Fluent 2020流体仿真从入门到精通

Fluent是目前国际上比较流行的商业CFD软件，只要涉及流体、热传递及化学反应等工程问题，都可以用Fluent进行求解。Fluent 2020是2020年ANSYS公司推出的*版本。
Fluent具有丰富的物理模型、先进的数值方法以及强大的前后处理功能，在航空航天、汽车设计、石油天然气、涡轮机设计等方面有着广泛的应用。例如，在石油天然气工业中的应用包括燃烧、井下分析、喷射控制、环境分析、油气消散/聚集、多相流、管道流动等。
Fluent可计算的物理问题包括可压与不可压流体、耦合传热、热辐射、多相流、粒子输送过程、化学反应和燃烧问题，还拥有诸如气蚀、凝固、沸腾、多孔介质、相间传质、非牛顿流、喷雾干燥、动静干涉、真实气体等大批复杂现象的使用模型。
本书特点
本书由从事Fluent工作多年的一线人员编写。在编写的过程中，不仅注重绘图技巧的介绍，还重点讲解Fluent和工程实际的关系。本书主要有以下几个特色。
? 基础和实例讲解并重。本书既可作为Fluent初学者的学习用书，又可作为对Fluent有一定基础的用户制定工程问题分析方案、精通高级前后处理与求解技术的参考书。
? 内容详略得当。本书将编者十多年的CFD经验结合Fluent软件的各功能，从点到面，详细地分享给读者。
? 信息量大。本书包含的内容全面，读者在学习的过程中不仅可以关注细节，还可以从整体出发，了解CFD的分析流程，需要关注包括什么内容、注意什么细节。
? 结构清晰。本书结构清晰、由浅入深，从结构上主要分为基础和案例两大部分，在讲解基础知识的过程中穿插实例的讲解，在综合介绍的过程中同步回顾重点的基础知识。
本书内容
全书由浅入深地讲解Fluent仿真计算的各种功能，从几何建模到网格划分，从计算求解到结果后处理，详细地讲解Fluent进行流体模拟计算的工作流程和计算方法。
本书共16章，主要分为两部分，即Fluent基础知识和案例部分，其中基础知识包括第1～6章，案例部分包括第7～16章，具体章节安排如下：
第1章 流体力学与计算流体力学基础
第2章 Fluent软件简介
第3章 创建几何模型
第4章 生成网格
第5章 Fluent计算设置
第6章 计算结果后处理
第7章 稳态和非稳态模拟实例
第8章 内部流动分析实例
第9章 外部流动分析实例
第10章 多相流分析实例
第11章 离散相分析实例
第12章 传热流动分析实例
第13章 多孔介质和气动噪声分析实例
第14章 化学反应分析实例
第15章 动网格分析实例
第16章 Fluent在Workbench中的应用
配书资源——实例源文件与教学视频
为了让广大读者更快捷地学习和使用使用，本书提供了实例源文件与快速上手的教学视频。读者可以使用Fluent打开本书配套资源提供的实例源文件，根据书中的介绍进行学习；通过教学视频可以使新手更易于上手。下载配套资源请用微信扫描下面的二维码：

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读者对象
本书适合的读者对象如下：
从事流体计算的初学者
高等院校的教师和学生
相关培训机构的教师和学员
Fluent爱好者
广大科研工作人员
读者服务
虽然编者在编写本书的过程中力求叙述准确、完善，但由于水平有限，书中欠妥之处在所难免，希望读者和同仁能够提出宝贵意见和建议。
为了方便解决本书疑难问题，读者朋友在学习过程中遇到与本书有关的技术问题时，可以访问微信公众号“算法仿真在线”，编者会尽快给予解答。

编 者
2021年1月

本书由浅入深地讲解了Fluent仿真计算的各种功能，从几何建模到网格划分，从计算求解到结果后处理，通过大量实例系统地介绍Fluent 2020的使用方法，具体内容包括计算流体的基础理论与方法、创建几何模型、划分网格、Fluent求解设置、后处理，以及稳态和非稳态模拟实例、内部流动分析实例、外部流动分析实例、多相流分析实例、离散相分析实例、传热流动分析实例、多孔介质和气动噪声分析实例、化学反应分析实例、动网格分析实例及Fluent在Workbench中的应用。本书针对每个Fluent可以解决的流体仿真计算问题进行详细讲解，并辅以相应的实例，使读者能够快速、熟练、深入地掌握Fluent软件的工作流程和计算方法。 本书结构严谨、条理清晰、重点突出，非常适合广大Fluent初、中级读者学习使用，也可作为大中专院校、社会培训机构的教材以及工程技术人员的参考用书。

刘斌，毕业于北京航空航天大学，博士学位，高级职称，从业近二十年，长期参与国家科技重大专项工作，专注于核心部件的相关技术攻关任务(流体仿真、热控制)，发表核心论文多篇，获国际专利授权和国内发明专利授权20余项。获中国专利奖、北京市专利奖等奖项。

第1章 流体力学与计算流体力学基础 1
1.1 流体力学基础 1
1.1.1 一些基本概念 1
1.1.2 流体流动的分类 5
1.1.3 边界层和物体阻力 5
1.1.4 层流和湍流 6
1.1.5 流体流动的控制方程 7
