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ANSYS 14.5/FLOTRAN流场分析从入门到精通
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资料介绍
ANSYS 14.5/FLOTRAN流场分析从入门到精通
出版时间：2014年版
内容简介
《ANSYS工程应用系列丛书：ANSYS 14。5/FLOTRAN流场分析从入门到精通》共12章。第1章全面介绍了ANSYS／FLOTRAN的基本概念和分析类型，使读者对ANSYS／FLOTPAN有初步的了解：第2章主要介绍了ANSYS／FLOTRAN分析的基本原理，具体内容包括FLOTRAN单元特点，FLOTRAN分析步骤，FLOTRAN分析工具以及如何进行分析评价等；第3章介绍FLOTRAN流体的基本属性，主要包括比热容，密度和导热系数，粘度，表面张力系数以及壁面静态接触角等；第4章介绍了FLOTRAN特性，包括坐标系，旋转参考系，涡流和分布式阻力的设置方法以及FLOTRAN命令的设置：第5章介绍了FLOTRAN CFD求解器和矩阵方程，主要包括三对角矩阵算法、半直接共轭方向法和高斯消去法3种算法；第6章介绍了层流和湍流不可压缩流动FLOTRAN分析及实例；第7章介绍了FLOTRAN热分析及实例；第8章介绍了VOF模型分析及实例；第9章介绍了可压缩流动FLOTRAN分析及实例；第10章介绍了动网格的ALE分析及实例；第11章介绍了多组分传输分析及实例；第12章介绍了声学分析及实例。在各专题的讲解中，都介绍了相应的基本概念、理论以及利用ANSYS软件进行分析的基本过程，还介绍了相关的求解步骤。
目录
前言
第1章 FLOTRAN流体力学分析概述 1
1.1 FLOTRAN CFD分析的概念 2
1.2 FLOTRAN分析类型 2
1.2.1 层流分析 2
1.2.2 湍流分析 3
1.2.3 热分析 3
1.2.4 可压缩流动分析 3
1.2.5 非牛顿流动分析 3
1.2.6 多组分传输分析 3
1.2.7 自由表面分析 3
第2章 FLOTRAN分析的基本原理与基本属性 4
2.1 FLOTRAN单元的特点 5
2.1.1 FLUID141单元 5
2.1.2 FLUID142单元 11
2.2 FLOTRAN单元的局限性 15
2.3 FLOTRAN分析步骤 17
2.3.1 确定问题的区域 17
2.3.2 确定流体的状态 17
2.3.3 生成有限元网格 17
2.3.4 施加边界条件 18
2.3.5 设置FLOTRAN分析参数 18
2.3.6 求解 18
2.3.7 检查结果 18
2.4 FLOTRAN单元相关文件 18
2.4.1 结果文件 19
2.4.2 打印文件 19
2.4.3 残差文件 19
2.4.4 重启动文件 20
2.4.5 FLOTRAN重启动分析（续算） 20
2.5 提高收敛性和稳定性常用的工具 21
2.5.1 松弛因子 21
2.5.2 惯性松弛 21
2.5.3 修正的惯性松弛 21
2.5.4 人工粘性 22
2.5.5 速度限制 22
2.5.6 面积积分阶次 22
2.6 评价FLOTRAN分析 23
2.7 验证结果 23
2.8 流体基本属性 24
2.8.1 比热容 24
2.8.2 密度和导热系数 25
2.8.3 粘度 26
2.8.4 表面张力系数 27
2.8.5 壁面静态接触角 27
2.8.6 设置流体性质的步骤 28
2.9 初始属性和变化属性 30
2.10 使用ANSYS非牛顿流体性质 30
2.10.1 激活Power Law模型 30
2.10.2 激活Carreau模型 31
2.10.3 激活Bingham模型 31
2.11 用户编程定义属性 32
第3章 FLOTRAN特性 33
3.1 坐标系 34
3.2 旋转参考系 35
3.3 涡流 35
3.4 分布式阻力 36
3.5 FLOTRAN设置命令 37
3.5.1 FLOTRAN求解控制命令 37
3.5.2 FLOTRAN执行及输出控制命令——稳态控制参数设置 37
3.5.3 FLOTRAN执行及输出控制命令——瞬态控制参数设置 38
3.5.4 FLOTRAN输出及保存文件控制 40
3.5.5 FLOTRAN输出收敛监测量的控制 42
3.5.6 FLOTRAN流体类型及其特性的可变性控制 43
3.5.7 FLOTRAN流体性质参数设定 44
3.5.8 FLOTRAN分析的坐标系统的指定 45
3.5.9 FLOTRAN分析参考条件的设置 46
