ANSYS CFX 14.0超级学习手册

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　流体及其基本特性　1

1．1．2　流体运动的分类和描述方法　4

1．2　流体力学控制方程　4

1．2．1　物质导数　5

1．2．2　连续性方程　5

1．2．3　N-S方程　6

1．3　流体力学数值计算基础　7

1．3．1　数值计算方法和分类　7

1．3．2　基于有限体积法的控制方程离散　8

1．4　CFD软件结构及常用的CFD软件　9

1．4．1　CFD软件结构　9

1．4．2　常用的CFD软件　10

本章小结　13

第2章　CFX软件简介　14

2．1　CFX的软件构成　14

2．1．1　启动CFX　15

2．1．2　前处理器　16

2．1．3　求解管理器　17

2．1．4　后处理器　18

2．2　CFX文件系统　19

本章小结　19

第3章　创建几何模型　20

3．1　建立几何模型概述　20

3．1．1　建模方法分类　20

3．1．2　DesignModeler建模方法　20

3．2　DesignModeler简介　21

3．3　草图模式　24

3．3．1　进入草图模式　24

3．3．2　创建新平面　24

3．3．3　创建草图　25

3．3．4　几何模型的关联性　25

3．3．5　草图援引　26

3．4　创建3D几何体　27

3．4．1　拉伸(Extrude)　27

3．4．2　旋转(Revolve)　28

3．4．3　直接创建3D几何体(Primitives)　29

3．4．4　填充(Fill)和包围(Enclosure)　30

3．4．5　创建多体部件体　31

3．5　概念建模　32

3．5．1　从点生成线体　33

3．5．2　从草图生成线体　33

3．5．3　从边生成线体　33

3．5．4　定义横截面　33

3．5．5　对齐横截面　35

3．5．6　横截面偏移　35

3．5．7　从线创建面体　36

3．5．8　从草图生成面体　36

3．5．9　从面生成面体　36

3．6　导入外部CAD文件　37

3．6．1　非关联性导入文件　37

3．6．2　关联性导入文件　38

3．6．3　导入定位　39

3．6．4　创建场域几何体　39

本章小结　39

第4章　网格划分方法　40

4．1　网格生成方法简介　40

4．2　ANSYS ICEM　CFD基础　41

4．2．1　ICEM CFD的文件系统　41

4．2．2　ICEM CFD的鼠标和键盘操作　42

4．2．3　ICEM CFD的操作界面　42

4．2．4　ICEM CFD的菜单简介　43

4．3　ANSYS ICEM CFD基本用法　44

4．3．1　导入外部几何模型　44

4．3．2　几何模型的创建　45

4．3．3　网格的自动生成　48

4．3．4　块的生成与划分　53

4．3．5　网格编辑　58

4．3．6　网格输出　64

4．4　ANSYS ICEM CFD实例分析　65

4．4．1　启动ICEM CFD并建立分析项目　65

4．4．2　几何模型导入　66

4．4．3　模型建立　66

4．4．4　生成网格　69

4．4．5　网格检查及编辑　71

4．4．6　网格输出与保存　71

本章小结　72

第5章　CFX-Pre的前处理功能　73

5．1　新项目创建与网格导入　73

5．1．1　工程项目新建　73

5．1．2　网格导入　73

5．1．3　项目保存　74

5．2　库设定　75

5．3　计算域设定　75

5．3．1　计算域创建　75

5．3．2　计算域设定　75

5．4　边界条件设定　80

5．4．1　插入边界条件　81

5．4．2　边界条件类型　81

5．5　初始条件设定　85

5．6　求解器设定　86

5．7　输出文件和监控设定　87

本章小结　88

第6章　CFX-Solver求解　89

6．1　激活求解管理器　89

6．2　模拟计算的定义　90

6．3　求解界面介绍　91

6．3．1　工作界面的组成　91

6．3．2　任务栏功能简介　92

本章小结　93

第7章　CFX后处理　94

7．1　启动后处理器　94

7．2　后处理器工作界面　95

7．3　创建位置　95

7．3．1　生成点　95

7．3．2　生成点云　97

