·本书以FLUENT 16.0版本为基础，其操作界面与老版本有较大不同，因此对新版本的操作界面进行了详细的说明，使读者能较快地掌握新版本的特点。
　　·通过本书的学习，读者可以在较短时间内掌握FLUENT 16.0的学习要领和详细的操作步骤。各章所用到的实例可从配套DVD光盘中找到。
　　·本书内容丰富、结构清晰，所有案例均经过精心设计与筛选，代表性强，并且每个案例都通过用户图形交互界面进行全过程操作。
　　·本书主要目的不是为了求解多么复杂的物理问题，而是为了让读者学习FLUENT软件的求解思路，强调实用性，比如导热问题的数值模拟，其求解过程并不复杂，以往的书籍很少有涉及，但实际工程中却有广泛的应用。
　　

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　　本书以有限体积分析法（又称为控制容积法）为基础，结合作者多年的使用和开发经验，通过丰富的工程实例详细介绍ANSYS FLUENT 16.0在各个专业领域的应用。
　　全书分为基础和实例两个部分，共16章。基础部分详细介绍了流体力学的相关理论基础知识和ANSYS FLUENT 16.0软件，包括FLUENT软件、前处理、后处理、常用的边界条件等内容；实例部分包括导热问题、流体流动与传热、自然对流与辐射换热、凝固和融化过程、多相流模型、离散相、组分传输与气体燃烧、动网格问题、多孔介质内部流动与换热、UDF基础应用和燃料电池问题等的数值模拟。本书每个实例都有详细的说明和操作步骤，读者只需按书中的方法和步骤进行软件操作，即可完成一个具体问题的数值模拟和分析，进而逐步学会ANSYS FLUENT 16.0软件的使用。本书光盘配有书中实例的几何模型以及实例的网格模型，方便读者查阅。
　　本书内容翔实，既可以作为动力、能源、水利、航空、冶金、海洋、环境、气象、流体工程等专业领域的工程技术人员参考用书，也可以作为高等院校相关专业高年级本科生、研究生的学习用书。

　　唐家鹏，精通Fluent流体分析软件、Ansys有限元分析软件以及AutoCAD、Solidworks、UG等机械设计软件。在国内外期刊发表论文多篇。

内容提要
前言
第1章 流体力学与计算流体力学基础
1.1 流体力学基础
1.1.1 流体力学概述
1.1.2 连续介质模型
1.1.3 流体的基本概念及性质
1.1.4 流体流动分类
1.1.5 流体流动描述的方法
1.1.6 流体力学基本方程组
1.1.7 湍流模型
1.2 计算流体力学（CFD）基础
1.2.1 CFD概述
1.2.2 CFD求解力学问题的过程
1.2.3 CFD数值模拟方法和分类
1.2.4 有限体积法计算区域的离散
1.2.5 有限体积法控制方程的离散
1.2.6 CFD常用算法
1.2.7 计算域网格生成技术
1.3 CFD软件的构成
1.3.1 前处理器
1.3.2 求解器
1.3.3 后处理器
1.4 常用的商业CFD软件
1.4.1 Phoenics软件
1.4.2 STAR-CD软件
1.4.3 ANSYS CFX软件
1.4.4 ANSYS FLUENT软件
1.5 本章小结
第2章 FLUENT软件介绍
2.1 FLUENT软件特点简介
2.1.1 网格技术
2.1.2 数值技术
2.1.3 物理模型
2.1.4 FLUENT的独有特点
2.1.5 FLUENT系列软件简介
2.2 FLUENT 16.0的新特性
2.2.1 新的操作界面
2.2.2 功能上的改进
2.3 FLUENT 16.0的功能模块
2.4 FLUENT与ANSYS Workbench
2.4.1 ANSYS Workbench简介
2.4.2 ANSYS Workbench的操作界面
2.4.3 在ANSYS Workbench中打开FLUENT
2.5 FLUENT 16.0的基本操作
2.5.1 启动FLUENT主程序
2.5.2 FLUENT主界面
2.5.3 FLUENT读入网格
2.5.4 检查网格
2.5.5 选择基本物理模型
2.5.6 设置材料属性
2.5.7 相的定义
2.5.8 设置计算区域条件
2.5.9 设置边界条件
2.5.10 设置动网格
2.5.11 设置参考值
2.5.12 设置算法及离散格式
2.5.13 设置求解参数
