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1 绪论1

1.1 计算流体力学的概念1

1.2 计算流体力学的优点3

1.3 计算流体力学的应用4

1.3.1 研究工具4

1.3.2 基础热流体科学的教学工具5

1.3.3 设计工具6

1.3.4 航空6

1.3.5 汽车工程7

1.3.6 生物科学与工程8

1.3.7 化学和采矿业10

1.3.8 民用和环境工程12

1.3.9 能源13

1.3.10 体育15

1.4 计算流体力学展望17

1.5 小结18

复习题18

2 CFD求解入门20

2.1 概述20

2.1.1 CFD共享软件21

2.1.2 商业CFD软件21

2.2 问题的确定：前处理23

2.2.1 第一步：几何模型创建23

2.2.2 第二步：网格生成25

2.2.3 第三步：物理特性和流体特性选择26

2.2.4 第四步：边界条件设定28

2.3 数值求解：CFD求解器32

2.3.1 第五步：初值设定和求解控制32

2.3.2 第六步：收敛监视34

2.4 计算结果报告及其可视化：后处理37

2.4.1 X-Y直角坐标图38

2.4.2 矢量图39

2.4.3 云图39

2.4.4 其他图形42

2.4.5 数据报告及输出43

2.4.6 动画43

2.5 小结44

复习题45

3 CFD基本控制方程46

3.1 概述46

3.2 连续性方程46

3.2.1 质量守恒46

3.2.2 物理意义49

3.2.3 说明52

3.3 动量方程53

3.3.1 力的平衡53

3.3.2 物理意义56

3.3.3 说明64

3.4 能量方程64

3.4.1 能量守恒64

3.4.2 物理意义66

3.4.3 说明71

3.5 湍流附加方程72

3.5.1 何谓湍流72

3.5.2 k-ε两方程湍流模型73

3.5.3 说明78

3.6 CFD控制方程的通式80

3.7 控制方程的物理边界条件85

3.8 小结87

复习题88

4 CFD求解技术基础92

4.1 概述92

4.2 控制方程的离散93

4.2.1 有限差分法93

4.2.2 有限体积法97

4.2.3 控制方程向代数方程的转化100

4.3 代数方程的数值解法109

4.3.1 直接方法109

4.3.2 迭代方法112

4.3.3 压力-速度耦合：SIMPLE算法116

4.4 小结125

复习题125

5 CFD计算结果分析基础129

5.1 概述129

5.2 相容性129

5.3 稳定性132

5.4 收敛137

5.4.1 何谓收敛137

5.4.2 残差和收敛条件138

5.4.3 收敛难点和欠松弛的使用139

5.4.4 加速收敛141

5.5 计算精度142

5.5.1 计算误差源143

5.5.2 计算误差的控制147

5.5.3 数值求解的检查和验证148

5.6 求解效率149

5.7 实例研究150

5.7.1 例1：管道内流动151

5.7.2 例2：90°弯管内的流动153

5.8 小结157

复习题157

6 CFD模拟与分析实用技巧159

6.1 概述159

6.2 网格生成160

6.2.1 网格生成概述160

6.2.2 网格品质与网格设计166

6.2.3 局部网格细化和自适应性求解168

6.3 边界条件171

6.3.1 边界条件设置概述171

6.3.2 入口边界条件173

6.3.3 出口边界条件174

6.3.4 壁面边界条件175

6.3.5 对称和周期性边界条件176

6.4 湍流模型177

6.4.1 湍流建模方法回顾177

6.4.2 湍流模型选择策略179

6.4.3 近壁面处理184

6.4.4 边界条件设置187

6.4.5 算例：翼面流动中的两方程湍流建模189

6.5 小结193

复习题194

7 CFD应用实例197

7.1 概述197

7.2 设计过程中的辅助设计工具197

7.3 作为研究的工具：增进对物理现象的理解203

7.4 其他一些重要应用210

7.4.1 与流体流动耦合的热量传递210

7.4.2 浮力作用下的自由火焰223

7.4.3 车队中的空气流动229

7.4.4 人鼻腔内的空气／颗粒流动234

7.4.5 高速流动238

7.5 小结256

复习题257

8 CFD中的某些前沿课题和探究方法262

8.1 概述262

8.2 最新数值方法和技术262

8.2.1 不可压缩流动262

8.2.2 可压缩流动265

8.2.3 移动网格269

8.2.4 多重网格272

8.2.5 并行计算274

8.2.6 浸入边界方法275

8.3 最新计算模型277

8.3.1 直接数值模拟（DNS）277

8.3.2 大涡模拟（LES）279

8.3.3 湍流流动的RANS-LES耦合281

8.3.4 多相流283

8.3.5 燃烧284

8.3.6 流-固耦合286

8.3.7 生物流体动力学287

8.4 CFD中的其他数值方法289

8.4.1 格子Boltzmann方法289

8.4.2 Monte Carlo方法290

8.4.3 粒子方法292

8.5 小结293

复习题294

附录A 守恒方程的推导296

附录B 迎风格式300

附录C 显式及隐式方法301

附录D 学习进程和学时安排303

附录E CFD作业及CFD课程设计指导305

参考文献316

建议进一步阅读的书籍330