7．3．3　生成线　98

7．3．4　生成平面　99

7．3．5　生成体　100

7．3．6　生成等值面　101

7．3．7　生成区域值面　102

7．3．8　生成型芯区域　103

7．3．9　生成旋转面　103

7．3．10　生成自定义面　104

7．4　创建对象　105

7．4．1　创建矢量　105

7．4．2　创建云图　107

7．4．3　创建流线　107

7．4．4　创建粒子轨迹　108

7．4．5　创建体绘制　109

7．4．6　创建文本对象　109

7．4．7　其他创建对象　110

7．5　创建数据　111

7．5．1　创建变量　111

7．5．2　创建表达式　112

7．5．3　创建表格和图表　113

7．6　生成报告　116

本章小结　118

第8章　内部流动分析　119

8．1　不可压缩黏性流体的内部流动概述　119

8．1．1　内部流动的定义和特点　119

8．1．2　圆管内层流　120

8．1．3　圆管内湍流　121

8．1．4　内部流动分析流程　122

8．1．5　计算模型　123

8．2　U形管道内部流动分析　123

8．2．1　问题描述　123

8．2．2　分析过程　124

8．2．3　启动WorkBench并建立分析项目　124

8．2．4　导入网格文件　124

8．2．5　流体域设定　126

8．2．6　入口边界设定　127

8．2．7　出口边界设定　128

8．2．8　壁面边界设定　129

8．2．9　求解控制设定　130

8．2．10　求解　131

8．2．11　建立显示平面　132

8．2．12　生成压强云图　133

8．2．13　生成速度矢量图　134

8．2．14　生成流线图　135

8．2．15　保存和退出　136

8．2．16　案例小结　136

8．3　弯管混合器内部流动分析　136

8．3．1　问题描述　136

8．3．2　分析过程　137

8．3．3　启动WorkBench并建立分析项目　137

8．3．4　导入创建几何体　137

8．3．5　划分网格　138

8．3．6　前处理界面　140

8．3．7　水的属性设定　140

8．3．8　流体域设定　143

8．3．9　入口边界设定　143

8．3．10　出口边界设定　145

8．3．11　壁面边界设定　145

8．3．12　初始条件设定　146

8．3．13　求解控制设定　147

8．3．14　求解　147

8．3．15　修改模型显示　148

8．3．16　建立显示平面　149

8．3．17　生成流线图　150

8．3．18　生成温度云图　151

8．3．19　保存和退出　152

8．3．20　案例小结　152

8．4　静止混合器内部流动分析　152

8．4．1　问题描述　152

8．4．2　分析过程　153

8．4．3　启动WorkBench并建立分析项目　153

8．4．4　导入网格文件　153

8．4．5　水的属性设定　155

8．4．6　流体域设定　156

8．4．7　入口边界设定　158

8．4．8　出口边界设定　159

8．4．9　壁面边界设定　160

8．4．10　初始条件设定　161

8．4．11　求解控制设定　162

8．4．12　求解　162

8．4．13　编辑轮廓显示　163

8．4．14　建立显示点　163

8．4．15　生成流线图　164

8．4．16　建立显示平面　165

8．4．17　生成温度云图　166

8．4．18　生成动画　167

8．4．19　保存和退出　168

8．4．20　案例小结　169

8．5　离心泵分析　169

8．5．1　问题描述　169

8．5．2　分析过程　169

8．5．3　启动WorkBench并建立分析项目　169

8．5．4　导入创建几何体　170

8．5．5　设置分析介质的物理属性　170

8．5．6　流体区域的参数设定　171

8．5．7　边界条件的设置　172

8．5．8　计算初始化　173

8．5．9　求解控制　173

8．5．10　求解　173

8．5．11　第一次后处理　174

8．5．12　空穴模型的使用　175

8．5．13　第二次后处理　177

8．5．14　案例小结　178

本章小结　179

第9章　外部流动分析　180

