SOLIDWORKS Flow Simulation工程实例详解
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江西南昌
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作者彭军
出版社机械工业出版社
ISBN9787111698685
出版时间2022-03
装帧平装
开本16开
定价59.8元
货号29380723
上书时间2024-11-02
![“机械基础件、基础制造工艺和基础材料”系列丛书：机械基础件标准汇编[ 法兰]](https://www0.kfzimg.com/sw/kfz-cos/kfzimg/bafdfaae/ae1f3c2894506102_s.jpg)
商品详情
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前言
在全面走向数字化研发与设计实践的今天，PLM (产品生命周期管理）理念已被众多主流制造业企业接受，广泛用作设计变更过程中持续使用和维护3D产品数据的方式。PLM 理念的基础是作为机械CAD系统核心载体的高质量、完整、详细和精确的3D产品模型数据的可用性，3D产品模型数据因此成为所有虚拟原型和物理仿真的基础和起点。在这样的CAD环境中，嵌入并使用基于CFD (计算流体动力学） 的流体仿真显然具有非常大的吸引力，因为在设计复杂度和对外部开发合作伙伴的依赖性不断增强的背景下，它不仅可以加快设计流程，还可以使这些流程更加可预测和可靠。此外，从在设计中引入CFD 的角度以及正常的PLM 路线图要求来看，将 CFD 充分嵌入到CAD 中的需求也变得越来越迫切。因此，自20世纪90年代末开始，市场上 在3D CAD(SOLIDWORKS）中完全嵌入CFD产品的FloWorks，被作为SOLIDWORKS的插件开发出来，现在已命名为SOLIDWORKS Flow Simulation。
同时，我们观察到在大力推进数字化技术的大背景下，没有CAE（计算机辅助工程）软件的帮助，已经不太容易设计并生产出具备足够竞争力(同时具备高 和高质量）的产品。特别是近年来，我们发现CFD在CAE中的地位不断提升。将CAE 系统尤其是CFD直接嵌入到产品设计流程中可以获得 效率，另外其还可以被机械设计工程师直接应用，尤其是在设计早期阶段提前使用或并行使用。这样的思路和流程 初用于航空、航天、汽车、电子等高科技行业，现在已经覆盖了所有工程领域。
直接在CAD环境中嵌入CFD仿真的SOLIDWORKS Flow Simulation 代表着CFD分析软件的一种新的表现形式，同时也是一种新的技术趋势。 初它作为PLM 理念的一个组成部分，供机械工程师在设计流程中使用，现在已被业界广大的仿真专家所接受，并成为CAE软件行业一个新的发展方向。
SOLIDWORKS Flow Simulation 的基本开发理念是自动准备、执行和可视化针对真实应用工程问题的CFD计算。为实现此效果，SOLIDWORKS Flow Simulation 具有一些特定功能，包括完全集成在SOLIDWORKS 3D CAD 系统中、完全自动生成网格、求解控制参数的自动设定、用户友好的前处理和后处理、能够执行参数化算例并对比不同设计变型的分析结果等。软件不需要调整与算法相关的任何数值参数，也不需要从多种物理模型或数值方案中选择一种。非常重要的初始数据（边界和初始条件）的指定、计算执行和结果解读（包括可视化和报告生成）都可以在SOLIDWORKS中进行，结果直接显示在CAD模型上或模型周围空间中。计算结果既能以MS Office格式导出，也可以直接被 SOLIDWORKS的其他结构分析模块所引用。
