数值传热学实训:NHT/CFD原理与应用:NHT/CFD principle and application

第二版序

第一版序

第二版前言

第一版前言

第1章 数值传热学简介 1

1.1 数值传热学定义及常用数值方法 1

1.2 数值传热学求解问题的流程 2

1.3 数值解的误差 4

1.4 自主编程、商业软件和开源软件 5

1.5 数值传热学实训的内容设置 7

1.6 典型习题解析 10

第2章 控制方程和定解条件 23

2.1 守恒型方程和非守恒型方程 23

2.2 数值传热学中常见控制方程的推导及其适用条件 24

2.3 控制方程的选择与简化 29

2.4 定解条件 30

2.5 控制方程和定解条件的无量纲化 32

2.6 通用控制方程 33

2.7 控制方程的类型及性质 36

2.8 典型习题解析 38

第3章 计算区域的离散 63

3.1 网格生成方法概述 63

3.2 结构化网格生成方法 63

3.2.1 正交*线坐标系中的常规方法 64

3.2.2 贴体网格 67

3.2.3 块结构化网格 69

3.3 非结构化网格生成方法 70

3.3.1 Delaunay三角形化法 70

3.3.2 栅格法 71

3.3.3 前沿推进法 72

3.4 其他网格生成方法 73

3.4.1 自适应网格方法 73

3.4.2 动网格方法 73

3.5 常见正交坐标系下的网格信息 74

3.5.1 有限差分法和有限容积法网格信息简介 74

3.5.2 有限容积法网格参数 77

3.6 典型习题解析 83

3.7 编程实践 91

第4章 正交结构化网格有限差分法 94

4.1 导数的差分表达式 94

4.2 空间项的离散 97

4.3 非稳态项的离散 98

4.4 差分方程及其截差精度 100

4.5 高阶紧致有限差分格式 102

4.6 典型习题解析 103

4.7 编程实践 143

第5章 正交结构化网格有限容积法 145

5.1 有限容积法的假设和关键 145

5.2 界面交点物理量和待求变量界面法向一阶偏导数的逼近 147

5.3 对流项的离散 152

5.4 扩散项和源项的离散 158

5.5 非稳态项的离散 162

5.6 增强离散方程计算稳定性的两种方法 164

5.7 扩散方程的离散 164

5.8 对流扩散方程的离散 166

5.9 边界条件的离散 167

5.10 离散方程的截断误差 171

5.11 典型习题解析 172

5.12 编程实践 244

第6章 离散方程的性质 247

6.1 离散方程的守恒性 247

6.2 离散方程的截差精度 248

6.3 离散方程的相容性 249

6.4 初值稳定性 251

6.5 对流项的迁移性和扩散项的蔓延性 252

6.6 对流项的稳定性 253

6.7 对流项的有界性 254

6.8 假扩散 259

6.9 离散方程的收敛性 259

6.10 离散格式性质的对比及选择 259

6.11 有限差分法和有限容积法对比 261

6.12 典型习题解析 261

6.13 编程实践 292

第7章 代数方程组的求解方法 296

7.1 代数方程组求解概述 296

7.2 三对角阵算法 298

7.3 几种常用的简单迭代方法 299

7.3.1 Jacobi点迭代和Gauss-Seidel点迭代 299

7.3.2 Jacobi线迭代和Gauss-Seidel线迭代 299

7.3.3 交替方向线迭代 300

7.4 共轭梯度法 301

7.5 多重网格方法 303

7.5.1 多重网格方法概述 303

7.5.2 多重网格基础构架 303

7.5.3 CS格式多重网格实施步骤 304

7.5.4 FAS格式多重网格实施步骤 305

7.5.5 多重网格实施注意事项 306

7.6 不同迭代方法的比较 307

7.7 典型习题解析 307

7.8 编程实践 329

第8章 压强-速度方程的耦合求解 332

8.1 压强-速度耦合求解算法概述 332

8.2 交错网格和同位网格 333

8.3 SIMPLE算法 335

8.4 IDEAL算法 336

8.5 SIMPLE系列算法比较 337

8.6 投影法 337

8.6.1 压强方程的推导 337

8.6.2 投影法的计算步骤 341

8.7 出口边界条件的处理 342

8.8 典型习题解析 343

8.9 编程实践 370

第9章 贴体坐标有限容积法和SIMPLE算法 372

9.1 贴体坐标有限容积法 372

9.1.1 控制方程的变换 372

9.1.2 边界条件变换 373

9.1.3 贴体坐标系下扩散方程的离散 374

9.1.4 贴体坐标系下对流扩散方程的离散 375

9.2 基于贴体坐标的SIMPLE算法 377

9.3 典型习题解析 379

9.4 编程实践 392

第10章 非结构化网格有限容积法和SIMPLE算法 394

10.1 非结构化网格有限容积法 394

10.1.1 非结构化网格下扩散方程的离散 394

10.1.2 非结构化网格下对流扩散方程的离散 396

10.1.3 非结构化网格边界条件处理 398

10.2 非结构化网格SIMPLE算法 399

10.3 贴体网格和非结构化网格对比 401

10.4 典型习题解析 401

10.5 编程实践 412

第11章 湍流数值模拟 414

11.1 湍流模拟简介 414

11.2 湍流直接数值模拟方法 415

11.3 大涡模拟方法 415

11.4 雷诺平均方法 416

11.5 典型习题解析 418

11.6 编程实践 423

第12章 两相界面捕捉方法及相变模型 427

12.1 VOF、LS及二者复合的界面捕捉方法概述 427

12.2 复合界面捕捉方法VOSET 428

12.2.1 所涉及的控制方程 428

12.2.2 VOSET方法的实施过程 429

12.2.3 VOSET方法的求解性能分析 433

12.3 气液相变模型 434

12.3.1 所涉及的控制方程 434

12.3.2 结合气液相变模型的VOSET方法实施过程 435

12.4 典型习题解析 437

12.5 编程实践 451

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