FLUENT多孔介質條件

1、多孔介質條件多孔介質模型可以應用于很多問題，如通過充滿介質的流動、通過過濾紙、穿孔圓盤、流起分配器以及管道堆的流動。當你使用這一模型時，你就定義了一個具有多孔介質的單元區(qū)域，而且流動的壓力損失由多孔介質的動彊方程中所輸入的內容來決定。通過介質的熱傳導問題也可以得到描述，它服從介質和流體流動Z間的熱平衡假設，具體內容可以參考多孔介質中能量方程的處理一節(jié)。多孔介質的一維化簡模型，被稱為多孔跳躍，可用丁模擬貝的己知速度/壓降特征的薄膜。多孔跳躍模型應用于表面區(qū)域而不是單元區(qū)域，并且在盡可能的情況卜被使用(而不是完全的多孔介質模型)，這是因為它具有更好的魯棒性，并具有更好的收斂性。詳細內容請參閱多孔跳

2、躍邊界條件。多孔介質模型的限制如卜而各節(jié)所述，多孔介質模型結合模型區(qū)域所具有的阻力的經驗公式彼定義為“多孔”。事實上多孔介質不過是在動最方程中具有了附加的動宣損失而已。因此，卜両模型的限制就可以很容易的理解了。流體通過介質時不會加速，因為事實上出現(xiàn)的體積的阻塞并沒有在模型中出現(xiàn)。這對了過渡流是有很人的影響的，因為它意味著FLUENT不會正確的描述通過介質的過渡時間。多孔介質對丁湍流的影響只是近似的。詳細內容可以參閱湍流多孔介質的處理一節(jié)。多孔介質的動量方程多孔介質的動堂方程貝有附加的動最源項。源項由兩部分組成，一部分是粘性損失項(Darcy).另一個是內部損失項：其中s_i是i向(x,y,or

3、z)動量源項,D和C是規(guī)定的矩陣。在多孔介質單元中,動量損失對于壓力梯度有貢獻，壓降和流體速度(或速度方陣)成比例。對于簡單的均勻多孔介質：其中a是滲透性，C_2時內部阻力因子，簡單的指定D和C分別為對角陣2/a和C_2其它項為零。FLUENT還允許模擬的源項為速度的幕率：其中C_0和C_1為自定義經驗系數。注意：在幕律模型中，壓降是各向同性的，c_o的單位為國際標準單位。多孔介質的Darcy定律通過多孔介質的層流流動中，壓降和速度成比例，常數C_2町以考虎為零。忽略對流加速以及擴散，多孔介質模型簡化為Darcy定律：在多孔介質區(qū)域三個坐標方向的壓降為：其中為多孔介質動宣方程中矩陣D的元素比為

4、三個方向上的分速度，Dn_x、Dn_y、以及Dn_z為三個方向上的介質厚度。在這里介質厚度其實就是模型區(qū)域內的多孔區(qū)域的厚度。因此如果模型的厚度和實際厚度不同，你必須調節(jié)l/a_ij的輸入。.多孔介質的內部損失在高速流動中，多孔介質動最方程1中的常數C2提供了多孔介質內部損失的矯正。這常數可以看成沿著流動方向每一單位長度的損失系數，因此允許壓降指定為動壓頭的函數。如果你模擬的是穿孔板或者管道堆，有時你可以消除滲透項而只是用內部損失項，從而得到下面的多孔介質簡化方程：寫成坐標形式為：多孔介質中能量方程的處理對丁多孔介質流動，F(xiàn)LUENT仍然解標準能最輸運方程，只是修改了傳導流最和過度項。在多孔介

5、質中，傳導流堂使用有效傳導系數，過渡項包括了介質固體區(qū)域的熱慣量：其中：11=流體的焰h_s=固體介質的焙&介質的多孔性k_eff=A質的有效熱傳導系數流體焙的源項S5_s=固體恰的源項多孔介質的有效傳導率多孔區(qū)域的有效熱傳導率k_eff是由流體的熱傳導率和固體的熱傳導率的體積平均值計算得到：其中:&介質的多孔性k_f=流體狀態(tài)熱傳導率（包括湍流的貢獻k_t）k_s二固體介質熱傳導率如果得不到簡單的體積平均，叫能是因為介質幾何外形的影響。有效傳導率可以用自定義函數來計算。然而，在所有的算例中，有效傳導率被看成介質的各向同性性質。多孔介質中的湍流處理在多孔介質中，默認的情況FFLUENT會解湍流

6、最的標準守恒防城。因此在這種默認的方法中，介質中的湍流被這樣處理：固體介質對湍流的生成和耗散速度沒何影響。如果介質的滲透性足夠人，而且介質的兒何尺度和湍流渦的尺度沒有相互作用，這樣的假設是合情合理的。但是在其它的一些例子中，你會壓制了介質中湍流的影響。如果你使用k-e模型或者Spalart-Allmaras模型，你如果設定湍流對粘性的貢獻為零，你可能會壓制了湍流對介質的影響。當你選擇這一選項時，F(xiàn)LUENT會將入II湍流的性質傳輸到介質中，但是它對流動混合和動起的影響被忽略了。除此Z外，在介質中湍流的生成也被設定為零。要實現(xiàn)這一解策略，請在流體面板中打開層流選項。激活這個選項就意味著多孔介質中

