5.9.12　局部網(wǎng)格參數(shù)設(shè)置　303

5.10　網(wǎng)格實(shí)例十：托架三維六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格　303

5.10.1　創(chuàng)建新項(xiàng)目　303

5.10.2　初始化塊　304

5.10.3　移動(dòng)塊頂點(diǎn)　304

5.10.4　分塊(1)　305

5.10.5　關(guān)聯(lián)并移動(dòng)頂點(diǎn)　306

5.10.6　創(chuàng)建塊　306

5.10.7　關(guān)聯(lián)　307

5.10.8　分塊(2)　307

5.10.9　創(chuàng)建O-grid　308

5.10.10　設(shè)置邊緣O-grid　309

5.10.11　計(jì)算網(wǎng)格　310

5.10.12　網(wǎng)格質(zhì)量評(píng)估　311

5.10.13　網(wǎng)格鏡像　311

第6章　綜合實(shí)戰(zhàn)案例一

一

6.1　算例一：空調(diào)房間室內(nèi)氣流組織模擬　312

6.1.1　介紹　312

6.1.2　方法和設(shè)置　312

6.1.3　前期要求　312

6.1.4　問題描述　312

6.1.5　準(zhǔn)備　313

6.1.6　設(shè)置和求解　313

6.1.7　總結(jié)　317

6.2　算例二：管內(nèi)流動(dòng)的模擬　317

6.2.1　介紹　317

6.2.2　方法和設(shè)置　317

6.2.3　前期要求　318

6.2.4　問題描述　318

6.2.5　準(zhǔn)備　318

6.2.6　設(shè)置和求解　318

6.2.7　總結(jié)　328

6.2.8　參考文獻(xiàn)　328

6.2.9　練習(xí)與討論　329

6.3　算例三：外掠平板的流場與換熱　329

6.3.1　介紹　329

6.3.2　方法和設(shè)置　329

6.3.3　前期要求　329

6.3.4　問題描述　329

6.3.5　準(zhǔn)備　330

6.3.6　設(shè)置與求解　330

6.3.7　總結(jié)　339

6.3.8　參考文獻(xiàn)　339

6.3.9　練習(xí)與討論　340

6.4　算例四：進(jìn)氣歧管的流動(dòng)模擬　340

6.4.1　介紹　340

6.4.2　方法和設(shè)置　340

6.4.3　前期要求　340

6.4.4　問題描述　340

6.4.5　準(zhǔn)備　341

6.4.6　設(shè)置和求解　341

6.4.7　總結(jié)　349

6.4.8　參考文獻(xiàn)　349

6.4.9　練習(xí)與討論　349

6.5　算例五：漸縮漸擴(kuò)管的無粘與可壓縮流動(dòng)模擬　349

6.5.1　介紹　349

6.5.2　方法和設(shè)置　349

6.5.3　前期準(zhǔn)備　350

6.5.4　問題描述　350

6.5.5　準(zhǔn)備　350

6.5.6　設(shè)置和求解　350

6.5.7　總結(jié)　357

6.5.8　參考文獻(xiàn)　358

6.5.9　練習(xí)與討論　358

6.6　算例六：模擬水箱的水波運(yùn)動(dòng)　358

6.6.1　介紹　358

6.6.2　方法和設(shè)置　358

6.6.3　前期要求　358

6.6.4　問題描述　358

6.6.5　準(zhǔn)備　359

6.6.6　設(shè)置和求解　359

6.6.7　總結(jié)　367

6.6.8　練習(xí)與討論　367

6.7　算例七：水平膜狀沸騰　367

6.7.1　介紹　367

6.7.2　前期要求　367

6.7.3　問題描述　368

6.7.4　設(shè)置和求解　368

6.7.5　分析　374

6.7.6　總結(jié)　374

6.8　算例八：機(jī)翼繞流可壓縮流動(dòng)的模擬　375

6.8.1　介紹　375

6.8.2　方法和設(shè)置　375

6.8.3　前期要求　375

6.8.4　問題描述　375

6.8.5　準(zhǔn)備　376

6.8.6　設(shè)置和求解　376

6.8.7　總結(jié)　383

6.8.8　練習(xí)與討論　383

6.9　算例九：利用歐拉模型解決攪拌器混合問題　384

6.9.1　介紹　384

6.9.2　方法和設(shè)置　384

6.9.3　問題描述　384

6.9.4　設(shè)置和求解　385

6.10　算例十：利用多相流混合模型和歐拉模型求解T形管流動(dòng)　396

6.10.1　介紹　396

6.10.2　方法和設(shè)置　396

6.10.3　問題描述　396

