CAE分析大系：ANSYS ICEM CFD工程實(shí)例詳解

目　錄
第一部分　CFD工程應(yīng)用基礎(chǔ)
第1章　概述　10
1．1　什么是CFD　10
1．2　CFD發(fā)展概況　11
1．3　CFD工程應(yīng)用領(lǐng)域　12
1．4　什么時(shí)候使用CFD軟件　13
1．5　通用流體計(jì)算軟件的利與弊　13
1．6　本書讀者定位　14
1．7　本書特點(diǎn)　14
第2章　ANSYS CFD軟件簡介　16
2．1　CFD工程應(yīng)用一般流程　16
2．1．1　計(jì)算前處理　16
2．1．2　計(jì)算求解器　16
2．1．3　計(jì)算后處理　17
2．2　ANSYS CFD軟件族簡介　17
2．2．1　前處理軟件：ICEM CFD　17
2．2．2　CFD求解器：Fluent　18
2．2．3　CFD求解器：CFX　19
2．2．4后處理模塊：CFD-POST　21
第二部分　計(jì)算前處理
第3章　流體計(jì)算域　24
3．1　計(jì)算域模型　24
3．1．1　內(nèi)流計(jì)算域　24
3．1．2　外流計(jì)算域　25
3．1．3　混合計(jì)算域　25
3．2　計(jì)算域生成方法　25
3．2．1　直接建?！?5
3．2．2　幾何抽取　25
3．3　計(jì)算域簡化　26
3．4　多區(qū)域計(jì)算模型　26
3．4．1　Interface　27
3．4．2　Interior　27
3．5　計(jì)算域創(chuàng)建工具ANSYS DesignModeler　27
3．5．1　Fill 功能　28
3．5．2　Enclosure 功能　29
3．6　計(jì)算域創(chuàng)建實(shí)例　29
3．6．1　【實(shí)例3-1】直接創(chuàng)建計(jì)算域　29
3．6．2　【實(shí)例3-2】Fills方式創(chuàng)建計(jì)算域模型　32
3．6．3　【實(shí)例3-3】Enclosure方式創(chuàng)建計(jì)算域模型　34
3．6．4　【實(shí)例3-4】創(chuàng)建混合計(jì)算域　35
3．7　本章小結(jié)　37
第4章　流體網(wǎng)格　38
4．1　流體網(wǎng)格基礎(chǔ)概念　38
4．1．1　網(wǎng)格術(shù)語　38
4．1．2　網(wǎng)格形狀　38
4．1．3　結(jié)構(gòu)網(wǎng)格與非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格　39
4．2　網(wǎng)格的度量　39
4．2．1　網(wǎng)格數(shù)量　39
4．2．2　網(wǎng)格質(zhì)量　40
4．3　流體網(wǎng)格劃分軟件：ICEM CFD簡介　40
4．3．1　ICEM CFD主要特點(diǎn)　41
4．3．2　ICEM CFD中的文件類型　41
4．3．3　ICEM CFD操作界面　41
4．3．4　ICEM CFD操作鍵　47
4．3．5　ICEM CFD的啟動(dòng)　47
4．3．6　ICEM CFD網(wǎng)格劃分基本流程　48
4．4　本章小結(jié)　49
第5章　ICEM CFD幾何操作　50
5．1　ICEM CFD中的幾何組織形式　50
5．2　基本幾何創(chuàng)建　50
5．2．1　點(diǎn)的創(chuàng)建　50
5．2．2　線的創(chuàng)建　52
5．2．3　面操作　54
5．2．4　Body創(chuàng)建　55
5．3　幾何修補(bǔ)　56
5．3．1　幾何拓?fù)錁?gòu)建　56
5．3．2　幾何檢查　57
5．3．3　封閉孔洞與去除孔洞　58
5．3．4　邊匹配　58
5．3．5　特征檢測　58
5．4　輔助幾何　59
5．5　幾何操作實(shí)例　59
5．5．1　【實(shí)例5-1】快速流道抽取　59
5．5．2　【實(shí)例5-2】幾何建?！?2
5．5．3　【實(shí)例5-3】幾何修補(bǔ)　68
5．6　本章小結(jié)　71
第6章　ICEM CFD六面體網(wǎng)格劃分　72
6．1　塊基本概念　72
6．1．1　塊的層次結(jié)構(gòu)　72
6．1．2　初始?jí)K的創(chuàng)建　72
6．1．3　塊的關(guān)聯(lián)操作　75
6．2　自頂向下構(gòu)建塊　79
6．2．1　常規(guī)切分　79
6．2．2　O型切分　80
6．2．3　Y型切分　87
6．2．4　【實(shí)例6-1】2D塊切割實(shí)例　91
6．2．5　【實(shí)例6-2】3D塊切割實(shí)例　96
6．3　自底向上構(gòu)建塊　98
6．3．1　From Vertices/Faces　99
6．3．2　Extrude Faces　100
