实用计算流体力学基础

第一编 CFD与商用软件基础 第1章 绪论 1.1 CFD(Computafional Fluid Dynamics)技术的目标 1.2 CFD软件及其主要功能 1.3 CFD数值方法的基本原则 1.4 国外通用计算流体力学商用软件的现状 1.5 本书主要内容 第2章 流体运动的一般情况 2.1 流体的运动特性 2.2 描述流体运动的方程 2.3 进一步理解流体的流动 第3章 偏微分方程数值解法概述 3.1 数值离散方法 3.2 简单方程的数值离散 3.3 离散方法的比较 3.4 离散方程组的解 3.5 解联立的流体运动方程组 参考文献 第4章 一般形式微分方程的数值求解与SIMPLE算法初步 4.1 本章的范围和 4.2 数学表达式 4.3 区域的离散化 4.4 一般形式的离散方程的导出 4.5 离散方程的解与SIMPLE算法初步 4.6 流场的计算 4.7 完整的计算过程概要 4.8 收敛准则和欠松弛的应用 4.9 线性化源项的特殊用法 4.10 结束语 参考文献 第5章 CFD软件实用技术的准备 5.1 用计算机解决工程问题 5.2 描述工程中的流动问题 5.3 建立网格 5.4 设定流体流动的参数 5.5 如何获得结果 5.6 对计算结果进行分析 参考文献 第二编 有限容积方法和SIMPLE改进算法 第6章 扩散问题的理解示例 6.1 概述 6.2 一维定常扩散的有限容积法 6.3 一维定常状态扩散的实际算例 6.4 二维扩散问题的有限容积法 6.5 关于三维问题的有限容积法 6.6 对扩散问题的离散方程的总结 参考文献 第7章 对流-扩散问题的理解示例 7.1 概述 7.2 定常一维对流和扩散 7.3 中心差分格式 7.4 离散格式的特性 7.5 用中心差分格式求解对流-扩散问题的评价 7.6 上风差分格式 7.7 混合差分格式 7.8 幂函数格式 7.9 对流-扩散问题中更高阶的差分格式 7.10 其他的高阶格式 7.11 小结 参考文献 第8章 SIMPLE及其改进算法的详尽解释 8.1 概述 8.2 交错网格 8.3 动量方程的离散 8.4 SIMPLE算法 8.5 SIMPLE算法的流程 8.6 SIMPLER算法 8.7 SIMPLEC算法 8.8 PISO算法 8.9 SIMPLE，SIMPLER，SIMPLEC和PISO算法的一般性评论 8.10 小结 参考文献 第9章 离散方程解法示例 9.1 概述 9.2 三对角矩阵运算法则 9.3 TDMA在二维问题中的应用 9.4 TDMA在三维问题中的应用 9.5 例子 9.6 在CFD中使用的其他求解技巧 9.7 小结 参考文献 第10章 非定常流动的有限容积法示例 10.1 概述 10.2 一维非定常热传导 10.3 瞬态问题的典型例子 10.4 用于二维和三维问题的隐式方法 10.5 瞬态对流-扩散方程的离散 10.6 用QUICK差分法的瞬态对流-扩散工程实例 10.7 非定常流计算求解程序 10.8 用假瞬态法进行定常状态计算 10.9 其他瞬态格式的简述 10.10 小结 参考文献 第11章 边界条件的详尽解释 11.1 概述 11.2 入口边界条件 11.3 出口边界条件 11.4 壁面边界条件 11.5 定压边界条件 11.6 对称边界条件 11.7 周期性或循环边界条件 11.8 潜在的问题和评论 参考文献 第12章 曲线坐标系中的SIMPLEC和SIMPLEX算法 12.1 概述 12.2 质量守恒的离散 12.3 能量方程及其他标量方程的离散 12.4 代数方程的解 12.5 动量方程 12.6 质量和动量耦合方程的解 12.7 正交曲线坐标系下湍流模型的计算 12.8 正交网格生成的几个问题 参考文献 第三编 流体运动方程与湍流模式 第13章 流体运动基本方程 13.1 流体运动的控制方程 13.2 状态方程 13.3 