6.10.4　設(shè)置和求解　396

6.11　算例十一：對(duì)固體燃料電池進(jìn)行流體動(dòng)力學(xué)模擬　404

6.11.1　介紹　404

6.11.2　方法和設(shè)置　405

6.11.3　問題描述　405

6.11.4　設(shè)置與求解　405

第7章　綜合實(shí)戰(zhàn)案例二

417

7.1　算例十二：使用噴尿素法并利用選擇性非催化還原法進(jìn)行NOx模擬　417

7.1.1　介紹　417

7.1.2　方法和設(shè)置　417

7.1.3　前期要求　417

7.1.4　問題描述　417

7.1.5　準(zhǔn)備　418

7.1.6　設(shè)置和求解　418

7.2　總結(jié)　423

7.3　算例十三：使用混合物模型模擬質(zhì)量和熱量交換　424

7.3.1　介紹　424

7.3.2　前期要求　424

7.3.3　問題描述　424

7.3.4　設(shè)置和求解　424

7.4　算例十四：使用用戶自定義標(biāo)量和用戶自定義內(nèi)存模擬電加熱(歐姆加熱)　430

7.4.1　介紹　430

7.4.2　方法和設(shè)置　431

7.4.3　前期要求　431

7.4.4　問題描述　431

7.4.5　準(zhǔn)備　431

7.4.6　設(shè)置和求解　431

7.4.7　總結(jié)　441

7.4.8　練習(xí)與討論　441

7.5　算例十五：頂蓋驅(qū)動(dòng)的腔體流動(dòng)　441

7.5.1　介紹　441

7.5.2　方法和設(shè)置　441

7.5.3　前期要求　442

7.5.4　問題描述　442

7.5.5　準(zhǔn)備　442

7.5.6　設(shè)置和求解　442

7.5.7　總結(jié)　449

7.5.8　參考文獻(xiàn)　449

7.5.9　練習(xí)與討論　450

7.6　算例十六：引擎流場模擬　450

7.6.1　介紹　450

7.6.2　方法和設(shè)置　450

7.6.3　前期要求　450

7.6.4　問題描述　450

7.6.5　準(zhǔn)備　451

7.6.6　設(shè)置和求解　451

7.6.7　總結(jié)　468

7.6.8　練習(xí)和討論　469

7.7　算例十七：使用EBU(Eddy Break Up，渦破碎)模型模擬煤粉燃燒　469

7.7.1　介紹　469

7.7.2　技巧和設(shè)置　469

7.7.3　前期要求　469

7.7.4　問題描述　469

7.7.5　準(zhǔn)備　470

7.7.6　設(shè)置和求解　470

7.7.7　結(jié)果　483

7.8　算例十八：多步焦炭反應(yīng)模擬　483

7.8.1　介紹　483

7.8.2　技巧和設(shè)置　483

7.8.3　前期要求　483

7.8.4　問題描述　484

7.8.5　準(zhǔn)備　484

7.8.6　設(shè)置和求解　484

7.8.7　結(jié)果　493

7.8.8　總結(jié)　493

7.9　算例十九：利用EDC燃燒模型模擬擴(kuò)散火焰　493

7.9.1　介紹　493

7.9.2　前期要求　494

7.9.3　問題描述　494

7.9.4　準(zhǔn)備　494

7.9.5　設(shè)置和求解　494

7.9.6　總結(jié)　505

7.10　算例二十：擴(kuò)散射流火焰的PDF輸運(yùn)方程模型模擬　505

7.10.1　介紹　505

7.10.2　技巧和設(shè)置　505

7.10.3　實(shí)驗(yàn)概況　506

7.10.4　前期要求　506

7.10.5　問題描述　506

7.10.6　準(zhǔn)備　506

7.10.7　設(shè)置和求解　506

7.10.8　總結(jié)　514

7.11　算例二十一：模擬圓形通道的表面反應(yīng)　514

7.11.1　介紹　514

7.11.2　準(zhǔn)備　514

7.11.3　設(shè)置和求解　514

第8章　綜合實(shí)戰(zhàn)案例三

8.1　算例二十二：模擬二維流化床的均勻流化作用　520

8.1.1　介紹　520

8.1.2　前期要求　520

8.1.3　問題描述　520

8.1.4　設(shè)置和求解　521

8.2　算例二十三：液體燃料燃燒　525

8.2.1　介紹　525

8.2.2　技巧和設(shè)置　525

8.2.3　前期準(zhǔn)備　525

8.2.4　問題描述　525

8.2.5　準(zhǔn)備　526

8.2.6　設(shè)置和求解　526

8.2.7　總結(jié)　537

8.3　算例二十四：偏心環(huán)形管道的非牛頓流體流動(dòng)模擬　537

8.3.1　介紹　537

