數(shù)值傳熱學(xué)實(shí)訓(xùn)
本書主要以陶文銓院士編著的《數(shù)值傳熱學(xué)》和《計(jì)算傳熱學(xué)的近代進(jìn)展》部分章節(jié)為基礎(chǔ)，并結(jié)合作者在數(shù)值傳熱學(xué)教學(xué)、科研中積累的心得體會編寫而成。全書對數(shù)值傳熱學(xué)的重點(diǎn)知識進(jìn)行歸納總結(jié)，設(shè)計(jì)了大量習(xí)題，并給出了詳細(xì)的參考答案，以加深讀者對數(shù)值傳熱學(xué)知識的理解。為了提高初學(xué)者應(yīng)用數(shù)值傳熱學(xué)的能力，本書設(shè)計(jì)了一些典型的編程題并給出了部分編程題的參考程序，同時(shí)對數(shù)值傳熱學(xué)的編程、調(diào)程及應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了比較系統(tǒng)的總結(jié)。
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目錄
第二版序
第一版序
第二版前言
第一版前言
第1章 數(shù)值傳熱學(xué)簡介 1
1.1 數(shù)值傳熱學(xué)定義及常用數(shù)值方法 1
1.2 數(shù)值傳熱學(xué)求解問題的流程 2
1.3 數(shù)值解的誤差 4
1.4 自主編程、商業(yè)軟件和開源軟件 5
1.5 數(shù)值傳熱學(xué)實(shí)訓(xùn)的內(nèi)容設(shè)置 7
1.6 典型習(xí)題解析 10
第2章 控制方程和定解條件 23
2.1 守恒型方程和非守恒型方程 23
2.2 數(shù)值傳熱學(xué)中常見控制方程的推導(dǎo)及其適用條件 24
2.3 控制方程的選擇與簡化 29
2.4 定解條件 30
2.5 控制方程和定解條件的無量綱化 32
2.6 通用控制方程 33
2.7 控制方程的類型及性質(zhì) 36
2.8 典型習(xí)題解析 38
第3章 計(jì)算區(qū)域的離散 63
3.1 網(wǎng)格生成方法概述 63
3.2 結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成方法 63
3.2.1 正交曲線坐標(biāo)系中的常規(guī)方法 64
3.2.2 貼體網(wǎng)格 67
3.2.3 塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格 69
3.3 非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格生成方法 70
3.3.1 Delaunay三角形化法 70
3.3.2 柵格法 71
3.3.3 前沿推進(jìn)法 72
3.4 其他網(wǎng)格生成方法 73
3.4.1 自適應(yīng)網(wǎng)格方法 73
3.4.2 動網(wǎng)格方法 73
3.5 常見正交坐標(biāo)系下的網(wǎng)格信息 74
3.5.1 有限差分法和有限容積法網(wǎng)格信息簡介 74
3.5.2 有限容積法網(wǎng)格參數(shù) 77
3.6 典型習(xí)題解析 83
3.7 編程實(shí)踐 91
第4章 正交結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格有限差分法 94
4.1 導(dǎo)數(shù)的差分表達(dá)式 94
4.2 空間項(xiàng)的離散 97
4.3 非穩(wěn)態(tài)項(xiàng)的離散 98
4.4 差分方程及其截差精度 100
4.5 高階緊致有限差分格式 102
4.6 典型習(xí)題解析 103
4.7 編程實(shí)踐 143
第5章 正交結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格有限容積法 145
5.1 有限容積法的假設(shè)和關(guān)鍵 145
5.2 界面交點(diǎn)物理量和待求變量界面法向一階偏導(dǎo)數(shù)的逼近 147
5.3 對流項(xiàng)的離散 152
5.4 擴(kuò)散項(xiàng)和源項(xiàng)的離散 158
5.5 非穩(wěn)態(tài)項(xiàng)的離散 162
5.6 增強(qiáng)離散方程計(jì)算穩(wěn)定性的兩種方法 164
5.7 擴(kuò)散方程的離散 164
5.8 對流擴(kuò)散方程的離散 166
5.9 邊界條件的離散 167
5.10 離散方程的截?cái)嗾`差 171
5.11 典型習(xí)題解析 172
5.12 編程實(shí)踐 244
第6章 離散方程的性質(zhì) 247
6.1 離散方程的守恒性 247
6.2 離散方程的截差精度 248
6.3 離散方程的相容性 249
6.4 初值穩(wěn)定性 251
6.5 對流項(xiàng)的遷移性和擴(kuò)散項(xiàng)的蔓延性 252
6.6 對流項(xiàng)的穩(wěn)定性 253
6.7 對流項(xiàng)的有界性 254
6.8 假擴(kuò)散 259
6.9 離散方程的收斂性 259
6.10 離散格式性質(zhì)的對比及選擇 259