9．1　外部绕流概述　180

9．1．1　外部绕流定义　180

9．1．2　边界层　180

9．1．3　边界层分离　181

9．1．4　边界层分离现象典型实例　182

9．1．5　绕流物体的阻力与升力　183

9．1．6　外部绕流分析流程　184

9．2　空气绕流建筑物分析　185

9．2．1　问题描述　185

9．2．2　分析过程　186

9．2．3　启动WorkBench并建立分析项目　186

9．2．4　导入网格文件　186

9．2．5　流体域设定　188

9．2．6　入口边界设定　188

9．2．7　出口边界设定　189

9．2．8　对称边界设定　190

9．2．9　无滑移壁面边界设定　191

9．2．10　自由滑移壁面边界设定　191

9．2．11　求解控制设定　192

9．2．12　求解　193

9．2．13　生成压强云图　193

9．2．14　生成速度云图　194

9．2．15　生成速度矢量图　195

9．2．16　生成流线图　196

9．2．17　生成对称显示　197

9．2．18　生成对称平面　199

9．2．19　生成对称平面上的速度云图　200

9．2．20　保存和退出　202

9．2．21　案例小结　202

9．3　机翼外部气体流动分析　202

9．3．1　问题描述　202

9．3．2　分析过程　203

9．3．3　启动WorkBench并建立分析项目　203

9．3．4　导入网格文件　203

9．3．5　流体域设定　205

9．3．6　入口边界设定　206

9．3．7　出口边界设定　207

9．3．8　对称边界设定　208

9．3．9　无滑移壁面边界设定　208

9．3．10　自由滑移壁面边界设定　209

9．3．11　域交界面设定　210

9．3．12　初始条件设定　211

9．3．13　求解控制设定　212

9．3．14　求解　212

9．3．15　生成马赫数云图　213

9．3．16　生成压强云图　214

9．3．17　生成温度云图　215

9．3．18　生成速度矢量图　216

9．3．19　生成自定义压强矢量　218

9．3．20　保存和退出　219

9．3．21　案例小结　220

9．4　飞机机翼的压力计算　220

9．4．1　问题描述　220

9．4．2　分析过程　220

9．4．3　启动WorkBench并建立分析项目　220

9．4．4　导入创建几何体　221

9．4．5　网格参数设置　221

9．4．6　修改网格　221

9．4．7　区域设置　222

9．4．8　边界条件设置　223

9．4．9　求解控制设置　224

9．4．10　求解　225

9．4．11　后处理　225

9．4．12　案例小结　226

本章小结　226

第10章　传热流动分析　228

10．1　传热概述　228

10．1．1　导热的基本定律　228

10．1．2　导热问题的数学描述　229

10．1．3　对流传热过程和对流传热系数　231

10．1．4　辐射传热过程　231

10．1．5　传热分析流程　231

10．2　轴承盖传热分析　232

10．2．1　问题描述　232

10．2．2　分析过程　232

10．2．3　启动WorkBench并建立分析项目　232

10．2．4　导入网格文件　233

10．2．5　域设定　235

10．2．6　内孔热源边界设定　236

10．2．7　外壁对流换热边界设定　237

10．2．8　内腔对流换热边界设定　238

10．2．9　绝热边界设定　239

10．2．10　初始条件设定　240

10．2．11　求解控制设定　240

10．2．12　求解　240

10．2．13　建立显示平面　241

10．2．14　生成温度云图　242

10．2．15　保存和退出　243

10．2．16　案例小结　243

10．3　铜盘管热交换分析　243

10．3．1　问题描述　243

10．3．2　分析过程　244

10．3．3　启动WorkBench并建立分析项目　244

10．3．4　导入网格文件　244

10．3．5　铜导电率设定　246

10．3．6　碳酸钙材料设定　246

10．3．7　流体域设定　248

10．3．8　固体域设定　249

10．3．9　热盘管边界设定　250

10．3．10　入口边界设定　251