3.5.10 指定FLOTRAN分析的旋转坐标系统 47
3.5.11 指定FLOTRAN分析的重力加速度 48
3.5.12 设置有助于FLOTRAN求解稳定的参数 48
3.5.13 设定FLOTRAN自由度松弛因子 49
3.5.14 设定FLOTRAN流体性质松弛因子 49
3.5.15 设置FLOTRAN分析的自由度限值 50
3.5.16 选择FLOTRAN各自由度相应的求解器 50
3.5.17 对FLOTRAN各求解器的控制 52
3.5.18 设置FLOTRAN湍流模型的一些常数 57
3.5.19 重新设定FLOTRAN各分析参数的值 58
3.5.20 控制FLOTRAN面积积分的阶次(Quadrature Order) 59
3.5.21 FLOTRAN多组分疏运分析的设置及控制 60
3.5.22 定义FLOTRAN的重启动（续算）控制 65
3.5.23 设置并执行一个零迭代FLOTRAN分析 67
第4章 FLOTRAN CFD求解器和矩形方程 68
4.1 三对角矩阵算法 69
4.2 半直接求解 70
4.2.1 预条件广义最小残差（PGMR）求解器 71
4.2.2 预条件BICGStab(PBCGM)求解器 71
4.3 稀疏直接求解 72
第5章 不可压缩流动FLOTRAN分析及实例 73
5.1 激活湍流模型 74
5.1.1 雷诺数 74
5.1.2 层流和湍流的判断 74
5.1.3 湍流比和入口参数 74
5.1.4 湍流模型 75
5.2 网格要求 77
5.3 流动边界条件 78
5.4 难点问题分析 81
5.5 问题描述 83
5.5.1 模型尺寸 83
5.5.2 理论假设 83
5.6 2-D管道流动分析（层流模型） 84
5.6.1 前处理 84
5.6.2 求解 89
5.6.3 后处理 91
5.6.4 命令流模式 94
5.7 2-D管道流动分析（增加来流速的层流模型） 98
5.7.1 前处理 98
5.7.2 求解过程 104
5.7.3 后处理 106
5.7.4 命令流模式 110
5.8 2-D管道流动分析（增加出口段长度的层流模型） 110
5.8.1 前处理 110
5.8.2 求解过程 116
5.8.3 后处理 117
5.8.4 命令流模式 120
5.9 2-D管道湍流流动分析（增加出口段长度的湍流模型） 121
5.9.1 前处理 121
5.9.2 求解过程 126
5.9.3 后处理 128
5.9.4 命令流模式 131
第6章 可压缩流动FLOTRAN分析及实例 132
6.1 可压缩流动FLOTRAN分析简介 133
6.1.1 物理性质计算 133
6.1.2 边界条件 134
6.1.3 结构和非结构网格 135
6.1.4 求解方案 135
6.2 喷管内超音速可压缩流动分析 136
6.2.1 问题描述 136
6.2.2 前处理 136
6.2.3 求解 146
6.2.4 后处理 153
6.2.5 命令流模式 154
第7章 VOF模型分析及实例 155
7.1 VFRC载荷 156
7.1.1 初始VFRC载荷 156
7.1.2 建立VFRC载荷的边界 156
7.2 输入设置 157
7.2.1 外界条件 157
7.2.2 VFRC公差 158
7.2.3 VOF时间步 159
7.3 通过障碍物的水流流动初步发展分析 159
7.3.1 问题描述 159
7.3.2 前处理 160
7.3.3 求解 173
7.3.4 后处理 176
7.3.5 命令流模式 178
7.4 大坝VOF分析 178
7.4.1 问题描述 178
7.4.2 前处理 179
7.4.3 求解 185
7.4.4 后处理 187
7.4.5 命令流模式 190
7.5 振荡液滴的VOF模型分析 190
7.5.1 问题描述 190
7.5.2 前处理 191
7.5.3 求解 197
7.5.4 后处理 199
7.5.5 命令流模式 201
第8章 FLOTRAN热分析及实例 202
8.1 FLOTRAN热分析简介 203
8.1.1 FLOTRAN热分析的功能 203
8.1.2 FLOTRAN热分析的基本要求 203
8.2 FLOTRAN热分析求解 205
8.2.1 FLOTRAN热分析的求解内容 205
8.2.2 FLOTRAN热分析方法 205
8.2.3 FLOTRAN热分析的基本步骤 206
8.3 求解方法 207
8.3.1 连续流体性质 207
8.3.2 强制对流 208
8.3.3 自然对流 208
8.3.4 共轭传热 209