2.5.14 设置监视窗口
2.5.15 初始化流场
2.5.16 与运行计算相关的设置
2.5.17 保存结果
2.6 FLUENT的一个简单实例
2.7 本章小结
第3章 前处理方法
3.1 常用前处理软件
3.1.1 Gambit
3.1.2 ANSYS ICEM CFD
3.1.3 TGrid
3.1.4 GridPro
3.1.5 Gridgen简介
3.2 Gambit的应用
3.2.1 Gambit的基本功能
3.2.2 Gambit的基本用法
3.2.3 Gambit生成网格文件的操作步骤
3.2.4 Gambit应用实例
3.3 ANSYS ICEM CFD 16.0的应用
3.3.1 ANSYS ICEM CFD的基本功能
3.3.2 ANSYS ICEM CFD 16.0的操作界面
3.3.3 ANSYS ICEM CFD 16.0的文件系统
3.3.4 ANSYS ICEM CFD 16.0的操作步骤
3.3.5 ANSYS ICEM CFD 16.0应用实例
3.4 本章小结
第4章 后处理方法
4.1 FLUENT内置后处理方法
4.1.1 创建面
4.1.2 显示及着色处理
4.1.3 曲线绘制功能
4.1.4 通量报告和积分计算
4.2 Workbench CFD-Post通用后处理器
4.2.1 启动CFD-Post
4.2.2 创建位置
4.2.3 颜色、渲染和视图
4.2.4 矢量图、云图及流线图的绘制
4.2.5 其他图形功能
4.2.6 变量列表与表达式列表
4.2.7 创建表格和图表
4.2.8 制作报告
4.2.9 动画制作
4.2.10 其他工具
4.2.11 多文件模式
4.3 Tecplot的用法
4.3.1 概述
4.3.2 Tecplot基本功能介绍
4.3.3 Tecplot用法简介
4.3.4 Tecplot读取FLUENT文件的方法
4.4 本章小结
第5章 FLUENT中常用的边界条件
5.1 FLUENT中边界条件的分类
5.2 边界条件设置及操作方法
5.2.1 边界条件的设置
5.2.2 边界条件的修改
5.2.3 边界条件的复制
5.2.4 边界的重命名
5.3 FLUENT中流动出入口边界条件及参数确定
5.3.1 用轮廓指定湍流参量
5.3.2 湍流参量的估算
5.4 FLUENT中常用的边界条件
5.4.1 压力入口边界条件
5.4.2 速度入口边界条件
5.4.3 质量入口边界条件
5.4.4 进风口边界条件
5.4.5 进气扇边界条件
5.4.6 压力出口边界条件
5.4.7 压力远场边界条件
5.4.8 出风口边界条件
5.4.9 排气扇边界条件
5.4.10 壁面边界条件
5.4.11 对称边界条件
5.4.12 周期性边界条件
5.4.13 流体区域条件
5.4.14 固体区域条件
5.4.15 出流边界条件
5.4.16 其他边界条件
5.5 本章小结
第6章 导热问题的数值模拟
6.1 导热问题分析概述
6.2 有内热源的导热问题的数值模拟
6.2.1 案例简介
6.2.2 FLUENT中求解计算
6.2.3 计算结果后处理
6.2.4 保存数据并退出
6.3 钢球非稳态冷却过程的数值模拟
6.3.1 案例简介
6.3.2 FLUENT求解计算设置
6.3.3 求解计算
6.3.4 计算结果后处理及分析
6.4 本章小结
第7章 流体流动与传热的数值模拟
7.1 流体流动与传热概述
7.2 引射器内流场数值模拟
7.2.1 案例简介
7.2.2 FLUENT求解计算设置
7.2.3 求解计算
7.2.4 计算结果后处理及分析
7.3 扇形教室空调通风的数值模拟
7.3.1 案例简介
7.3.2 FLUENT求解计算设置
7.3.3 求解计算
7.3.4 计算结果后处理及分析
7.4 地埋管流固耦合换热的数值模拟
7.4.1 案例简介
7.4.2 FLUENT求解计算设置
7.4.3 流场求解计算
7.4.4 温度场求解计算设置
7.4.5 温度场求解计算
7.4.6 计算结果后处理及分析
7.5 圆柱绕流流场的数值模拟
7.5.1 案例简介
7.5.2 FLUENT求解计算设置
7.5.3 求解计算
7.5.4 计算结果后处理及分析
7.6 二维离心泵叶轮内流场数值模拟
7.6.1 案例简介
7.6.2 FLUENT求解计算设置