1.1.6 边界条件与初始条件 8
1.1.7 流体力学专业词汇 9
1.2 计算流体力学基础 11
1.2.1 计算流体力学的发展 11
1.2.2 计算流体力学的求解过程 12
1.2.3 数值模拟方法和分类 13
1.2.4 有限体积法的基本思想 14
1.2.5 有限体积法的求解方法 16
1.3 计算流体力学应用领域 17
1.4 常用的CFD商用软件 17
1.4.1 PHOENICS 18
1.4.2 STAR-CD 18
1.4.3 STAR-CCM 18
1.4.4 CFX 19
1.4.5 Fluent 19
1.5 本章小结 20
第2章 Fluent软件简介 21
2.1 Fluent的软件结构 21
2.1.1 Fluent启动 22
2.1.2 Fluent用户界面 24
2.1.3 Fluent文件读入与输出 25
2.2 Fluent计算类型及应用领域 29
2.3 Fluent求解步骤 30
2.3.1 制订分析方案 30
2.3.2 求解步骤 30
2.4 Fluent使用的单位制 31
2.5 Fluent使用的文件类型 32
2.6 本章小结 32
第3章 创建几何模型 33
3.1 建立几何模型概述 33
3.2 DesignModeler简介 34
3.2.1 启动DesignModeler 34
3.2.2 DesignModeler的用户界面 35
3.3 草图模式 37
3.3.1 进入草图模式 37
3.3.2 创建新平面 37
3.3.3 创建草图 38
3.3.4 几何模型的关联性 38
3.4 创建3D几何体 39
3.4.1 拉伸 39
3.4.2 旋转 40
3.4.3 扫掠 41
3.4.4 直接创建3D几何体 41
3.4.5 填充和包围 42
3.5 导入外部CAD文件 42
3.6 创建几何体的实例操作 44
3.7 本章小结 47
第4章 生成网格 48
4.1 网格生成概述 48
4.1.1 网格划分技术 48
4.1.2 网格类型 49
4.2 ANSYS ICEM CFD简介 49
4.2.1 工作流程 50
4.2.2 ICEM CFD的文件类型 51
4.2.3 ICEM CFD的用户界面 51
4.3 ANSYS ICEM CFD的基本用法 52
4.3.1 几何模型的创建 52
4.3.2 几何文件导入 55
4.3.3 网格生成 56
4.3.4 块的生成 63
4.3.5 网格编辑 68
4.3.6 网格输出 74
4.4 ANSYS ICEM CFD实例分析 75
4.4.1 启动ICEM CFD并建立分析项目 75
4.4.2 导入几何模型 75
4.4.3 模型建立 76
4.4.4 生成块 79
4.4.5 网格生成 84
4.4.6 网格质量检查 85
4.4.7 网格输出 85
4.5 本章小结 86
第5章 Fluent计算设置 87
5.1 网格导入与工程项目保存 87
5.1.1 启动Fluent 87
5.1.2 网格导入 88
5.1.3 网格质量检查 88
5.1.4 显示网格 89
5.1.5 修改网格 90
5.1.6 光顺网格与交换单元面 93
5.1.7 项目保存 94
5.2 设置求解器及操作条件 94
5.2.1 求解器设置 94
5.2.2 操作条件设置 95
5.3 物理模型设定 96
5.3.1 多相流模型 96
5.3.2 能量方程 97
5.3.3 湍流模型 97
5.3.4 辐射模型 100
5.3.5 组分输运和反应模型 101
5.3.6 离散相模型 103
5.3.7 凝固和熔化模型 104
5.3.8 气动噪声模型 104
5.4 材料性质设定 105
5.4.1 物性参数 105
5.4.2 参数设定 106
5.5 边界条件设定 108
5.5.1 边界条件分类 108
5.5.2 边界条件设置 109
5.5.3 常用边界条件类型 111
5.6 求解控制参数设定 126
5.6.1 求解方法设置 126
5.6.2 松弛因子设置 128
5.6.3 求解极限设置 129
5.7 初始条件设定 129
5.7.1 定义全局初始条件 130
5.7.2 定义局部区域初始值 130
5.8 求解设定 131
5.8.1 求解设置 131
5.8.2 求解过程监视 133
5.9 本章小结 137
第6章 计算结果后处理 138
6.1 Fluent的后处理功能 138
6.1.1 创建表面 138
6.1.2 图形及可视化技术 139
6.1.3 动画技术 142
6.2 CFD-Post后处理器 143
6.2.1 启动后处理器 143
6.2.2 工作界面 143
6.2.3 创建位置 144
6.2.4 创建对象 154
6.2.5 创建数据 159
6.3 本章小结 160
第7章 稳态和非稳态模拟实例 161
7.1 管内稳态流动 161
7.1.1 案例介绍 161
7.1.2 启动Fluent并导入网格 162
