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本书通过大量实例系统地介绍了ANSYS ICEM CFD建模和生成网格的详细过程,其工程背景深厚、内容丰富、讲解详尽,内容安排深入浅出。

本书共分为11章,第1章介绍网格生成基本知识,第2章简单介绍ANSYS ICEM CFD,第3章和第4章介绍非结构网格生成方法,第5章和第6章介绍结构网格生成方法,第7章介绍结构网格Block的创建方法,第8章介绍节点设置原则,第9章介绍几何、块和网格的基本操作,第10章介绍如何有效提高网格质量,第11章是ICEM常见问题的汇总及解决方法。

本书在写作过程中注重层次递进,既介绍了网格生成基本原理,又详尽介绍了ICEM生成网格操作。通过大量丰富、贴近工程的应用案例讲解ANSYS ICEM CFD的应用,对解决实际工程和科研问题会有很大帮助。

本书既可作为计算流体力学从业人员的指导书,也可作为高等院校相关专业本科生和研究生的教学参考书。

为了方便读者学习,本书附赠DVD光盘一张,内容包括模型文件和教学视频。


本书特色:

 由浅入深——在内容的安排上,层次分明,首先讲解网格生成原理,再通过具体实例讲解非结构、结构网格,然后着重介绍结构网格的一些关键问题,最后对常见问题进行汇总并给出解决方法。

 贴近工程实际——本书中的实例多是从实际工程、科研项目中提炼而来,具有很强的参考价值,其中包括了喷管内流、卡门涡街、飞机整机绕流、混合器、引射器、导弹外部绕流、两车交汇、三维溃坝等问题。

 汇总了常见问题——本书收集了学习ANSYS ICEM CFD的常见问题,并给出了解决方案。

 视频教学——ICEM是一款操作性很强的软件,本书不仅配备了所有的模型文件,而且还录制了多媒体教学视频,这样学习起来更加轻松、效率更高。

计算流体力学(Computational Fluid Dynamics)是一门发展迅猛的学科,其采用数值计算方法,通过计算机求解流体运动控制方程组,进而研究流体运动规律。计算流体力学建立在经典流体动力学与数值计算方法基础之上,通过计算机数值计算和图像显示的方法,在时间和空间上定量描述流场的数值解,从而达到对物理问题进行研究的目的,广泛应用于航空、航天、能源、水利、环境、建筑、材料等工业领域。

网格生成是计算流体力学数值计算中的重要一环。工程计算多采用成熟的程序或商业软件作为求解器,因此大部分数值计算工作是由计算机完成的,网格生成工作约占整个项目周期的80%~95%,生成一套高质量的网格将显著提高计算精度和收敛速度。

目前,比较成熟的网格生成软件有ANSYS ICEM CFD、GAMBIT、Gridgen、GridPro等。ANSYS ICEM CFD因其友好的操作界面、丰富的几何接口、完善的几何功能、灵活的拓扑创建、先进的O型网格技术、丰富的求解器接口等优势,越来越被业内人士所认可。ANSYS ICEM CFD作为一款强大的前处理软件,不仅可以为世界上几乎所有主流CFD软件(如FLUENT、CFX、STAR-CD、STAR-CCM+)提供高质量的网格,还可用于完成多种CAE软件(ANSYS、Nastran、Abaqus等)的前处理工作。

本书内容共11章,第1章介绍网格生成基本知识,第2章简单介绍ANSYS ICEM CFD,第3章和第4章介绍非结构网格生成方法,第5章和第6章介绍结构网格生成方法,第7章介绍结构网格Block的创建方法,第8章介绍节点设置原则,第9章介绍几何、块和网格的基本操作,第10章介绍如何有效提高网格质量,第11章是ICEM常见问题的汇总及解决方法。网格生成与数值计算密不可分,本书采用FLUENT作为求解器,通过数值计算检验生成网格的正确性。

读者对象

本书特别适用于航空、航天、能源、环境、流体工程等专业的高年级本科生、研究生和工程技术人员,并可作为学习掌握ANSYS ICEM CFD的参考书。

本书特色

 由浅入深——在内容的安排上,层次分明,首先讲解网格生成原理,再通过具体实例讲解非结构、结构网格,然后着重介绍结构网格的一些关键问题,最后对常见问题进行汇总并给出解决方法。

 贴近工程实际——本书中的实例多是从实际工程、科研项目中提炼而来,具有很强的参考价值,其中包括了喷管内流、卡门涡街、飞机整机绕流、混合器、引射器、导弹外部绕流、两车交汇、三维溃坝等问题。