8.3.2　技巧和設(shè)置　537

8.3.3　前期要求　538

8.3.4　問題描述　538

8.3.5　準(zhǔn)備　538

8.3.6　設(shè)置和求解　538

8.3.7　總結(jié)　550

8.3.8　參考文獻(xiàn)　550

8.3.9　練習(xí)與討論　550

8.4　算例二十五：離心式鼓風(fēng)機(jī)模擬　550

8.4.1　介紹　550

8.4.2　問題描述　551

8.4.3　準(zhǔn)備　551

8.4.4　設(shè)置和求解　551

8.4.5　總結(jié)　559

8.5　算例二十六：圓柱繞流模擬　560

8.5.1　介紹　560

8.5.2　問題描述　560

8.5.3　準(zhǔn)備　560

8.5.4　設(shè)置和求解　560

8.5.5　總結(jié)　569

8.5.6　參考文獻(xiàn)　569 2100433B

CFD用于解決以下幾類暖通空調(diào)工程的問題。

CFD仿真模擬組織設(shè)計(jì)

通風(fēng)空調(diào)空間的氣流組織直接影響到其通風(fēng)空調(diào)效果，借助CFD可以預(yù)測仿真其中的空氣分布詳細(xì)情況，從而指導(dǎo)設(shè)計(jì)。通風(fēng)空調(diào)空間通常又可分為：普通建筑空間，如住宅、辦公室、高大空間等；特殊空間，如潔凈室、客車、列車及其它需要空調(diào)的特殊空間。利用CFD設(shè)計(jì)的某體育館高大空間和某空調(diào)客車內(nèi)部的氣流組織結(jié)果中，用色調(diào)的暖冷表示溫度的高低，矢量箭頭的長短表示速度的大小，將空調(diào)空間內(nèi)的流場形象直觀地表示出來。

CFD仿真模擬環(huán)境分析

建筑外環(huán)境對(duì)建筑內(nèi)部居者的生活有著重要的影響，所謂的建筑小區(qū)二次風(fēng)、小區(qū)熱環(huán)境等問題日益受到人們的關(guān)注。采用CFD可以方便地對(duì)建筑外環(huán)境進(jìn)行模擬分析，從而設(shè)計(jì)出合理的建筑風(fēng)環(huán)境。而且，通過模擬建筑外環(huán)境的風(fēng)流動(dòng)情況，還可進(jìn)一步指導(dǎo)建筑內(nèi)的自然通風(fēng)設(shè)計(jì)等。

CFD仿真模擬性能研究

暖通空調(diào)工程的許多設(shè)備，如風(fēng)機(jī)、蓄冰槽、空調(diào)器等，都是通過流體工質(zhì)的流動(dòng)而工作的，流動(dòng)情況對(duì)設(shè)備性能有著重要的影響。通過CFD模擬計(jì)算設(shè)備內(nèi)部的流體流動(dòng)情況，可以研究設(shè)備性能，從而改進(jìn)其更好地工作，降低建筑能耗，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。

CFD在暖通空調(diào)工程的應(yīng)用始于1974年，國外在這方面發(fā)展較快，目前國內(nèi)也有一些大學(xué)或科研機(jī)構(gòu)在對(duì)此進(jìn)行研究。就其研究方向而言，主要可分為兩方面：基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究。目前，美國、歐洲、日本等發(fā)達(dá)國家對(duì)CFD的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究都處于領(lǐng)先水平，我國的清華大學(xué)等也有較為獨(dú)特的研究方向。下面簡要介紹。

CFD仿真模擬基礎(chǔ)研究

目前CFD在暖通空調(diào)工程的應(yīng)用基礎(chǔ)研究方面，主要有如下新動(dòng)態(tài)：

(1)室內(nèi)空氣流動(dòng)的簡化模擬：美國MIT，從描述空調(diào)風(fēng)口入流邊界條件的方法、湍流模型等方面進(jìn)行研究，以對(duì)室內(nèi)空氣流動(dòng)進(jìn)行簡化模擬；中國清華大學(xué)，研究空調(diào)風(fēng)口入流邊界條件的新方法、湍流模型以及數(shù)值算法，建立室內(nèi)空氣流動(dòng)數(shù)值模擬的簡捷體系；

2)室內(nèi)外空氣流動(dòng)的大渦模擬：美國MIT、日本東京大學(xué)，研究大渦模擬這一高級(jí)湍流數(shù)值模擬技術(shù)在室內(nèi)外空氣流動(dòng)模擬中的應(yīng)用，目前已經(jīng)開始嘗試用于建筑小區(qū)和自然通風(fēng)模擬等；

(3)室內(nèi)空氣流動(dòng)模擬和建筑能耗的耦合模擬：美國MIT，通過將簡化的CFD模擬方法和建筑能耗計(jì)算耦合對(duì)建筑環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)；

