《CAE分析大系——ANSYS ICEM CFD工程实例详解》以计算流体动力学(CFD)的分析流程为主线，全书涉及以下内容：CFD工程应用基础，包括CFD的基本概念和CFD工程应用一般流程；计算前处理，主要通过实例讲解ANSYS ICEM CFD的应用技巧；求解器，包括ANSYS FLUENT各通用计算模块应用的实例讲解；计算后处理，包括后处理结果处理软件ANSYS CFD-POST的使用技巧以及ANSYS工程优化模块Design Explorer的使用。
　　《CAE分析大系——ANSYS ICEM CFD工程实例详解》有配套相关案例模型文件，并专门配备了视频讲解。此外，读者还可以通过微信公众平台iCAX与作者进行互动解答问题。
　　《CAE分析大系——ANSYS ICEM CFD工程实例详解》可作为初学者的入门教程，也可作为中高级使用者的参考资料。本书章节间没有紧密的联系，因此既适合全书阅读，也适合分章节进行阅读。

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　　胡坤，博士，就职于西南石油大学机电工程学院，从事石油天然气装备研发及教学工作。拥有8年ANSYS CFD软件应用经验，曾利用CFD软件对水力旋流器、卧式螺旋分离器、水力喷砂射孔器和井喷失控灾害预测等进行过研究，熟悉ANSYS CFD软件仿真流程。

　　李振北，工程师，现为中国机械科学研究总院机械设计及理论专业博士研究生，就职于中石油管道检测技术有限责任公司，从事油气管道监测器设计及研发工作。 

目　录

第一部分　CFD工程应用基础

第1章　概述　10
1．1　什么是CFD　10
1．2　CFD发展概况　11
1．3　CFD工程应用领域　12
1．4　什么时候使用CFD软件　13
1．5　通用流体计算软件的利与弊　13
1．6　本书读者定位　14
1．7　本书特点　14

第2章　ANSYS CFD软件简介　16
2．1　CFD工程应用一般流程　16
2．1．1　计算前处理　16
2．1．2　计算求解器　16
2．1．3　计算后处理　17
2．2　ANSYS CFD软件族简介　17
2．2．1　前处理软件：ICEM CFD　17
2．2．2　CFD求解器：Fluent　18
2．2．3　CFD求解器：CFX　19
2．2．4后处理模块：CFD-POST　21

第二部分　计算前处理

第3章　流体计算域　24
3．1　计算域模型　24
3．1．1　内流计算域　24
3．1．2　外流计算域　25
3．1．3　混合计算域　25
3．2　计算域生成方法　25
3．2．1　直接建模　25
3．2．2　几何抽取　25
3．3　计算域简化　26
3．4　多区域计算模型　26
3．4．1　Interface　27
3．4．2　Interior　27
3．5　计算域创建工具ANSYS DesignModeler　27
3．5．1　Fill 功能　28
3．5．2　Enclosure 功能　29
3．6　计算域创建实例　29
3．6．1　【实例3-1】直接创建计算域　29
3．6．2　【实例3-2】Fills方式创建计算域模型　32
3．6．3　【实例3-3】Enclosure方式创建计算域模型　34
3．6．4　【实例3-4】创建混合计算域　35
3．7　本章小结　37

第4章　流体网格　38
4．1　流体网格基础概念　38
4．1．1　网格术语　38
4．1．2　网格形状　38
4．1．3　结构网格与非结构网格　39
4．2　网格的度量　39
4．2．1　网格数量　39
4．2．2　网格质量　40
4．3　流体网格划分软件：ICEM CFD简介　40
4．3．1　ICEM CFD主要特点　41
4．3．2　ICEM CFD中的文件类型　41
4．3．3　ICEM CFD操作界面　41
4．3．4　ICEM CFD操作键　47
4．3．5　ICEM CFD的启动　47
4．3．6　ICEM CFD网格划分基本流程　48
4．4　本章小结　49

第5章　ICEM CFD几何操作　50
5．1　ICEM CFD中的几何组织形式　50
5．2　基本几何创建　50
5．2．1　点的创建　50
5．2．2　线的创建　52
5．2．3　面操作　54
5．2．4　Body创建　55
5．3　几何修补　56
5．3．1　几何拓扑构建　56
5．3．2　几何检查　57
5．3．3　封闭孔洞与去除孔洞　58
5．3．4　边匹配　58
5．3．5　特征检测　58
5．4　辅助几何　59
5．5　几何操作实例　59
5．5．1　【实例5-1】快速流道抽取　59
5．5．2　【实例5-2】几何建模　62
5．5．3　【实例5-3】几何修补　68
5．6　本章小结　71