与市面上其他完全独立开发的传统CFD软件相比，SOLIDWORKS Flow Simulation采用了完全不同的方法并具备更多的技术内涵。它优化并使用了众多的工程实践和方法，可科学地吸纳并融入这些工程实践和方法的结果。SOLIDWORKS Flow Simulation一直以来就推崇并采用“双V”(验证和确认）认证体系，并使用了大量的解析解和基准解以及出版物和数据库中的试验结果，从而提高并确保软件的可靠性、健壮性和准确性， 终帮助用户以较低的计算成本和时间成本获取非常可靠的预测。SOLIDWORKS Flow Simulation 的开发目的是提倡设计仿真一体化和协同与并行设计，为设计工程师提供非常易于掌控的但又功能强大的流体仿真工具，解决其工业产品设计和流程优化中遇到的棘手问题，从而提升设计效率和产品质量。
考虑到非流体力学背景的工程技术人员缺少与计算流体动力学相关的基础知识，本书从流体力学与CFD基础简介开始，通过多个非常真实而典型的实际工程案例，介绍了真实场景下流体和CFD仿真面临的挑战和可能需要解决的关键设计问题，进而介绍了如何借助SOLIDWORKS Flow Simulation的简易操作来解决问题并得到可信的分析结果，为优化设计提供指导。因此，本书既可帮助工程师扩展自己在流体与CFD仿真方面的知识体系，也可以作为针对特定行业产品/系统在工程实践过程中进行CFD仿真的参考和指南。
在写作过程中，安徽斯维尔信息科技有限公司的陈军提供了部分插图，独立仿真专家孙建国老师提出了非常有价值的修改意见，在此一并表示感谢！
由于作者学识有限加之编写时间匆忙，书中难免会有疏漏或错误之处，望广大读者批评指正。
导语摘要
本书从行业应用的角度出发，阐述了不同工程行业仿真的相关知识点，并结合具体的产品模型来说明如何使用SOLIDWORKS Flow Simulation实现这些行业的分析需求。
本书分为两大部分，共12章。第壹部分（第1、2章）介绍流体力学与计算流体动力学的基本理论和概念，以及SOLIDWORKS Flow Simulation软件技术特点与元件简化模型。第二部分（第3~12章）简要介绍阀门内流场、汽车外流场、换热器、旋转设备、电子设备散热、电感线圈焦耳热、LED照明灯具、医疗器械、粒子分离设备和室内空间流场等仿真的知识要点，并使用典型的产品三维模型来详细描述SOLIDWORKS Flow Simulation的操作过程以得到关键的结果参数。在每一章的结尾，还给出了作者使用软件工具的经验总结和建议。
本书可作为制造业企业工程师的培训教材，也可作为仿真咨询行业人员的技术参考手册。
目录
前 言
第1章 流体力学与CFD基础1
1.1 流体介质属性1
1.1.1 连续介质假设1
1.1.2 压力、密度、比重、比容2
1.1.3 压缩性、黏性4
1.1.4 理想气体、真实气体6
1.2 流体运动6
1.2.1 连续方程6
1.2.2 动量方程7
1.2.3 能量方程7
1.2.4 层流和湍流8
1.2.5 边界层9
1.2.6 超声速流动10
1.3 计算流体动力学10
1.3.1 有限体积法11
1.3.2 网格11
1.3.3 非牛顿流体数值模型14
1.3.4 湍流模型16
1.4 流体测量基础17
1.4.1 压力测量仪器17
1.4.2 流量测量仪器17
1.4.3 速度测量仪器18
1.5 小结与讨论18
第2章 Flow Simulation简介19
2.1 Flow Simulation软件知识19
2.1.1 Flow Simulation的前世今生19
2.1.2 Flow Simulation软件模块20
2.1.3 Flow Simulation项目文件结构21
2.1.4 目标22
2.1.5 修正壁面函数24
2.1.6 湍流k?ε模型24
2.1.7 计算域25
2.1.8 边界条件26
2.1.9 流动冻结27
2.1.10 行程与迭代27
2.2 Flow Simulation元件简化模型与设置27
2.2.1 风扇27
2.2.2 多孔板30
2.2.3 多孔介质32
2.2.4 印刷电路板35
2.2.5 辐射表面36
2.2.6 接触热阻37
2.2.7 散热器39
2.2.8 热接点40
2.2.9 热导管40
2.2.10 热电冷却器41
2.2.11 双热阻43
2.3 小结与讨论44
第3章 阀门内流场仿真45
3.1 行业知识45
3.1.1 流量系数45
3.1.2 流阻系数46
3.2 模型描述46
3.3 模型设置47
3.3.1 分析前的整体考虑47
