CFD基礎及應用（簡體書）

本書以向量場論和二階張量為基礎知識，系統介紹了流體力學的基本原理、控制方程、湍流數學模型以及計算流體動力學(CFD)基礎理論等內容，並結合FLUENT軟體介紹了CFD的應用。全書共分為7章，第1章介紹向量場論的基本理論概念及二階張量；第2章介紹流體基本方程以及典型的數學解；第3章介紹湍流及其數學模型；第4～6章介紹CFD的基礎理論；第7章結合ICEM與FLUENT軟體介紹CFD的應用和實例。
本書適合計算流體力學的初學者，可作為供熱供燃氣通風及空調工程、市政工程、環境科學與工程、土木T程、熱能動力工程、流體工程專業領域研究生和高年級本科生教材，也可供相關領域科研、工程技術人員與從事CFD應用的人員參考。

1 張量
1．1向量場論的若干概念
1．1．1標量
1．1．2向量
1．1．3向量的投影與分量
1．2向量的加法
1．2．1 向量加法的平行四邊形法則
1．2．2單位向量
1．2．3向量沿直角坐標軸的分量
1．3向量的標量積
1．4向量的向量積
1．5場論
1．5．1標量場的梯度
1．5．2向量場的散度
1．5．3向量場的旋度
1．6向量場論的若干基本計算
1．6．1漢米爾頓運算元
1．6．2向量場論的基本運算公式
1．7張量的概念
1．7．1 引言
1．7．2 N維空間與座標變換
1．8指標與排列符號
1．8．1下標與求和約定
1．8．2二階單位張量
1．8．3三階符號張量
1．9二階張量的若干知識
1．9．1二階張量的表達
1．9．2二階張量的主值、主軸、不變數
1．9．3二階張量的對稱性與反對稱性
1．9．4關於二階張量的幾個命題
2流體流動的基本概念與基本方程
2．1流體的定義與特徵
2．2描述流體運動的方法
2．2．1拉格朗日法
2．2．2歐拉法
2．3質點導數與系統導數
2．3．1質點導數
2．3．2系統導數
2．4流體的變形與速度分解定理及作用在流體上的力
2．4．1流體的變形與速度分解定理
2．4．2作用在流體上的力
2．5牛頓流體的本構關係
2．6品質守恆定律與連續性方程
2．7動量守恆定律與動量方程
2．8能量守恆定律與能量方程
2．9組分品質守恆方程
2．10基本方程的通用形式
2．10．1基本方程
2．10．2基本方程的定解條件
2．11 均質不可壓縮黏性流體層流運動的解析解
2．11．1平行平板問的二維恒定層流運動
2．11．2斜面上具有等深自由面的二維恒定層流運動
3湍流及其數學模型
3．1湍流模型的概述
3．1．1湍流的特點
3．1．2湍流數值模擬方法
3．2湍流黏性係數法
3．2．1湍流物理量的時均值
3．2．2湍流控制方程
3．2．3渦黏模型
3．3零方程模型與一方程模型
3．3．1零方程模型
3．3．2一方程模型
3．4 k-ε兩方程模型
3．4．1標準k-ε兩方程模型的定義
3．4．2標準k-ε兩方程模型的有關計算公式
3．4．3標準k-ε模型的控制方程組
3．4．4標準k-ε模型的解法及適用性
3．5壁面函數法
3．5．1壁面函數法的基本思想
3．5．2高Re數的k-ε模型／壁面函數法邊界條件的處理
3．5．3 高Re數的k-ε模型／壁面函數法數值計算中的注意事項
3．6低Re數的模型
3．7 Reynolds應力方程模型(RSM)
3．7．1 Reynolds應力輸運方程
3．7．2 RSM的控制方程組及其解法
3．7．3對RSM適用性的討論
3．8大渦模擬(LES)
3．8．1大渦模擬的基本思想
3．8．2大渦的運動方程
3．8．3亞格子尺度模型
3．8．4 LES控制方程的求解
4導熱問題的數值解
4．1數值方法的本質及常用的離散化方法
4．1．1數值方法的本質
4．1．2常用的離散化方法
4．2空間區域的離散化
4．2．1 空間區域離散的實質
4．2．2兩類設置節點的方法
4．2．3網格幾何要素的標記
4．3一維導熱問題的有限容積法
4．3．1一維穩態熱傳導問題及其離散方程
