本書基于OpenFOAM開源平臺，結(jié)合代碼段系統(tǒng)地講述有限體積法基本理論及其相關(guān)應(yīng)用，全書共14章。第1～6章主要包括緒論、流體力學(xué)控制方程的有限體積法離散及求解方法、湍流模型及前后處理的基本理論；第7～10章著重介紹低速不可壓縮流、高速可壓縮流、氣動噪聲預(yù)測、氣液兩相流等常見問題的模擬方法；第11～14章針對工程仿生領(lǐng)域中的幾個復(fù)雜流動與復(fù)雜流體問題，介紹計算網(wǎng)格處理、非官方求解器及功能函數(shù)庫的調(diào)用與修改。
國汽車工程學(xué)會飛行汽車分會飛行汽車分會第一屆委員、中國農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會材料與制造分會委員
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 計算流體動力學(xué)的概念 1
1.2 本書特色與優(yōu)勢 1
1.3 開源CFD平臺OpenFOAM簡介 2
1.4 復(fù)雜流體與復(fù)雜流動問題的分析需求 3
1.5 學(xué)習(xí)本書的有益效果 7
參考文獻(xiàn) 8
第2章 OpenFOAM基礎(chǔ)架構(gòu) 9
2.1 OpenFOAM安裝 9
2.2 OpenFOAM的文件結(jié)構(gòu) 14
2.2.1 認(rèn)識OpenFOAM 14
2.2.2 程序庫文件結(jié)構(gòu) 15
2.2.3 算例文件結(jié)構(gòu) 15
2.3 OpenFOAM網(wǎng)格、場類代碼操作 16
2.3.1 OpenFOAM網(wǎng)格空間基本信息要素 17
2.3.2 網(wǎng)格類代碼操作 17
2.3.3 OpenFOAM場操作和運(yùn)算 19
2.4 OpenFOAM程序運(yùn)行規(guī)則 21
2.4.1 OpenFOAM中的對象注冊機(jī)制 22
2.4.2 運(yùn)行時選擇機(jī)制 23
2.5 OpenFOAM的部分計算模型及方法發(fā)展情況 24
2.5.1 氣液多相流動求解方法 24
2.5.2 基于密度高速可壓縮求解方法 24
2.5.3 其他關(guān)鍵功能模塊庫 25
2.6 小結(jié) 26
參考文獻(xiàn) 26
第3章 流體力學(xué)基本控制方程及離散方法 29
3.1 黏性應(yīng)力張量τ 29
3.2 流動控制方程 31
3.2.1 連續(xù)性方程 31
3.2.2 動量方程 31
3.2.3 能量方程 32
3.2.4 矢通量守恒形式通用控制方程 33
3.3 OpenFOAM控制方程求解張量運(yùn)算表達(dá)式 34
3.3.1 控制體黏性應(yīng)力張量表達(dá)式 34
3.3.2 動量方程中黏性應(yīng)力項張量運(yùn)算符 34
3.3.3 能量方程寫法表達(dá)式 37
3.4 控制方程有限體積法離散 41
3.4.1 瞬態(tài)時間項 42
3.4.2 對流項 42
3.4.3 擴(kuò)散項 51
3.4.4 梯度項 51
3.5 邊界條件模型 53
3.5.1 固定值、固定梯度和混合邊界 53
3.5.2 其他衍生類邊界條件 56
3.6 小結(jié) 56
參考文獻(xiàn) 57
第4章 流動求解方法 58
4.1 速度-壓力修正算法 58
4.1.1 不可壓縮（pisoFoam） 58
4.1.2 可壓縮（sonicFoam） 60
4.2 多相流VOF方法（interFoam） 61
4.2.1 基本算法 61
4.2.2 平滑函數(shù) 63
4.3 基于密度求解器 64
4.3.1 對流離散格式 65
4.3.2 界面重構(gòu)格式 66
4.3.3 全速域顯式算法 69
4.3.4 隱式LU-SGS 72
4.3.5 雙時間步格式 77
4.4 小結(jié) 78
參考文獻(xiàn) 78
第5章 湍流模型 80
5.1 雷諾時均模型 80
5.1.1 雷諾應(yīng)力近似 80
5.1.2 標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型 81
5.1.3 k-ω SST模型 83
5.2 大渦模擬模型 85
5.2.1 亞格子湍流應(yīng)力 85
5.2.2 亞格子模型 85
5.2.3 濾波尺度 87
5.3 湍流壁面函數(shù) 89
5.3.1 nutWallFunctions 壁面函數(shù)邊界 90
5.3.2 全y+（nutUSpaldingWallFunction）壁面函數(shù)邊界 93
5.3.3 其他參數(shù)壁面函數(shù)邊界 93
5.4 小結(jié) 94
參考文獻(xiàn) 94
第6章 OpenFOAM前處理及后處理 95
6.1 blockMesh模塊 95
6.1.1 blockMesh字典關(guān)鍵詞 95
6.1.2 多模塊翼型網(wǎng)格劃分 98
6.2 snappyHexMesh模塊 104
6.3 其他軟件生成網(wǎng)格導(dǎo)入 107
6.4 前處理其他工具命令 107
6.5 后處理工具命令 110
6.6 功能對象 113
6.7 圖形界面后處理 116
6.8 第三方功能庫 116
6.9 小結(jié) 121
參考文獻(xiàn) 121
第7章 低速不可壓縮流場繞流 122
7.1 計算域網(wǎng)格 122
7.2 計算設(shè)置 124
