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ANSYS Fluent 2020工程案例詳解 視頻教程版

作者：孫立軍
出版社：北京大學(xué)出版社出版時間：2021-04-01
開本： 16開 頁數(shù)： 356
中 圖 價:¥62.3(7.0折) 定價  ¥89.0 登錄后可看到會員價
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ANSYS Fluent 2020工程案例詳解 視頻教程版 版權(quán)信息

ANSYS Fluent 2020工程案例詳解 視頻教程版 本書特色

通過分析Fluent軟件從6.3到2020完善全過程 幫你梳理Fluent 軟件仿真分析基礎(chǔ)、有效設(shè)置及快捷操作 教你學(xué)會如何把復(fù)雜工程化問題簡化為運用Fluent 軟件進(jìn)行分析計算 視頻輔助操作練習(xí)，將理論應(yīng)用于實際

ANSYS Fluent 2020工程案例詳解 視頻教程版 內(nèi)容簡介

ANSYS Fluent 2020涵蓋各種物理建模功能，可對工業(yè)應(yīng)用中的流動、湍流、熱交換等進(jìn)行建模，具有超強(qiáng)的可擴(kuò)展的高性能計算功能，能夠快速高效地解決復(fù)雜的流體動力學(xué)仿真問題。本書從Fluent2020仿真計算基礎(chǔ)理論講起，詳細(xì)分析說明Fluent仿真計算操作設(shè)置并深入到項目實戰(zhàn)案例，重點介紹使用Fluent進(jìn)行大功率電力電子、污染物泄露擴(kuò)散等領(lǐng)域的仿真計算，讀者不但可以系統(tǒng)地學(xué)習(xí)如何進(jìn)行Fluent仿真分析設(shè)置，而且還能對Fluent解決實際工程問題分析有更為深入的理解。本書分為15章，內(nèi)容主要包括Fluent軟件操作及設(shè)置，以及13個實際工程案例的詳解。覆蓋湍流流動、傳熱、組分輸送模型、多相流、顆粒離散相、噪聲等，涉及流體流動、燃燒傳熱、大功率電力電子散熱、污染物泄漏擴(kuò)散、多相流流動及建筑物舒適性等工程問題。本書內(nèi)容通俗易懂，案例豐富，實用性強(qiáng)，特別適合Fluent 2020的入門讀者和進(jìn)階讀者閱讀，也適合具有一定工程經(jīng)驗的結(jié)構(gòu)、土木、建筑等領(lǐng)域其他Fluent愛好者閱讀。另外，本書也適合作為相關(guān)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)的教材使用。

ANSYS Fluent 2020工程案例詳解 視頻教程版 目錄

第1章 理論基礎(chǔ)
1.1 流體力學(xué)基本理論 2
1.1.1 基本概念 2
1.1.2 層流和湍流 3
1.1.3 控制方程 3
1.1.4 邊界及初始條件 4
1.2 計算流體力學(xué)概述 5
1.2.1 計算流體力學(xué)的求解過程 5
1.2.2 有限體積法 6
1.2.3 求解方法 6
第2章 Fluent軟件操作及設(shè)置
2.1 軟件啟動及網(wǎng)格導(dǎo)入 9
2.1.1 軟件啟動 9
2.1.2 網(wǎng)格導(dǎo)入 11
2.1.3 網(wǎng)格尺寸調(diào)整及優(yōu)化 12
2.2 總體模型設(shè)置 14
2.2.1 求解器及暫穩(wěn)態(tài)設(shè)置 14
2.2.2 操作參數(shù)設(shè)置 15
2.3 典型物理模型介紹及設(shè)置 16
2.3.1 多相流模型設(shè)置 16
2.3.2 能量方程設(shè)置 19
2.3.3 流動模型設(shè)置 19
2.3.4 輻射模型設(shè)置 22
2.3.5 組分模型（燃燒及擴(kuò)散）設(shè)置 25
2.3.6 顆粒離散相模型設(shè)置 30
2.3.7 噪聲模型設(shè)置 32
