ANSYS Fluent中文版学习手册

本书以有限体积法（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讲解ANSYS Fluent在各个专业领域中的应用。

全书分为基础知识和实例详解两个部分，共15章。基础知识部分详细介绍了流体力学的相关理论基础知识和Fluent软件，包括Fluent软件、前处理、后处理、常用的边界条件等内容；实例详解部分包括导热问题、流体流动与传热、自然对流与辐射换热、凝固和熔化过程、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，掌握Fluent软件的使用方法。

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。读者可以扫描书中的二维码观看讲解视频，以进一步提升阅读体验。

“仿真联盟”由工作在教学、科研一线的专业人士组成，联盟成员均毕业于清华、北航、国科大等一流大学，他们或拥有多年的工程项目经验，或拥有丰富的教学、培训经验。成员熟练掌握相关仿真技术，精通如Fluent、ANSYS、ABAQUS、MATLAB中的一种或多种仿真工具。为帮助广大初学者掌握相关工具的应用特组织编写了本教程，也希望有志于从事仿真工作的读者关注“仿真技术”公众号。

第 1章　Fluent软件概述 1

1.1 Fluent软件简介 1

1.1.1 网格技术 2

1.1.2 数值技术 3

1.1.3 物理模型 4

1.2 Fluent与Workbench 5

1.2.1 Workbench简介 5

1.2.2 Workbench的操作界面 5

1.2.3 在Workbench中启动Fluent 6

1.3 Fluent的基本操作流程 7

1.3.1 启动Fluent主程序 7

1.3.2 Fluent主界面 8

1.3.3 读入网格 9

1.3.4 检查网格 9

1.3.5 选择基本物理模型 9

1.3.6 设置材料属性 10

1.3.7 设置计算区域条件 11

1.3.8 设置边界条件 12

1.3.9 设置动网格 12

1.3.10 设置参考值 12

1.3.11 设置算法及离散格式 13

1.3.12 设置求解参数 13

1.3.13 设置监视窗口 13

1.3.14 初始化流场 14

1.3.15 运行计算 14

1.3.16 保存结果 15

1.4 本章小结 15

第 2章　前处理方法 16

2.1 ICEM CFD软件概述 16

2.1.1 ICEM CFD的基本功能 16

2.1.2 ICEM CFD的操作界面 19

2.1.3 ICEM CFD的文件系统 20

2.1.4 ICEM CFD的操作步骤 20

2.1.5 ICEM CFD应用实例 21

2.2 Fluent Meshing 网格划分实例 29

2.2.1 创建分析项目 29

2.2.2 导入创建几何体 29

2.2.3 网格划分 30

2.3 本章小结 34

第3章　后处理方法 35

3.1 Fluent内置后处理方法 35

3.1.1 创建面 36

3.1.2 显示及着色处理 36

3.1.3 绘图功能 42

3.1.4 通量报告和积分计算 42

3.2 Workbench CFD-Post通用后处理器 45

3.2.1 启动CFD-Post 45

3.2.2 创建位置 46

3.2.3 颜色、渲染和视图 49

3.2.4 矢量图、云图及流线图的绘制 49

3.2.5 其他图形功能 50

3.2.6 变量列表与表达式列表 51

3.2.7 创建表格和图表 53

3.2.8 制作报告 55

3.2.9 动画制作 56

3.2.10 其他工具 57

3.2.11 多文件模式 57

3.3 本章小结 58

第4章　Fluent常用边界条件 59

4.1 Fluent中边界条件的分类 59

4.2 边界条件设置及操作方法 59

4.2.1 边界条件的设置 60

4.2.2 边界条件的修改 60

4.2.3 边界条件的复制 60

4.2.4 边界的重命名 61

4.3 Fluent中流动出入口边界条件及参数确定 61

4.3.1 用轮廓指定湍流参量 62

4.3.2 湍流参量的估算 62

4.4 Fluent中常用的边界条件 65

4.4.1 入口边界条件 65

4.4.2 质量入口边界条件 69

4.4.3 入口通风口边界条件 70

4.4.4 吸风扇边界条件 72

4.4.5 出口边界条件 73

4.4.6 壁面边界条件 78

4.4.7 对称边界条件 84

4.4.8 周期性边界条件 84

4.4.9 流体区域条件 85

4.4.10 固体区域条件 86

