数值传热学实训

《数值传热学实训———NHT/CFD 原理与应用》主要以陶文铨院士编著的《数值传热学》和《计算传热学的近代进展》部分章节为基础，并结合作者在数值传热学教学、科研中积累的心得体会编写而成。《数值传热学实训———NHT/CFD 原理与应用》对数值传热学的重点知识进行归纳总结，设计了大量习题，并给出了详细的参考答案，以加深读者对数值传热学知识的理解。为了提高初学者应用数值传热学的能力，《数值传热学实训———NHT/CFD 原理与应用》设计了一些典型的编程题并给出了部分编程题的参考程序，同时对数值传热学的编程、调程及应用经验进行了比较系统的总结。此外，为方便读者进行自主学习，《数值传热学实训———NHT/CFD 原理与应用》配套了慕课线上学习内容。

目录
第二版序
**版序
第二版前言
**版前言
第1章 数值传热学简介 1
1.1 数值传热学定义及常用数值方法 1
1.2 数值传热学求解问题的流程 2
1.3 数值解的误差 4
1.4 自主编程、商业软件和开源软件 5
1.5 数值传热学实训的内容设置 7
1.6 典型习题解析 10
第2章 控制方程和定解条件 23
2.1 守恒型方程和非守恒型方程 23
2.2 数值传热学中常见控制方程的推导及其适用条件 24
2.3 控制方程的选择与简化 29
2.4 定解条件 30
2.5 控制方程和定解条件的无量纲化 32
2.6 通用控制方程 33
2.7 控制方程的类型及性质 36
2.8 典型习题解析 38
第3章 计算区域的离散 63
3.1 网格生成方法概述 63
3.2 结构化网格生成方法 63
3.2.1 正交*线坐标系中的常规方法 64
3.2.2 贴体网格 67
3.2.3 块结构化网格 69
3.3 非结构化网格生成方法 70
3.3.1 Delaunay三角形化法 70
3.3.2 栅格法 71
3.3.3 前沿推进法 72
3.4 其他网格生成方法 73
3.4.1 自适应网格方法 73
3.4.2 动网格方法 73
3.5 常见正交坐标系下的网格信息 74
3.5.1 有限差分法和有限容积法网格信息简介 74
3.5.2 有限容积法网格参数 77
3.6 典型习题解析 83
3.7 编程实践 91
第4章 正交结构化网格有限差分法 94
4.1 导数的差分表达式 94
4.2 空间项的离散 97
4.3 非稳态项的离散 98
4.4 差分方程及其截差精度 100
4.5 高阶紧致有限差分格式 102
4.6 典型习题解析 103
4.7 编程实践 143
第5章 正交结构化网格有限容积法 145
5.1 有限容积法的假设和关键 145
5.2 界面交点物理量和待求变量界面法向一阶偏导数的逼近 147
5.3 对流项的离散 152
5.4 扩散项和源项的离散 158
5.5 非稳态项的离散 162
5.6 增强离散方程计算稳定性的两种方法 164
5.7 扩散方程的离散 164
5.8 对流扩散方程的离散 166
5.9 边界条件的离散 167
5.10 离散方程的截断误差 171
5.11 典型习题解析 172
5.12 编程实践 244
第6章 离散方程的性质 247
6.1 离散方程的守恒性 247
6.2 离散方程的截差精度 248
6.3 离散方程的相容性 249
6.4 初值稳定性 251
6.5 对流项的迁移性和扩散项的蔓延性 252
6.6 对流项的稳定性 253
6.7 对流项的有界性 254
6.8 假扩散 259
6.9 离散方程的收敛性 259
6.10 离散格式性质的对比及选择 259
6.11 有限差分法和有限容积法对比 261
6.12 典型习题解析 261
6.13 编程实践 292
第7章 代数方程组的求解方法 296
7.1 代数方程组求解概述 296
7.2 三对角阵算法 298
7.3 几种常用的简单迭代方法 299
7.3.1 Jacobi点迭代和Gauss-Seidel点迭代 299
7.3.2 Jacobi线迭代和Gauss-Seidel线迭代 299
7.3.3 交替方向线迭代 300
7.4 共轭梯度法 301
7.5 多重网格方法 303
7.5.1 多重网格方法概述 303
7.5.2 多重网格基础构架 303
7.5.3 CS格式多重网格实施步骤 304
7.5.4 FAS格式多重网格实施步骤 305
7.5.5 多重网格实施注意事项 306
7.6 不同迭代方法的比较 307
7.7 典型习题解析 307
7.8 编程实践 329
第8章 压强-速度方程的耦合求解 332
8.1 压强-速度耦合求解算法概述 332
8.2 交错网格和同位网格 333
8.3 SIMPLE算法 335
8.4 IDEAL算法 336
8.5 SIMPLE系列算法比较 337
8.6 投影法 337
8.6.1 压强方程的推导 337
8.6.2 投影法的计算步骤 341
8.7 出口边界条件的处理 342
8.8 典型习题解析 343
8.9 编程实践 370
第9章 贴体坐标有限容积法和SIMPLE算法 372
9.1 贴体坐标有限容积法 372
9.1.1 控制方程的变换 372
9.1.2 边界条件变换 373
9.1.3 贴体坐标系下扩散方程的离散 374
9.1.4 贴体坐标系下对流扩散方程的离散 375
9.2 基于贴体坐标的SIMPLE算法 377
9.3 典型习题解析 379
9.4 编程实践 392