2.4 材料及物性參數(shù)設(shè)置 33
2.4.1 新增材料設(shè)置 33
2.4.2 材料物性參數(shù)修改 35
2.5 計算域設(shè)置 36
2.5.1 計算域內(nèi)材料設(shè)置 36
2.5.2 計算域內(nèi)屬性設(shè)置 37
2.6 邊界條件介紹及設(shè)置 38
2.6.1 常用邊界條件分類 38
2.6.2 常用邊界條件參數(shù)設(shè)置 39
2.7 求解離散方法及控制設(shè)置 51
2.7.1 求解離散方法設(shè)置 51
2.7.2 松弛因子參數(shù)設(shè)置 52
2.8 求解過程監(jiān)測設(shè)置 52
2.8.1 殘差監(jiān)測設(shè)置 52
2.8.2 面參數(shù)監(jiān)測設(shè)置 53
2.8.3 體參數(shù)監(jiān)測設(shè)置 54
2.9 初始化參數(shù)設(shè)置 55
2.10 輸出保存文件設(shè)置 56
2.11 求解計算設(shè)置 57
第3章 變壓器繞組溫升及內(nèi)部流場仿真分析研究
3.1 案例簡介 60
3.2 軟件啟動及網(wǎng)格導(dǎo)入 60
3.3 模型、材料及邊界條件設(shè)置 61
3.3.1 總體模型設(shè)置 61
3.3.2 物理模型設(shè)置 63
3.3.3 材料設(shè)置 64
3.3.4 計算域設(shè)置 69
3.3.5 邊界條件設(shè)置 72
3.4 求解設(shè)置 77
3.4.1 求解方法及松弛因子設(shè)置 77
3.4.2 變量監(jiān)測設(shè)置 77
3.4.3 求解過程監(jiān)測設(shè)置 78
3.4.4 參數(shù)初始化設(shè)置 79
3.4.5 輸出保存設(shè)置文件 80
3.4.6 求解計算設(shè)置 80
3.5 結(jié)果處理及分析 81
3.5.1 創(chuàng)建分析截面 81
3.5.2 溫度云圖分析 82
3.5.3 速度云圖分析 84
3.5.4 計算結(jié)果數(shù)據(jù)后處理分析 85
第4章 埋地輸油管道周圍溫度場暫態(tài)分析研究
4.1 案例簡介 89
4.2 軟件啟動及網(wǎng)格導(dǎo)入 89
4.3 模型、材料及邊界條件設(shè)置 90
4.3.1 總體模型設(shè)置 90
4.3.2 物理模型設(shè)置 91
4.3.3 材料設(shè)置 93
4.3.4 計算域設(shè)置 97
4.3.5 邊界條件設(shè)置 98
4.4 求解設(shè)置 102
4.4.1 求解方法及松弛因子設(shè)置 102
4.4.2 變量監(jiān)測設(shè)置 102
4.4.3 求解過程監(jiān)測設(shè)置 103
4.4.4 參數(shù)初始化設(shè)置 104
4.4.5 輸出保存設(shè)置文件 105
4.4.6 求解計算設(shè)置 106
4.5 結(jié)果處理及分析 107
4.5.1 創(chuàng)建分析截面 107
4.5.2 溫度云圖分析 107
4.5.3 計算結(jié)果數(shù)據(jù)后處理分析 109
第5章 大空間下建筑物內(nèi)外空氣流動特性分析
5.1 案例簡介 113
5.2 軟件啟動及網(wǎng)格導(dǎo)入 113
5.3 模型、材料及邊界條件設(shè)置 114
5.3.1 總體模型設(shè)置 114
5.3.2 物理模型設(shè)置 115
5.3.3 材料設(shè)置 116
5.3.4 計算域設(shè)置 117
5.3.5 邊界條件設(shè)置 117
5.4 求解設(shè)置 120
5.4.1 求解方法及松弛因子設(shè)置 120
5.4.2 求解過程監(jiān)測設(shè)置 120
5.4.3 參數(shù)初始化設(shè)置 121
5.4.4 輸出保存設(shè)置文件 122