牛顿流体的N-S方程 13.4 流体运动控制方程的守恒形式 13.5 通用输运方程的微分形式和积分形式 13.6 守恒方程的物理特征和分类 13.7 双曲型方程的主要特点 13.8 简单偏微分方程的分类方法 13.9 流动方程的分类 13.10 黏性流体力学控制方程的补充条件 13.11 小结 参考文献 第14章 湍流及其模式 14.1 湍流的概念 14.2 从层流到湍流的转捩 14.3 湍流的物理性质 14.4 湍流模拟发展情况简介 参考文献 第15章 雷诺平均应力方程及其封闭 15.1 雷诺平均 15.2 相关性 15.3 雷诺平均方程 15.4 雷诺应力方程 15.5 湍流尺度 参考文献 第16章 时间平均N-S方程应用于工程计算 16.1 时间平均N-S方程对湍流的表达能力 16.2 工程中典型的湍流现象 16.3 适用于工程典型问题的湍流模型 16.4 小结 参考文献 第四编 CFD商用软件和工程应用算例 第17章 典型Phoenies和STAR-CD计算程序举例 17.1 算例程序1：流经方块的二维湍流场的Q1程序 17.2 算例程序1编译后给出的计算使用程序 17.3 算例程序1的应用：来流速度型变化对三维立体块顶部湍流回流区长度的影响 17.4 算例程序2：浮力引起的容器中非稳态振荡流动的Q1程序 17.5 算例程序3：气流流过上下对称圆柱体的Q1程序 17.6 算例程序4：水流流过平面上的圆柱体 17.7 算例程序5：喷射两种物质喷嘴的Q1程序 17.8 算例程序6：多股横向射流和主流混合流动的Q1程序 17.9 算例程序7：二维钝体绕流湍流流动的STAR-CD程序 17.10 特种剖面鳍/舵的CFD结果分析 参考文献 第18章 近年来国外典型CFD成功算例介绍 18.1 多种湍流模型在计算立方体周围流场比较 18.2 LES和RANS三维流场数值计算比较 18.3 侧风条件下运动火车周围CFD数值分析 18.4 BFE网格和正交网格计算复杂地形大气流动的比较 18.5 LES在车辆气动力学CFD中的应用与进展 18.6 直升机着陆舰船甲板上流场的涡受限法计算 18.7 ICCM船舶流体动力学CFD近期新进展 参考文献

    第一编  CFD与商用软件基础     第1章  绪论     1.1  CFD（Commputational Fluid Dynamics）技术的目标 计算流体力学在20世纪70年代以来的成就，显示出它在人类深入研究各种流动现象，以及在工业和工程应用方面的强大生命力。在航空、气象、海洋、流体机械、建筑和车辆设计等各个领域都显示出巨大威力。近年来，由于计算机速度和存储信息能力的大幅度提高，特别是计算机自动生成三维物体网格能力的迅速发展，计算机软件水平突飞猛进，给科学发展和工程应用设计带来了根本性的变化。 作为一门崭新的学科，计算流体力学主要研究描述各种流动现象，它的目标是在工程上尽可能用数值实验代替实物实验，用计算机模拟自然环境、设计生物体和工程机械装置。计算机的大量使用，计算流体力学通用大型软件的成熟，改变了人们在工程和工业产品实验和设计中的传统观念。通过数值模拟对工作过程细节的了解，使得工程装置的优化设计现在已经作为一种新的手段。可以做到预报真实的流体机械、换热与燃烧装置、工业炉、大气污染等现象的全过程。可以得到设计所需的各种定量数据，又能把实验所需的人力、物力及财力减到大力度优惠限度，实现了真正意义的设计革命。通用计算机软件的发展，使数值仿真技术成为与模拟实验同样有效的手段。在计算机程序中，改变物理和化学因素以及改变环境条件都比在实验室中改变这些参数要容易得多。既可以加快研究速度，又可以拓宽研究参数的变化范围，从而增加科研的深度和广度。20世纪90年代以前，一部轿车的空气动力和车外型设计计算需要几个月，而使用通用软件，可以在一个星期内完成一部新车的网格生成、力学计算和造型分析工作。     ……