6.11 有限差分法和有限容積法對比 261
6.12 典型習(xí)題解析 261
6.13 編程實(shí)踐 292
第7章 代數(shù)方程組的求解方法 296
7.1 代數(shù)方程組求解概述 296
7.2 三對角陣算法 298
7.3 幾種常用的簡單迭代方法 299
7.3.1 Jacobi點(diǎn)迭代和Gauss-Seidel點(diǎn)迭代 299
7.3.2 Jacobi線迭代和Gauss-Seidel線迭代 299
7.3.3 交替方向線迭代 300
7.4 共軛梯度法 301
7.5 多重網(wǎng)格方法 303
7.5.1 多重網(wǎng)格方法概述 303
7.5.2 多重網(wǎng)格基礎(chǔ)構(gòu)架 303
7.5.3 CS格式多重網(wǎng)格實(shí)施步驟 304
7.5.4 FAS格式多重網(wǎng)格實(shí)施步驟 305
7.5.5 多重網(wǎng)格實(shí)施注意事項(xiàng) 306
7.6 不同迭代方法的比較 307
7.7 典型習(xí)題解析 307
7.8 編程實(shí)踐 329
第8章 壓強(qiáng)-速度方程的耦合求解 332
8.1 壓強(qiáng)-速度耦合求解算法概述 332
8.2 交錯(cuò)網(wǎng)格和同位網(wǎng)格 333
8.3 SIMPLE算法 335
8.4 IDEAL算法 336
8.5 SIMPLE系列算法比較 337
8.6 投影法 337
8.6.1 壓強(qiáng)方程的推導(dǎo) 337
8.6.2 投影法的計(jì)算步驟 341
8.7 出口邊界條件的處理 342
8.8 典型習(xí)題解析 343
8.9 編程實(shí)踐 370
第9章 貼體坐標(biāo)有限容積法和SIMPLE算法 372
9.1 貼體坐標(biāo)有限容積法 372
9.1.1 控制方程的變換 372
9.1.2 邊界條件變換 373
9.1.3 貼體坐標(biāo)系下擴(kuò)散方程的離散 374
9.1.4 貼體坐標(biāo)系下對流擴(kuò)散方程的離散 375
9.2 基于貼體坐標(biāo)的SIMPLE算法 377
9.3 典型習(xí)題解析 379
9.4 編程實(shí)踐 392
第10章 非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格有限容積法和SIMPLE算法 394
10.1 非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格有限容積法 394
10.1.1 非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格下擴(kuò)散方程的離散 394
10.1.2 非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格下對流擴(kuò)散方程的離散 396
10.1.3 非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格邊界條件處理 398
10.2 非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格SIMPLE算法 399
10.3 貼體網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對比 401
10.4 典型習(xí)題解析 401
10.5 編程實(shí)踐 412
第11章 湍流數(shù)值模擬 414
11.1 湍流模擬簡介 414
11.2 湍流直接數(shù)值模擬方法 415
11.3 大渦模擬方法 415
11.4 雷諾平均方法 416
11.5 典型習(xí)題解析 418
11.6 編程實(shí)踐 423
第12章 兩相界面捕捉方法及相變模型 427
12.1 VOF、LS及二者復(fù)合的界面捕捉方法概述 427
12.2 復(fù)合界面捕捉方法VOSET 428
12.2.1 所涉及的控制方程 428
12.2.2 VOSET方法的實(shí)施過程 429
12.2.3 VOSET方法的求解性能分析 433
12.3 氣液相變模型 434
12.3.1 所涉及的控制方程 434
12.3.2 結(jié)合氣液相變模型的VOSET方法實(shí)施過程 435
12.4 典型習(xí)題解析 437
12.5 編程實(shí)踐 451
第13章 解的驗(yàn)證和分析 454
13.1 解的驗(yàn)證 454
13.2 理查森外推法及CFD計(jì)算中的誤差估計(jì) 462
13.2.1 理查森外推法 462
13.2.2 CFD計(jì)算中的誤差估計(jì) 463
13.3 典型習(xí)題解析 464
13.4 編程實(shí)踐 471
第14章 計(jì)算結(jié)果的后處理 472
14.1 后處理軟件介紹 472
14.1.1 Origin軟件 472
14.1.2 Tecplot軟件 472
14.2 物理問題 473
14.3 點(diǎn)線圖 473
14.3.1 數(shù)據(jù)文件的準(zhǔn)備 473
14.3.2 操作步驟 474
14.3.3 效果展示 481