5.4.5 求解計算設(shè)置 122
5.5 結(jié)果處理及分析 123
5.5.1 創(chuàng)建分析截面 123
5.5.2 速度分布云圖分析 123
5.5.2 速度矢量云圖分析 124
第6章 大功率電力電子器件散熱仿真分析
6.1 案例簡介 128
6.2 軟件啟動及網(wǎng)格導(dǎo)入 128
6.3 模型、材料及邊界條件設(shè)置 129
6.3.1 總體模型設(shè)置 129
6.3.2 物理模型設(shè)置 130
6.3.3 材料設(shè)置 131
6.3.4 計算域設(shè)置 133
6.3.5 邊界條件設(shè)置 135
6.4 求解設(shè)置 139
6.4.1 求解方法及松弛因子設(shè)置 139
6.4.2 求解過程監(jiān)測設(shè)置 140
6.4.3 參數(shù)初始化設(shè)置 140
6.4.4 輸出保存設(shè)置文件 141
6.4.5 求解計算設(shè)置 141
6.5 結(jié)果處理及分析 142
6.5.1 創(chuàng)建分析截面 142
6.5.2 速度云圖分析 142
6.5.3 溫度云圖分析 144
6.5.4 計算結(jié)果數(shù)據(jù)后處理分析 145
第7章 煤粉氣固兩相流流動仿真分析
7.1 案例簡介 148
7.2 軟件啟動及網(wǎng)格導(dǎo)入 148
7.3 模型、材料及邊界條件設(shè)置 149
7.3.1 總體模型設(shè)置 149
7.3.2 物理模型設(shè)置 150
7.3.3 材料設(shè)置 153
7.3.4 計算域設(shè)置 154
7.3.5 邊界條件設(shè)置 155
7.4 求解設(shè)置 157
7.4.1 求解方法及松弛因子設(shè)置 157
7.4.2 求解過程監(jiān)測設(shè)置 158
7.4.3 參數(shù)初始化設(shè)置 158
7.4.4 輸出保存設(shè)置文件 159
7.4.5 瞬態(tài)計算自動保存設(shè)置 159
7.4.6 求解計算設(shè)置 160
7.5 結(jié)果處理及分析 160
7.5.1 速度云圖分析 160
7.5.2 離散相煤粉濃度云圖分析 162
第8章 大型往復(fù)式燃燒爐爐膛內(nèi)煙氣流動及傳熱特性分析
8.1 案例簡介 166
8.2 軟件啟動及網(wǎng)格導(dǎo)入 166
8.3 模型、材料及邊界條件設(shè)置 167
8.3.1 總體模型設(shè)置 167
8.3.2 物理模型設(shè)置 168
8.3.3 材料設(shè)置 170
8.3.4 計算域設(shè)置 172
8.3.5 邊界條件設(shè)置 173
8.4 求解設(shè)置 178
8.4.1 求解方法及松弛因子設(shè)置 178
8.4.2 求解過程監(jiān)測設(shè)置 179
8.4.3 參數(shù)初始化設(shè)置 180
8.4.4 輸出保存設(shè)置文件 180
8.4.5 求解計算設(shè)置 181
8.5 結(jié)果處理及分析 181
8.5.1 選取截面溫度云圖分析 181
8.5.2 選取截面速度云圖分析 183
8.5.3 選取截面速度矢量圖分析 184
8.5.4 整體爐膛壁面溫度云圖分析 185
8.5.5 計算結(jié)果數(shù)據(jù)后處理分析 186
第9章 河道內(nèi)污染物流動擴(kuò)散仿真分析
9.1 案例簡介 190
9.2 軟件啟動及網(wǎng)格導(dǎo)入 190
9.3 模型、材料及邊界條件設(shè)置 191
9.3.1 總體模型設(shè)置 191
9.3.2 物理模型設(shè)置 192
9.3.3 材料設(shè)置 194
9.3.4 計算域設(shè)置 196
9.3.5 邊界條件設(shè)置 197
9.4 求解設(shè)置 200
9.4.1 求解方法及松弛因子設(shè)置 200