6．3．3　由2D塊形成3D塊　101
6．3．4　【實(shí)例6-3】彈簧網(wǎng)格劃分　102
6．4　常見分塊策略　104
6．5　塊變換操作　110
6．5．1　塊平移　110
6．5．2　塊旋轉(zhuǎn)　110
6．5．3　塊鏡像　111
6．5．4　塊縮放　111
6．5．5　周期塊復(fù)制　111
6．5．6　【實(shí)例6-4】塊平移操作　111
6．5．7　【實(shí)例6-5】塊旋轉(zhuǎn)操作　115
6．6　Edge網(wǎng)格參數(shù)設(shè)置　119
6．6．1　參數(shù)設(shè)置對話框及各參數(shù)含義　119
6．6．2　節(jié)點(diǎn)分布律　121
6．6．3　邊界層網(wǎng)格　123
6．6．4　【實(shí)例6-6】分叉管網(wǎng)格劃分　124
6．6．5　【實(shí)例6-7】外流場邊界層網(wǎng)格　127
6．7　【實(shí)例6-8】排煙風(fēng)道網(wǎng)格劃分　129
6．8　本章小結(jié)　133
第7章　ICEM CFD非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分　134
7．1　非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成　134
7．2　全局網(wǎng)格參數(shù)設(shè)置　134
7．2．1　全局網(wǎng)格尺寸設(shè)置　135
7．2．2　殼網(wǎng)格參數(shù)　136
7．2．3　體網(wǎng)格參數(shù)設(shè)置　139
7．2．4　棱柱網(wǎng)格設(shè)置　139
7．2．5　周期網(wǎng)格設(shè)置　141
7．3　Part網(wǎng)格設(shè)置　141
7．4　面網(wǎng)格參數(shù)設(shè)置　143
7．5　線網(wǎng)格參數(shù)設(shè)置　144
7．6　密度盒　144
7．7　網(wǎng)格生成　145
7．8　【實(shí)例7-1】分支管非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分　146
7．9　【實(shí)例7-2】活塞閥裝配體網(wǎng)格劃分　148
第8章　ICEM CFD常用技巧　151
8．1　ICEM CFD快捷鍵　151
8．1．1　Geometry快捷鍵　151
8．1．2　Edit Mesh快捷鍵　152
8．1．3　Blocking快捷鍵　153
8．1．4　選擇模式快捷鍵　154
8．2　創(chuàng)建多區(qū)域網(wǎng)格　156
8．2．1　Interface與Interior　156
8．2．2　【實(shí)例8-1】非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格多計(jì)算域模型　156
8．2．3　【實(shí)例8-2】結(jié)構(gòu)網(wǎng)格多計(jì)算域模型　160
8．2．4　【實(shí)例8-3】網(wǎng)格模型組裝　162
8．3　創(chuàng)建周期網(wǎng)格　164
8．3．1　指定幾何周期　164
8．3．2　周期頂點(diǎn)定義　165
8．3．3　【實(shí)例8-4】2D旋轉(zhuǎn)周期網(wǎng)格　165
8．3．4　【實(shí)例8-5】2D平移周期網(wǎng)格　173
8．3．5　【實(shí)例8-6】3D旋轉(zhuǎn)周期網(wǎng)格　175
第三部分　求解器
第9章　FLUENT用戶界面　180
9．1　FLUENT的啟動(dòng)　180
9．1．1　啟動(dòng)方式　180
9．1．2　FLUENT啟動(dòng)界面　181
9．2　軟件界面　183
9．2．1　Meshing模式界面　183
9．2．2　Solution模式界面　184
9．3　FLUENT操作流程　191
第10章　FLUENT Meshing模式　192
10．1　【實(shí)例10-1】Tet網(wǎng)格劃分　192
10．2　【實(shí)例10-2】分區(qū)混合網(wǎng)格劃分　196
第11章　FLUENT前處理基礎(chǔ)　199
11．1　FLUENT前處理流程　199
11．2　網(wǎng)格控制　200
11．2．1　網(wǎng)格縮放　200
11．2．2　網(wǎng)格檢查　201
11．2．3　網(wǎng)格顯示　201
11．3　求解設(shè)置中的一些基本概念　202
11．3．1　壓力基與密度基求解器　202
11．3．2　穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)計(jì)算　203
11．3．3　FLUENT中的壓力　205
11．4　湍流模型　207
