FloEFD流动与传热仿真入门及案例分析

由李波、陈文鑫编著的《FloEFD流动与传热仿真入门及案例分析》是一本全面介绍计算流体动力学软件：FloEFD软件功能和应用方法的指导性教材，是基于FloEFD 14．1版本进行撰写的。
本书主要内容可以分为两个部分。靠前部分内容系统地介绍了FloEFD的几何模型准备、建立仿真模型、网格划分、求解计算、结果处理和仿真优化。对于上述内容中涉及的计算流体动力学、传热学和流体力学等学科的基础理论，本书都用相当篇幅简明、扼要地进行了介绍。第2部分内容以FloEFD行业应用实例为主，其中包括LED工矿灯热仿真实例、LED射灯热仿真实例、卤素车灯热仿真实例和汽车空调箱线性度仿真。行业应用实例以背景介绍为起始，通过详细的说明与详尽的操作步骤，使读者在了解FloEFD软件功能的同时，逐步掌握如何利用FloEFD进行流体流动与传热数值仿真分析的基本方法和技巧。
本书可以作为高等院校有关专业研究生教材，也可供使用FloEFD或其他计算流体动力学软件进行仿真分析的专业人员阅读参考。

李波男，生于1982年9月，同济大学建筑环境与设备工程学士，上海理工大学工程热物理硕士，在校期问主要研究方向为电子设备冷却技术。曾就职于台达电子企业管理(上海)有限公司，从事电力设备和新能源产品的热设计、测试和研究。现为Mentor Graphics明导(上海)电子科技有限公司资历应用工程师，负责电子设备热设计、热仿真技术的应用、推广和培训等相关工作。曾出版《FloTHERM软件基础与应用实例》和《笑谈热设计》等书。
陈文鑫，男，2002年毕业于东南大学电子设备结构设计专业，并在其后的工作中取得上海交通大学热能工程专业工程硕士学位。自2002年起的十余年，一直从事电子产品及数据中心的热管理相关工作，包括散热设计、热性能评估、测试、仿真优化等。曾就职于台达、Intel、IBM等多家靠前知名公司，目前任热领（上海）科技有限公司不错技术咨询顾问，负责电子产品热管理和数据中心环境优化、节能项目的咨询工作。曾参与撰写《FloTHERM 软件基础与应用实例》，并在学术期刊内发表过多篇电子产品热管理和数据中心节能方面的论文。

前言
第1章 计算流体动力学概论
1.1 计算流体动力学的基本概念
1.2 计算流体动力学的优点
1.3 计算流体动力学的发展过程
1.4 计算流体动力学的应用领域
1.5 计算流体动力学商业软件介绍
第2章 FloEFD软件介绍
2.1 FloEFD的工程应用背景
2.2 FloEFD研发背景和历史
2.3 FloEFD的特点和优势
2.4 FloEFD项目文件夹的文件结构
2.5 FloEFD软件安装和许可证配置
2.5.1 FloEFD支持的操作系统和计算机硬件配置
2.5.2 FloEFD 14.1软件的安装
2.5.3 许可证管理器的安装
2.5.4 FloEFD 14.1单机版或网络浮动版服务器许可证的安装
2.5.5 FloEFD 14.1网络浮动版客户端许可证的获取
第3章 几何模型准备
3.1 背景
3.2 FloEFD仿真模型数据要求
3.3 原始MCAD数据准备
3.4 中间格式MCAD数据准备
3.5 模型检查(Check Geometry)功能应用
3.6 小结
第4章 仿真分析基础
4.1 向导设置
4.2 计算域
4.2.1 背景
4.2.2 FloEFD中计算域设置
4.3 边界条件
4.3.1 背景
4.3.2 FloEFD中边界条件设置
4.3.3 FloEFD边界条件设置实例
4.4 流体子域
4.4.1 背景
4.4.2 FloEFD中流体子域设置
4.5 多孔介质
4.5.1 背景
4.5.2 工程数据库多孔介质
4.5.3 多孔介质设置
4.6 辐射面
4.6.1 背景
4.6.2 工程数据库的辐射面
4.6.3 辐射面设置
4.7 辐射源
4.7.1 背景
4.7.2 辐射源设置
4.7.3 辐射源设置实例
4.8 固体材料
4.8.1 背景
4.8.2 工程数据库固体材料
4.8.3 固体材料设置
4.9 目标
4.9.1 背景
4.9.2 目标设置
4.9.3 其他
4.10 热源
