計(jì)算流體力學(xué)及其應(yīng)用

上篇基礎(chǔ)篇
第1章緒論3
1.1流體力學(xué)的研究方法3
1.2計(jì)算流體力學(xué)的應(yīng)用及前景分析4

第2章計(jì)算流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)6
2.1流體的基本特性6
2.1.1理想流體與黏性流體6
2.1.2牛頓流體與非牛頓流體7
2.1.3流體熱傳導(dǎo)及擴(kuò)散7
2.1.4可壓流體與不可壓流體8
2.1.5定常流動(dòng)與非定常流動(dòng)8
2.1.6層流與湍流8
2.2流體力學(xué)的控制方程9
2.2.1質(zhì)量守恒方程9
2.2.2動(dòng)量守恒方程10
2.2.3能量守恒方程11
2.2.4組分質(zhì)量守恒方程12
2.2.5湍流的控制方程13
2.2.6控制方程的通用形式14
2.2.7守恒型控制方程與非守恒型控制方程15
2.3CFD工作原理16
2.3.1計(jì)算流程16
2.3.2建立控制方程16
2.3.3確定邊界條件與初始條件17
2.3.4劃分計(jì)算網(wǎng)格17
2.3.5建立離散方程17
2.3.6離散初始條件和邊界條件18
2.3.7給定求解控制參數(shù)18
2.3.8求解離散方程18
2.3.9判斷解的收斂性19
2.3.10顯示和輸出計(jì)算結(jié)果19

第3章湍流模型20
3.1湍流及其數(shù)學(xué)描述20
3.1.1湍流流動(dòng)的特征20
3.1.2湍流的基本方程21
3.2湍流的數(shù)值模擬方法23
3.2.1湍流數(shù)值模擬方法的分類23
3.2.2直接數(shù)值模擬法24
3.2.3大渦模擬法24
3.2.4Reynolds平均法25
3.3零方程模型及一方程模型26
3.3.1零方程模型27
3.3.2一方程模型27
3.4標(biāo)準(zhǔn)k-ε二方程模型28
3.4.1標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型28
3.4.2標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型的有關(guān)計(jì)算公式28
3.4.3標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型的控制方程組30
3.4.4標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型方程的解法及適用性30
3.5改進(jìn)型k-ε模型31
3.5.1RNG k-ε模型31
3.5.2Realizable k-ε模型32
3.6在近壁區(qū)使用k-ε模型的問(wèn)題及對(duì)策34
3.6.1近壁區(qū)流動(dòng)的特點(diǎn)34
3.6.2在近壁區(qū)使用k-ε模型的問(wèn)題36
3.6.3壁面函數(shù)法36
3.6.4低雷諾數(shù)k-ε模型39
3.7Reynolds應(yīng)力方程模型40
3.7.1Reynolds應(yīng)力輸運(yùn)方程40
3.7.2RSM的控制方程組及其解法44
3.7.3對(duì)RSM適用性的討論45
3.8大渦模擬46
3.8.1大渦模擬的基本思想46
3.8.2大渦運(yùn)動(dòng)方程46
3.8.3亞格子尺度應(yīng)力模型48
3.8.4LES控制方程的求解48

第4章控制方程的離散50
4.1離散化概述50
4.1.1離散化的目的50
4.1.2離散時(shí)所使用的網(wǎng)格51
4.1.3常用的離散化方法51
4.2有限體積法及其網(wǎng)格52
4.2.1有限體積法的基本思想52
4.2.2有限體積法的區(qū)域離散53
4.3一維穩(wěn)態(tài)問(wèn)題的有限體積法54
4.3.1問(wèn)題的描述55
4.3.2生成計(jì)算網(wǎng)格55
4.3.3建立離散方程55
4.3.4求解離散方程58
4.4常用的離散格式64
4.4.1問(wèn)題描述64
4.4.2中心差分格式65
4.4.3一階迎風(fēng)格式67
4.4.4混合格式71
4.4.5指數(shù)格式73
4.4.6乘方格式74
4.5高階離散格式74
4.5.1二階迎風(fēng)格式74
4.5.2QUICK格式76
4.6各種離散格式的性能對(duì)比81