3.3.2 操作过程48
3.4 模型更新、克隆与配置58
3.4.1 创建新的配置58
3.4.2 重新提交计算59
3.4.3 创建不同角度的多个配置59
3.5 小结与讨论：原始模型与CFD仿真模型59
第4章 汽车外流场仿真61
4.1 行业知识61
4.1.1 阻力系数61
4.1.2 风洞试验61
4.2 模型描述62
4.3 模型设置63
4.3.1 投影面积设置63
4.3.2 CFD模型设置64
4.4 后处理与结果解读71
4.5 自适应网格72
4.5.1 手动自适应细化73
4.5.2 基于结果的自适应网格73
4.6 小结与讨论：稳态和瞬态问题74
第5章 换热器仿真75
5.1 行业知识75
5.1.1 传热系数76
5.1.2 传热量76
5.1.3 传热面积76
5.1.4 努塞尔数76
5.2 共轭传热76
5.3 模型描述76
5.4 模型设置77
5.5 后处理与结果解读84
5.6 小结与讨论：网格对结果的影响85
第6章 旋转设备仿真87
6.1 行业知识87
6.1.1 风机主要技术参数87
6.1.2 水泵主要技术参数87
6.2 旋转物体的模拟方法89
6.2.1 移动壁面边界条件89
6.2.2 MRF旋转参考坐标系89
6.2.3 瞬态滑移网格90
6.3 模型描述91
6.4 模型设置91
6.5 后处理与结果解读96
6.6 小结与讨论：加快计算收敛的方法97
第7章 电子设备散热仿真99
7.1 行业知识99
7.1.1 芯片封装类型99
7.1.2 电子行业散热仿真 101
7.2 电子冷却模块102
7.3 模型描述102
7.4 模型设置103
7.5 后处理与结果解读110
7.6 CircuitWorks113
7.7 小结与讨论：内流场与外流场的选择115
第8章 电感线圈焦耳热仿真116
8.1 模型描述116
8.2 模型设置116
8.3 后处理与结果解读122
8.4 小结与讨论：电场相关问题124
第9章 LED照明灯具仿真125
9.1 模型描述125
9.2 模型设置125
9.3 后处理与结果解读130
9.4 参数研究131
9.5 小结与讨论：传热模式的选择133
第10章 医疗器械仿真134
10.1 模型描述134
10.2 模型设置134
10.3 后处理与结果解读139
10.4 流体混合与自由液面139
10.5 小结与讨论：初始条件140
第11章 粒子分离设备仿真144
11.1 行业知识144
11.2 模型描述145
11.3 模型设置145
11.4 后处理与结果解读150
11.5 粒子研究与示踪物研究152
11.6 小结与讨论：实时耦合与顺序耦合153
第12章 室内空间流场仿真155
12.1 HVAC模块155
12.1.1 高级辐射模型155
12.1.2 人体舒适度因子158
12.1.3 扩展的工程数据库160
12.1.4 示踪物研究161
12.2 模型描述162
12.3 模型设置163
12.4 后处理与结果解读166
12.5 小结与讨论：警告信息168
参考文献173
内容摘要
本书从行业应用的角度出发，阐述了不同工程行业仿真的相关知识点，并结合具体的产品模型来说明如何使用SOLIDWORKS Flow Simulation实现这些行业的分析需求。
本书分为两大部分，共12章。第壹部分（第1、2章）介绍流体力学与计算流体动力学的基本理论和概念，以及SOLIDWORKS Flow Simulation软件技术特点与元件简化模型。第二部分（第3~12章）简要介绍阀门内流场、汽车外流场、换热器、旋转设备、电子设备散热、电感线圈焦耳热、LED照明灯具、医疗器械、粒子分离设备和室内空间流场等仿真的知识要点，并使用典型的产品三维模型来详细描述SOLIDWORKS Flow Simulation的操作过程以得到关键的结果参数。在每一章的结尾，还给出了作者使用软件工具的经验总结和建议。
本书可作为制造业企业工程师的培训教材，也可作为仿真咨询行业人员的技术参考手册。
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