4．3．2介面上當量導熱係數的確定方法
4．3．3非穩態一維熱傳導
4．4多維非穩態導熱方程的全隱格式
4，4．1二維非穩態導熱方程的離散化方程
4．4．2三維問題的離散化方程
4．5源項及邊界條件的處理
4．5．1源項的線性化
4．5．2邊界條件…
4．6有限容積法的四項基本法則
4．7線性代數方程的解
4．7．1三對角矩陣演算法
4．7．2代數方程的反覆運算法
4．7．3超鬆弛和欠鬆弛
5對流-擴散方程的離散
5．1一維穩態對流與擴散問題的精確解
5．2對流項的中心差分格式
5．2．1定義及係數構成
5．2．2特性分析
5．3對流項的迎風格式
5．3．1定義
5．3．2採用迎風格式的離散形式
5．3．3關於中心差分及一階迎風格式的討論
5．4對流一擴散方程的混合格式及乘方格式
5．4．1離散方程中係數aE與aW之間的內在聯繫
5．4．2混合格式
5．4．3指數格式
5．4．4乘方格式
5．4．5 5種3點格式係數計算式的匯總
5．5對流-擴散方程5種3點格式係數特性的分析
5．5．1通量密度J及其離散運算式
5．5．2通量密度中係數A／B間關係的分析
5．5．3係數特性的重要推論
5．5．4離散方程中aE，aW的通用運算式
5．5．5關於格式定義與係數特性的進一步說明
5．6高階離散格式
5．6．1對流項離散格式假擴散特性
5．6．2二階迎風格式
5．6．3 QUICK格式
5．6．4採用高階格式時近邊界點的處理
5．6．5高階格式所形成的離散方程的求解方法
5．7對流一擴散方程離散形式的穩定性分析
5．7．1常見的不穩定性問題
5．7．2對流項離散格式的穩定性
5．8多維對流一擴散方程的離散及邊界條件的處理
5．8．1二維對流-擴散方程的離散
5．8．2三維對流-擴散方程的離散形式
5．8．3邊界條件的處理
6流場的計算
6．1流場數值解法概述
6．1．1常規解法存在的主要問題
6．1．2流量數值計算的主要方法
6．2壓力梯度項的離散
6．3交叉網格及動量方程的離散
6．3．1交叉網格上速度分量位置的安排
6．3．2交叉網格上動量方程的離散
6．3．3交叉網格上的插值
6．3．4採用交叉網格時的注意事項
6．4求解Navier-Stokes方程的壓力修正方法
6．4．1壓力修正方法的基本思想
6．4．2速度修正值的計算公式
6．4．3求解壓力修正值的代數方程
6．4．4壓力修正值方程的邊界條件
6．5 SIMPLE演算法的計算步驟及算例
6．5．1 SIMPLE演算法的計算步驟
6．5．2 SIMPLE演算法的應用舉例
6．6 SIMPLE演算法的討論及流場反覆運算求解收斂
6．6．1 SIMPLE演算法的討論
6．6．2流場反覆運算求解收斂的判據
7 CFD應用分析
7．1常用的計算流體動力學(CFD)商用軟體
7．1．1 PHOENICS
7．1．2 CFX
7．1．3 STAR—CD
7．1．4 FIDAP
7．1．5 FLUENT
7．2 CFD的求解過程
7．2．1總體計算流程
7．2．2建立控制方程
7．2．3確定初始條件與邊界條件
7．2．4劃分計算網格
7．2．5建立離散方程
7．2．6離散初始條件和邊界條件
7．2．7給定求解控制參數
7．2．8求解離散方程
7．2．9判斷解的收斂性
7．2．10顯示和輸出計算結果
7．3 CFD軟體結構
7．3．1前處理器
7．3．2求解器
7．3．3後處理器
7．4 FLUENT入門
7．4．1 FLUENT使用物件
7．4．2 FLUENT使用的單位制
7．4．3 FLUENT使用的檔案類型
7．4．4 FLUENT的求解步驟
7．5 ICEM入門
7．5．1 ICEM的特點
7．5．2 ICEM的基本用法
7．5．3 ICEM的檔案類型
7．5．4 ICEM網格生成的基本流程
7．6實例分析
7．6．1 問題描述
7．6．2創建幾何模型
7．6．3 網格生成
7．6．4 FLUENT計算
7．6．5結果分析
參考文獻