9.4.2 求解過程監(jiān)測設(shè)置 201
9.4.3 參數(shù)初始化設(shè)置 201
9.4.4 輸出保存設(shè)置文件 202
9.4.5 求解計算設(shè)置 203
9.5 結(jié)果處理及分析 203
9.5.1 速度云圖分析 203
9.5.2 污染物濃度云圖分析 204
9.5.3 計算結(jié)果數(shù)據(jù)后處理分析 206
第10章 不同組分氣體混合分析研究
10.1 案例簡介 208
10.2 軟件啟動及網(wǎng)格導(dǎo)入 208
10.3 模型、材料及邊界條件設(shè)置 209
10.3.1 總體模型設(shè)置 209
10.3.2 物理模型設(shè)置 211
10.3.3 材料設(shè)置 212
10.3.4 計算域設(shè)置 215
10.3.5 邊界條件設(shè)置 215
10.4 求解設(shè)置 218
10.4.1 求解方法及松弛因子設(shè)置 218
10.4.2 求解過程監(jiān)測設(shè)置 219
10.4.3 參數(shù)初始化設(shè)置 220
10.4.4 輸出保存設(shè)置文件 220
10.4.5 求解計算設(shè)置 221
10.5 結(jié)果處理及分析 222
10.5.1 氣體濃度云圖分析 222
10.5.2 速度云圖分析 223
10.5.3 計算結(jié)果數(shù)據(jù)后處理分析 224
第11章 液化天然氣儲罐內(nèi)翻滾仿真分析研究
11.1 案例簡介 227
11.2 軟件啟動及網(wǎng)格導(dǎo)入 227
11.3 模型、材料及邊界條件設(shè)置 228
11.3.1 總體模型設(shè)置 228
11.3.2 物理模型設(shè)置 230
11.3.3 材料設(shè)置 232
11.3.4 計算域設(shè)置 236
11.3.5 邊界條件設(shè)置 237
11.4 求解設(shè)置 239
11.4.1 求解方法及松弛因子設(shè)置 239
11.4.2 求解過程賤檢測設(shè)置 240
11.4.3 參數(shù)初始化設(shè)置 240
11.4.4 輸出保存設(shè)置文件 242
11.4.5 求解計算設(shè)置 243
11.5 結(jié)果處理及分析 244
11.5.1 速度云圖分析 244
11.5.2 速度等值線分布分析 247
第12章 數(shù)據(jù)機(jī)房內(nèi)發(fā)熱器件溫度及流場仿真研究
12.1 案例簡介 250
12.2 軟件啟動及網(wǎng)格導(dǎo)入 250
12.3 模型、材料及邊界條件設(shè)置 251
12.3.1 總體模型設(shè)置 251
12.3.2 物理模型設(shè)置 252
12.3.3 材料設(shè)置 253
12.3.4 計算域設(shè)置 255
12.3.5 邊界條件設(shè)置 257
12.4 求解設(shè)置 260
12.4.1 求解方法及松弛因子設(shè)置 260
12.4.2 求解過程監(jiān)測設(shè)置 261
12.4.3 參數(shù)初始化設(shè)置 262
12.4.4 輸出保存設(shè)置文件 262
12.4.5 求解計算設(shè)置 263
12.5 結(jié)果處理及分析 263
12.5.1 創(chuàng)建分析截面 263
12.5.2 溫度云圖分析 264
12.5.3 速度云圖分析 267
12.5.4 計算結(jié)果數(shù)據(jù)后處理分析 268
第13章 房間空調(diào)位置對舒適度影響的仿真研究
13.1 案例簡介 272
13.2 軟件啟動及網(wǎng)格導(dǎo)入 272
13.3 模型、材料及邊界條件設(shè)置 273
13.3.1 總體模型設(shè)置 273
13.3.2 物理模型設(shè)置 274
13.3.3 材料設(shè)置 275
