ANSYS CFX 19.0 从入门到精通（CAX工程应用丛书）

由浅入深地讲解CFX仿真计算的各种功能，从几何建模到网格划分，从计算求解到结果后处理，通过大量实例详细地讲解CFX进行流体模拟计算的每一步骤。
通过阅读本书，读者能够掌握CFX软件的工作流程和计算方法，并运用于工程实践。

第1章 流体力学与计算流体力学基础 1
1.1 流体力学基础 1
1.1.1 基本概念 1
1.1.2 流体流动的分类 5
1.1.3 边界层和物体阻力 5
1.1.4 层流和湍流 6
1.1.5 流体流动的控制方程 6
1.1.6 边界条件与初始条件 8
1.2 计算流体力学基础 9
1.2.1 计算流体力学的发展 9
1.2.2 计算流体力学的求解过程 10
1.2.3 数值模拟方法和分类 10
1.2.4 有限体积法的基本思想 11
1.2.5 有限体积法的求解方法 13
1.3 计算流体力学的应用领域 14
1.4 常用的CFD商用软件 14
1.4.1 PHOENICS 15
1.4.2 STAR-CD 15
1.4.3 STAR-CCM 15
1.4.4 FLUENT 16
1.4.5 CFX 16
1.5 本章小结 17
第2章 CFX软件简介 18
2.1 CFX的软件结构 18
2.1.1 启动CFX 19
2.1.2 前处理器 20
2.1.3 求解管理器 21
2.1.4 后处理器 22
2.2 CFX的文件类型 23
2.3 本章小结 24
第3章 创建几何模型 25
3.1 建立几何模型概述 25
3.2 DesignModeler简介 26
3.3 草图模式 28
3.3.1 进入草图模式 28
3.3.2 创建新平面 28
3.3.3 创建草图 29
3.3.4 几何模型的关联性 30
3.4 创建3D几何体 31
3.4.1 拉伸（Extrude） 31
3.4.2 旋转（Revolve） 32
3.4.3 扫掠（Sweep） 32
3.4.4 直接创建3D几何体（Primitives） 33
3.4.5 填充（Fill）和包围（Enclosure） 33
3.5 导入外部CAD文件 34
3.6 创建几何体的实例操作 35
3.7 本章小结 39
第4章 生成网格 40
4.1 网格生成概述 40
4.2 ANSYS ICEM CFD简介 41
4.2.1 ICEM CFD的工作流程 42
4.2.2 ICEM CFD的文件类型 42
4.2.3 ICEM CFD的用户界面 43
4.3 ANSYS ICEM CFD基本用法 43
4.3.1 创建几何模型 43
4.3.2 导入几何文件 47
4.3.3 生成网格 47
4.3.4 生成块 52
4.3.5 编辑网格 57
4.3.6 输出网格 62
4.4 ANSYS ICEM CFD实例分析 63
4.4.1 启动ICEM CFD并建立分析项目 64
4.4.2 导入几何模型 64
4.4.3 建立模型 64
4.4.4 生成网格 67
4.4.5 编辑网格 67
4.4.6 输出网格 68
4.5 本章小结 69
第5章 CFX前处理 70
5.1 新建工程项目与网格导入 70
5.1.1 新建工程项目 70
5.1.2 导入网格 71
5.1.3 保存项目 71
5.2 设置计算域 72
5.2.1 Basic Settings（基本设置）选项卡 73
5.2.2 Fluid Models（流体模型）选项卡 74
5.2.3 Initialization（初始化）选项卡 76
5.2.4 Fluid Specific Models（流体模型）选项卡 76
5.2.5 Fluid Pairs Models（流体对）选项卡 76
5.2.6 Porosity Settings（多孔介质设置）选项卡 77
5.3 设置边界条件 78
5.3.1 边界条件的创建 78
5.3.2 边界条件的类型 78
5.4 设置初始条件 81
5.5 设置求解器 82
5.5.1 Basic Settings（基本设置）选项卡 82
5.5.2 Equation Class Settings（方程分类设置）选项卡 82
5.5.3 Advanced Options（高级设置）选项卡 83
5.6 输出文件和设置监控 83
5.7 本章小结 84

