ANSYS CFX流体动力学仿真案例详解

目录 第1章 流体力学与计算流体力学基础 1 1.1 流体力学基础 1 1.1.1 基本概念 1 1.1.2 流体流动的分类 5 1.1.3 边界层和物体阻力 5 1.1.4 层流和湍流 6 1.1.5 流体流动的控制方程 7 1.1.6 边界条件与初始条件 8 1.2 计算流体力学基础 9 1.2.1 计算流体力学的发展 9 1.2.2 计算流体力学的求解过程 10 1.2.3 数值模拟方法和分类 10 1.2.4 有限体积法的基本思想 12 1.2.5 有限体积法的求解方法 13 1.3 计算流体力学的应用领域 14 1.4 常用的CFD商用软件 15 1.4.1 PHOENICS 15 1.4.2 STAR-CD 15 1.4.3 STAR-CCM+ 16 1.4.4 FLUENT 16 1.4.5 CFX 17 1.5 本章小结 18 第2章 CFX软件简介 19 2.1 CFX的软件结构 19 2.1.1 启动CFX 20 2.1.2 前处理器 21 2.1.3 求解管理器 22 2.1.4 后处理器 23 2.2 CFX的文件类型 24 2.3 本章小结 25 第3章 创建几何模型 26 3.1 建立几何模型概述 26 3.2 SpaceClaim简介 27 3.3 草图模式 27 3.3.1 进入草图模式 27 3.3.2 创建草图 28 3.4 创建3D几何体 28 3.4.1 拉伸 29 3.4.2 旋转 29 3.4.3 扫掠 29 3.5 导入外部CAD文件 30 3.6 创建几何体的实例操作 31 3.7 本章小结 33 第4章 生成网格 34 4.1 网格生成概述 34 4.2 ANSYS ICEM CFD简介 35 4.2.1 ICEM CFD的工作流程 36 4.2.2 ICEM CFD的文件类型 37 4.2.3 ICEM CFD的用户界面 37 4.3 ANSYS ICEM CFD基本用法 37 4.3.1 创建几何模型 38 4.3.2 导入几何文件 41 4.3.3 生成网格 41 4.3.4 生成块 46 4.3.5 编辑网格 50 4.3.6 输出网格 57 4.4 ANSYS ICEM CFD实例分析 58 4.4.1 启动ICEM CFD并建立分析项目 58 4.4.2 导入几何模型 58 4.4.3 建立模型 59 4.4.4 生成网格 61 4.4.5 编辑网格 62 4.4.6 输出网格 63 4.5 本章小结 63 第5章 CFX前处理 64 5.1 新建工程项目与网格导入 64 5.1.1 新建工程项目 64 5.1.2 导入网格 65 5.1.3 保存项目 66 5.2 设置计算域 66 5.2.1 Basic Settings（基本设置）选项卡 67 5.2.2 Fluid Models（流体模型）选项卡 68 5.2.3 Initialization（初始化）选项卡 70 5.2.4 Fluid Specific Models（特定流体模型）选项卡 70 5.2.5 Fluid Pairs Models（流体对模型）选项卡 70 5.2.6 Porosity Settings（多孔介质设置）选项卡 71 5.3 设置边界条件 72 5.3.1 边界条件的创建 72 5.3.2 边界条件的类型 72 5.4 设置初始条件 75 5.5 设置求解器 76 5.5.1 Basic Settings（基本设置）选项卡 76 5.5.2 Equation Class Settings（方程分类设置）选项卡 77 5.5.3 Advanced Options（高级设置） 选项卡 77 5.6 输出文件和设置监控 77 5.7 本章小结 78 第6章 CFX数值求解 79 6.1 启动求解管理器 79 6.2 工作界面 81 6.3 求解文件输出 82 6.4 本章小结 83 第7章 CFX后处理 84 7.1 启动后处理器 84 7.2 工作界面 85 7.3 创建位置 86 7.3.1 Point（生成点） 87 7.3.2 Point Cloud（点云） 88 7.3.3 Line（线） 89 7.3.4 Plane（面） 90 7.3.5 Volume（体） 91 7.3.6 Isosurface（等值面） 92 7.3.7 Iso Clip（区域值面） 93 7.3.8 Vortex Core Region（型芯区域） 94 7.3.9 Surface of Revolution（旋转面） 94 7.3.10 Polyline（曲线） 95 7.3.11 User Surface（自定义面） 96 7.3.12 Surface