7.6.3 求解计算
7.6.4 计算结果后处理及分析
7.7 本章小结
第8章 自然对流与辐射换热的数值模拟
8.1 自然对流与辐射换热概述
8.2 相连方腔内自然对流换热的数值模拟
8.2.1 案例简介
8.2.2 FLUENT求解计算设置
8.2.3 求解计算
8.2.4 计算结果后处理及分析
8.3 烟道内烟气对流辐射换热的数值模拟
8.3.1 案例简介
8.3.2 FLUENT求解计算设置
8.3.3 求解计算
8.3.4 计算结果后处理及分析
8.4 室内通风问题的计算实例
8.4.1 案例简介
8.4.2 FLUENT求解计算设置
8.4.3 求解计算
8.4.4 计算结果后处理及分析
8.4 本章小结
第9章 凝固和融化过程的数值模拟
9.1 凝固和融化模型概述
9.2 冰融化过程的数值模拟
9.2.1 案例简介
9.2.2 FLUENT求解计算设置
9.2.3 求解计算
9.2.4 计算结果后处理及分析
9.3 本章小结
第10章 多相流模型的数值模拟
10.1 多相流概述
10.2 孔口自由出流的数值模拟
10.2.1 案例简介
10.2.2 FLUENT求解计算设置
10.2.3 求解计算
10.2.4 计算结果后处理及分析
10.3 水中气泡上升过程的数值模拟
10.3.1 案例简介
10.3.2 FLUENT求解计算设置
10.3.3 求解计算
10.3.4 计算结果后处理及分析
10.4 水流对沙滩冲刷过程的数值模拟
10.4.1 案例简介
10.4.2 FLUENT求解计算设置
10.4.3 求解计算
10.4.4 计算结果后处理及分析
10.5 气穴现象的数值模拟
10.5.1 案例简介
10.5.2 FLUENT求解计算设置
10.5.3 求解计算
10.5.4 计算结果后处理及分析
10.6 液体燃料罐内部挡流板对振荡的影响模拟
10.6.1 实例描述
10.6.2 FLUENT求解计算设置
10.6.3 求解计算及后处理
10.7 本章小结
第11章 离散相的数值模拟
11.1 离散相模型概述
11.2 引射器离散相流场的数值模拟
11.2.1 案例简介
11.2.2 FLUENT求解计算设置
11.2.3 求解计算
11.2.4 计算结果后处理及分析
11.3 喷淋过程的数值模拟
11.3.1 案例简介
11.3.2 FLUENT求解计算设置
11.3.3 求解计算
11.3.4 计算结果后处理及分析
11.4 本章小结
第12章 组分传输与气体燃烧的数值模拟
12.1 组分传输与气体燃烧概述
12.2 室内甲醛污染物浓度的数值模拟
12.2.1 案例简介
12.2.2 FLUENT求解计算设置
12.2.3 求解计算
12.2.4 计算结果后处理及分析
12.3 焦炉煤气燃烧的数值模拟
12.3.1 案例简介
12.3.2 FLUENT求解计算设置
12.3.3 求解计算
12.3.4 计算结果后处理及分析
12.4 预混气体化学反应的模拟
12.4.1 案例简介
12.4.2 FLUENT求解计算设置
12.4.3 求解计算及后处理
12.5 本章小结
第13章 动网格问题的数值模拟
13.1 动网格问题概述
13.2 两车交会过程的数值模拟
13.2.1 案例简介
13.2.2 FLUENT求解计算设置
13.2.3 求解计算
13.2.4 计算结果后处理及分析
13.3 运动物体强制对流换热的数值模拟
13.3.1 案例简介
13.3.2 FLUENT求解计算设置
13.3.3 求解计算
13.3.4 计算结果后处理及分析
13.4 双叶轮旋转流场的数值模拟
13.4.1 案例简介
13.4.2 FLUENT求解计算设置
13.4.3 求解计算
13.4.4 计算结果后处理及分析
13.5 单级轴流涡轮机模型内部流场模拟
13.5.1 案例简介
13.5.2 FLUENT求解计算设置
13.5.3 求解计算
13.5.4 计算结果后处理及分析
13.6 本章小结
第14章 多孔介质内流动与换热的数值模拟
14.1 多孔介质模型概述
14.2 多孔烧结矿内部流动换热的数值模拟
14.2.1 案例简介
14.2.2 FLUENT求解计算设置
14.2.3 求解计算
14.2.4 计算结果后处理及分析
14.3 三维多孔介质内部流动的数值模拟