13.3.4 計算域設(shè)置 277
13.3.5 邊界條件設(shè)置 278
13.4 求解設(shè)置 280
13.4.1 求解方法及松弛因子設(shè)置 280
13.4.2 求解過程監(jiān)測設(shè)置 280
13.4.3 參數(shù)初始化設(shè)置 281
13.4.4 輸出保存設(shè)置文件 282
13.4.5 求解計算設(shè)置 283
13.5 結(jié)果處理及分析 283
13.5.1 創(chuàng)建分析截面 283
13.5.2 溫度云圖分析 284
13.5.3 速度云圖分析 288
13.5.4 計算結(jié)果數(shù)據(jù)后處理分析 290
第14章 大空間內(nèi)氣體污染物擴(kuò)散仿真分析研究
14.1 案例簡介 294
14.2 軟件啟動及網(wǎng)格導(dǎo)入 294
14.3 模型、材料及邊界條件設(shè)置 295
14.3.1 總體模型設(shè)置 295
14.3.2 物理模型設(shè)置 296
14.3.3 材料設(shè)置 298
14.3.4 計算域設(shè)置 301
14.3.5 邊界條件設(shè)置 302
14.4 求解設(shè)置 306
14.4.1 求解方法及松弛因子設(shè)置 306
14.4.2 求解過程監(jiān)測設(shè)置 307
14.4.3 參數(shù)初始化設(shè)置 308
14.4.4 輸出保存設(shè)置文件 309
14.4.5 求解計算設(shè)置 310
14.5 結(jié)果處理及分析 310
14.5.1 創(chuàng)建分析截面 310
14.5.2 污染物濃度云圖分析 311
14.5.3 速度云圖分析 315
14.5.4 計算結(jié)果數(shù)據(jù)后處理分析 316
第15章 鍋爐煙道內(nèi)SNCR脫硝冷態(tài)模擬分析研究
15.1 案例簡介 320
15.2 軟件啟動及網(wǎng)格導(dǎo)入 320
15.3 模型、材料及邊界條件設(shè)置 321
15.3.1 總體模型設(shè)置 321
15.3.2 物理模型設(shè)置 322
15.3.3 材料設(shè)置 324
15.3.4 計算域設(shè)置 325
15.3.5 邊界條件設(shè)置 326
15.4 求解設(shè)置 331
15.4.1 求解方法及松弛因子設(shè)置 331
15.4.2 求解過程監(jiān)測設(shè)置 332
15.4.3 參數(shù)初始化設(shè)置 333
15.4.4 輸出保存設(shè)置文件 334
15.4.5 求解計算設(shè)置 334
15.5 結(jié)果處理及分析 335
15.5.1 創(chuàng)建分析截面 335
15.5.2 煙氣組分濃度云圖分析 336
15.5.3 速度云圖分析 339
15.5.4 計算結(jié)果數(shù)據(jù)后處理分析 341
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第1章 理論基礎(chǔ) 1.1 流體力學(xué)基本理論 1.1.1 基本概念 在進(jìn)行Fluent仿真分析計算時，流體的部分物性參數(shù)及基本概念會對計算的結(jié)果有重要的影響。因此本節(jié)對一些比較重要的流體物性參數(shù)及基本概念進(jìn)行說明。 1. 密度 密度的定義是單位體積內(nèi)物質(zhì)的質(zhì)量是多少。均勻密度的計算公式如下所示： （1-1） 其中，ρ為流體的密度，M為流體的質(zhì)量，V為體積。流體的密度是流體本身固有的物理變量，但是流體的密度會隨著溫度和壓力的變化而變化。例如，在分析封閉空間內(nèi)流體受熱流動，則需要考慮流體密度隨溫度的變化關(guān)系。 2. 靜壓、動壓和總壓 對于靜止?fàn)顟B(tài)下的流體，只有靜壓；對于流動狀態(tài)的流體而言，則有靜壓、動壓和總壓之分。 