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計算流體動力學(基於OpenFOAM的有限體積法解析及應用)

  • 作者:張成春//沈淳|責編:劉信力//孔曉慧
  • 出版社:科學
  • ISBN:9787030775238
  • 出版日期:2024/08/01
  • 裝幀:平裝
  • 頁數:250
人民幣:RMB 128 元      售價:
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內容大鋼
    本書基於OpenFOAM開源平台,結合代碼段系統地講述有限體積法基本理論及其相關應用,全書共14章。第1?6章主要包括緒論、流體力學控制方程的有限體積法離散及求解方法、湍流模型及前後處理的基本理論;第7?10章著重介紹低速不可壓縮流、高速可壓縮流、氣動雜訊預測、氣液兩相流等常見問題的模擬方法;第11?14章針對工程仿生領域中的幾個複雜流動與複雜流體問題,介紹計算網格處理、非官方求解器及功能函數庫的調用與修改。
    本書可供高等院校仿生科學與工程、能源與動力工程、機械工程等專業高年級本科生及研究生使用,也可供從事複雜流動與複雜流體相關領域的科研人員參考。

作者介紹
張成春//沈淳|責編:劉信力//孔曉慧

目錄
前言
第1章  緒論
  1.1  計算流體動力學的概念
  1.2  本書特色與優勢
  1.3  開源CFD平台OpenFOAM簡介
  1.4  複雜流體與複雜流動問題的分析需求
  1.5  學習本書的有益效果
  參考文獻
第2章  OpenFOAM基礎架構
  2.1  OpenFOAM安裝
  2.2  OpenFOAM的文件結構
    2.2.1  認識OpenFOAM
    2.2.2  程序庫文件結構
    2.2.3  算例文件結構
  2.3  OpenFOAM網格、場類代碼操作
    2.3.1  OpenFOAM網格空間基本信息要素
    2.3.2  網格類代碼操作
    2.3.3  OpenFOAM場操作和運算
  2.4  OpenFOAM程序運行規則
    2.4.1  OpenFOAM中的對象註冊機制
    2.4.2  運行時選擇機制
  2.5  OpenFOAM的部分計算模型及方法發展情況
    2.5.1  氣液多相流動求解方法
    2.5.2  基於密度高速可壓縮求解方法
    2.5.3  其他關鍵功能模塊庫
  2.6  小結
  參考文獻
第3章  流體力學基本控制方程及離散方法
  3.1  黏性應力張量τ
  3.2  流動控制方程
    3.2.1  連續性方程
    3.2.2  動量方程
    3.2.3  能量方程
    3.2.4  矢通量守恆形式通用控制方程
  3.3  OpenFOAM控制方程求解張量運算表達式
    3.3.1  控制體黏性應力張量表達式
    3.3.2  動量方程中黏性應力項張量運算符
    3.3.3  能量方程寫法表達式
  3.4  控制方程有限體積法離散
    3.4.1  瞬態時間項
    3.4.2  對流項
    3.4.3  擴散項
    3.4.4  梯度項
  3.5  邊界條件模型
    3.5.1  固定值、固定梯度和混合邊界
    3.5.2  其他衍生類邊界條件
  3.6  小結
  參考文獻
第4章  流動求解方法
  4.1  速度-壓力修正演算法

    4.1.1  不可壓縮(pisoFoam)
    4.1.2  可壓縮(sonicFoam)
  4.2  多相流VOF方法(interFoam)
    4.2.1  基本演算法
    4.2.2  平滑函數
  4.3  基於密度求解器
    4.3.1  對流離散格式
    4.3.2  界面重構格式
    4.3.3  全速域顯式演算法
    4.3.4  隱式LU-SGS
    4.3.5  雙時間步格式
  4.4  小結
  參考文獻
第5章  湍流模型
  5.1  雷諾時均模型
    5.1.1  雷諾應力近似
    5.1.2  標準k-ε模型
    5.1.3  k-ω SST模型
  5.2  大渦模擬模型
    5.2.1  亞格子湍流應力
    5.2.2  亞格子模型
    5.2.3  濾波尺度
  5.3  湍流壁面函數
    5.3.1  nutWallFunctions壁面函數邊界
    5.3.2  全y+(nutUSpaldingWallFunction)壁面函數邊界
    5.3.3  其他參數壁面函數邊界
  5.4  小結
  參考文獻
第6章  OpenFOAM前處理及后處理
  6.1  blockMesh模塊
    6.1.1  blockMesh字典關鍵詞
    6.1.2  多模塊翼型網格劃分
  6.2  snappyHexMesh模塊
  6.3  其他軟體生成網格導入
  6.4  前處理其他工具命令
  6.5  后處理工具命令
  6.6  功能對象
  6.7  圖形界面后處理
  6.8  第三方功能庫
  6.9  小結
  參考文獻
第7章  低速不可壓縮流場繞流
  7.1  計算域網格
  7.2  計算設置
  7.3  計算結果討論
  7.4  小結
  參考文獻
第8章  高速可壓縮流動
  8.1  超聲速前台階流動
    8.1.1  計算域網格劃分