Group（多组面） 97 7.4 创建对象 97 7.4.1 创建Vector（矢量）对象 98 7.4.2 创建Contour（云图）对象 99 7.4.3 创建Streamline（流线）对象 100 7.4.4 创建Particle Track（粒子轨迹）对象 101 7.4.5 创建Volume Rendering（体绘制）对象 102 7.4.6 创建Text（文本）对象 102 7.4.7 其他创建对象 103 7.5 创建数据 105 7.5.1 Variables（变量） 105 7.5.2 Expressions（表达式） 105 7.6 本章小结 106 第8章 稳态和非稳态模拟实例 107 8.1 喷射混合管内的稳态流动 107 8.1.1 案例介绍 107 8.1.2 启动CFX并建立分析项目 108 8.1.3 导入网格 108 8.1.4 设置随温度变化的物质参数 108 8.1.5 修改物质属性 110 8.1.6 边界条件 111 8.1.7 初始条件 115 8.1.8 求解控制 115 8.1.9 计算求解 116 8.1.10 结果后处理 118 8.2 烟囱非稳态流动 120 8.2.1 案例介绍 120 8.2.2 启动CFX并建立分析项目 121 8.2.3 导入网格 121 8.2.4 设置随温度变化的物质参数 121 8.2.5 设置分析类型 122 8.2.6 边界条件 122 8.2.7 初始条件 128 8.2.8 求解控制 128 8.2.9 输出控制 128 8.2.10 计算求解 129 8.2.11 结果后处理 130 8.3 本章小结 132 第9章 内部流动分析实例 133 9.1 圆管内气体的流动 133 9.1.1 案例介绍 133 9.1.2 启动CFX并建立分析项目 133 9.1.3 导入网格 134 9.1.4 边界条件 134 9.1.5 初始条件 136 9.1.6 求解控制 137 9.1.7 计算求解 137 9.1.8 结果后处理 139 9.2 静态混合器内水的流动 141 9.2.1 案例介绍 141 9.2.2 启动CFX并建立分析项目 141 9.2.3 导入网格 142 9.2.4 边界条件 142 9.2.5 初始条件 145 9.2.6 求解控制 145 9.2.7 计算求解 146 9.2.8 结果后处理 147 9.3 本章小结 151 第10章 外部流动分析实例 152 10.1 钝体绕流 152 10.1.1 案例介绍 152 10.1.2 启动CFX并建立分析项目 153 10.1.3 导入网格 153 10.1.4 边界条件 153 10.1.5 初始条件 158 10.1.6 求解控制 158 10.1.7 计算求解 159 10.1.8 结果后处理 161 10.2 机翼超音速流动 166 10.2.1 案例介绍 166 10.2.2 启动CFX并建立分析项目 166 10.2.3 导入网格 167 10.2.4 边界条件 167 10.2.5 初始条件 173 10.2.6 求解控制 173 10.2.7 计算求解 173 10.2.8 结果后处理 175 10.3 本章小结 176 第11章 多相流分析实例 177 11.1 自由表面流动 177 11.1.1 案例介绍 177 11.1.2 启动CFX并建立分析项目 178 11.1.3 导入网格 178 11.1.4 导入表达式 178 11.1.5 边界条件 179 11.1.6 初始条件 184 11.1.7 自适应网格设置 185 11.1.8 求解控制 185 11.1.9 计算求解 186 11.1.10 结果后处理 187 11.2 混合容器内多相流动 191 11.2.1 案例介绍 191 11.2.2 启动CFX并建立分析项目 191 11.2.3 导入网格 192 11.2.4 边界条件 193 11.2.5 初始条件 206 11.2.6 求解控制 206 11.2.7 计算求解 207 11.2.8 结果后处理 208 11.3 本章小结 211 第12章 空调通风和传热流动分析实例 212 12.1 空调通风 212 12.1.1 案例介绍 212 12.1.2 启动CFX并建立分析项目 213 12.1.3 导入网格 213 12.1.4 导入CCL文件 214 12.1.5 编译Fortune子程序 214 12.1.6 设置CEL程序 215 12.1.7 设置分析类型 215 12.1.8 边界条件 216 12.1.9 初始条件 220 12.1.10 求解控制 220 12.1.11 输出控制 221 12.1.12 