根據(jù)流體力學(xué)中的伯努利（Bernoulli）方程可知，對于理想不可壓縮的流動，其計算公式如下所示： （1-2） 其中，為壓強(qiáng)水頭（P為靜壓），為速度水頭，Z為重力勢能，這三項之和就是流體質(zhì)點的總機(jī)械能，H為總的水頭高。 若將上式兩邊同時乘以，則可得如下計算公式： （1-3） 其中，P為靜壓，為動壓，為總壓。 在進(jìn)行仿真結(jié)果后的處理過程中，以上這幾個定義千萬不要混淆。 3. 邊界層 針對實際工程中雷諾數(shù)較大的流動仿真，在進(jìn)行網(wǎng)格劃分時，應(yīng)將計算域分成兩個區(qū)域：邊界層區(qū)域及外部區(qū)域。 對于外部區(qū)域，忽略流體流動過程中的黏性力，采用理想流體運動理論求解出外部流動，從而得到邊界層外部邊界上的壓力和速度分布，并將其作為邊界層流動計算的外邊界輸入條件。 而在邊界層區(qū)域必須考慮流體流動的黏性力，邊界層雖然尺度很小，但是物理量在物體表面上的分布及物體表面附近的流動都與邊界層內(nèi)流動有聯(lián)系，因此邊界層的定義非常重要。 描述邊界層內(nèi)黏性流體運動的是N-S方程。由于邊界層厚度δ比特征長度小很多，而且方向的速度分量沿法向的變化比切向大得多。因此N-S方程可以在邊界層內(nèi)做很大的簡化，簡化后的方程稱為普朗特邊界層方程，是進(jìn)行邊界層流動求解的基本方程。邊界層示意圖如圖1.1所示。 對于雷諾數(shù)較大的邊界層流動，其邊界層的厚度比物體的特征長度要小得多，即δ/L（邊界層相對厚度）是一個相對較小量。因此邊界層內(nèi)黏性力和慣性力為同階。 1.1.2 層流和湍流 流體的流動分為層流和湍流，層流是指流體在流動過程中層與層之間沒有相互混合，而湍流是指流體在流動過程中層與層之間互相混合很劇烈。層流與湍流的判斷標(biāo)準(zhǔn)為雷諾數(shù)。 流體的湍流流動是十分復(fù)雜的，目前還沒有一種湍流模型能夠全面、準(zhǔn)確地對所有流動問題中的湍流現(xiàn)象進(jìn)行模擬。 Fluent中的湍流模型常用的主要有Spalart-Allmaras模型、Standard K-Epsilon模型、RNG（重整化群）K-Epsilon模型、Realizable K-Epsilon模型、RSM（Reynolds Stress Model，雷諾應(yīng)力模型）和LES（Large Eddy Simulation，大渦模擬）方法等。具體的湍流模型如何選取需要基于所分析的物理過程，在實際操作過程中可以通過幾個湍流模型進(jìn)行計算對比，進(jìn)而確定*優(yōu)的湍流模型。 1.1.3 控制方程 流體流動要滿足物理守恒定律，基本的守恒定律包括質(zhì)量守恒定律、動量守恒定律和能量守恒定律。如果流動包含不同組分的混合或相互反應(yīng)，系統(tǒng)還要遵守組分守恒定律。如果流動處于湍流狀態(tài)，系統(tǒng)還要遵守附加湍流輸運方程。具體介紹如下。 1. 質(zhì)量守恒方程 任何流動問題都滿足守恒定律：單位時間內(nèi)流體微元體中質(zhì)量的增加，等于同一時間間隔內(nèi)流入該微元體的凈質(zhì)量。按照這一定律，可以得出如下公式所示的質(zhì)量守恒方程： （1-4） 這一方程是質(zhì)量守恒方程的一般形式，適用于可壓流動和不可壓流動。源項Sm是從分散的二級相中加入到連續(xù)相的質(zhì)量，也可以是任何自定義源項。 2. 動量守恒方程 動量守恒定律是任何流體流動都必須滿足的基本定律，其計算公式如下所示： （1-5） 其中，P為靜壓，τij為應(yīng)力張量，gi和Fi分別為i方向上的重力體積力和外部體積力（如離散相互作用產(chǎn)生的升力）。Fi包含其他模型相關(guān)源項，如多孔介質(zhì)和自定義源項。 應(yīng)力張量的計算公式如下所示： （1-6） 3. 能量守恒方程 能量守恒定律是包含有熱交換的流動系統(tǒng)必須滿足的基本定律。