4.4.11 其他边界条件 87

4.5 本章小结 88

第5章　导热问题数值模拟 89

5.1 导热问题分析概述 89

5.2 有内热源的导热问题的数值模拟 90

5.2.1 案例简介 90

5.2.2 Fluent中求解计算 90

5.2.3 计算结果后处理 97

5.2.4 保存数据并退出 100

5.3 钢球非稳态冷却过程的数值模拟 100

5.3.1 案例简介 100

5.3.2 Fluent求解计算设置 100

5.3.3 求解计算 103

5.3.4 计算结果后处理及分析 108

5.4 本章小结 110

第6章　流体流动与传热数值模拟 111

6.1 流体流动与传热概述 111

6.2 引射器内流场数值模拟 113

6.2.1 案例简介 113

6.2.2 Fluent求解计算设置 113

6.2.3 求解计算 117

6.2.4 计算结果后处理及分析 119

6.3 地埋管流固耦合换热的数值模拟 121

6.3.1 案例简介 121

6.3.2 Fluent求解计算设置 121

6.3.3 流场求解计算 125

6.3.4 温度场求解计算设置 126

6.3.5 温度场求解计算 128

6.3.6 计算结果后处理及分析 129

6.4 圆柱绕流流场的数值模拟 130

6.4.1 案例简介 130

6.4.2 Fluent求解计算设置 131

6.4.3 求解计算 134

6.4.4 计算结果后处理及分析 136

6.5 二维离心泵叶轮内流场数值模拟 138

6.5.1 案例简介 138

6.5.2 Fluent求解计算设置 138

6.5.3 求解计算 142

6.5.4 计算结果后处理及分析 143

6.6 本章小结 146

第7章　自然对流与辐射换热数值模拟 147

7.1 自然对流与辐射换热概述 147

7.2 相连方腔内自然对流换热的数值模拟 149

7.2.1 案例简介 149

7.2.2 Fluent求解计算设置 149

7.2.3 求解计算 152

7.2.4 计算结果后处理及分析 155

7.3 烟道内烟气对流辐射换热的数值模拟 159

7.3.1 案例简介 159

7.3.2 Fluent求解计算设置 159

7.3.3 求解计算 167

7.3.4 计算结果后处理及分析 169

7.4 室内通风问题的计算实例 171

7.4.1 案例简介 171

7.4.2 Fluent求解计算设置 172

7.4.3 求解计算 183

7.4.4 计算结果后处理及分析 186

7.5 本章小结 188

第8章　凝固和熔化过程数值模拟 189

8.1 凝固和熔化模型概述 189

8.2 冰熔化过程的数值模拟 189

8.2.1 案例简介 189

8.2.2 Fluent求解计算设置 190

8.2.3 求解计算 194

8.2.4 计算结果后处理及分析 197

8.3 本章小结 198

第9章　多相流模型数值模拟 199

9.1 多相流概述 199

9.2 孔口自由出流的数值模拟 201

9.2.1 案例简介 201

9.2.2 Fluent求解计算设置 201

9.2.3 求解计算 206

9.2.4 计算结果后处理及分析 209

9.3 水中气泡上升过程的数值模拟 211

9.3.1 案例简介 211

9.3.2 Fluent求解计算设置 211

9.3.3 求解计算 216

9.3.4 计算结果后处理及分析 219

9.4 水流对沙滩冲刷过程的数值模拟 221

9.4.1 案例简介 221

9.4.2 Fluent求解计算设置 222

9.4.3 求解计算 227

9.4.4 计算结果后处理及分析 230

9.5 气穴现象的数值模拟 232

9.5.1 案例简介 232

9.5.2 Fluent求解计算设置 232

9.5.3 求解计算 238

9.5.4 计算结果后处理及分析 239

9.6 本章小结 240

第 10章　离散相数值模拟 241

10.1 离散相模型概述 241

10.2 引射器离散相流场的数值模拟 242

10.2.1 案例简介 242

10.2.2 Fluent求解计算设置 242

10.2.3 求解计算 245

10.2.4 计算结果后处理及分析 246

10.3 喷淋过程的数值模拟 248

10.3.1 案例简介 248

10.3.2 Fluent求解计算设置 248

10.3.3 求解计算 253

10.3.4 计算结果后处理及分析 254

10.4 本章小结 256

第 11章　组分传输与气体燃烧数值模拟 257

11.1 组分传输与气体燃烧概述 257

