目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 計算流體動力學的概念 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 復雜流體與復雜流動問題的分析需求 3
1.5 學習本書的有益效果 7
參考文獻 8
第2章 OpenFOAM基礎架構 9
2.1 OpenFOAM安裝 9
2.2 OpenFOAM的文件結構 14
2.2.1 認識OpenFOAM 14
2.2.2 程序庫文件結構 15
2.2.3 算例文件結構 15
2.3 OpenFOAM網格、場類代碼操作 16
2.3.1 OpenFOAM網格空間基本信息要素 17
2.3.2 網格類代碼操作 17
2.3.3 OpenFOAM場操作和運算 19
2.4 OpenFOAM程序運行規(guī)則 21
2.4.1 OpenFOAM中的對象注冊機制 22
2.4.2 運行時選擇機制 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 其他關鍵功能模塊庫 25
2.6 小結 26
參考文獻 26
第3章 流體力學基本控制方程及離散方法 29
3.1 黏性應力張量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算表達式 34
3.3.1 控制體黏性應力張量表達式 34
3.3.2 動量方程中黏性應力項張量運算符 34
3.3.3 能量方程寫法表達式 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 56
參考文獻 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 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 78
參考文獻 78
第5章 湍流模型 80
5.1 雷諾時均模型 80
5.1.1 雷諾應力近似 80
5.1.2 標準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 89
5.3.1 nutWallFunctions 壁面函數邊界 90
5.3.2 全y+（nutUSpaldingWallFunction）壁面函數邊界 93
5.3.3 其他參數壁面函數邊界 93
5.4 小結 94
參考文獻 94
第6章 OpenFOAM前處理及后處理 95
6.1 blockMesh模塊 95
6.1.1 blockMesh字典關鍵詞 95
6.1.2 多模塊翼型網格劃分 98
6.2 snappyHexMesh模塊 104
6.3 其他軟件生成網格導入 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 121
參考文獻 121
第7章 低速不可壓縮流場繞流 122
7.1 計算域網格 122
7.2 計算設置 124
7.3 計算結果討論 125
7.4 小結 129
參考文獻 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 計算域網格劃分 130
8.1.2 求解器計算及離散格式設置 131
8.1.3 計算結果對比 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置 135
8.2.3 計算結果討論 139
8.3 小結 140
參考文獻 140
第9章 氣動噪聲預測 142
9.1 圓柱-翼型干涉模型氣動噪聲預測 142
9.1.1 幾何模型及計算域網格 142
9.1.2 邊界條件及求解器設置 143
9.1.3 計算結果討論 144
9.2 雙圓柱干涉噪聲預測 145
9.2.1 幾何模型及計算域網格 146
9.2.2 邊界條件與求解設置 147
9.2.3 計算結果討論 147
9.3 圓柱繞流直接聲學模擬 150
9.3.1 幾何模型與計算域網格 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)域計算結果 157
9.3.5 無反射邊界條件計算結果 159
9.4 小結 160
參考文獻 161
第10章 氣液兩相流 162
10.1 多相流氣液界面?zhèn)髻|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 單氣泡生長數值方法 167
10.4 小結 170
參考文獻 170
第11章 仿生微溝槽表面減阻數值模擬分析 171
11.1 鯊魚皮仿生表面減阻數值模擬 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建 172
11.1.3 求解過程關鍵參數設置 177
11.1.4 計算結果后處理 181
11.2 高速條件下仿生溝槽表面減阻性能數值模擬 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 192
參考文獻 193
第12章 仿生結構降噪的數值模擬 194
12.1 翼型葉片前緣陣列凸點降噪的數值模擬 194
12.2 仿生翼型葉片氣動噪聲數值模擬分析 195
12.2.1 模型計算域與計算網格 195
12.2.2 WALE模型設置 197
12.2.3 FW-H模型設置 198
12.2.4 物理模型與求解設置 201
12.2.5 低速條件下仿生翼型葉片遠場噪聲特性 202
12.2.6 點陣前緣降噪機理 203
12.3 高速下仿生翼型葉片氣動噪聲數值模擬分析 206
12.3.1 模型計算網格加密 206
12.3.2 物理模型與求解設置 207
12.3.3 lusgsFoam求解器設置 208
12.3.4 高速來流下仿生翼型葉片噪聲分析 209
12.4 小結 211
參考文獻 212
第13章 液滴仿生操控問題的數值模擬 213
13.1 液滴撞擊親水表面動態(tài)潤濕過程數值模擬 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 計算模型設置 219
13.1.5 計算結果討論 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格 223
13.2.3 計算域模型與計算網格 226
13.2.4 數值結果與試驗數據的比較 227
13.3 小結 230
參考文獻 230
第14章 氣液兩相流中氣泡演化數值模擬 232
14.1 仿生交錯潤濕表面強化沸騰換熱 232
14.1.1 仿生交錯潤濕表面氣泡動力學問題描述 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背景 238
14.2.2 空化氣泡潰滅計算域模型與計算網格 239
14.2.3 計算模型設置 242
14.2.4 空化氣泡潰滅數值模擬結果 247
14.3 小結 250
參考文獻 250