 汇总了常见问题——本书收集了学习ANSYS ICEM CFD的常见问题,并给出了解决方案。

 视频教学——ICEM是一款操作性很强的软件,本书不仅配备了所有的模型文件,而且还录制了多媒体教学视频,这样学习起来更加轻松、效率更高。

致谢

本书在成书过程中承蒙导师张大林教授的理解和支持,并给予了诸多指导,在此深表感谢;感谢父亲、母亲和温和群老师的鞭策;感谢同门师兄弟的鼓励和帮助;感谢南京航空航天大学人机与环境工程系的各位老师和同学;感谢中国仿真互动网(www.Simwe.com)和流体中文网的各位热心网友。

在本书的编写过程中,参与具体工作的还有:李伟、景小艳、许志清、刘军华、夏惠军、张赛桥、姚新军、张强林、张代全、万雷、王斌、江广顺、李强、余松、郭敏、董茜、陈鲲、王晓、李晓宁、丁佳、虞志勇、吴艳。在本书创作期间获得了中国水利水电出版社各位老师的大力支持,正是他们的辛苦付出,才使得本书能够在第一时间与读者见面。若读者在学习过程中发现问题或有更好的建议,可以通过www.dozan.cn/bbs与我们联系。

由于时间仓促及作者水平有限,书中错误、纰漏之处难免,敬请广大读者批评指正。

编者

2011年6月

第1章 计算流体力学与网格概述 1
1.1 计算流体力学概述 1
1.2 网格概述 2
1.3 结构化网格生成方法 4
1.3.1 代数方法生成网格 5
1.3.2 椭圆形微分方程方法生成网格 7
1.3.3 Thomas&Middlecoff方法生成网格 8
1.4 非结构化网格概述 12
1.5 本章小结 13
第2章 ANSYS ICEM CFD基础 14
2.1 认识ANSYS ICEM CFD 14
2.1.1 ANSYS ICEM CFD的特点 14
2.1.2 ICEM文件类型 17
2.2 熟悉 ICEM的操作界面 18
2.3 ICEM基础知识 22
2.3.1 鼠标和键盘的基本操作 22
2.3.2 ICEM基础词汇 23
2.3.3 ICEM显示控制 24
2.3.4 ICEM网格生成流程 26
2.4 本章小结 26
第3章 非结构壳/面网格生成及实例 27
3.1 壳/面网格概述 27
3.1.1 壳/面网格类型 27
3.1.2 壳/面网格生成方法 28
3.1.3 网格尺寸 29
3.1.4 壳/面网格生成流程 30
3.2 二维平面网格生成——收缩—扩张
喷管实例 31
3.2.1 问题描述 31
3.2.2 创建几何模型 31
3.2.3 定义网格参数 36
3.2.4 生成网格 37
3.2.5 导出网格 40
3.2.6 喷管数值计算及后处理 41
3.3 二维平面网格生成——卡门涡街实例 46
3.3.1 问题描述 46
3.3.2 创建几何模型 47
3.3.3 定义网格参数 51
3.3.4 生成网格并导出 52
3.3.5 圆柱绕流数值计算及后处理 54
3.4 三维壳网格生成——简化的飞机实例 58
3.4.1 修改几何模型 58
3.4.2 定义网格参数 59
3.4.3 生成网格 65
3.5 本章小结 68
第4章 非结构自动体网格的生成 69
4.1 自动体网格概述 69
4.1.1 自动体网格类型 69
4.1.2 自动体网格生成方法 70
4.1.3 自动体网格生成流程 71
4.2 三维自动体网格生成——弯管流动实例 72
4.2.1 创建几何模型 72
4.2.2 定义网格参数 79
4.2.3 生成网格 80
4.2.4 导出网格 83
4.2.5 弯管流动数值计算及后处理 84
4.3 三维自动体网格生成——混合器应用实例 89
4.3.1 修改几何模型 89
4.3.2 定义网格参数 91
4.3.3 生成网格 93
4.3.4 导出网格 94
4.3.5 混合器数值计算及后处理 96
4.4 三维自动体网格生成——飞行器
外流场实例 98
4.4.1 生成网格 99
4.4.2 导出网格 103
4.4.3 飞机外流场数值计算及后处理 104
4.5 本章小结 109
第5章 二维结构网格生成方法 110
5.1 二维结构网格生成——喷管实例 110
5.1.1 导入几何模型 110
5.1.2 创建Block 111
5.1.3 建立映射关系 112
5.1.4 定义网格节点数 113
5.1.5 导出网格 114
5.1.6 喷管数值计算及后处理 116
5.2 二维网格生成——二维绕机翼流动实例 119
5.2.1 创建几何模型 120
5.2.2 创建Block 124
5.2.3 建立映射关系 126
5.2.4 定义网格节点数 128
5.2.5 导出网格 129
5.2.6 数值计算及后处理 130
5.3 二维结构网格生成——二维引射器实例 135
5.3.1 创建几何模型 136
5.3.2 创建Block 141
5.3.3 建立映射关系 143
5.3.4 定义网格节点数 145
5.3.5 导出网格 146
5.3.6 引射器数值计算及后处理 148
5.4 本章小结 152
第6章 三维结构网格生成方法 153
6.1 三维结构网格生成流程概述 153
6.2 三维结构网格生成——弯管流动实例 154
6.2.1 导入几何模型 154
6.2.2 创建Block 154
6.2.3 建立映射关系 156
6.2.4 定义网格节点数 161
6.2.5 生成网格 162
6.2.6 弯管数值计算及后处理 167
6.3 三维结构网格生成——CFD验证
翼型实例 170
6.3.1 导入几何模型 171
6.3.2 创建Block 171
6.3.3 定义网格节点分布 177
6.3.4 生成网格 178
6.3.5 数值计算及后处理 181
6.4 三维结构网格生成——导弹外流场实例 187
6.4.1 导入几何模型 188
6.4.2 创建Block 188
6.4.3 定义网格节点分布 198
6.4.4 生成网格 199
6.4.5 数值计算及后处理 202
6.5 本章小结 205
第7章 Block创建策略 206
7.1 自上而下和自下而上的Block生成方法 206
7.1.1 自下而上创建Block实例 206
7.1.2 其他由下而上生成Block的方法 209
7.2 O-Block 217
7.2.1 O-Block概述 217
7.2.2 ICEM创建O-Block的方法 218
7.2.3 O-Block应用案例 221
7.3 Block的坍塌 239
7.4 本章小结 243
第8章 节点设置 244
8.1 ICEM节点设置 244
8.1.1 节点设置参数 244
8.1.2 Mesh law简介 249
8.2 边界层网格概述 252
8.3 边界层网格划分对计算结果的影响 255
8.3.1 生成网格 255
8.3.2 数值计算设定 255
8.3.3 数据整理 256
8.4 本章小结 259
第9章 几何、块和网格的基本操作 260
9.1 基本操作 260
9.1.1 平移(Translate) 260
9.1.2 旋转(Rotate) 261
9.1.3 镜像(Mirror) 261
9.1.4 缩放(Scale) 263
9.2 对称操作练习 263
9.3 旋转操作练习 269
9.4 生成周期性网格 275
9.5 本章小结 279
第10章 网格质量判断与提高 280
10.1 ICEM判断网格质量的标准 280
10.2 调整网格质量 282
10.3 提高网格质量练习1 283
10.4 提高网格质量练习2 296
10.5 本章小结 301
第11章 ICEM常见问题与解决方法 302
11.1 二维网格导入FLUENT报错 302
11.2 二维网格导入FLUENT后变为
一维网格 303
11.3 二维网格导入FLUENT后边界
条件消失 305
11.4 交界面处为Interior多域网格的生成 308
11.4.1 生成网格 308
11.4.2 数值计算 312
11.5 交界面处为Interface多域网格的生成 316
11.5.1 生成网格 316
11.5.2 数值计算 321
11.6 在三维网格中创建无厚度的面 325
11.6.1 生成网格 325
11.6.2 数值计算 328
11.7 生成T型管网格 329
11.7.1 生成第一种三通网格 330
11.7.2 生成第二种三通网格 334
11.8 恢复删除的Block 341
11.9 本章小结 343
参考文献 344