第6章　ICEM CFD六面体网格划分　72
6．1　块基本概念　72
6．1．1　块的层次结构　72
6．1．2　初始块的创建　72
6．1．3　块的关联操作　75
6．2　自顶向下构建块　79
6．2．1　常规切分　79
6．2．2　O型切分　80
6．2．3　Y型切分　87
6．2．4　【实例6-1】2D块切割实例　91
6．2．5　【实例6-2】3D块切割实例　96
6．3　自底向上构建块　98
6．3．1　From Vertices/Faces　99
6．3．2　Extrude Faces　100
6．3．3　由2D块形成3D块　101
6．3．4　【实例6-3】弹簧网格划分　102
6．4　常见分块策略　104
6．5　块变换操作　110
6．5．1　块平移　110
6．5．2　块旋转　110
6．5．3　块镜像　111
6．5．4　块缩放　111
6．5．5　周期块复制　111
6．5．6　【实例6-4】块平移操作　111
6．5．7　【实例6-5】块旋转操作　115
6．6　Edge网格参数设置　119
6．6．1　参数设置对话框及各参数含义　119
6．6．2　节点分布律　121
6．6．3　边界层网格　123
6．6．4　【实例6-6】分叉管网格划分　124
6．6．5　【实例6-7】外流场边界层网格　127
6．7　【实例6-8】排烟风道网格划分　129
6．8　本章小结　133

第7章　ICEM CFD非结构网格划分　134
7．1　非结构网格生成　134
7．2　全局网格参数设置　134
7．2．1　全局网格尺寸设置　135
7．2．2　壳网格参数　136
7．2．3　体网格参数设置　139
7．2．4　棱柱网格设置　139
7．2．5　周期网格设置　141
7．3　Part网格设置　141
7．4　面网格参数设置　143
7．5　线网格参数设置　144
7．6　密度盒　144
7．7　网格生成　145
7．8　【实例7-1】分支管非结构网格划分　146
7．9　【实例7-2】活塞阀装配体网格划分　148

第8章　ICEM CFD常用技巧　151
8．1　ICEM CFD快捷键　151
8．1．1　Geometry快捷键　151
8．1．2　Edit Mesh快捷键　152
8．1．3　Blocking快捷键　153
8．1．4　选择模式快捷键　154
8．2　创建多区域网格　156
8．2．1　Interface与Interior　156
8．2．2　【实例8-1】非结构网格多计算域模型　156
8．2．3　【实例8-2】结构网格多计算域模型　160
8．2．4　【实例8-3】网格模型组装　162
8．3　创建周期网格　164
8．3．1　指定几何周期　164
8．3．2　周期顶点定义　165
8．3．3　【实例8-4】2D旋转周期网格　165
8．3．4　【实例8-5】2D平移周期网格　173
8．3．5　【实例8-6】3D旋转周期网格　175

第三部分　求解器

第9章　FLUENT用户界面　180
9．1　FLUENT的启动　180
9．1．1　启动方式　180
9．1．2　FLUENT启动界面　181
9．2　软件界面　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　【实例10-1】Tet网格划分　192
10．2　【实例10-2】分区混合网格划分　196

第11章　FLUENT前处理基础　199
11．1　FLUENT前处理流程　199
11．2　网格控制　200
11．2．1　网格缩放　200
11．2．2　网格检查　201
11．2．3　网格显示　201
11．3　求解设置中的一些基本概念　202
11．3．1　压力基与密度基求解器　202
11．3．2　稳态与瞬态计算　203
11．3．3　FLUENT中的压力　205
11．4　湍流模型　207
11．4．1　湍流和层流判断　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　壁面函数　212
11．4．6　边界湍流设置　212
11．5　边界条件　214
11．5．1　边界条件分类　214
11．5．2　边界条件设置　215

第12章　FLUENT后处理基础　216
12．1　后处理概述　216
12．2　FLUENT后处理操作　216
12．2．1　创建特征位置　216
12．2．2　流场可视化　220
12．2．3　Graphics and Animations　220
12．2．4　动画创建　223
12．2．5　图形设置选项　225
12．2．6　Plot　227
12．2．7　Reports　228

第13章　基本流动问题计算　231
13．1　【实例13-1】翼型计算(可压流动)　231
13．1．1　问题描述　231
13．1．2　FLUENT前处理设置　231
13．1．3　结果后处理　237
13．2　【实例13-2】卡门涡街计算(瞬态计算)　239
13．2．1　问题描述　240
13．2．2　FLUENT前处理设置　241
13．2．3　结果后处理　245

第14章　动区域计算模型　246
14．1　运动区域计算概述　246
14．2　单运动参考系模型　247
14．2．1　SRF模型中的网格模型　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　多运动参考系模型　250
14．3．1　多参考系模型　250
14．3．2　混合面模型　252
14．3．3　滑移网格模型　253
14．4　【实例14-1】离心压缩机仿真计算(SRF模型)　253
14．4．1　问题描述　253
14．4．2　FLUENT前处理设置　253
14．4．3　后处理分析　260
14．5　【实例14-2】垂直轴风力机流场计算(MRF)　263
14．5．1　问题描述　263
14．5．2　FLUENT前处理设置　264
14．5．3　后处理分析　268
14．6　【实例14-3】垂直轴风力机流场计算(滑移网格)　270
14．6．1　模型描述　270
14．6．2　UDF定义　270
14．6．3　FLUENT前处理设置　271
14．6．4　后处理分析　274