8.4 层流流体受均匀壁面热通量 210
8.4.1 问题描述 210
8.4.2 前处理 211
8.4.3 求解 219
8.4.4 后处理 222
8.4.5 命令流模式 228
8.5 空腔中空气的热稳态层流分析 228
8.5.1 问题描述 228
8.5.2 前处理 228
8.5.3 求解 234
8.5.4 后处理 236
8.5.5 命令流模式 240
第9章 动网格的ALE分析及实例 241
9.1 ALE方法简介 242
9.2 对称扭转ALE分析 243
9.2.1 问题描述 243
9.2.2 前处理 245
9.2.3 求解 255
9.2.4 后处理 257
9.2.5 命令流模式 259
9.3 容积可变式容器的ALE/VOF分析 259
9.3.1 问题描述 259
9.3.2 前处理 260
9.3.3 求解 268
9.3.4 后处理 270
9.3.5 命令流模式 272
9.4 动圆柱的ALE分析 272
9.4.1 问题描述 272
9.4.2 前处理 272
9.4.3 求解 283
9.4.4 后处理 287
9.4.5 命令流模式 289
9.4.6 思考与讨论 289
第10章 多组分传输分析及实例 291
10.1 混合类型 292
10.2 多组分传输分析的基本步骤 293
10.3 两相热交换分析及实例 295
10.3.1 问题描述 295
10.3.2 前处理 295
10.3.3 求解 305
10.3.4 后处理 311
10.3.5 命令流模式 313
10.4 三种气体混合分析及实例 313
10.4.1 问题描述 313
10.4.2 前处理 314
10.4.3 求解 325
10.4.4 二次前处理 326
10.4.5 二次求解 335
10.4.6 后处理 338
10.4.7 命令流模式 341
第11章 声学分析及实例 342
11.1 声学分析步骤 343
11.1.1 建立模型 343
11.1.2 划分网格 344
11.1.3 设置边界条件并计算 345
11.2 流固耦合声学分析 348
11.2.1 问题描述 348
11.2.2 前处理 348
11.2.3 求解 359
11.2.4 后处理 361
11.2.5 命令流模式 365
11.3 房间内的声学分析 365
11.3.1 问题描述 365
11.3.2 前处理 365
11.3.3 求解 379
11.3.4 后处理 380
11.3.5 命令流模式 381
式
出版时间：2014年版
内容简介
《ANSYS工程应用系列丛书：ANSYS 14。5/FLOTRAN流场分析从入门到精通》共12章。第1章全面介绍了ANSYS／FLOTRAN的基本概念和分析类型，使读者对ANSYS／FLOTPAN有初步的了解：第2章主要介绍了ANSYS／FLOTRAN分析的基本原理，具体内容包括FLOTRAN单元特点，FLOTRAN分析步骤，FLOTRAN分析工具以及如何进行分析评价等；第3章介绍FLOTRAN流体的基本属性，主要包括比热容，密度和导热系数，粘度，表面张力系数以及壁面静态接触角等；第4章介绍了FLOTRAN特性，包括坐标系，旋转参考系，涡流和分布式阻力的设置方法以及FLOTRAN命令的设置：第5章介绍了FLOTRAN CFD求解器和矩阵方程，主要包括三对角矩阵算法、半直接共轭方向法和高斯消去法3种算法；第6章介绍了层流和湍流不可压缩流动FLOTRAN分析及实例；第7章介绍了FLOTRAN热分析及实例；第8章介绍了VOF模型分析及实例；第9章介绍了可压缩流动FLOTRAN分析及实例；第10章介绍了动网格的ALE分析及实例；第11章介绍了多组分传输分析及实例；第12章介绍了声学分析及实例。在各专题的讲解中，都介绍了相应的基本概念、理论以及利用ANSYS软件进行分析的基本过程，还介绍了相关的求解步骤。
目录
前言
第1章 FLOTRAN流体力学分析概述 1
1.1 FLOTRAN CFD分析的概念 2
1.2 FLOTRAN分析类型 2
1.2.1 层流分析 2
1.2.2 湍流分析 3
1.2.3 热分析 3
1.2.4 可压缩流动分析 3
1.2.5 非牛顿流动分析 3
1.2.6 多组分传输分析 3
1.2.7 自由表面分析 3
第2章 FLOTRAN分析的基本原理与基本属性 4
2.1 FLOTRAN单元的特点 5
2.1.1 FLUID141单元 5
2.1.2 FLUID142单元 11
2.2 FLOTRAN单元的局限性 15
2.3 FLOTRAN分析步骤 17
2.3.1 确定问题的区域 17
2.3.2 确定流体的状态 17