    8.1.2  求解器計算及離散格式設置
    8.1.3  計算結果對比
  8.2  基於密度全速域演算法
    8.2.1  圓弧凸起通道流動計算模型
    8.2.2  算例邊界條件和離散格式設置
    8.2.3  計算結果討論
  8.3  小結
  參考文獻
第9章  氣動雜訊預測
  9.1  圓柱-翼型干涉模型氣動雜訊預測
    9.1.1  幾何模型及計算域網格
    9.1.2  邊界條件及求解器設置
    9.1.3  計算結果討論
  9.2  雙圓柱干涉雜訊預測
    9.2.1  幾何模型及計算域網格
    9.2.2  邊界條件與求解設置
    9.2.3  計算結果討論
  9.3  圓柱繞流直接聲學模擬
    9.3.1  幾何模型與計算域網格
    9.3.2  求解器caaFoam
    9.3.3  基於密度的隱式求解器lusgsFoam-caa
    9.3.4  吸聲區域計算結果
    9.3.5  無反射邊界條件計算結果
  9.4  小結
  參考文獻
第10章  氣液兩相流
  10.1  多相流氣液界面傳質模型
  10.2  接觸角模型
    10.2.1  三相線動態接觸角模型
    10.2.2  phaseSystem類中增加接觸角模型
  10.3  單氣泡生長數值方法
  10.4  小結
  參考文獻
第11章  仿生微溝槽表面減阻數值模擬分析
  11.1  鯊魚皮仿生表面減阻數值模擬
    11.1.1  短鰭灰鯖鯊特徵部位採樣及表徵
    11.1.2  仿鯊魚皮溝槽平板減阻模型構建
    11.1.3  求解過程關鍵參數設置
    11.1.4  計算結果后處理
  11.2  高速條件下仿生溝槽表面減阻性能數值模擬
    11.2.1  lusgsFoam求解器
    11.2.2  高速溝槽平板減阻分析
  11.3  小結
  參考文獻
第12章  仿生結構降噪的數值模擬
  12.1  翼型葉片前緣陣列凸點降噪的數值模擬
  12.2  仿生翼型葉片氣動雜訊數值模擬分析
    12.2.1  模型計算域與計算網格
    12.2.2  WALE模型設置
    12.2.3  FW-H模型設置

    12.2.4  物理模型與求解設置
    12.2.5  低速條件下仿生翼型葉片遠場雜訊特性
    12.2.6  點陣前緣降噪機理
  12.3  高速下仿生翼型葉片氣動雜訊數值模擬分析
    12.3.1  模型計算網格加密
    12.3.2  物理模型與求解設置
    12.3.3  lusgsFoam求解器設置
    12.3.4  高速來流下仿生翼型葉片雜訊分析
  12.4  小結
  參考文獻
第13章  液滴仿生操控問題的數值模擬
  13.1  液滴撞擊親水錶面動態潤濕過程數值模擬
    13.1.1  仿生超親水錶面液滴動態潤濕過程
    13.1.2  計算域網格動態接觸角模型
    13.1.3  三相接觸線模型
    13.1.4  計算模型設置
    13.1.5  計算結果討論
  13.2  液滴撞擊彈性表面
    13.2.1  液滴撞擊彈性羽毛問題描述
    13.2.2  計算域模型與計算網格
    13.2.3  計算域模型與計算網格
    13.2.4  數值結果與試驗數據的比較
  13.3  小結
  參考文獻
第14章  氣液兩相流中氣泡演化數值模擬
  14.1  仿生交錯潤濕表面強化沸騰換熱
    14.1.1  仿生交錯潤濕表面氣泡動力學問題描述
    14.1.2  仿生交錯潤濕陣列表面氣泡演化過程模擬
  14.2  仿生疏水錶面微氣泡層操控空化氣泡潰滅方向
    14.2.1  仿生疏水錶面氣泡操控空化氣泡的潰滅方向研究的相關背景
    14.2.2  空化氣泡潰滅計算域模型與計算網格
    14.2.3  計算模型設置
    14.2.4  空化氣泡潰滅數值模擬結果
  14.3  小結
  參考文獻

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