4.10.1 表面热源
4.10.2 体积热源
4.10.3 体积热源设置实例
第5章 元件简化模型
5.1 风扇
5.1.1 背景
5.1.2 工程数据库风扇
5.1.3 风扇模型
5.1.4 轴流风扇建模实例
5.2 接触热阻
5.2.1 背景
5.2.2 工程数据库接触热阻
5.2.3 接触热阻模型
5.2.4 接触热阻建模实例
5.3 风扇散热器
5.3.1 背景
5.3.2 散热器工程数据库
5.3.3 风扇散热器模型
5.4 热电制冷器
5.4.1 背景
5.4.2 热电制冷器工程数据库
5.4.3 热电制冷器模型
5.4.4 热电制冷器建模实例
5.5 打孔板
5.5.1 背景
5.5.2 打孔板工程数据库
5.5.3 打孔板模型
5.5.4 打孔板建模实例
5.6 热连接
5.6.1 背景
5.6.2 热连接模型
第6章 网格基础与操作
6.1 CFD软件网格简介
6.2 FloEFD网格基础
6.3 FloEFD网格设置
6.3.1 自动网格设置
6.3.2 手动网格设置
6.3.3 局部初始网格设置
6.3.4 自适应网格设置
6.4 小结
第7章 求解计算和监控
7.1 计算控制选项
7.2 运行计算设置
7.3 求解计算窗口
第8章 结果后处理和操作
8.1 网格显示
8.2 切面云图
8.3 表面云图
8.4 等值面云图
8.5 流动迹线
8.6 粒子研究
8.7 点参数
8.8 表面参数
8.9 体积参数
8.10 XY图
8.11 目标图
8.12 报告
第9章 参数化研究
9.1 参数化研究介绍
9.1.1 参数化研究的作用
9.1.2 参数化研究界面
9.1.3 参数化研究使用流程
9.2 方案评估(What Ⅱ)
9.3 目标优化(Goal Optimization)
9.4 参数化研究实例
9.4.1 方案评估实例
9.4.2 目标优化实例
第10章 FloEFD软件模块
10.1 Electronics Cooling模块
10.1.1 介绍
10.1.2 焦耳发热
10.1.3 元件简化模型
10.1.4 电子行业数据库
10.2 LED模块
10.2.1 介绍
10.2.2 仿真功能
10.2.3 元件简化模型
10.2.4 LED行业数据库
10.3 HVAC模块
10.3.1 介绍
10.3.2 仿真功能
10.3.3 舒适性结果参数
10.3.4 HVAC行业数据库
10.4 Advanced模块
10.4.1 介绍
10.4.2 仿真功能
第11章 LED工矿灯热仿真实例
11.1 LED 3：矿灯背景
11.2 LED I矿灯热设计目标
11.3 LED工矿灯冷却架构
11.4 LED 工矿灯热仿真
11.4.1 建立模型
11.4.2 求解计算
11.4.3 仿真结果分析
11.5 小结
第12章 LED射灯热仿真实例
12.1 LED射灯背景
12.2 LED射灯热设计目标
12.3 LED射灯冷却架构
12.4 LED射灯热仿真
12.4.1 建立模型
12.4.2 求解计算
12.4.3 仿真结果分析
12.4.4 优化设计
12.5 小结
第13章 卤素车灯热仿真实例
13.1 车灯背景
13.2 车灯热设计目标
13.3 卤素车灯热交换架构
13.3.1 热辐射背景
13.3.2 卤素车灯热交换
13.4 卤素车灯热仿真
13.4.1 建立模型
13.4.2 求解计算
13.4.3 仿真结果分析
13.5 小结
第14章 汽车空调箱线性度仿真
14前言
第1章 计算流体动力学概论
1.1 计算流体动力学的基本概念
1.2 计算流体动力学的优点
1.3 计算流体动力学的发展过程
1.4 计算流体动力学的应用领域
1.5 计算流体动力学商业软件介绍
第2章 FloEFD软件介绍
2.1 FloEFD的工程应用背景
2.2 FloEFD研发背景和历史
2.3 FloEFD的特点和优势
2.4 FloEFD项目文件夹的文件结构
2.5 FloEFD软件安装和许可证配置
2.5.1 FloEFD支持的操作系统和计算机硬件配置
2.5.2 FloEFD 14.1软件的安装