11．4．1　湍流和層流判斷　207
11．4．2　湍流求解方法　207
11．4．3　FLUENT中的湍流模型　208
11．4．4　y+的基本概念　210
11．4．5　壁面函數(shù)　212
11．4．6　邊界湍流設(shè)置　212
11．5　邊界條件　214
11．5．1　邊界條件分類　214
11．5．2　邊界條件設(shè)置　215
第12章　FLUENT后處理基礎(chǔ)　216
12．1　后處理概述　216
12．2　FLUENT后處理操作　216
12．2．1　創(chuàng)建特征位置　216
12．2．2　流場可視化　220
12．2．3　Graphics and Animations　220
12．2．4　動(dòng)畫創(chuàng)建　223
12．2．5　圖形設(shè)置選項(xiàng)　225
12．2．6　Plot　227
12．2．7　Reports　228
第13章　基本流動(dòng)問題計(jì)算　231
13．1　【實(shí)例13-1】翼型計(jì)算(可壓流動(dòng))　231
13．1．1　問題描述　231
13．1．2　FLUENT前處理設(shè)置　231
13．1．3　結(jié)果后處理　237
13．2　【實(shí)例13-2】卡門渦街計(jì)算(瞬態(tài)計(jì)算)　239
13．2．1　問題描述　240
13．2．2　FLUENT前處理設(shè)置　241
13．2．3　結(jié)果后處理　245
第14章　動(dòng)區(qū)域計(jì)算模型　246
14．1　運(yùn)動(dòng)區(qū)域計(jì)算概述　246
14．2　單運(yùn)動(dòng)參考系模型　247
14．2．1　SRF模型中的網(wǎng)格模型　247
14．2．2　在FLUENT中使用SRF模型　248
14．2．3　SRF模型求解策略　250
14．3　多運(yùn)動(dòng)參考系模型　250
14．3．1　多參考系模型　250
14．3．2　混合面模型　252
14．3．3　滑移網(wǎng)格模型　253
14．4　【實(shí)例14-1】離心壓縮機(jī)仿真計(jì)算(SRF模型)　253
14．4．1　問題描述　253
14．4．2　FLUENT前處理設(shè)置　253
14．4．3　后處理分析　260
14．5　【實(shí)例14-2】垂直軸風(fēng)力機(jī)流場計(jì)算(MRF)　263
14．5．1　問題描述　263
14．5．2　FLUENT前處理設(shè)置　264
14．5．3　后處理分析　268
14．6　【實(shí)例14-3】垂直軸風(fēng)力機(jī)流場計(jì)算(滑移網(wǎng)格)　270
14．6．1　模型描述　270
14．6．2　UDF定義　270
14．6．3　FLUENT前處理設(shè)置　271
14．6．4　后處理分析　274
第15章　動(dòng)網(wǎng)格模型　276
15．1　FLUENT中使用動(dòng)網(wǎng)格　276
15．2　網(wǎng)格更新方法　276
15．2．1　Smoothing　276
15．2．2　Layering　279
15．2．3　Remeshing　280
15．3　運(yùn)動(dòng)指定　281
15．3．1　瞬態(tài)Profile　281
15．3．2　動(dòng)網(wǎng)格中的UDF　283
15．4　運(yùn)動(dòng)區(qū)域定義　284
15．4．1　靜止部件(Stationary)　285
15．4．2　剛體(Rigid Body)　285
15．4．3　變形體(Deforming)　285
15．4．4　其他類型　286
15．5　網(wǎng)格預(yù)覽　286
15．6　【實(shí)例15-1】齒輪泵仿真　287
15．6．1　問題描述　287
15．6．2　FLUENT前處理設(shè)置　288
15．6．3　計(jì)算后處理　296
15．7　【實(shí)例15-2】利用6DOF計(jì)算船舶行駛情況　296
15．7．1　問題描述　297
15．7．2　FLUENT前處理設(shè)置　297
15．7．3　計(jì)算后處理　305
15．8　【實(shí)例15-3】止回閥流場計(jì)算　307
15．8．1　問題描述　307
15．8．2　FLUENT前處理設(shè)置　308
15．8．3　計(jì)算后處理　312
第16章　多相流模型　313
16．1　多相流概述　313
16．1．1　多相流定義　313
16．1．2　多相流形態(tài)　313
16．2　FLUENT中的多相流模型　314
16．2．1　多相流模型的選擇　315
16．2．2　FLUENT多相流模擬步驟　316
16．2．3　VOF模型設(shè)置　317
16．2．4　Mixture模型設(shè)置　318