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封面
书名
前言
目录
第1章 计算流体力学与网格概述
1.1 计算流体力学概述
1.2 网格概述
1.3 结构化网格生成方法
1.3.1 代数方法生成网格
1.3.2 椭圆形微分方程方法生成网格
1.3.3 Thomas&Middlecoff方法生成网格
1.4 非结构化网格概述
1.5 本章小结
第2章 ANSYS


节选段落二:
ICEM CFD基础
2.1 认识ANSYS ICEM CFD
2.1.1 ANSYS ICEM CFD的特点
2.1.2 ICEM文件类型
2.2 熟悉ICEM的操作界面
2.3 ICEM基础知识
2.3.1 鼠标和键盘的基本操作
2.3.2 ICEM基础词汇
2.3.3 ICEM显示控制
2.3.4 ICEM网格生成流程
2.4 本章小结
第3章 非结构壳/面网格生成及实例
3.1 壳/面网格概述
3.1.1 壳/面网格类型
3.1.2 壳/面网格生成方法
3.1.3 网格尺寸
3.1.4 壳/面网格生成流程
3.2 二维平面网格生成


节选段落三:
缩放(Scale)
9.2 对称操作练习
9.3 旋转操作练习
9.4 生成周期性网格
9.5 本章小结
第10章 网格质量判断与提高
10.1 ICEM判断网格质量的标准
10.2 调整网格质量
10.3 提高网格质量练习1
10.4 提高网格质量练习2
10.5 本章小结
第11章 ICEM常见问题与解决方法
11.1 二维网格导入FLUENT报错
11.2 二维网格导入FLUENT后变为一维网格
11.3 二维网格导入FLUENT后边界条件消失
11.4 交界面处为Interior多域网格的生成
11.4.1 生成网格

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