2.5.3 许可证管理器的安装
2.5.4 FloEFD 14.1单机版或网络浮动版服务器许可证的安装
2.5.5 FloEFD 14.1网络浮动版客户端许可证的获取
第3章 几何模型准备
3.1 背景
3.2 FloEFD仿真模型数据要求
3.3 原始MCAD数据准备
3.4 中间格式MCAD数据准备
3.5 模型检查(Check Geometry)功能应用
3.6 小结
第4章 仿真分析基础
4.1 向导设置
4.2 计算域
4.2.1 背景
4.2.2 FloEFD中计算域设置
4.3 边界条件
4.3.1 背景
4.3.2 FloEFD中边界条件设置
4.3.3 FloEFD边界条件设置实例
4.4 流体子域
4.4.1 背景
4.4.2 FloEFD中流体子域设置
4.5 多孔介质
4.5.1 背景
4.5.2 工程数据库多孔介质
4.5.3 多孔介质设置
4.6 辐射面
4.6.1 背景
4.6.2 工程数据库的辐射面
4.6.3 辐射面设置
4.7 辐射源
4.7.1 背景
4.7.2 辐射源设置
4.7.3 辐射源设置实例
4.8 固体材料
4.8.1 背景
4.8.2 工程数据库固体材料
4.8.3 固体材料设置
4.9 目标
4.9.1 背景
4.9.2 目标设置
4.9.3 其他
4.10 热源
4.10.1 表面热源
4.10.2 体积热源
4.10.3 体积热源设置实例
第5章 元件简化模型
5.1 风扇
5.1.1 背景
5.1.2 工程数据库风扇
5.1.3 风扇模型
5.1.4 轴流风扇建模实例
5.2 接触热阻
5.2.1 背景
5.2.2 工程数据库接触热阻
5.2.3 接触热阻模型
5.2.4 接触热阻建模实例
5.3 风扇散热器
5.3.1 背景
5.3.2 散热器工程数据库
5.3.3 风扇散热器模型
5.4 热电制冷器
5.4.1 背景
5.4.2 热电制冷器工程数据库
5.4.3 热电制冷器模型
5.4.4 热电制冷器建模实例
5.5 打孔板
5.5.1 背景
5.5.2 打孔板工程数据库
5.5.3 打孔板模型
5.5.4 打孔板建模实例
5.6 热连接
5.6.1 背景
5.6.2 热连接模型
第6章 网格基础与操作
6.1 CFD软件网格简介
6.2 FloEFD网格基础
6.3 FloEFD网格设置
6.3.1 自动网格设置
6.3.2 手动网格设置
6.3.3 局部初始网格设置
6.3.4 自适应网格设置
6.4 小结
第7章 求解计算和监控
7.1 计算控制选项
7.2 运行计算设置
7.3 求解计算窗口
第8章 结果后处理和操作
8.1 网格显示
8.2 切面云图
8.3 表面云图
8.4 等值面云图
8.5 流动迹线
8.6 粒子研究
8.7 点参数
8.8 表面参数
8.9 体积参数
8.10 XY图
8.11 目标图
8.12 报告
第9章 参数化研究
9.1 参数化研究介绍
9.1.1 参数化研究的作用
9.1.2 参数化研究界面
9.1.3 参数化研究使用流程
9.2 方案评估(What Ⅱ)
9.3 目标优化(Goal Optimization)
9.4 参数化研究实例
9.4.1 方案评估实例
9.4.2 目标优化实例
第10章 FloEFD软件模块
10.1 Electronics Cooling模块
10.1.1 介绍
10.1.2 焦耳发热
lO.1.3 元件简化模型
10.1.4 电子行业数据库
10.2 LED模块
10.2.1 介绍
10.2.2 仿真功能
10.2.3 元件简化模型
10.2.4 LED行业数据库
10.3 HVAC模块
10.3.1 介绍
10.3.2 仿真功能
10.3.3 舒适性结果参数
10.3.4 HVAC行业数据库
10.4 Advanced模块
10.4.1 介绍
10.4.2 仿真功能
第11章 LED工矿灯热仿真实例
11.1 LED 3：矿灯背景
11.2 LED I矿灯热设计目标
11.3 LED工矿灯冷却架构
11.4 LED 工矿灯热仿真
11.4.1 建立模型
11.4.2 求解计算
11.4.3 仿真结果分析
11.5 小结