7.1.3 定义求解器 163
7.1.4 定义模型 163
7.1.5 设置材料 164
7.1.6 边界条件 164
7.1.7 设置计算域 165
7.1.8 求解控制 166
7.1.9 初始条件 166
7.1.10 求解过程监视 167
7.1.11 计算求解 167
7.1.12 结果后处理 168
7.2 喷嘴内瞬态流动 169
7.2.1 案例介绍 169
7.2.2 启动Fluent并导入网格 169
7.2.3 定义求解器 171
7.2.4 定义模型 171
7.2.5 设置材料 172
7.2.6 边界条件 172
7.2.7 求解控制 173
7.2.8 初始条件 174
7.2.9 求解过程监视 174
7.2.10 网格自适应 175
7.2.11 计算求解 175
7.2.12 结果后处理 176
7.2.13 瞬态计算 177
7.2.14 瞬态计算结果 178
7.3 本章小结 179
第8章 内部流动分析实例 180
8.1 圆管内气体的流动 180
8.1.1 案例介绍 180
8.1.2 启动Fluent并导入网格 181
8.1.3 定义求解器 181
8.1.4 定义模型 182
8.1.5 设置材料 182
8.1.6 边界条件 183
8.1.7 求解控制 183
8.1.8 初始条件 184
8.1.9 求解过程监视 184
8.1.10 计算求解 185
8.1.11 结果后处理 185
8.2 三通内水的流动 187
8.2.1 案例介绍 187
8.2.2 启动Fluent并导入网格 187
8.2.3 定义求解器 188
8.2.4 定义模型 188
8.2.5 设置材料 189
8.2.6 设置区域条件 190
8.2.7 边界条件 190
8.2.8 求解控制 192
8.2.9 初始条件 192
8.2.10 求解过程监视 193
8.2.11 计算求解 194
8.2.12 结果后处理 194
8.3 本章小结 196
第9章 外部流动分析实例 197
9.1 圆柱绕流 197
9.1.1 案例介绍 197
9.1.2 启动Fluent并导入网格 198
9.1.3 定义求解器 199
9.1.4 定义模型 199
9.1.5 设置材料 199
9.1.6 边界条件 200
9.1.7 求解控制 201
9.1.8 初始条件 201
9.1.9 求解过程监视 202
9.1.10 计算求解 202
9.1.11 结果后处理 203
9.1.12 定义求解器修改 204
9.1.13 求解控制修改 204
9.1.14 计算求解 205
9.1.15 求解控制修改 205
9.1.16 计算求解 206
9.1.17 结果后处理 206
9.2 机翼超音速流动 207
9.2.1 案例介绍 207
9.2.2 启动Fluent并导入网格 208
9.2.3 定义求解器 208
9.2.4 定义模型 209
9.2.5 设置材料 209
9.2.6 边界条件 210
9.2.7 求解控制 211
9.2.8 初始条件 211
9.2.9 求解过程监视 212
9.2.10 计算求解 212
9.2.11 结果后处理 214
9.3 本章小结 217
第10章 多相流分析实例 218
10.1 自由表面流动 218
10.1.1 案例介绍 218
10.1.2 启动Fluent并导入网格 219
10.1.3 定义求解器 220
10.1.4 定义湍流模型 220
10.1.5 设置材料 221
10.1.6 定义多相流模型 221
10.1.7 求解控制 222
10.1.8 初始条件 223
10.1.9 求解过程监视 223
10.1.10 动画设置 224
10.1.11 计算求解 225
10.1.12 结果后处理 225
10.2 水罐内多相流动 227
10.2.1 案例介绍 227
10.2.2 启动Fluent并导入网格 227
10.2.3 定义求解器 228
10.2.4 定义湍流模型 229
10.2.5 设置材料 229
10.2.6 定义多相流模型 230
10.2.7 边界条件 231
10.2.8 求解控制 233
10.2.9 初始条件 233
10.2.10 计算结果输出设置 235
10.2.11 定义计算活动 235
10.2.12 求解过程监视 235
10.2.13 动画设置 236
10.2.14 计算求解 237
10.2.15 结果后处理 237
10.3 本章小结 238
第11章 离散相分析实例 239
11.1 反应器内粒子流动 239
11.1.1 案例介绍 239
11.1.2 启动Fluent并导入网格 240
11.1.3 定义求解器 240
11.1.4 定义湍流模型 241
11.1.5 边界条件 241
11.1.6 定义离散相模型 242
11.1.7 修改边界条件 244
11.1.8 设置材料 244
11.1.9 求解控制 245
11.1.10 初始条件 245
