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本書針對(duì)本科生和碩士研究生開設(shè)熱流體軟件基礎(chǔ)與應(yīng)用課程而編寫，內(nèi)容涵蓋CFD基礎(chǔ)、ANSYS Fluent、ANSYS CFX和Tecplot的基本操作與工程應(yīng)用范例，其中Fluent部分有9個(gè)典型范例，CFX部分有7個(gè)典型范例。本書的主要讀者對(duì)象是理工科院校的本科生和碩士研究生，也可供相關(guān)專業(yè)的科技人員參考使用。

前言
人類的生活越來(lái)越離不開對(duì)流體流動(dòng)規(guī)律的研究，無(wú)論是航空、航天、航海，還是石油化工、汽車外形設(shè)計(jì)，乃至醫(yī)學(xué)領(lǐng)域等，都與流體流動(dòng)問(wèn)題密切相關(guān)。而由于流體流動(dòng)的特殊性，包括流體的易變形性、可壓縮性等，到目前為止，人們對(duì)流體流動(dòng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。
自阿基米德開始，科學(xué)家們?cè)趯?shí)驗(yàn)研究和理論研究的基礎(chǔ)上，逐漸建立起流體流動(dòng)的規(guī)律和控制微分方程，比如阿基米德的浮力定理、牛頓內(nèi)摩擦定律、歐拉方程、N-S方程等。這些前人的研究成果無(wú)疑給我們帶來(lái)了許多驚喜，也使后人可以對(duì)比較簡(jiǎn)單的流動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行有效的研究和計(jì)算。但當(dāng)遇到比較復(fù)雜的流動(dòng)問(wèn)題時(shí)，類似于伯努利方程等就難以勝任了，特別是涉及需要研究流場(chǎng)內(nèi)部的流動(dòng)細(xì)節(jié)時(shí)，比如壓力分布或速度分布，此時(shí)就需要求解N-S方程了。對(duì)于歐拉方程和N-S方程，我們假定這些控制方程是正確的，但由于方程的非線性問(wèn)題，目前對(duì)這些方程的求解還是很無(wú)奈的。為此，科學(xué)家們提出了采用離散的方法求解微分方程，將連續(xù)的流場(chǎng)空間離散化，在離散點(diǎn)上利用差分方法將微分方程轉(zhuǎn)化為代數(shù)方程，構(gòu)成代數(shù)方程組，進(jìn)而求解離散點(diǎn)上的值，用離散解來(lái)替代連續(xù)解，這就是計(jì)算流體力學(xué)的基本出發(fā)點(diǎn)。
計(jì)算流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，CFD），是20世紀(jì)50年代以來(lái)隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展而產(chǎn)生的一個(gè)介于數(shù)學(xué)、流體力學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)之間的交叉學(xué)科，主要研究?jī)?nèi)容是通過(guò)計(jì)算機(jī)和數(shù)值方法來(lái)求解流體力學(xué)的控制方程，對(duì)流體力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行仿真計(jì)算模擬和分析。早在20世紀(jì)初就有人提出了用數(shù)值方法來(lái)解流體力學(xué)問(wèn)題的思想，但是由于這種問(wèn)題本身的復(fù)雜性和當(dāng)時(shí)計(jì)算工具的落后，這一思想并未引起人們重視。自從20世紀(jì)40年代中期電子計(jì)算機(jī)問(wèn)世以來(lái)，用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值模擬和計(jì)算才成為現(xiàn)實(shí)。1963年，美國(guó)的F.H.哈洛和J.E.弗羅姆用當(dāng)時(shí)的IBM7090計(jì)算機(jī)，成功地解決了二維長(zhǎng)方形柱體的繞流問(wèn)題并給出尾流渦街的形成和演變過(guò)程，受到普遍的重視。1965年，哈洛和弗羅姆發(fā)表“流體動(dòng)力學(xué)的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)”一文，對(duì)計(jì)算機(jī)在流體力學(xué)中的巨大作用做了介紹。從此，人們把20世紀(jì)60年代中期看成是計(jì)算流體力學(xué)興起的年代。
計(jì)算流體力學(xué)的發(fā)展歷史雖然不長(zhǎng)，但已廣泛深入到流體力學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。許多優(yōu)秀的CFD商業(yè)軟件也相繼問(wèn)世，比如Fluent、CFX、Star-CD等。1981年，英國(guó)CHAM公司首先推出求解流動(dòng)與傳熱問(wèn)題的商業(yè)軟件PHOENICS，自此，在國(guó)際軟件產(chǎn)業(yè)中迅速形成了通稱為CFD軟件的產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)。種類繁多的流動(dòng)與傳熱問(wèn)題商業(yè)軟件的相繼發(fā)布，在促進(jìn)CFD技術(shù)在工業(yè)實(shí)際應(yīng)用方面起了很大的作用。CFD軟件之間還可以方便地進(jìn)行數(shù)值交換，并采用統(tǒng)一的前、后處理工具，這就避免了科研工作者在設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)算法、編程、前后處理等方面投入的重復(fù)、低效的勞動(dòng)，而可以將主要精力和智慧用于物理問(wèn)題本身的探索上，所以這些軟件的推出，大大方便了相關(guān)科技人員的研究工作。
本書是針對(duì)工科院校本科生和研究生開設(shè)相關(guān)課程而編寫的，是一本CFD基礎(chǔ)與軟件應(yīng)用方面的入門教材。本書在介紹CFD基本概念的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)多個(gè)流體工程中常見(jiàn)典型問(wèn)題的求解過(guò)程，在前處理方面介紹了Gambit、ICEM的應(yīng)用方法與技巧；在求解計(jì)算方面介紹了ANSYS Fluent和ANSYS CFX兩個(gè)軟件平臺(tái)的應(yīng)用；后處理方面介紹了Tecplot 360的應(yīng)用。編寫的風(fēng)格是“跟我學(xué)”的方式，從建模到計(jì)算，再到計(jì)算結(jié)果的后處理，一步一步地完成對(duì)問(wèn)題的仿真計(jì)算與分析。另外，對(duì)本書的內(nèi)容，讀者或教師也可根據(jù)不同的專業(yè)或感興趣的課題進(jìn)行有選擇的閱讀。
本書由韓占忠、黃彪、吳欽、朱宏政共同編寫，由韓占忠擔(dān)任主編，具體分工如下：第2篇的第5、6、9章由安徽理工大學(xué)朱宏政博士編寫；第3篇的第1、2、3、4章由北京理工大學(xué)黃彪博士編寫；第3篇的第5、6、7章由北京理工大學(xué)吳欽博士編寫；其余部分由韓占忠主筆。在本書的編寫過(guò)程中，得到了北京理工大學(xué)流體工程研究所所有教師和部分研究生的大力支持和許多有益的建議，在此一并表示衷心的感謝。
由于編者水平有限，書中難免有錯(cuò)漏之處，望廣大讀者海涵并給予指正。
編者

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