7.3 計算結(jié)果討論 125
7.4 小結(jié) 129
參考文獻(xiàn) 129
第8章 高速可壓縮流動 130
8.1 超聲速前臺階流動 130
8.1.1 計算域網(wǎng)格劃分 130
8.1.2 求解器計算及離散格式設(shè)置 131
8.1.3 計算結(jié)果對比 133
8.2 基于密度全速域算法 134
8.2.1 圓弧凸起通道流動計算模型 134
8.2.2 算例邊界條件和離散格式設(shè)置 135
8.2.3 計算結(jié)果討論 139
8.3 小結(jié) 140
參考文獻(xiàn) 140
第9章 氣動噪聲預(yù)測 142
9.1 圓柱-翼型干涉模型氣動噪聲預(yù)測 142
9.1.1 幾何模型及計算域網(wǎng)格 142
9.1.2 邊界條件及求解器設(shè)置 143
9.1.3 計算結(jié)果討論 144
9.2 雙圓柱干涉噪聲預(yù)測 145
9.2.1 幾何模型及計算域網(wǎng)格 146
9.2.2 邊界條件與求解設(shè)置 147
9.2.3 計算結(jié)果討論 147
9.3 圓柱繞流直接聲學(xué)模擬 150
9.3.1 幾何模型與計算域網(wǎng)格 150
9.3.2 求解器caaFoam 150
9.3.3 基于密度的隱式求解器lusgsFoam-caa 154
9.3.4 吸聲區(qū)域計算結(jié)果 157
9.3.5 無反射邊界條件計算結(jié)果 159
9.4 小結(jié) 160
參考文獻(xiàn) 161
第10章 氣液兩相流 162
10.1 多相流氣液界面?zhèn)髻|(zhì)模型 162
10.2 接觸角模型 163
10.2.1 三相線動態(tài)接觸角模型 163
10.2.2 phaseSystem類中增加接觸角模型 166
10.3 單氣泡生長數(shù)值方法 167
10.4 小結(jié) 170
參考文獻(xiàn) 170
第11章 仿生微溝槽表面減阻數(shù)值模擬分析 171
11.1 鯊魚皮仿生表面減阻數(shù)值模擬 171
11.1.1 短鰭灰鯖鯊特征部位采樣及表征 171
11.1.2 仿鯊魚皮溝槽平板減阻模型構(gòu)建 172
11.1.3 求解過程關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置 177
11.1.4 計算結(jié)果后處理 181
11.2 高速條件下仿生溝槽表面減阻性能數(shù)值模擬 189
11.2.1 lusgsFoam求解器 190
11.2.2 高速溝槽平板減阻分析 191
11.3 小結(jié) 192
參考文獻(xiàn) 193
第12章 仿生結(jié)構(gòu)降噪的數(shù)值模擬 194
12.1 翼型葉片前緣陣列凸點降噪的數(shù)值模擬 194
12.2 仿生翼型葉片氣動噪聲數(shù)值模擬分析 195
12.2.1 模型計算域與計算網(wǎng)格 195
12.2.2 WALE模型設(shè)置 197
12.2.3 FW-H模型設(shè)置 198
12.2.4 物理模型與求解設(shè)置 201
12.2.5 低速條件下仿生翼型葉片遠(yuǎn)場噪聲特性 202
12.2.6 點陣前緣降噪機(jī)理 203
12.3 高速下仿生翼型葉片氣動噪聲數(shù)值模擬分析 206
12.3.1 模型計算網(wǎng)格加密 206
12.3.2 物理模型與求解設(shè)置 207
12.3.3 lusgsFoam求解器設(shè)置 208
12.3.4 高速來流下仿生翼型葉片噪聲分析 209
12.4 小結(jié) 211
參考文獻(xiàn) 212
第13章 液滴仿生操控問題的數(shù)值模擬 213
13.1 液滴撞擊親水表面動態(tài)潤濕過程數(shù)值模擬 213
13.1.1 仿生超親水表面液滴動態(tài)潤濕過程 213
13.1.2 計算域網(wǎng)格動態(tài)接觸角模型 214
13.1.3 三相接觸線模型 216
13.1.4 計算模型設(shè)置 219
13.1.5 計算結(jié)果討論 220
13.2 液滴撞擊彈性表面 223
13.2.1 液滴撞擊彈性羽毛問題描述 223
13.2.2 計算域模型與計算網(wǎng)格 223
13.2.3 計算域模型與計算網(wǎng)格 226
13.2.4 數(shù)值結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)的比較 227
13.3 小結(jié) 230
參考文獻(xiàn) 230
第14章 氣液兩相流中氣泡演化數(shù)值模擬 232
14.1 仿生交錯潤濕表面強(qiáng)化沸騰換熱 232
14.1.1 仿生交錯潤濕表面氣泡動力學(xué)問題描述 233
14.1.2 仿生交錯潤濕陣列表面氣泡演化過程模擬 234
14.2 仿生疏水表面微氣泡層操控空化氣泡潰滅方向 238
14.2.1 仿生疏水表面氣泡操控空化氣泡的潰滅方向研究的相關(guān)背景 238
14.2.2 空化氣泡潰滅計算域模型與計算網(wǎng)格 239
14.2.3 計算模型設(shè)置 242
14.2.4 空化氣泡潰滅數(shù)值模擬結(jié)果 247
14.3 小結(jié) 250
參考文獻(xiàn) 250
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