2.3.3 生成有限元网格 17
2.3.4 施加边界条件 18
2.3.5 设置FLOTRAN分析参数 18
2.3.6 求解 18
2.3.7 检查结果 18
2.4 FLOTRAN单元相关文件 18
2.4.1 结果文件 19
2.4.2 打印文件 19
2.4.3 残差文件 19
2.4.4 重启动文件 20
2.4.5 FLOTRAN重启动分析（续算） 20
2.5 提高收敛性和稳定性常用的工具 21
2.5.1 松弛因子 21
2.5.2 惯性松弛 21
2.5.3 修正的惯性松弛 21
2.5.4 人工粘性 22
2.5.5 速度限制 22
2.5.6 面积积分阶次 22
2.6 评价FLOTRAN分析 23
2.7 验证结果 23
2.8 流体基本属性 24
2.8.1 比热容 24
2.8.2 密度和导热系数 25
2.8.3 粘度 26
2.8.4 表面张力系数 27
2.8.5 壁面静态接触角 27
2.8.6 设置流体性质的步骤 28
2.9 初始属性和变化属性 30
2.10 使用ANSYS非牛顿流体性质 30
2.10.1 激活Power Law模型 30
2.10.2 激活Carreau模型 31
2.10.3 激活Bingham模型 31
2.11 用户编程定义属性 32
第3章 FLOTRAN特性 33
3.1 坐标系 34
3.2 旋转参考系 35
3.3 涡流 35
3.4 分布式阻力 36
3.5 FLOTRAN设置命令 37
3.5.1 FLOTRAN求解控制命令 37
3.5.2 FLOTRAN执行及输出控制命令——稳态控制参数设置 37
3.5.3 FLOTRAN执行及输出控制命令——瞬态控制参数设置 38
3.5.4 FLOTRAN输出及保存文件控制 40
3.5.5 FLOTRAN输出收敛监测量的控制 42
3.5.6 FLOTRAN流体类型及其特性的可变性控制 43
3.5.7 FLOTRAN流体性质参数设定 44
3.5.8 FLOTRAN分析的坐标系统的指定 45
3.5.9 FLOTRAN分析参考条件的设置 46
3.5.10 指定FLOTRAN分析的旋转坐标系统 47
3.5.11 指定FLOTRAN分析的重力加速度 48
3.5.12 设置有助于FLOTRAN求解稳定的参数 48
3.5.13 设定FLOTRAN自由度松弛因子 49
3.5.14 设定FLOTRAN流体性质松弛因子 49
3.5.15 设置FLOTRAN分析的自由度限值 50
3.5.16 选择FLOTRAN各自由度相应的求解器 50
3.5.17 对FLOTRAN各求解器的控制 52
3.5.18 设置FLOTRAN湍流模型的一些常数 57
3.5.19 重新设定FLOTRAN各分析参数的值 58
3.5.20 控制FLOTRAN面积积分的阶次(Quadrature Order) 59
3.5.21 FLOTRAN多组分疏运分析的设置及控制 60
3.5.22 定义FLOTRAN的重启动（续算）控制 65
3.5.23 设置并执行一个零迭代FLOTRAN分析 67
第4章 FLOTRAN CFD求解器和矩形方程 68
4.1 三对角矩阵算法 69
4.2 半直接求解 70
4.2.1 预条件广义最小残差（PGMR）求解器 71
4.2.2 预条件BICGStab(PBCGM)求解器 71
4.3 稀疏直接求解 72
第5章 不可压缩流动FLOTRAN分析及实例 73
5.1 激活湍流模型 74
5.1.1 雷诺数 74
5.1.2 层流和湍流的判断 74
5.1.3 湍流比和入口参数 74
5.1.4 湍流模型 75
5.2 网格要求 77
5.3 流动边界条件 78
5.4 难点问题分析 81
5.5 问题描述 83
5.5.1 模型尺寸 83
5.5.2 理论假设 83
5.6 2-D管道流动分析（层流模型） 84
5.6.1 前处理 84
5.6.2 求解 89
5.6.3 后处理 91
5.6.4 命令流模式 94
5.7 2-D管道流动分析（增加来流速的层流模型） 98
5.7.1 前处理 98
5.7.2 求解过程 104
5.7.3 后处理 106
5.7.4 命令流模式 110
5.8 2-D管道流动分析（增加出口段长度的层流模型） 110
5.8.1 前处理 110
5.8.2 求解过程 116
5.8.3 后处理 117
5.8.4 命令流模式 120
5.9 2-D管道湍流流动分析（增加出口段长度的湍流模型） 121
5.9.1 前处理 121
5.9.2 求解过程 126
5.9.3 后处理 128
5.9.4 命令流模式 131