第10章 非结构化网格有限容积法和SIMPLE算法 394
10.1 非结构化网格有限容积法 394
10.1.1 非结构化网格下扩散方程的离散 394
10.1.2 非结构化网格下对流扩散方程的离散 396
10.1.3 非结构化网格边界条件处理 398
10.2 非结构化网格SIMPLE算法 399
10.3 贴体网格和非结构化网格对比 401
10.4 典型习题解析 401
10.5 编程实践 412
第11章 湍流数值模拟 414
11.1 湍流模拟简介 414
11.2 湍流直接数值模拟方法 415
11.3 大涡模拟方法 415
11.4 雷诺平均方法 416
11.5 典型习题解析 418
11.6 编程实践 423
第12章 两相界面捕捉方法及相变模型 427
12.1 VOF、LS及二者复合的界面捕捉方法概述 427
12.2 复合界面捕捉方法VOSET 428
12.2.1 所涉及的控制方程 428
12.2.2 VOSET方法的实施过程 429
12.2.3 VOSET方法的求解性能分析 433
12.3 气液相变模型 434
12.3.1 所涉及的控制方程 434
12.3.2 结合气液相变模型的VOSET方法实施过程 435
12.4 典型习题解析 437
12.5 编程实践 451
第13章 解的验证和分析 454
13.1 解的验证 454
13.2 理查森外推法及CFD计算中的误差估计 462
13.2.1 理查森外推法 462
13.2.2 CFD计算中的误差估计 463
13.3 典型习题解析 464
13.4 编程实践 471
第14章 计算结果的后处理 472
14.1 后处理软件介绍 472
14.1.1 Origin软件 472
14.1.2 Tecplot软件 472
14.2 物理问题 473
14.3 点线图 473
14.3.1 数据文件的准备 473
14.3.2 操作步骤 474
14.3.3 效果展示 481
14.4 等值线图 482
14.4.1 数据文件的准备 482
14.4.2 操作步骤 483
14.4.3 效果展示 488
14.5 等值面图 489
14.5.1 数据文件的准备 489
14.5.2 操作步骤 490
14.5.3 效果展示 493
14.6 速度矢量图 493
14.6.1 数据文件的准备 493
14.6.2 操作步骤 494
14.6.3 效果展示 495
14.7 流线图 496
14.7.1 数据文件的准备 496
14.7.2 操作步骤 496
14.7.3 效果展示 499
14.8 动态图 500
14.8.1 数据文件的准备 500
14.8.2 操作步骤 500
第15章 Fluent软件应用与二次开发 504
15.1 Fluent工作原理 504
15.2 Fluent基本使用 506
15.2.1 工作流程 506
15.2.2 工作界面 507
15.2.3 使用步骤 508
15.3 Fluent工作实例 512
15.3.1 导热问题 512
15.3.2 单相层流问题 514
15.3.3 单相湍流问题 515
15.3.4 自然对流问题 516
15.3.5 多相流问题 518
15.4 Fluent UDF简介 519
15.4.1 UDF的常用功能 519
15.4.2 Fluent数据结构 520
15.4.3 UDF的编译类型 521
15.5 UDF常用宏命令 522
15.5.1 访问Fluent变量的宏 522
15.5.2 实用工具宏 524
15.6 常用DEFINE宏 528
15.7 UDF应用实例 529
15.7.1 开发背景 529
15.7.2 基于VOF方法的Sun相变换热模型 530
15.7.3 Sun相变换热模型的UDF程序 532
15.7.4 Sun相变换热模型的性能分析 532
15.8 典型习题解析 532
15.9 编程实践 536
第16章 OpenFOAM软件应用与二次开发 538
16.1 OpenFOAM简介 538
16.1.1 OpenFOAM总体架构 538
16.1.2 OpenFOAM编程语言 539
16.1.3 OpenFOAM代码框架 539
16.1.4 OpenFOAM标准求解器 540
16.1.5 OpenFOAM文档 541
16.1.6 OpenFOAM学习建议 542
16.2 OpenFOAM算例设置 542
16.2.1 网格生成 542
16.2.2 边界条件与初始条件 544
16.2.3 物理特性 545
16.2.4 控制字典 546
16.2.5 离散格式 546
16.2.6 求解器设置 549
16.3 OpenFOAM基础类 551
16.3.1 对象注册机制 551
16.3.2 链表和场 551
16.3.3 时间类 551
16.3.4 空间类 552
16.3.5 有限容积离散类 553
16.4 OpenFOAM典型求解器 553
16.4.1 laplacianFoam解析及算例 554
16.4.2 simpleFoam解析及算例 558
16.5 OpenFOAM自定义求解器开发实例 563
16.5.1 开发背景 563
16.5.2 开发步骤 564
16.5.3 求解性能分析 568
16.6 典型习题解析 569
16.7 编程实践 573
第17章 数值传热学调程和应用经验 574
17.1 数值传热学编程风格和建议