對于牛頓流體而言，其能量守恒方程如下所示： （1-7） 其中，cp為比熱容，T為溫度，k為流體的傳熱系數(shù)，ST為流體的內(nèi)熱源及由于黏性作用流體機(jī)械能轉(zhuǎn)換為熱能的部分，有時簡稱ST為黏性耗散項。但是對于非牛頓流體，其能量方程需要再具體分析。 1.1.4 邊界及初始條件 對于求解工程中遇到的流動和傳熱問題，在確定選用方程后，還需要確定計算邊界條件；對于非定常（瞬態(tài)）問題，還需要確定初始條件。 邊界條件就是在流體運動邊界上控制方程應(yīng)該滿足的條件，對數(shù)值計算過程有很大的影響。目前Fluent中主要的邊界類型包括以下幾種。 1. 入口邊界條件 常見的入口邊界條件有速度入口邊界條件、壓力入口邊界條件和質(zhì)量流量入口邊界條件。速度入口邊界條件一般適用于不可壓縮流動；壓力入口邊界條件既適用于可壓縮流動，又適用于不可壓縮流動；質(zhì)量流量入口邊界條件一般用于已知入口質(zhì)量流量的情況，可用于可壓縮流動，也可用于不可壓縮流動。根據(jù)仿真經(jīng)驗可知，當(dāng)壓力入口邊界條件和質(zhì)量流量入口邊界條件均滿足時，應(yīng)優(yōu)先選擇壓力入口邊界條件。 2. 出口邊界條件 Fluent中常見的出口邊界條件有壓力出口邊界條件和自由出口（質(zhì)量出口）邊界條件，壓力出口邊界條件需要在出口邊界處定義出口壓力，此時只用于亞聲速流動。在求解過程中，如果壓力出口邊界處流體流動是反向的，那么回流條件也需要進(jìn)行設(shè)置。 當(dāng)流動出口的速度和壓力未知時，可以使用質(zhì)量出口邊界條件進(jìn)行設(shè)置。但是需要注意，如果模擬的流動為可壓縮流動或邊界條件中包含壓力出口時，則不能使用質(zhì)量出口邊界條件。 3. 壁面邊界條件 在進(jìn)行黏性流體流動問題分析時，壁面的動量邊界條件包括靜止壁面及運動壁面，剪切類型包括無滑移、剪切應(yīng)力等。壁面熱邊界條件包括恒定熱流、恒定溫度、對流換熱及外部輻射換熱等。 4. 對稱邊界條件 對稱邊界條件應(yīng)用于計算模型是對稱的情況。在對稱軸或?qū)ΨQ平面上沒有對流通量，因此垂直于對稱軸或?qū)ΨQ平面的速度分量為0。在對稱邊界上，垂直邊界的速度分量為0，任何量的梯度都為0。 5. 周期性邊界條件 如果流體的幾何邊界、流動和換熱是周期性重復(fù)的，那么可以采用周期性邊界條件。 1.2 計算流體力學(xué)概述 1.2.1 計算流體力學(xué)的求解過程 運用Fluent軟件進(jìn)行工程化問題仿真分析，一般分為如下4個步驟。 （1）基于實際工程，對所研究的問題建立幾何物理模型，應(yīng)用網(wǎng)格劃分軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分。對于多工況及非穩(wěn)態(tài)情況的仿真分析，需要進(jìn)行網(wǎng)格尺寸無關(guān)性驗證，在滿足計算精度的前提下，確定*優(yōu)的網(wǎng)格尺寸。 （2）確定仿真計算求解所需要的初始條件，如入口、出口處的邊界條件設(shè)置，如果涉及內(nèi)熱源發(fā)熱、傳熱等，則需要設(shè)置發(fā)熱源等其他邊界條件。 （3）基于所分析的問題，選擇合適的算法，設(shè)置具體的控制求解過程和收斂精度要求，對所需分析的問題進(jìn)行求解，并且保存數(shù)據(jù)文件結(jié)果。 （4）選擇合適的后處理器進(jìn)行計算結(jié)果分析，基于分析結(jié)果對初始邊界條件參數(shù)設(shè)置校核，直至得到理想的計算結(jié)果。 以上步驟構(gòu)成了數(shù)值模擬的全過程，由此可知，進(jìn)行工程問題合理化簡化是仿真分析的**步，并且這一步往往是*重要的。 1.2.2 有限體積法 目前常用的離散化方法有有限差分法、有限單元法和有限體積法。而在Fluent中主要是應(yīng)用有限體積法進(jìn)行仿真分析。 有限體積法是基于積分形式的守恒方程而不是基于微分方程，該積分形式的守恒方程描述的是計算網(wǎng)格定義的每個控制體。