10．3．11　开放式出口边界设定　252

10．3．12　域交界面设定　253

10．3．13　求解控制设定　255

10．3．14　求解　256

10．3．15　修改模型显示　256

10．3．16　生成温度云图　257

10．3．17　建立圆柱面表达式　258

10．3．18　建立变量　259

10．3．19　建立圆柱显示面　259

10．3．20　创建直线　260

10．3．21　生成温度轮廓图　261

10．3．22　保存和退出　262

10．3．23　案例小结　263

10．4　室内温度的计算　263

10．4．1　问题描述　263

10．4．2　分析过程　263

10．4．3　启动WorkBench并建立分析项目　263

10．4．4　导入通风管道网格文件　264

10．4．5　设置计算模型　264

10．4．6　通风管道边界条件设置　264

10．4．7　通风管道输出控制的设定　264

10．4．8　插入监测点　265

10．4．9　通风管道计算求解　265

10．4．10　输出通风管道的计算文件　266

10．4．11　导入办公室网格文件　266

10．4．12　物理参数设定　266

10．4．13　办公室边界条件设置　267

10．4．14　计算控制设置　270

10．4．15　办公室输出控制设置　270

10．4．16　办公室计算求解　270

10．4．17　后处理　271

10．4．18　案例小结　272

10．5　散热板传热计算　272

10．5．1　问题描述　272

10．5．2　分析过程　273

10．5．3　启动WorkBench并建立分析项目　273

10．5．4　导入创建几何体　273

10．5．5　建立流体区域　273

10．5．6　建立新的分析材料　274

10．5．7　建立新的固体区域　275

10．5．8　建立能源点　275

10．5．9　边界条件的设定　276

10．5．10　求解控制设定　277

10．5．11　增设辐射模型　277

10．5．12　定义配置　278

10．5．13　求解　278

10．5．14　后处理　279

10．5．15　案例小结　280

本章小结　280

第11章　化学反应与燃烧分析　281

11．1　化学反应与燃烧分析概述　281

11．1．1　化学反应与燃烧模型简介　281

11．1．2　化学反应及燃烧分析流程　281

11．2　酸碱中和反应分析　282

11．2．1　问题描述　282

11．2．2　分析过程　283

11．2．3　启动WorkBench并建立分析项目　283

11．2．4　导入网格文件　283

11．2．5　稀硫酸设定　285

11．2．6　氢氧化钠和硫酸钠设定　286

11．2．7　混合溶液设定　286

11．2．8　pH变量设定　287

11．2．9　其他表达式导入　288

11．2．10　流体域设定　289

11．2．11　化学反应子域设定　291

11．2．12　水入口边界设定　293

11．2．13　稀硫酸入口边界设定　293

11．2．14　氢氧化钠入口边界设定　294

11．2．15　出口边界设定　295

11．2．16　对称边界设定　296

11．2．17　初始条件设定　297

11．2．18　求解控制设定　298

11．2．19　求解　298

11．2．20　建立显示平面　299

11．2．21　生成各物质质量分数云图　300

11．2．22　生成混合溶液的pH云图　301

11．2．23　保存和退出　302

11．2．24　案例小结　302

11．3　燃气涡轮发动机燃烧反应分析　303

11．3．1　问题描述　303

11．3．2　分析过程　303

11．3．3　启动WorkBench并建立分析项目　304

11．3．4　导入网格文件　304

11．3．5　反应混合物设定　306

11．3．6　流体域设定　307

11．3．7　燃料入口边界设定　309

11．3．8　空气主入口边界设定　310

11．3．9　空气侧入口边界设定　311

11．3．10　出口边界设定　312

11．3．11　叶片表面区域设定　313

11．3．12　叶片壁面边界条件设定　315

11．3．13　初始条件设定　316

11．3．14　求解控制设定　317