第12章 LED射灯热仿真实例
12.1 LED射灯背景
12.2 LED射灯热设计目标
12.3 LED射灯冷却架构
12.4 LED射灯热仿真
12.4.1 建立模型
12.4.2 求解计算
12.4.3 仿真结果分析
12.4.4 优化设计
12.5 小结
第13章 卤素车灯热仿真实例
13.1 车灯背景
13.2 车灯热设计目标
13.3 卤素车灯热交换架构
13.3.1 热辐射背景
13.3.2 卤素车灯热交换
13.4 卤素车灯热仿真
13.4.1 建立模型
13.4.2 求解计算
13.4.3 仿真结果分析
13.5 小结
第14章 汽车空调箱线性度仿真
14.1 汽车空调箱背景及简介
14.2 汽车空调箱温度控制线性度设计目标
14.3 汽车空调箱温度控制线性度设计关键参数
14.4 汽车空调箱温度控制线性度仿真实例
14.4.1 汽车空调箱温度控制线性度仿真背景
14.4.2 加热器热和流动特性仿真
14.4.3 空调箱线性度仿真
14.5小结
参考文献

前言
计算流体动力学自２０ 世纪６０ 年代问世以来之所以发展迅速，是由于计算流体动力学仿真软件具备了低成本仿真复杂或理想物理现象的优点。商业计算流体动力学软件从２０ 世纪８０ 年代开始兴起，已经从最初应用的航空、汽车和电力能源领域，发展至机械、电子产品、暖通、环境和建筑等许多行业。现今，越来越多的企业意识到商业计算流体动力学软件为企业带来了巨大利益。美国市场研究公司Ａｂｅｒｄｅｅｎ Ｇｒｏｕｐ 在２０１１ 年的研究报告？Ｔｈｅ ＲＯＩ ｏｆ Ｃｏｎｃｕｒｒｅｎｔ Ｄｅｓｉｇｎ ｗｉｔｈ ＣＦＤ？ 中指出，在产品研发中使用ＣＦＤ 进行仿真分析可以使产品质量目标、销售收入目标、保证产品上市日期和成本目标等方面的达标率提升６％ ~１３％。此外。报告中也显示了现今商业计算流体动力学软件应具备以下特点: 与ＭＣＡＤ 软件结合、网格自动划分、网格具有灵活性和易于操作等。ＦｌｏＥＦＤ软件不仅仅是一款商业化的计算流体动力学软件，而且其完全嵌入主流ＭＣＡＤ 软件和自动网格划分的特点引领了商业计算流体动力学软件的发展趋势，将原本深奥和操作复杂的计算流体动力学软件置于设计工程师的桌面。计算流体动力学仿真分析不再属于少数仿真分析专家的独有，企业的产品设计工程师同样可以轻松驾驭这匹高科技“骏马”。撰写一本ＦｌｏＥＦＤ 书籍的动因正是想让更多的工程师能进行计算流体动力学的仿真分析工作。
全书共分为１４ 章。第１、２ 章为计算流体动力学的基础和ＦｌｏＥＦＤ 软件背景，第３ ~１０ 章为ＦｌｏＥＦＤ 软件功能和操作技巧，第１１ ~ １４ 章为ＦｌｏＥＦＤ 行业应用实例。由于本书在写作过程中遵循仿真工作的基本流程，所以建议读者在阅读本书的过程中循序渐进，先学习软件功能和操作部分，再练习实例应用的内容。对于本书有关软件使用的内容，建议在软件中进行具体的操作，加深对于软件使用的理解和认知。
Ｍｅｎｔｏｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ 公司力推ＦｌｏＥＦＤ 软件作为通用计算流体动力学软件，本书的出版得到了Ｍｅｎｔｏｒ Ｇｒａｐｈｉｃｓ 公司的大力支持。其中市场部门的童燕萍和Ｋｅｉｔｈ Ｈａｎｎａ 对于本书的出版提供了诸多帮助和建议，作者在此深表感谢。同时本书的出版也受益于行业内多位资深专家的帮助，正是他们的倾情付出，本书实例部分才得以顺利完成撰写。上海亚明照明有限公司的邹龙生为第１１ 章提供了诸多写作材料和建议；飞利浦(中国) 投资有限公司的郑臻轶对于第１２ 章的撰写提供了诸多有益的建议；上海小糸车灯有限公司的王宽对于第１３ 章的撰写给出了许多见解和指导；泛亚汽车技术中心有限公司的陆平对于第１４ 章的撰写给出了许多见解和指导。最后作者想感谢自己的家人，正是他们的鼓励和支持， 使作者能够全身心地投身于本书的撰写中。由于本书从撰写到最终出版的时间较为紧促， 加之ＦｌｏＥＦＤ 软件涉及的背景原理和行业应用比较宽泛，书中错误在所难免，作者愿与每一位读者进行交流和探讨。正如古人云“奇文共欣赏， 疑义相与析”。
李  波  陈文鑫
２０１５ 年７ 月