第6章 可压缩流动FLOTRAN分析及实例 132
6.1 可压缩流动FLOTRAN分析简介 133
6.1.1 物理性质计算 133
6.1.2 边界条件 134
6.1.3 结构和非结构网格 135
6.1.4 求解方案 135
6.2 喷管内超音速可压缩流动分析 136
6.2.1 问题描述 136
6.2.2 前处理 136
6.2.3 求解 146
6.2.4 后处理 153
6.2.5 命令流模式 154
第7章 VOF模型分析及实例 155
7.1 VFRC载荷 156
7.1.1 初始VFRC载荷 156
7.1.2 建立VFRC载荷的边界 156
7.2 输入设置 157
7.2.1 外界条件 157
7.2.2 VFRC公差 158
7.2.3 VOF时间步 159
7.3 通过障碍物的水流流动初步发展分析 159
7.3.1 问题描述 159
7.3.2 前处理 160
7.3.3 求解 173
7.3.4 后处理 176
7.3.5 命令流模式 178
7.4 大坝VOF分析 178
7.4.1 问题描述 178
7.4.2 前处理 179
7.4.3 求解 185
7.4.4 后处理 187
7.4.5 命令流模式 190
7.5 振荡液滴的VOF模型分析 190
7.5.1 问题描述 190
7.5.2 前处理 191
7.5.3 求解 197
7.5.4 后处理 199
7.5.5 命令流模式 201
第8章 FLOTRAN热分析及实例 202
8.1 FLOTRAN热分析简介 203
8.1.1 FLOTRAN热分析的功能 203
8.1.2 FLOTRAN热分析的基本要求 203
8.2 FLOTRAN热分析求解 205
8.2.1 FLOTRAN热分析的求解内容 205
8.2.2 FLOTRAN热分析方法 205
8.2.3 FLOTRAN热分析的基本步骤 206
8.3 求解方法 207
8.3.1 连续流体性质 207
8.3.2 强制对流 208
8.3.3 自然对流 208
8.3.4 共轭传热 209
8.4 层流流体受均匀壁面热通量 210
8.4.1 问题描述 210
8.4.2 前处理 211
8.4.3 求解 219
8.4.4 后处理 222
8.4.5 命令流模式 228
8.5 空腔中空气的热稳态层流分析 228
8.5.1 问题描述 228
8.5.2 前处理 228
8.5.3 求解 234
8.5.4 后处理 236
8.5.5 命令流模式 240
第9章 动网格的ALE分析及实例 241
9.1 ALE方法简介 242
9.2 对称扭转ALE分析 243
9.2.1 问题描述 243
9.2.2 前处理 245
9.2.3 求解 255
9.2.4 后处理 257
9.2.5 命令流模式 259
9.3 容积可变式容器的ALE/VOF分析 259
9.3.1 问题描述 259
9.3.2 前处理 260
9.3.3 求解 268
9.3.4 后处理 270
9.3.5 命令流模式 272
9.4 动圆柱的ALE分析 272
9.4.1 问题描述 272
9.4.2 前处理 272
9.4.3 求解 283
9.4.4 后处理 287
9.4.5 命令流模式 289
9.4.6 思考与讨论 289
第10章 多组分传输分析及实例 291
10.1 混合类型 292
10.2 多组分传输分析的基本步骤 293
10.3 两相热交换分析及实例 295
10.3.1 问题描述 295
10.3.2 前处理 295
10.3.3 求解 305
10.3.4 后处理 311
10.3.5 命令流模式 313
10.4 三种气体混合分析及实例 313
10.4.1 问题描述 313
10.4.2 前处理 314
10.4.3 求解 325
10.4.4 二次前处理 326
10.4.5 二次求解 335
10.4.6 后处理 338
10.4.7 命令流模式 341
第11章 声学分析及实例 342
11.1 声学分析步骤 343
11.1.1 建立模型 343
11.1.2 划分网格 344
11.1.3 设置边界条件并计算 345
11.2 流固耦合声学分析 348
11.2.1 问题描述 348
11.2.2 前处理 348
11.2.3 求解 359
11.2.4 后处理 361
11.2.5 命令流模式 365
11.3 房间内的声学分析 365
11.3.1 问题描述 365
11.3.2 前处理 365
11.3.3 求解 379
11.3.4 后处理 380
11.3.5 命令流模式 381
式