CFD仿真模擬應(yīng)用研究

(1)自然通風(fēng)的數(shù)值模擬：美國MIT、香港大學(xué)等，主要借助大渦模擬工具研究自然通風(fēng)問題；

(2)置換通風(fēng)的數(shù)值模擬：美國MIT、丹麥Aalborg大學(xué)、中國清華大學(xué)等，如地板置換通風(fēng)、座椅送風(fēng)等；

(3)高大空間的數(shù)值模擬：中國清華大學(xué)等，以體育場館為主的高大空間的氣流組織設(shè)計(jì)及其與空調(diào)負(fù)荷計(jì)算的關(guān)系研究；

(4)VOC散發(fā)的數(shù)值模擬：美國MIT等，借助CFD研究室內(nèi)有機(jī)散發(fā)污染物在室內(nèi)的分布，研究室內(nèi)IAQ問題；

(5)潔凈室的數(shù)值模擬：中國清華大學(xué)等；對(duì)型式比較固定的潔凈室空調(diào)氣流組織形式進(jìn)行數(shù)值模擬，指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)；2100433B

CFD是一種模擬仿真技術(shù)，在暖通空調(diào)工程中的應(yīng)用主要在于模擬預(yù)測室內(nèi)外或設(shè)備內(nèi)的空氣或其他工質(zhì)流體的流動(dòng)情況。以預(yù)測室內(nèi)空氣分布為例，目前在暖通空調(diào)工程中采用的方法主要有四種：射流公式，Zonal model，CFD以及模型實(shí)驗(yàn)。

由于建筑空間越來越向復(fù)雜化、多樣化和大型化發(fā)展，實(shí)際空調(diào)通風(fēng)房間的氣流組織形式變化多樣，而傳統(tǒng)的射流理論分析方法采用的是基于某些標(biāo)準(zhǔn)或理想條件理論分析或試驗(yàn)得到的射流公式對(duì)空調(diào)送風(fēng)***流的軸心速度和溫度、射流軌跡等進(jìn)行預(yù)測，勢必會(huì)帶來較大的誤差。并且，射流分析方法只能給出室內(nèi)的一些集總參數(shù)性的信息，不能給出設(shè)計(jì)人員所需的詳細(xì)資料，無法滿足設(shè)計(jì)者詳細(xì)了解室內(nèi)空氣分布情況的要求；

Zonal model是將房間劃分為一些有限的宏觀區(qū)域，認(rèn)為區(qū)域內(nèi)的相關(guān)參數(shù)如溫度、濃度相等，而區(qū)域間存在熱質(zhì)交換，通過建立質(zhì)量和能量守恒方程并充分考慮了區(qū)域間壓差和流動(dòng)的關(guān)系來研究房間內(nèi)的溫度分布以及流動(dòng)情況，因此模擬得到的實(shí)際上還只是一種相對(duì)"精確"的集總結(jié)果，且在機(jī)械通風(fēng)中的應(yīng)用還存在較多問題。

模型實(shí)驗(yàn)雖然能夠得到設(shè)計(jì)人員所需要的各種數(shù)據(jù)，但需要較長的實(shí)驗(yàn)周期和昂貴的實(shí)驗(yàn)費(fèi)用，搭建實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃馁Y很大，有文獻(xiàn)指出單個(gè)實(shí)驗(yàn)通常耗資3000~20000美元，而對(duì)于不同的條件，可能還需要多個(gè)實(shí)驗(yàn)，耗資更多，周期也長達(dá)數(shù)月以上，難于在工程設(shè)計(jì)中廣泛采用。

另一方面，CFD具有成本低、速度快、資料完備且可模擬各種不同的工況等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，故其逐漸受到人們的青睞。由表1給出的四種室內(nèi)空氣分布預(yù)測方法的對(duì)比可見，就目前的三種理論預(yù)測室內(nèi)空氣分布的方法而言，CFD方法確實(shí)具有不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，且由于當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，CFD方法的計(jì)算周期和成本完全可以為工程應(yīng)用所接受。盡管CFD方法還存在可靠性和對(duì)實(shí)際問題的可算性等問題，但這些問題已經(jīng)逐步得到發(fā)展和解決。因此，CFD方法可應(yīng)用于對(duì)室內(nèi)空氣分布情況進(jìn)行模擬和預(yù)測，從而得到房間內(nèi)速度、溫度、濕度以及有害物濃度等物理量的詳細(xì)分布情況。

進(jìn)一步而言，對(duì)于室外空氣流動(dòng)以及其它設(shè)備內(nèi)的流體流動(dòng)的模擬預(yù)測，一般只有模型實(shí)驗(yàn)或CFD方法適用。表1的比較同樣表明了CFD方法比模型實(shí)驗(yàn)的優(yōu)越性。故此，CFD方法可作為解決暖通空調(diào)工程的流動(dòng)和傳熱傳質(zhì)問題的強(qiáng)有力工具而推廣應(yīng)用。

比較項(xiàng)目：