11．3．15　求解　317

11．3．16　修改模型显示　318

11．3．17　建立显示平面　319

11．3．18　生成NO质量分数云图　321

11．3．19　计算出口处的NO质量分数　321

11．3．20　生成速度矢量图　322

11．3．21　生成辐射强度云图　324

11．3．22　保存和退出　325

11．3．23　案例小结　326

本章小结　326

第12章　多相流分析　327

12．1　多相流概述　327

12．1．1　多相流定义和分类　327

12．1．2　欧拉多相流模拟　328

12．1．3　CFX欧拉多相流设置建议　330

12．1．4　拉格朗日多相流　331

12．1．5　CFX拉格朗日多相流设置建议　331

12．1．6　多相流分析流程　332

12．2　气升式反应器内的气-液两相流动分析　332

12．2．1　问题描述　332

12．2．2　分析过程　332

12．2．3　启动WorkBench并建立分析项目　333

12．2．4　导入网格文件　333

12．2．5　流体域设定　335

12．2．6　空气和水入口边界设定　337

12．2．7　出口边界设定　338

12．2．8　导流筒边界设定　339

12．2．9　对称边界设定　341

12．2．10　默认壁面边界编辑　342

12．2．11　初始条件设定　343

12．2．12　求解控制设定　344

12．2．13　求解　345

12．2．14　生成水的速度矢量图　345

12．2．15　生成空气的速度矢量图　347

12．2．16　生成SymP1面上空气的体积分数云图　347

12．2．17　生成导流筒壁面上空气的体积分数云图　349

12．2．18　生成整体模型显示　352

12．2．19　保存和退出　353

12．2．20　案例小结　353

12．3　带有蝶阀的圆管内的固-液两相流动分析　353

12．3．1　问题描述　354

12．3．2　分析过程　354

12．3．3　启动WorkBench并建立分析项目　354

12．3．4　导入网格文件　355

12．3．5　沙粒(完全耦合)材料设定　356

12．3．6　沙粒(单向耦合)材料设定　358

12．3．7　流体域设定　358

12．3．8　入口速度表达式设定　361

12．3．9　入口边界设定　363

12．3．10　出口边界设定　365

12．3．11　对称边界设定　365

12．3．12　管壁面边界设定　366

12．3．13　默认壁面边界编辑　367

12．3．14　初始条件设定　368

12．3．15　求解控制设定　369

12．3．16　求解　370

12．3．17　生成蝶阀腐蚀率密度云图　371

12．3．18　生成管壁腐蚀率密度云图　371

12．3．19　生成粒子跟踪图　372

12．3．20　生成动画　375

12．3．21　保存和退出　376

12．3．22　案例小结　376

本章小结　377

第13章　多孔介质分析　378

13．1　多孔介质　378

13．1．1　多孔介质定义及特点　378

13．1．2　CFX多孔介质　379

13．1．3　多孔介质分析流程　381

13．2　催化转换器分析　381

13．2．1　问题描述　381

13．2．2　分析过程　381

13．2．3　启动WorkBench并建立分析项目　381

13．2．4　导入催化层部分网格文件　382

13．2．5　导入进口管网格文件　383

13．2．6　设置同一区　384

13．2．7　流体域设定　386

13．2．8　多孔介质相关参数的表达式设定　387

13．2．9　多孔介质域设定　388

13．2．10　入口边界设定　391

13．2．11　出口边界设定　392

13．2．12　催化层默认壁面边界设定　393

13．2．13　域交界面设定　394

13．2．14　初始条件设定　395

13．2．15　求解控制设定　395

13．2．16　离散选项设定　396

13．2．17　求解　397

13．2．18　修改模型显示　397

13．2．19　建立显示平面　398

13．2．20　建立用户平面　400

13．2．21　创建折线　403

13．2．22　生成沿Z轴方向的压降图　405