14.4 等值線圖 482
14.4.1 數(shù)據(jù)文件的準(zhǔn)備 482
14.4.2 操作步驟 483
14.4.3 效果展示 488
14.5 等值面圖 489
14.5.1 數(shù)據(jù)文件的準(zhǔn)備 489
14.5.2 操作步驟 490
14.5.3 效果展示 493
14.6 速度矢量圖 493
14.6.1 數(shù)據(jù)文件的準(zhǔn)備 493
14.6.2 操作步驟 494
14.6.3 效果展示 495
14.7 流線圖 496
14.7.1 數(shù)據(jù)文件的準(zhǔn)備 496
14.7.2 操作步驟 496
14.7.3 效果展示 499
14.8 動態(tài)圖 500
14.8.1 數(shù)據(jù)文件的準(zhǔn)備 500
14.8.2 操作步驟 500
第15章 Fluent軟件應(yīng)用與二次開發(fā) 504
15.1 Fluent工作原理 504
15.2 Fluent基本使用 506
15.2.1 工作流程 506
15.2.2 工作界面 507
15.2.3 使用步驟 508
15.3 Fluent工作實(shí)例 512
15.3.1 導(dǎo)熱問題 512
15.3.2 單相層流問題 514
15.3.3 單相湍流問題 515
15.3.4 自然對流問題 516
15.3.5 多相流問題 518
15.4 Fluent UDF簡介 519
15.4.1 UDF的常用功能 519
15.4.2 Fluent數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 520
15.4.3 UDF的編譯類型 521
15.5 UDF常用宏命令 522
15.5.1 訪問Fluent變量的宏 522
15.5.2 實(shí)用工具宏 524
15.6 常用DEFINE宏 528
15.7 UDF應(yīng)用實(shí)例 529
15.7.1 開發(fā)背景 529
15.7.2 基于VOF方法的Sun相變換熱模型 530
15.7.3 Sun相變換熱模型的UDF程序 532
15.7.4 Sun相變換熱模型的性能分析 532
15.8 典型習(xí)題解析 532
15.9 編程實(shí)踐 536
第16章 OpenFOAM軟件應(yīng)用與二次開發(fā) 538
16.1 OpenFOAM簡介 538
16.1.1 OpenFOAM總體架構(gòu) 538
16.1.2 OpenFOAM編程語言 539
16.1.3 OpenFOAM代碼框架 539
16.1.4 OpenFOAM標(biāo)準(zhǔn)求解器 540
16.1.5 OpenFOAM文檔 541
16.1.6 OpenFOAM學(xué)習(xí)建議 542
16.2 OpenFOAM算例設(shè)置 542
16.2.1 網(wǎng)格生成 542
16.2.2 邊界條件與初始條件 544
16.2.3 物理特性 545
16.2.4 控制字典 546
16.2.5 離散格式 546
16.2.6 求解器設(shè)置 549
16.3 OpenFOAM基礎(chǔ)類 551
16.3.1 對象注冊機(jī)制 551
16.3.2 鏈表和場 551
16.3.3 時(shí)間類 551
16.3.4 空間類 552
16.3.5 有限容積離散類 553
16.4 OpenFOAM典型求解器 553
16.4.1 laplacianFoam解析及算例 554
16.4.2 simpleFoam解析及算例 558
16.5 OpenFOAM自定義求解器開發(fā)實(shí)例 563
16.5.1 開發(fā)背景 563
16.5.2 開發(fā)步驟 564
16.5.3 求解性能分析 568
16.6 典型習(xí)題解析 569
16.7 編程實(shí)踐 573
第17章 數(shù)值傳熱學(xué)調(diào)程和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn) 574
17.1 數(shù)值傳熱學(xué)編程風(fēng)格和建議 574
17.1.1 數(shù)值傳熱學(xué)編程風(fēng)格 574
17.1.2 數(shù)值傳熱學(xué)編程建議 579
17.2 數(shù)值傳熱學(xué)編程常見錯(cuò)誤及調(diào)程建議 580
17.2.1 數(shù)值傳熱學(xué)編程中常見語法錯(cuò)誤 580
17.2.2 數(shù)值傳熱學(xué)編程中常見邏輯錯(cuò)誤 581
17.2.3 數(shù)值傳熱學(xué)調(diào)程建議 582
17.3 調(diào)程工具簡介 583
17.4 數(shù)值傳熱學(xué)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn) 587
主要參考文獻(xiàn) 591
附錄 599
附錄1 數(shù)值傳熱學(xué)學(xué)習(xí)經(jīng)歷及心得體會 599
附錄2 關(guān)于部分典型編程實(shí)踐題程序代碼的說明 604
附錄3 數(shù)值傳熱學(xué)變量及符號表 606
附錄4 矢量微分符及其運(yùn)算 613
書單推薦