第15章　动网格模型　276
15．1　FLUENT中使用动网格　276
15．2　网格更新方法　276
15．2．1　Smoothing　276
15．2．2　Layering　279
15．2．3　Remeshing　280
15．3　运动指定　281
15．3．1　瞬态Profile　281
15．3．2　动网格中的UDF　283
15．4　运动区域定义　284
15．4．1　静止部件(Stationary)　285
15．4．2　刚体(Rigid Body)　285
15．4．3　变形体(Deforming)　285
15．4．4　其他类型　286
15．5　网格预览　286
15．6　【实例15-1】齿轮泵仿真　287
15．6．1　问题描述　287
15．6．2　FLUENT前处理设置　288
15．6．3　计算后处理　296
15．7　【实例15-2】利用6DOF计算船舶行驶情况　296
15．7．1　问题描述　297
15．7．2　FLUENT前处理设置　297
15．7．3　计算后处理　305
15．8　【实例15-3】止回阀流场计算　307
15．8．1　问题描述　307
15．8．2　FLUENT前处理设置　308
15．8．3　计算后处理　312

第16章　多相流模型　313
16．1　多相流概述　313
16．1．1　多相流定义　313
16．1．2　多相流形态　313
16．2　FLUENT中的多相流模型　314
16．2．1　多相流模型的选择　315
16．2．2　FLUENT多相流模拟步骤　316
16．2．3　VOF模型设置　317
16．2．4　Mixture模型设置　318
16．2．5　Eulerian模型设置　319
16．3　【实例16-1】空化现象仿真计算(Mixture模型)　320
16．3．1　物理现象描述　320
16．3．2　几何模型　320
16．3．3　建立模型并划分网格　321
16．3．4　FLUENT前处理设置　323
16．3．5　后处理分析　328
16．4　【实例16-2】溃坝模拟(VOF模型)　329
16．4．1　问题描述　330
16．4．2　建立模型及划分网格　330
16．4．3　FLUENT前处理设置　330
16．4．4　后处理分析　334
16．5　【实例16-3】鼓泡塔仿真计算(Eulerian模型)　336
16．5．1　问题描述　336
16．5．2　几何模型　336
16．5．3　FLUENT前处理设置　336
16．5．4　后处理分析　340

第17章　组分输运及反应流模型　342
17．1　FLUENT中的组分输运及反应流模型　342
17．2　组分输运模型前处理　343
17．2．1　无反应组分输运模型　343
17．2．2　有限反应速率模型　345
17．3　【实例17-1】引擎着火导致气体扩散　345
17．3．1　问题描述　345
17．3．2　FLUENT前处理操作　346
17．3．3　计算后处理　351
17．4　【实例17-2】锥形燃烧器燃烧模拟(有限速率模型)　353
17．4．1　实例简介　353
17．4．2　问题描述　353
17．4．3　FLUENT前处理设置　353
17．4．4　计算后处理　357
17．5　【实例17-3】锥形燃烧器燃烧模拟(zimount预混模型)　358
17．5．1　实例概述　358
17．5．2　FLUENT前处理设置　359
17．5．3　计算后处理　362

第四部分　计算后处理及工程应用

第18章　流体计算后处理　366
18．1　流体计算后处理概述　366
18．2　常用的流体计算后处理工具　366
18．3　CFD-POST计算后处理一般流程　366

第19章　CFD-POST应用　360
19．1　CFD-POST的启动方式　368
19．1．1　直接启动CFD-POST　368
19．1．2　从Workbench中启动CFD-POST　369
19．1．3　从计算软件中启动CFD-POST　369
19．2　CFD-POST软件工作界面　369
19．2．1　CFD-POST的菜单项　370
19．2．2　工具栏按钮　371
19．3　CFD-POST后处理功能　371
19．3．1　创建后处理位置　371
19．3．2　生成后处理对象　378
19．3．3　数据操作　383
19．3．4　其他工具　387
19．4　【实例19-1】CFD-POST基本操作　387
19．5　【实例19-2】定量后处理　394
19．6　【实例19-3】比较多个CASE　397
19．7　【实例19-4】瞬态后处理　399

第20章　CFD-POST高级功能　402
20．1　CEL基础　402
20．1．1　运算符　402
20．1．2　常量　403
20．1．3　标准函数　403
20．1．4　基本变量　404
20．1．5　CFD-POST函数　405
20．2　CCL基础　406
20．2．1　CCL基本结构　406
20．2．2　CCL语法细节　407
20．3　CFD-POST自动化　408
20．3．1　报告模板定义　409
20．3．2　模板操作　410
20．3．3　【实例20-1】定义后处理模板　411

第21章　Design Xplorer优化设计　415
21．1　数值优化概述　415
21．2　Design Xplorer概述　415
21．3　Design Xplorer优化基础　416
21．3．1　基本概念　416
21．3．2　ANSYS Design Xplorer基本设置　417
21．3．3　目标驱动优化设计　420