16．2．5　Eulerian模型設(shè)置　319
16．3　【實(shí)例16-1】空化現(xiàn)象仿真計(jì)算(Mixture模型)　320
16．3．1　物理現(xiàn)象描述　320
16．3．2　幾何模型　320
16．3．3　建立模型并劃分網(wǎng)格　321
16．3．4　FLUENT前處理設(shè)置　323
16．3．5　后處理分析　328
16．4　【實(shí)例16-2】潰壩模擬(VOF模型)　329
16．4．1　問題描述　330
16．4．2　建立模型及劃分網(wǎng)格　330
16．4．3　FLUENT前處理設(shè)置　330
16．4．4　后處理分析　334
16．5　【實(shí)例16-3】鼓泡塔仿真計(jì)算(Eulerian模型)　336
16．5．1　問題描述　336
16．5．2　幾何模型　336
16．5．3　FLUENT前處理設(shè)置　336
16．5．4　后處理分析　340
第17章　組分輸運(yùn)及反應(yīng)流模型　342
17．1　FLUENT中的組分輸運(yùn)及反應(yīng)流模型　342
17．2　組分輸運(yùn)模型前處理　343
17．2．1　無反應(yīng)組分輸運(yùn)模型　343
17．2．2　有限反應(yīng)速率模型　345
17．3　【實(shí)例17-1】引擎著火導(dǎo)致氣體擴(kuò)散　345
17．3．1　問題描述　345
17．3．2　FLUENT前處理操作　346
17．3．3　計(jì)算后處理　351
17．4　【實(shí)例17-2】錐形燃燒器燃燒模擬(有限速率模型)　353
17．4．1　實(shí)例簡介　353
17．4．2　問題描述　353
17．4．3　FLUENT前處理設(shè)置　353
17．4．4　計(jì)算后處理　357
17．5　【實(shí)例17-3】錐形燃燒器燃燒模擬(zimount預(yù)混模型)　358
17．5．1　實(shí)例概述　358
17．5．2　FLUENT前處理設(shè)置　359
17．5．3　計(jì)算后處理　362
第四部分　計(jì)算后處理及工程應(yīng)用
第18章　流體計(jì)算后處理　366
18．1　流體計(jì)算后處理概述　366
18．2　常用的流體計(jì)算后處理工具　366
18．3　CFD-POST計(jì)算后處理一般流程　366
第19章　CFD-POST應(yīng)用　360
19．1　CFD-POST的啟動(dòng)方式　368
19．1．1　直接啟動(dòng)CFD-POST　368
19．1．2　從Workbench中啟動(dòng)CFD-POST　369
19．1．3　從計(jì)算軟件中啟動(dòng)CFD-POST　369
19．2　CFD-POST軟件工作界面　369
19．2．1　CFD-POST的菜單項(xiàng)　370
19．2．2　工具欄按鈕　371
19．3　CFD-POST后處理功能　371
19．3．1　創(chuàng)建后處理位置　371
19．3．2　生成后處理對象　378
19．3．3　數(shù)據(jù)操作　383
19．3．4　其他工具　387
19．4　【實(shí)例19-1】CFD-POST基本操作　387
19．5　【實(shí)例19-2】定量后處理　394
19．6　【實(shí)例19-3】比較多個(gè)CASE　397
19．7　【實(shí)例19-4】瞬態(tài)后處理　399
第20章　CFD-POST高級(jí)功能　402
20．1　CEL基礎(chǔ)　402
20．1．1　運(yùn)算符　402
20．1．2　常量　403
20．1．3　標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)　403
20．1．4　基本變量　404
20．1．5　CFD-POST函數(shù)　405
20．2　CCL基礎(chǔ)　406
20．2．1　CCL基本結(jié)構(gòu)　406
20．2．2　CCL語法細(xì)節(jié)　407
20．3　CFD-POST自動(dòng)化　408
20．3．1　報(bào)告模板定義　409
20．3．2　模板操作　410
20．3．3　【實(shí)例20-1】定義后處理模板　411
第21章　Design Xplorer優(yōu)化設(shè)計(jì)　415
21．1　數(shù)值優(yōu)化概述　415
21．2　Design Xplorer概述　415
21．3　Design Xplorer優(yōu)化基礎(chǔ)　416
21．3．1　基本概念　416
21．3．2　ANSYS Design Xplorer基本設(shè)置　417
21．3．3　目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)　420