第6章 CFX数值求解 85
6.1 启动求解管理器 85
6.2 设置模拟计算 87
6.3 工作界面 87
6.4 求解文件输出 88
6.5 本章小结 89
第7章 CFX后处理 90
7.1 启动后处理器 90
7.2 工作界面 91
7.3 创建位置 92
7.3.1 Point（生成点） 92
7.3.2 Point Cloud（点云） 93
7.3.3 Line（线） 94
7.3.4 Plane（面） 95
7.3.5 Volume（体） 97
7.3.6 Isosurface（等值面） 98
7.3.7 Iso Clip（区域值面） 99
7.3.8 Vortex Core Region（型芯区域） 100
7.3.9 Surface of Revolution（旋转面） 100
7.3.10 Polyline（曲线） 100
7.3.11 User Surface（自定义面） 101
7.3.12 Surface Group（多组面） 102
7.4 创建对象 102
7.4.1 创建Vector（矢量）对象 103
7.4.2 创建Contour（云图）对象 104
7.4.3 创建Streamline（流线）对象 105
7.4.4 创建Particle Track（粒子轨迹）对象 106
7.4.5 创建Volume Rendering（体绘制）对象 107
7.4.6 创建Text（文本）对象 107
7.4.7 其他创建对象 108
7.5 创建数据 109
7.5.1 Variables（变量） 109
7.5.2 Expressions（表达式） 110
7.6 本章小结 111
第8章 稳态和非稳态模拟实例 112
8.1 喷射混合管内的稳态流动 112
8.1.1 案例介绍 112
8.1.2 启动CFX并建立分析项目 113
8.1.3 导入网格 113
8.1.4 设置随温度变化的物质参数 113
8.1.5 修改物质属性 115
8.1.6 边界条件 116
8.1.7 初始条件 120
8.1.8 求解控制 120
8.1.9 计算求解 121
8.1.10 结果后处理 123
8.2 烟囱非稳态流动 125
8.2.1 案例介绍 126
8.2.2 启动CFX并建立分析项目 126
8.2.3 导入网格 126
8.2.4 设置随温度变化的物质参数 127
8.2.5 设置分析类型 127
8.2.6 边界条件 128
8.2.7 初始条件 133
8.2.8 求解控制 133
8.2.9 输出控制 133
8.2.10 计算求解 134
8.2.11 结果后处理 135
8.3 本章小结 138
第9章 内部流动分析实例 139
9.1 圆管内气体的流动 139
9.1.1 案例介绍 139
9.1.2 启动CFX并建立分析项目 139
9.1.3 导入网格 140
9.1.4 边界条件 140
9.1.5 初始条件 143
9.1.6 求解控制 143
9.1.7 计算求解 143
9.1.8 结果后处理 145
9.2 静态混合器内水的流动 147
9.2.1 案例介绍 147
9.2.2 启动CFX并建立分析项目 147
9.2.3 导入网格 148
9.2.4 边界条件 148
9.2.5 初始条件 152
9.2.6 求解控制 152
9.2.7 计算求解 152
9.2.8 结果后处理 154
9.3 本章小结 157
第10章 外部流动分析实例 158
10.1 钝体绕流 158
10.1.1 案例介绍 158
10.1.2 启动CFX并建立分析项目 158
10.1.3 导入网格 159
10.1.4 边界条件 159
10.1.5 初始条件 164
10.1.6 求解控制 164
10.1.7 计算求解 165
10.1.8 结果后处理 167
10.2 机翼超音速流动 172
10.2.1 案例介绍 173
10.2.2 启动CFX并建立分析项目 173
10.2.3 导入网格 173
10.2.4 边界条件 174
10.2.5 初始条件 179
10.2.6 求解控制 179
10.2.7 计算求解 180
10.2.8 结果后处理 181
10.3 本章小结 183