计算求解 221 12.1.13 结果后处理 222 12.2 传热流动分析 225 12.2.1 案例介绍 225 12.2.2 启动CFX并建立分析项目 225 12.2.3 导入网格 225 12.2.4 编辑物质属性 226 12.2.5 边界条件 227 12.2.6 求解控制 233 12.2.7 计算求解 233 12.2.8 结果后处理 235 12.3 本章小结 237 第13章 多孔介质和气固两相分析实例 238 13.1 催化转换器内多孔介质流动 238 13.1.1 案例介绍 239 13.1.2 启动CFX并建立分析项目 239 13.1.3 导入CCL文件 239 13.1.4 导入网格 240 13.1.5 边界条件 241 13.1.6 初始条件 248 13.1.7 求解控制 249 13.1.8 离散化设置 249 13.1.9 计算求解 250 13.1.10 结果后处理 251 13.2 气升式反应器内气固两相流动 255 13.2.1 案例介绍 255 13.2.2 启动CFX并建立分析项目 256 13.2.3 导入网格 256 13.2.4 边界条件 257 13.2.5 初始条件 264 13.2.6 求解控制 265 13.2.7 计算求解 266 13.2.8 结果后处理 267 13.3 本章小结 269 第14章 化学反应分析实例 270 14.1 室内甲烷燃烧模拟 270 14.1.1 案例介绍 270 14.1.2 启动CFX并建立分析项目 270 14.1.3 导入网格 271 14.1.4 反应混合物属性 271 14.1.5 边界条件 272 14.1.6 初始条件 277 14.1.7 求解控制 278 14.1.8 计算求解 278 14.1.9 结果后处理 280 14.2 煤粉燃烧 284 14.2.1 案例介绍 284 14.2.2 启动CFX并建立分析项目 284 14.2.3 导入网格 284 14.2.4 导入CCL文件 285 14.2.5 边界条件 285 14.2.6 初始条件 295 14.2.7 求解控制 295 14.2.8 计算求解 296 14.2.9 结果后处理 297 14.3 旋转炉煤粉燃烧 299 14.3.1 项目导入 299 14.3.2 修改边界条件 299 14.3.3 计算求解 300 14.3.4 结果后处理 300 14.4 旋转炉煤粉燃烧生成NO模拟 301 14.4.1 项目导入 301 14.4.2 修改边界条件 302 14.4.3 计算求解 302 14.4.4 结果后处理 302 14.5 本章小结 303 第15章 动网格分析实例 304 15.1 球阀流动 304 15.1.1 案例介绍 304 15.1.2 启动CFX并建立分析项目 305 15.1.3 导入网格 305 15.1.4 设置分析类型 306 15.1.5 边界条件 306 15.1.6 初始条件 313 15.1.7 求解控制 313 15.1.8 输出控制 313 15.1.9 计算求解 314 15.1.10 结果后处理 315 15.2 浮标运动分析 319 15.2.1 案例介绍 319 15.2.2 启动CFX并建立分析项目 319 15.2.3 导入网格 320 15.2.4 导入表达式 320 15.2.5 设置分析类型 321 15.2.6 边界条件 321 15.2.7 初始条件 328 15.2.8 求解控制 329 15.2.9 输出控制 329 15.2.10 计算求解 330 15.2.11 结果后处理 331 15.3 本章小结 333 第16章 CFX在Workbench中的应用 334 16.1 圆管内气体的流动 334 16.1.1 案例介绍 334 16.1.2 启动Workbench并建立分析项目 334 16.1.3 导入几何体 335 16.1.4 划分网格 335 16.1.5 边界条件 339 16.1.6 初始条件 341 16.1.7 求解控制 341 16.1.8 计算求解 342 16.1.9 结果后处理 343 16.1.10 保存与退出 345 16.2 三通内气体的流动 346 16.2.1 案例介绍 346 16.2.2 启动Workbench并建立分析项目 346 16.2.3 导入几何体 347 16.2.4 划分网格 347 16.2.5 边界条件 352 16.2.6 初始条件 355 16.2.7 求解控制 355 16.2.8 计算求解 355 16.2.9 结果后处理 356 16.2.10 保存与退出 358 16.3 本章小结 359 参考文献 360