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第1章 绪论1

1.1计算流体力学概述1

1.1.1计算流体力学的形成和发展1

1.1.2计算流体力学方法简介2

1.1.3计算流体力学的特点3

1.1.4计算流体力学的过程步骤4

1.2流体的基本特性4

1.2.1流体的密度、重度和相对密度4

1.2.2流体的粘性5

1.2.3流体的压缩性5

1.2.4流体的热传导及扩散6

1.2.5液体的表面张力6

1.2.6流体的运动特性6

1.3流体流动的基本控制方程9

1.3.1系统与控制体9

1.3.2质量守恒方程9

1.3.3动量守恒方程9

1.3.4能量守恒方程11

1.3.5状态方程11

1.3.6组分质量守恒方程12

1.3.7湍流的雷诺（Reynolds）时均方程及湍流模型方程12

1.3.8控制方程的通用形式14

1.4初始条件及边界条件15

1.5控制方程与流动的类型17

1.6热流体数值计算的步骤19

1.7小结20

思考题20

第2章 控制微分方程的数值求解方法22

2.1数值计算方法和分类22

2.1.1有限差分法22

2.1.2有限体积法23

2.1.3有限元法24

2.1.4有限分析法24

2.1.5边界元法24

2.1.6谱分析法25

2.1.7数值积分变换法25

2.1.8格子-Boltzmann法25

2.2离散化的概念及方法26

2.2.1离散化的概念26

2.2.2离散化方程的结构26

2.2.3离散化方程的推导方法27

2.3有限体积法原理28

2.3.1有限体积法的基本思想28

2.3.2有限体积法的计算网格28

2.3.3有限体积法的基本原理31

2.4离散化代数方程组的求解32

2.4.1概述32

2.4.2线性方程组的一般解法——高斯（Gauss）消元法33

2.4.3三对角方程组的解法——TDMA算法34

2.4.4多维离散化代数方程组的求解方法——迭代法36

2.5小结39

思考题39

第3章 热传导问题的数值计算40

3.1一维稳态热传导问题40

3.1.1离散网格的生成40

3.1.2控制方程的积分离散41

3.1.3界面值的处理41

3.1.4源项的处理43

3.1.5离散化方程的建立45

3.1.6边界条件的处理46

3.1.7拟线性离散化方程组的求解49

3.1.8有限体积法的4条基本原则49

3.1.9一维稳态热传导问题C语言编程实例51

3.2一维非稳态热传导问题55

3.2.1离散方程的建立56

3.2.2显式格式、克兰克-尼科尔森格式及全隐格式57

3.2.3全隐格式离散化方程59

3.2.4一维非稳态热传导问题C语言编程实例59

3.3二维和三维热传导问题63

3.3.1二维热传导问题的全隐格式离散化方程63

3.3.2三维热传导问题的全隐格式离散化方程64

3.3.3热传导问题离散化方程的通用表达式64

3.3.4二维热传导问题C语言编程实例65

3.4小结72

思考题72

第4章 对流与扩散问题的数值计算74

4.1一维稳态对流与扩散问题74

4.1.1控制方程的离散化74

4.1.2中心差分格式76

4.1.3一阶迎风格式77

4.1.4混合格式78

4.1.5指数格式79

4.1.6乘方格式80

4.1.7各种离散格式的共同点及精度比较81

4.1.8低阶离散格式的特点83

4.1.9一维稳态对流与扩散问题C语言编程实例83

4.2多维对流与扩散问题86

4.2.1二维瞬态对流-扩散问题的离散化方程86

4.2.2三维瞬态对流-扩散问题的离散化方程86

4.2.3对流-扩散问题离散化方程的通用表达式87

4.3小结88

思考题88

第5章 流场的数值计算90

5.1流场数值计算存在的问题90

5.2基于交错网格的动量方程离散91

5.2.1压力梯度项离散的问题91

5.2.2交错网格下动量方程的离散92

5.3压力修正算法——SIMPLE算法94

5.3.1速度修正方程94

5.3.2压力修正值方程95

5.3.3 SIMPLE算法的求解步骤96

5.3.4 SIMPLE算法的进一步讨论97

5.3.5压力参考点的选取98

5.3.6简单流场边界条件的处理98