ANSYS CFX 19.0是一款功能强大的CFD工程分析软件，是ANSYS公司推出的版本，较以前的版本在性能方面有了较大的改善。只要涉及流体、热传递及化学反应等工程问题，都可以用CFX进行求解。
CFX具有丰富的物理模型、先进的数值方法及强大的前后处理功能，在航空航天、汽车设计、石油天然气、涡轮机设计等方面有着广泛的应用。例如，在石油天然气工业上的应用就包括燃烧、井下分析、喷射控制、环境分析、油气消散/聚集、多相流、管道流动等。
本书特色
? 详略得当。将笔者十多年的CFD使用经验与CFX软件的各功能模块相结合，从点到面，将基本知识详细地讲解给读者。
? 信息量大。本书包含的内容全面，读者在学习过程中不应只关注细节，还应从整体出发，了解CFD的分析流程。
? 结构清晰。本书从结构上主要分为基础和案例两部分，在讲解基础知识的过程中穿插对实例的讲解，在综合介绍的过程中也同步回顾重点的基础知识。
本书内容
本书共分为16章，由浅入深，环环相扣，主要内容安排如下。
第1章 介绍了流体力学的基础知识，包括计算流体力学的基本概念及常用的CFD商用软件。
第2章 介绍了CFX软件的结构和计算分析过程中所用到的文件类型，让读者可以掌握CFX的基本概念。
第3章 首先介绍了建立几何模型的基本知识，然后讲解了DesignModeler建立几何模型的基本过程，后给出了运用DesignModeler建立几何模型的典型实例。
第4章 介绍了网格生成的基本知识，包括ICEM CFD划分网格的基本过程，并给出运用ICEM CFD划分网格的典型实例。
第5章 介绍了CFX前处理器创建新工程项目、导入网格、定义模拟类型、创建计算域、指定边界条件、给出初始条件、定义求解控制、定义输出数据和写入定义文件并求解等功能。
第6章 讲解了CFX求解器的启动过程、CFX求解管理器的工作界面，以及文件输出的步骤，让读者可以掌握CFX求解管理器CFX-Solver Manager的使用方法。
第7章 介绍了CFD-Post的启动方法和工作界面，以及生成点、点样本、直线、平面、体、等值面等位置，显示云图、矢量图及制作动画短片等功能，让读者可以掌握CFX后理器CFD-Post的使用方法。
第8章 通过喷射混合管内稳态流动和烟囱非稳态流动两个实例分别介绍了CFX处理稳态和非稳态流动的工作流程，让读者可以掌握CFX中稳态、非稳态计算的设置，稳态、非稳态初始值的设置，非稳态时间步长的设置，稳态、非稳态求解控制的设置，以及稳态、非稳的输出控制。
第9章 通过圆管内气体流动和静态混合器内水的流动两个实例介绍了CFX处理内部流动的工作流程，让读者可以掌握CFX模拟的基本操作。
第10章 通过钝体绕流和机翼超音速流动两个实例介绍了CFX处理外部流动的工作流程，让读者可以掌握CFX处理外部流动的基本思路，以及模拟出流体在模型外表面的绕流情况。
第11章 通过自由表面流动和混合器内多相流动两个实例介绍了CFX处理多相流动的工作流程，让读者可以掌握CFX中多相流模型的设置和自适应网格的基本操作。
第12章 通过空调通风和加热盘换热两个实例分别介绍了CFX处理通风和传热流动的工作流程，让读者可以掌握CFX中Fortune子程序的调用、表达式的运用、传热模型的设置和物质属性的设置。
第13章 通过催化转化器和气升式反应器两个实例分别介绍了CFX处理多孔介质和气固两相流的工作流程，讲解了多孔介质模型的创建过程及多孔率、阻损等与多孔介质材料相关属性的设置，以及气体输送固体粒子过程模拟、固体粒子的生成过程及其形态设置，让读者可以掌握CFX中离散化设置、多相流模型的设置和多孔介质的设置。
第14章 通过甲烷燃烧和煤粉燃烧两个实例介绍了CFX处理化学反应，特别是燃烧模拟的工作流程，让读者可以掌握CFX中参数修改设置和燃烧模型的设置，基本掌握CFX处理化学反应问题，特别是气体燃烧和煤粉燃烧的基本思路和操作，对CFX处理化学反应问题有初步的认识。
第15章 通过球阀流动和浮标运动两个实例来介绍CFX处理动网格的工作流程和相关参数的设置，让读者可以掌握CFX中分析类型设置以及处理动网格问题的具体方法和步骤。
第16章 通过圆管内气体流动和三通内气体流动两个实例介绍了CFX在Workbench中应用的工作流程，让读者可以掌握CFX在Workbench中的创建、Meshing的网格划分方法及不同软件间的数据共享与更新。
本书实例源文件
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虽然编者在本书的编写过程中力求叙述准确、完善，但由于水平有限，书中欠妥之处在所难免，希望读者和同仁能够及时指出，共同促进本书质量的提高。

编 者
2019年10月