13．2．23　生成压强云图　407

13．2．24　生成速度矢量图　407

13．2．25　保存和退出　408

13．2．26　案例小结　409

13．3　多孔介质催化层分析　409

13．3．1　问题描述　409

13．3．2　分析过程　409

13．3．3　启动WorkBench并建立分析项目　409

13．3．4　导入创建几何体　410

13．3．5　设置分析介质的物理属性　410

13．3．6　开启湍流模型　410

13．3．7　边界条件的设置　411

13．3．8　输出控制的设定　413

13．3．9　求解　413

13．3．10　后处理　414

13．3．11　案例小结　416

本章小结　417

第14章　稳态分析　418

14．1　稳态概述　418

14．1．1　稳态分析简介　418

14．1．2　稳态分析流程　418

14．2　管内叶片气体流动分析　419

14．2．1　案例介绍　419

14．2．2　启动CFX并建立分析项目　419

14．2．3　导入网格　419

14．2．4　边界条件设定　420

14．2．5　初始条件设定　422

14．2．6　求解控制设定　422

14．2．7　计算求解　423

14．2．8　结果后处理　424

14．2．9　案例小结　427

14．3　弯管内液体流动分析　427

14．3．1　案例介绍　427

14．3．2　启动CFX并建立分析项目　427

14．3．3　导入网格　428

14．3．4　边界条件设定　428

14．3．5　初始条件设定　431

14．3．6　求解控制设定　431

14．3．7　计算求解　431

14．3．8　结果后处理　433

14．3．9　案例小结　435

本章小结　436

第15章　非稳态分析　437

15．1　非稳态概述　437

15．1．1　非稳态分析简介　437

15．1．2　非稳态分析流程　437

15．2　浮力驱动分析　438

15．2．1　问题描述　438

15．2．2　分析过程　438

15．2．3　启动WorkBench并建立分析项目　438

15．2．4　导入网格文件　439

15．2．5　流体域设定　440

15．2．6　分析类型设定　441

15．2．7　热壁面边界设定　442

15．2．8　冷壁面边界设定　443

15．2．9　对称边界设定　444

15．2．10　初始条件设定　444

15．2．11　输出控制设定　445

15．2．12　求解控制设定　446

15．2．13　求解　447

15．2．14　调整视图　447

15．2．15　生成温度云图　448

15．2．16　创建点　450

15．2．17　生成温度随时间变化的曲线图　451

15．2．18　保存和退出　453

15．2．19　案例小结　453

15．3　容器内部水位及水流速度计算　454

15．3．1　问题描述　454

15．3．2　分析过程　454

15．3．3　启动WorkBench并建立分析项目　454

15．3．4　导入分析网格　455

15．3．5　前处理界面　455

15．3．6　设定分析形式　455

15．3．7　水和空气的属性设定　456

15．3．8　边界条件的设置　457

15．3．9　计算结果储存设置　459

15．3．10　求解　461

15．3．11　后处理　461

15．3．12　案例小结　463

本章小结　463

参考文献　464

ANSYS CFX是一款功能强大的CFD工程分析软件，主要用于内外流体流动、热传递、化学反应和燃烧、多相流和多孔介质、稳态及非稳态分析等工程相关问题。
　　《工程软件应用精解：ANSYS CFX 14.0超级学习手册》是基于ANSYS CFX 14.0最新版本编写的，共分为15章，通过大量实例详细系统地介绍了CFX 14.0解决实际问题的方法，包括计算流体的基础理论与方法，创建几何模型、划分网格、CFX前处理、CFX求解、CFX后处理等功能的介绍，针对每个CFX可以解决的流体问题辅以应用实例进行详细的讲解，包括内部流动、外部流动、传热流动、化学反应与燃烧、多相流、多孔介质、稳态及非稳态等流体问题，使读者能够快速、熟练、深入地掌握CFX流体计算软件。
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