CFD基础与软件应用 —— Gambit、ICEM、Fluent、CFX、Tecplot_韩占忠黄彪吴钦朱宏政_9787111728207

本书针对本科生和硕士研究生开设热流体软件基础与应用课程而编写，内容涵盖CFD基础、ANSYS Fluent、ANSYS CFX和Tecplot的基本操作与工程应用范例，其中Fluent部分有9个典型范例，CFX部分有7个典型范例。本书的主要读者对象是理工科院校的本科生和硕士研究生，也可供相关专业的科技人员参考使用。

前言
人类的生活越来越离不开对流体流动规律的研究，无论是航空、航天、航海，还是石油化工、汽车外形设计，乃至医学领域等，都与流体流动问题密切相关。而由于流体流动的特殊性，包括流体的易变形性、可压缩性等，到目前为止，人们对流体流动规律的认识还远远不够。
自阿基米德开始，科学家们在实验研究和理论研究的基础上，逐渐建立起流体流动的规律和控制微分方程，比如阿基米德的浮力定理、牛顿内摩擦定律、欧拉方程、N-S方程等。这些前人的研究成果无疑给我们带来了许多惊喜，也使后人可以对比较简单的流动问题进行有效的研究和计算。但当遇到比较复杂的流动问题时，类似于伯努利方程等就难以胜任了，特别是涉及需要研究流场内部的流动细节时，比如压力分布或速度分布，此时就需要求解N-S方程了。对于欧拉方程和N-S方程，我们假定这些控制方程是正确的，但由于方程的非线性问题，目前对这些方程的求解还是很无奈的。为此，科学家们提出了采用离散的方法求解微分方程，将连续的流场空间离散化，在离散点上利用差分方法将微分方程转化为代数方程，构成代数方程组，进而求解离散点上的值，用离散解来替代连续解，这就是计算流体力学的基本出发点。
计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD），是20世纪50年代以来随着计算机的发展而产生的一个介于数学、流体力学和计算机科学之间的交叉学科，主要研究内容是通过计算机和数值方法来求解流体力学的控制方程，对流体力学问题进行仿真计算模拟和分析。早在20世纪初就有人提出了用数值方法来解流体力学问题的思想，但是由于这种问题本身的复杂性和当时计算工具的落后，这一思想并未引起人们重视。自从20世纪40年代中期电子计算机问世以来，用电子计算机进行数值模拟和计算才成为现实。1963年，美国的F.H.哈洛和J.E.弗罗姆用当时的IBM7090计算机，成功地解决了二维长方形柱体的绕流问题并给出尾流涡街的形成和演变过程，受到普遍的重视。1965年，哈洛和弗罗姆发表“流体动力学的计算机实验”一文，对计算机在流体力学中的巨大作用做了介绍。从此，人们把20世纪60年代中期看成是计算流体力学兴起的年代。
计算流体力学的发展历史虽然不长，但已广泛深入到流体力学的各个领域。许多优秀的CFD商业软件也相继问世，比如Fluent、CFX、Star-CD等。1981年，英国CHAM公司首先推出求解流动与传热问题的商业软件PHOENICS，自此，在国际软件产业中迅速形成了通称为CFD软件的产业市场。种类繁多的流动与传热问题商业软件的相继发布，在促进CFD技术在工业实际应用方面起了很大的作用。CFD软件之间还可以方便地进行数值交换，并采用统一的前、后处理工具，这就避免了科研工作者在设计计算机算法、编程、前后处理等方面投入的重复、低效的劳动，而可以将主要精力和智慧用于物理问题本身的探索上，所以这些软件的推出，大大方便了相关科技人员的研究工作。
本书是针对工科院校本科生和研究生开设相关课程而编写的，是一本CFD基础与软件应用方面的入门教材。本书在介绍CFD基本概念的基础上，通过对多个流体工程中常见典型问题的求解过程，在前处理方面介绍了Gambit、ICEM的应用方法与技巧；在求解计算方面介绍了ANSYS Fluent和ANSYS CFX两个软件平台的应用；后处理方面介绍了Tecplot 360的应用。编写的风格是“跟我学”的方式，从建模到计算，再到计算结果的后处理，一步一步地完成对问题的仿真计算与分析。另外，对本书的内容，读者或教师也可根据不同的专业或感兴趣的课题进行有选择的阅读。
本书由韩占忠、黄彪、吴钦、朱宏政共同编写，由韩占忠担任主编，具体分工如下：第2篇的第5、6、9章由安徽理工大学朱宏政博士编写；第3篇的第1、2、3、4章由北京理工大学黄彪博士编写；第3篇的第5、6、7章由北京理工大学吴钦博士编写；其余部分由韩占忠主笔。在本书的编写过程中，得到了北京理工大学流体工程研究所所有教师和部分研究生的大力支持和许多有益的建议，在此一并表示衷心的感谢。
由于编者水平有限，书中难免有错漏之处，望广大读者海涵并给予指正。
编者

我要评论