有限體積法著重從物理觀點來構(gòu)造離散方程，每一個離散方程都是有限大小的體積上某種物理量守恒的表示式推導(dǎo)，如圖1.2所示。 圖1.2中的陰影部分為控制體積，單元為控制體積的中心，是待求解物理量的幾何位置。圖中用空心圓來代替，如圖中的W、N等。其中的N1、N2、N3等為網(wǎng)格節(jié)點，交錯的線為網(wǎng)格線。對于二維流動仿真，上述變量則是求解計算的基礎(chǔ)。 1.2.3 求解方法 控制方程被離散化以后，就可以進(jìn)行求解了。下面介紹幾種常用的壓力與速度耦合求解算法，分別是SIMPLE算法、SIMPLEC算法和PISO算法。 1. SIMPLE算法 SIMPLE算法是目前工程實際應(yīng)用中*為廣泛的一種流場計算方法，屬于壓力修正法的一種。該方法的核心是采用“猜測-修正”的過程，在交錯網(wǎng)格的基礎(chǔ)上計算壓力場，從而達(dá)到求解動量方程的目的。 SIMPLE算法的基本思想為：對于給定的壓力場，求解離散形式的動量方程，從而得到速度場。因為壓力是假定或不精確的，這樣得到的速度場一般都不滿足連續(xù)性方程的條件，所以必須對給定的壓力場進(jìn)行修正。修正的原則是，修正后的壓力場相對應(yīng)的速度場能滿足這一迭代層次上的連續(xù)方程。 根據(jù)這個原則，把由動量方程的離散形式所規(guī)定的壓力與速度的關(guān)系代入連續(xù)方程的離散形式，從而得到壓力修正方程，再由壓力修正方程得到壓力修正值；接著根據(jù)修正后的壓力場求得新的速度場；*后檢查速度場是否收斂。 2. SIMPLEC算法 SIMPLEC算法與SIMPLE算法在基本思路上是一致的，不同之處在于SIMPLEC算法在通量修正方法上有所改進(jìn)，加快了計算的收斂速度。 3. PISO算法 PISO算法的壓力速度耦合格式是SIMPLE算法族的一部分，是基于壓力速度校正方程之間的高度近似關(guān)系的一種算法。SIMPLE算法和SIMPLEC算法的一個限制是在壓力校正方程解出后，新的速度值和相應(yīng)的流量不滿足動量平衡。因此必須重復(fù)計算，直至平衡得到滿足。 為了提高計算的效率，PISO算法執(zhí)行了兩個附加的校正：相鄰校正和偏斜校正。PISO算法的主要思想是：將壓力校正方程的解階段中的SIMPLE算法和SIMPLEC算法所需的重復(fù)計算移除。經(jīng)過一個或更多附加PISO算法循環(huán)，校正的速度會更接近滿足求解連續(xù)性和動量方程。這一迭代過程被稱為動量校正或鄰近校正。 PISO算法在每個迭代中要花費稍多的CPU時間，但是極大地減少了達(dá)到收斂所需要的迭代次數(shù)，尤其是對于過渡問題，這一優(yōu)點更為明顯。 在對壓力校正方程的解進(jìn)行初始化之后，重新計算壓力校正梯度，然后用重新計算出來的值更新質(zhì)量流量校正。這個被稱為偏斜矯正的過程，極大地降低了計算高度扭曲網(wǎng)格所遇到的收斂性困難。PISO偏斜校正可以使我們在基本相同的迭代計算步數(shù)內(nèi)，從高度偏斜的網(wǎng)格上得到的計算結(jié)果與更為正交的網(wǎng)格上得到的結(jié)果不相上下。

ANSYS Fluent 2020工程案例詳解 視頻教程版 作者簡介

孫立軍，高級仿真工程師，先后工作于ABB中國技術(shù)研究院、全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院、南瑞集團(tuán)等，對大功率電力電子器件散熱、變壓器熱分析、燃?xì)庑孤⿺U(kuò)散、建筑風(fēng)環(huán)境分析及流動燃燒等方面仿真有深入的研究，先后計算仿真分析案例上百個，承擔(dān)多個大功率電力電子器件工程化項目仿真及設(shè)計，具有豐富的Fluent仿真計算實戰(zhàn)經(jīng)驗。

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