14.3.1 案例简介
14.3.2 FLUENT求解计算设置
14.3.3 求解计算
14.3.4 计算结果后处理及分析
14.4 催化转换器内部流动的数值模拟
14.4.1 案例简介
14.4.2 FLUENT求解计算设置
14.4.3 求解计算
14.4.4 计算结果后处理及分析
14.5 本章小结
第15章 UDF基础应用
15.1 UDF介绍
15.1.1 UDF的基本功能
15.1.2 UDF编写基础
15.1.3 UDF中的C语言基础
15.2 利用UDF自定义物性参数
15.2.1 案例简介
15.2.2 FLUENT求解计算设置
15.2.3 求解计算
15.2.4 计算结果后处理及分析
15.3 利用UDF求解多孔介质问题
15.3.1 案例简介
15.3.2 FLUENT求解计算设置
15.3.3 求解计算
15.3.4 计算结果后处理及分析
15.4 水中落物的数值模拟
15.4.1 案例简介
15.4.2 FLUENT求解计算设置
15.4.3 求解计算
15.5 本章小结
第16章 燃料电池问题模拟
16.1 单直通道逆流PEM燃料电池
16.1.1 案例简介
16.1.2 GAMBIT建模
16.1.3 FLUENT求解计算设置
16.1.4 求解计算
16.1.5 计算结果后处理及分析
16.2 本章小结
附录1 UDF宏简列
附录2 UDF宏具体解释
附录2.1 通用宏及其定义的函数
附录2.2 离散相模型宏及其定义的函数
附录2.3 多相模型的宏及其定义的函数
附录3 UDF的部分常用函数
参考文献

　　前言
　　流体的流动规律以三大守恒定律为基础，即质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律。这些定律由数学方程组来描述，但由于这些方程组都是非线性的，对于一些复杂问题，传统的求解方法很难得到分析解。另一方面，随着计算机技术的不断发展和进步，计算流体动力学（CFD）逐渐在流体力学研究领域崭露头角，它通过计算机数值计算和图像显示方法，在时间和空间上定量描述流场的数值解，从而达到研究物理问题的目的。它兼具理论性和实践性，成为继理论流体力学和实验流体力学之后的又一种重要研究手段。
　　CFD软件最早于20世纪70年代诞生于美国，但其较广泛的应用是近十几年的事。目前，它已成为解决各种流体流动与传热问题的强有力工具，在水利、航运、海洋、环境、流体机械与流体工程等各种技术学科都有广泛的应用。
　　FLUENT是国际上流行的商用CFD软件包，包含基于压力的分离求解器、基于压力的耦合求解器、基于密度的隐式求解器、基于密度的显式求解器。它具有丰富的物理模型、先进的数值方法和强大的前后处理功能，可对高超音速流场、传热与相变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、动/变形网格、噪声、材料加工复杂激励等流动问题进行精确的模拟，具有较高的可信度。

　　1.1　流体力学基础
　　流体力学是连续介质力学的一个分支，是研究流体（包含气体及液体）现象以及相关力学行为的科学。
　　1.1.1　流体力学概述
　　1738年，伯努利在他的专著中首次采用了水动力学这个名词并作为书名；1880年前后出现了空气动力学这个名词；1935年以后，人们概括了这两方面的知识，建立了统一的体系，统称为流体力学。
　　在人们的生活和生产活动中随时随地都可遇到流体，因此流体力学是与人类日常生活和生产密切相关的。大气和水是最常见的两种流体，大气包围着整个地球，地球表面的70%是水面。大气运动、海水运动（包括波浪、潮汐、中尺度涡旋、环流等）乃至地球深处熔浆的流动都是流体力学的研究内容。
　　20世纪初，世界上第一架飞机出现以后，飞机和其他各种飞行器得到迅速发展。20世纪50年代开始的航天飞行，使人类的活动范围扩展到其他星球和银河系。航空航天事业的蓬勃发展是同流体力学的分支学科—空气动力学和气体动力学的发展紧密相联的。这些学科是流体力学中最活跃、最富有成果的领域。
　　石油和天然气的开采、地下水的开发利用，要求人们了解流体在多孔或缝隙介质中的运动，这是流体力学分支之一—渗流力学研究的主要对象。渗流力学还涉及土壤盐碱化的防治，化工中的浓缩、分离和多孔过滤，燃烧室的冷却等技术问题。