11.1.11 求解过程监视 246
11.1.12 计算求解 246
11.1.13 结果后处理 247
11.2 喷嘴内粒子流动 248
11.2.1 案例介绍 248
11.2.2 启动Fluent并导入网格 248
11.2.3 定义求解器 249
11.2.4 定义模型 250
11.2.5 设置材料 250
11.2.6 边界条件 251
11.2.7 求解控制 254
11.2.8 初始条件 254
11.2.9 求解过程监视 254
11.2.10 计算求解 255
11.2.11 结果后处理 255
11.2.12 定义离散相模型 258
11.2.13 修改材料设置 259
11.2.14 计算求解 260
11.2.15 结果后处理 261
11.3 本章小结 262
第12章 传热流动分析实例 263
12.1 芯片传热分析 263
12.1.1 案例介绍 263
12.1.2 启动Fluent并导入网格 264
12.1.3 定义求解器 264
12.1.4 定义模型 265
12.1.5 设置材料 265
12.1.6 设置区域条件 266
12.1.7 边界条件 267
12.1.8 求解控制 269
12.1.9 初始条件 269
12.1.10 求解过程监视 270
12.1.11 计算求解 271
12.1.12 结果后处理 271
12.1.13 网格自适应 273
12.1.14 计算求解 275
12.1.15 结果后处理 275
12.2 车灯传热分析 277
12.2.1 案例介绍 277
12.2.2 启动Fluent并导入网格 278
12.2.3 定义求解器 279
12.2.4 定义模型 279
12.2.5 设置材料 279
12.2.6 设置区域条件 281
12.2.7 边界条件 282
12.2.8 求解控制 286
12.2.9 初始条件 286
12.2.10 求解过程监视 287
12.2.11 计算求解 289
12.2.12 结果后处理 290
12.3 本章小结 291
第13章 多孔介质和气动噪声分析实例 292
13.1 催化转换器内多孔介质流动 292
13.1.1 案例介绍 292
13.1.2 启动Fluent并导入网格 293
13.1.3 定义求解器 294
13.1.4 定义湍流模型 294
13.1.5 设置材料 295
13.1.6 设置计算域 295
13.1.7 边界条件 296
13.1.8 求解控制 297
13.1.9 初始条件 298
13.1.10 求解过程监视 298
13.1.11 计算求解 299
13.1.12 结果后处理 299
13.2 圆柱外气动噪声模拟 303
13.2.1 案例介绍 303
13.2.2 启动Fluent并导入网格 304
13.2.3 定义求解器 305
13.2.4 定义湍流模型 305
13.2.5 设置材料 306
13.2.6 边界条件 306
13.2.7 求解控制 307
13.2.8 初始条件 307
13.2.9 求解过程监视 308
13.2.10 计算求解 309
13.2.11 定义声学模型 309
13.2.12 计算求解 310
13.2.13 结果后处理 311
13.3 本章小结 312
第14章 化学反应分析实例 313
14.1 多相流燃烧模拟 313
14.1.1 案例介绍 313
14.1.2 启动Fluent并导入网格 314
14.1.3 定义求解器 314
14.1.4 定义湍流模型 315
14.1.5 定义多相流模型 315
14.1.6 定义多组分模型 316
14.1.7 设置材料 316
14.1.8 导入UDF文件 322
14.1.9 边界条件 324
14.1.10 求解控制 326
14.1.11 初始条件 326
14.1.12 求解过程监视 327
14.1.13 计算求解 328
14.1.14 结果后处理 328
14.2 表面化学反应模拟 330
14.2.1 案例介绍 330
14.2.2 启动Fluent并导入网格 330
14.2.3 定义求解器 331
14.2.4 定义能量模型 332
14.2.5 定义多组分模型 332
14.2.6 设置材料 333
14.2.7 边界条件 336
14.2.8 求解控制 340
14.2.9 初始条件 340
14.2.10 求解过程监视 341
14.2.11 计算求解 341
14.2.12 结果后处理 341
14.3 本章小结 344
第15章 动网格分析实例 345
15.1 理论基础 345
15.1.1 基本思路 345
15.1.2 基本设置 346
15.2 阀门运动 347
15.2.1 案例介绍 348
15.2.2 启动Fluent并导入网格 348
15.2.3 定义求解器 349
15.2.4 定义模型 349
15.2.5 设置材料 350
15.2.6 边界条件 350
1