11.2 室内甲醛污染物浓度的数值模拟 259

11.2.1 案例简介 259

11.2.2 Fluent求解计算设置 260

11.2.3 求解计算 265

11.2.4 计算结果后处理及分析 266

11.3 焦炉煤气燃烧的数值模拟 268

11.3.1 案例简介 268

11.3.2 Fluent求解计算设置 268

11.3.3 求解计算 274

11.3.4 计算结果后处理及分析 275

11.4 预混气体化学反应的模拟 277

11.4.1 案例简介 277

11.4.2 Fluent求解计算设置 277

11.4.3 求解计算及后处理 281

11.5 本章小结 288

第 12章　动网格问题数值模拟 289

12.1 动网格问题概述 289

12.2 两车交会过程的数值模拟 290

12.2.1 案例简介 290

12.2.2 Fluent求解计算设置 291

12.2.3 求解计算 296

12.2.4 计算结果后处理及分析 299

12.3 运动物体强制对流换热的数值模拟 300

12.3.1 案例简介 300

12.3.2 Fluent求解计算设置 301

12.3.3 求解计算 306

12.3.4 计算结果后处理及分析 310

12.4 双叶轮旋转流场的数值模拟 311

12.4.1 案例简介 311

12.4.2 Fluent求解计算设置 311

12.4.3 求解计算 316

12.4.4 计算结果后处理及分析 319

12.5 单级轴流涡轮机模型内部流场模拟 320

12.5.1 案例简介 320

12.5.2 Fluent求解计算设置 321

12.5.3 求解计算 329

12.5.4 计算结果后处理及分析 331

12.6 本章小结 335

第 13章　多孔介质内流动与换热数值模拟 336

13.1 多孔介质模型概述 336

13.2 多孔烧结矿内部流动换热的数值模拟 337

13.2.1 案例简介 337

13.2.2 Fluent求解计算设置 337

13.2.3 求解计算 341

13.2.4 计算结果后处理及分析 344

13.3 三维多孔介质内部流动的数值模拟 346

13.3.1 案例简介 346

13.3.2 Fluent求解计算设置 346

13.3.3 求解计算 350

13.3.4 计算结果后处理及分析 351

13.4 催化转换器内部流动的数值模拟 353

13.4.1 案例简介 353

13.4.2 Fluent求解计算设置 354

13.4.3 求解计算 358

13.4.4 计算结果后处理及分析 361

13.5 本章小结 364

第 14章　UDF基础应用 365

14.1 UDF介绍 365

14.1.1 UDF的基本功能 365

14.1.2 UDF编写基础 365

14.1.3 UDF中的C语言基础 367

14.2 利用UDF自定义物性参数 370

14.2.1 案例简介 371

14.2.2 Fluent求解计算设置 371

14.2.3 求解计算 375

14.2.4 计算结果后处理及分析 376

14.3 利用UDF求解多孔介质问题 377

14.3.1 案例简介 377

14.3.2 Fluent求解计算设置 377

14.3.3 求解计算 381

14.3.4 计算结果后处理及分析 381

14.4 水中落物的数值模拟 382

14.4.1 案例简介 382

14.4.2 Fluent求解计算设置 382

14.4.3 求解计算 389

14.5 本章小结 394

第 15章　燃料电池问题模拟 395

15.1 单直通道逆流PEM燃料电池 395

15.1.1 案例简介 395

15.1.2 Fluent求解计算设置 396

15.1.3 求解计算 399

15.1.4 计算结果后处理及分析 401

15.2 本章小结 403

参考文献 404

本书以有限体积法（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讲解ANSYS Fluent在各个专业领域中的应用。

全书分为基础知识和实例详解两个部分，共15章。基础知识部分详细介绍了流体力学的相关理论基础知识和Fluent软件，包括Fluent软件、前处理、后处理、常用的边界条件等内容；实例详解部分包括导热问题、流体流动与传热、自然对流与辐射换热、凝固和熔化过程、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，掌握Fluent软件的使用方法。

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