5.3.7二维稳态层流流场SIMPLE算法求解C语言编程实例100

5.4小结113

思考题113

第6章CFD技术及其应用简介114

6.1 CFD技术的发展概况114

6.2 CFD技术在工程中的应用115

6.3 CFD商用软件的结构117

6.4常用的CFD商用软件118

6.4.1 CFD软件的发展118

6.4.2 CFD通用软件的主要特点119

6.4.3常用CFD商用软件简介119

6.5 CFD技术在工程热物理领域中的应用122

6.5.1 CFD技术在流体机械中的应用122

6.5.2 CFD技术在暖通空调工程中的应用128

6.5.3 CFD技术在制冷工程中的应用129

6.5.4 CFD技术在汽车设计中的应用132

6.6小结136

思考题136

第7章 基于CFX软件的离心泵内流模拟137

7.1 CFX软件介绍137

7.1.1软件简介137

7.1.2软件特点137

7.1.3软件求解功能139

7.1.4独具特色的前处理139

7.2离心泵模型的绘制140

7.2.1 Pro/E软件简介140

7.2.2模型的绘制142

7.3离心泵计算区域网格划分147

7.4离心泵内部流动的数值模拟152

7.5计算结果及分析156

7.6小结157

思考题157

第8章 基于STAR-CD软件的发动机喷嘴内流模拟158

8.1喷嘴内流动区域实体造型158

8.1.1 UG NX软件简介158

8.1.2喷油器绘制160

8.2喷嘴内流的动网格计算162

8.2.1 STAR-CD功能简介162

8.2.2 STAR-CD的基本组成部分163

8.2.3动态网格的特征和生成163

8.2.4数值计算168

8.3小结175

思考题175

第9章 基于STAR-CCM+软件的发动机冷却水套流动模拟176

9.1 STAR-CCM+软件介绍176

9.1.1软件简介176

9.1.2软件特点及优势176

9.1.3软件工作界面176

9.2发动机机体及冷却水套几何模型178

9.3发动机冷却水套流动模拟179

9.3.1几何模型的导入179

9.3.2网格的生成179

9.3.3物理模型和物性参数的设定183

9.3.4后处理准备184

9.3.5计算结果分析186

9.4小结188

思考题188

第10章 基于Converge软件的发动机工作过程数值模拟189

10.1 Converge软件介绍189

10.1.1软件简介189

10.1.2软件特点及优势189

10.1.3软件工作界面193

10.2内燃机缸内工作过程物理模型193

10.2.1流动相关模型193

10.2.2喷雾相关模型194

10.2.3燃烧排放模型194

10.3发动机工作过程数值模拟194

10.3.1几何导入、诊断及修复194

10.3.2边界分割196

10.3.3参数文件准备197

10.3.4计算设定198

10.3.5后处理207

10.4小结208

思考题208

第11章 基于Fire软件的喷雾燃烧及SCR后处理过程模拟209

11.1 Fire软件介绍209

11.1.1软件简介209

11.1.2软件特点209

11.1.3软件应用方面的优势210

11.2发动机喷雾燃烧过程数值模拟210

11.2.1发动机模型210

11.2.2燃烧室网格划分212

11.2.3喷雾燃烧过程数值模拟218

11.2.4数值模拟结果225

11.3 SCR后处理过程数值模拟227

11.3.1 SCR催化器三维建模227

11.3.2网格划分229

11.3.3数值模拟233

11.3.4数值模拟结果241

11.4小结241

思考题241

第12章 基于Airpak软件的厨房通风系统数值模拟242

12.1 Airpak软件介绍242

12.1.1软件简介242

12.1.2软件特点242

12.1.3软件工作界面242

12.2厨房空间物理模型244

12.3厨房通风系统数值模拟246

12.3.1厨房求解域网格246

12.3.2求解及参数设定247

12.3.3边界条件设置247

12.3.4数值模拟操作及设置过程247

12.3.5数值模拟结果253

12.4小结256

思考题256

参考文献257