第5章流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算83
5.1流場(chǎng)數(shù)值解法概述83
5.1.1常規(guī)解法存在的主要問(wèn)題83
5.1.2流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算的主要方法84
5.2交錯(cuò)網(wǎng)格技術(shù)87
5.2.1普通網(wǎng)格87
5.2.2交錯(cuò)網(wǎng)格88
5.2.3動(dòng)量方程的離散90
5.3流場(chǎng)計(jì)算的SIMPLE算法95
5.3.1SIMPLE算法的基本思路95
5.3.2速度修正方程96
5.3.3壓力修正方程97
5.3.4SIMPLE算法的計(jì)算步驟98
5.3.5SIMPLE算法的討論99
5.4改進(jìn)的SIMPLE算法100
5.4.1SIMPLEC算法101
5.4.2PISO算法102
5.5瞬態(tài)問(wèn)題的數(shù)值計(jì)算105
5.5.1瞬態(tài)問(wèn)題的SIMPLE算法105
5.5.2瞬態(tài)問(wèn)題的PISO算法106

下篇應(yīng)用篇
第6章大氣邊界層與大氣擴(kuò)散111
6.1大氣污染物的彌散過(guò)程、大氣湍流擴(kuò)散111
6.1.1大氣污染物的彌散過(guò)程111
6.1.2大氣湍流113
6.1.3湍流擴(kuò)散116
6.1.4大氣擴(kuò)散狀態(tài)與氣象條件的關(guān)系117
6.2大氣邊界層118
6.2.1大氣邊界層的一般特點(diǎn)和分裝118
6.2.2大氣邊界層的運(yùn)動(dòng)及能量和物質(zhì)的垂直運(yùn)輸121
6.2.3近地面層126
6.2.4不穩(wěn)定大氣邊界層141
6.2.5混合層發(fā)展的簡(jiǎn)化模式147
6.2.6穩(wěn)定大氣邊界層149

第7章不同溫度層結(jié)下建筑物周圍流場(chǎng)影響161
7.1數(shù)值模擬162
7.1.1邊界條件162
7.1.2不同溫度層結(jié)實(shí)現(xiàn)164
7.2結(jié)果分析與比較164
7.2.1建筑物對(duì)流場(chǎng)的影響165
7.2.2建筑物對(duì)湍流的影響167
7.3結(jié)論168

第8章不同溫度層結(jié)下山體對(duì)流場(chǎng)與污染物擴(kuò)散影響170
8.1數(shù)值模擬172
8.1.1湍流模型173
8.1.2邊界條件173
8.2結(jié)果分析與比較175
8.2.1流場(chǎng)結(jié)構(gòu)175
8.2.2湍流結(jié)構(gòu)179
8.2.3濃度場(chǎng)分析179
8.3結(jié)論184

第9章規(guī)則建筑群中流動(dòng)和污染物擴(kuò)散的研究185
9.1模擬描述187
9.1.1幾何描述187
9.1.2計(jì)算域和網(wǎng)格187
9.1.3邊界條件189
9.2模型有效性分析190
9.2.1MUST現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)描述190
9.2.2模擬設(shè)置192
9.2.3統(tǒng)計(jì)學(xué)分析192
9.3結(jié)果分析195
9.3.1縱向速度(u/Uref)196
9.3.2垂直速度(w/Uref)199
9.3.3湍流動(dòng)能(k/U2ref)200
9.3.4流場(chǎng)結(jié)構(gòu)201
9.3.5污染物擴(kuò)散201

第10章不同溫度層結(jié)對(duì)LNG蒸氣擴(kuò)散影響204
10.1數(shù)值模擬205
10.1.1計(jì)算域設(shè)置206
10.1.2邊界條件設(shè)置207
10.2數(shù)值模擬有效性分析209
10.2.1邊界條件209
10.2.2驗(yàn)證結(jié)果分析210
10.3不同穩(wěn)定度對(duì)LNG擴(kuò)散的影響212
10.3.1垂直分布213
10.3.2水平分布217
10.4結(jié)論218

參考文獻(xiàn)219