7、的m_t為零，湍流的生成也為零。如果去掉該選項（默認）則意味著多孔介質中的湍流會像大體積流體流動一樣被計算。概述模擬多孔介質流動時，對于問題設定需要的附加輸入如下：定義多孔區(qū)域確定流過多孔區(qū)域的流體材料設定粘性系數（多孔介質動最方程3中的l/a_ij）以及內部阻力系數（多孔介質動最方程3中的C_2_ij）,并定義應用它們的方向欠鼠。幕率模型的系數也可以選擇指定。定義多孔介質包含的材料屬性和多孔性設定多孔區(qū)域的固體部分的體積熱生成速度（或任何其它源項，如質最、動最）（此項可選）。如果合適的話，限制多孔區(qū)域的湍流粘性。如果相關的話，指定旋轉軸和/或區(qū)域運動。在定義粘性和內部阻力系數中描述了決定阻力

8、系數和/或滲透性的方法。如果你使用多孔動起源項的幕律近似，你盂要輸入多孔介質動最方程5中的C_0和C_2來取代阻力系數和流動方向。在流體面板中（卜圖）你需要設定多孔介質的所有參數，該面板是從邊界條件菜單中打開的（詳細內容請參閱邊界條件的設定一節(jié)）Figure1:多孔區(qū)域的流體而板定義多孔區(qū)域正如定義邊界條件概述中所提到的，多孔區(qū)域是作為特定類型的流體區(qū)域來模擬的。亞表明流體區(qū)域是多孔區(qū)域，請在流體面板中激活多孔區(qū)域選項。面板會自動擴展到多孔介質輸入狀態(tài)。定義穿越多孔介質的流體在材料名字下拉菜單中選擇適當的流體就可以定義通過多孔介質的流體了。如果你模擬組分輸運或者多相流，流體而板中就不會出現(xiàn)材料

9、名字下拉菜單了。對丁組分計算，所有流體和/或多孔區(qū)域的混合材料就是你在組分模型而板中指定的材料。對丁多相流模型,所有流體和/或多孔區(qū)域的混合材料就是你在多相流模型而板中指定的材料。定義粘性和內部阻力系數粘性和內部阻力系數以相同的方式定義。使用笛卡爾坐標系定義系數的基本方法是在二維問題中定義一個方向矢最，在三維問題中定義兩個方向矢最，然后在每個方向上指定粘性和/或阻力系數。在二維問題中第二個方向沒勺明確定義，它是垂直丁指定的方向欠最和Z向矢最所在的平面的。在三維問題中，第三個方向欠堂是垂直于所指定的兩個方向欠最所在平而的。對于三維問題，第二個方向欠最必須垂直于第一個方向欠最。如果第二個方向矢最指

10、定失敗，解算器會確保它們垂直而忽略在第一個方向上的第二個欠最的任何分量。所以你應該確保第一個方向指定正確。在三維問題中也可能會使用圓錐（或圓柱）坐標系來定義系數，具體如F：定義阻力系數的過程如下：定義方向矢量。使用笛卡爾坐標系，簡單指定方向2矢堂，如果是三維問題，指定方向2矢最。每一個方向都應該是從（0,0咸者（0,0,0）到指定的（XzY）nE（XzY,Z）欠駅。（如果方向不正確請按上面的方法解決）對丁有些問題，多孔介質的主軸和區(qū)域的坐標軸不在一條直線上，你不必知道多孔介質先前的方向欠最。在這種情況卜，三維中的平面工具或者二維中的線工具可以幫你確定這些方向矢量。捕捉Snap平而工具（或者線工

11、具）到多孔區(qū)域的邊界。（請遵循使用面工具和線工具中的說明，它在己存在的表面上為工具初始化了位置）。適當的旋轉坐標軸直到它們和多孔介質區(qū)域成一條線。當成一條線Z后，在流體而板中點擊從平面工具更新或者從線工具更新按鈕,FLUENT會自動將方向2欠斎指向為工具的紅（三維）或綠（二維）箭頭所指的方向。要使用圓錐坐標系（比方說壞狀、錐狀顧慮單元），請遵循I、面步驟（這一選項只用于三維問題）：打開圓錐選項指定圓錐軸欠最和在錐軸上的點。圓錐軸矢最的方向將會是從（0,0,0）到指定的（X,Y,Z）方向的矢吊，F(xiàn)LUENT將會使用圓錐軸上的點將阻力轉換到笛卡爾坐標系。設定錐半角（錐軸和錐表面Z間的角度，如卜圖）

12、，使用柱坐標系，錐半角為0.Figure1:錐半角對丁有些問題，錐形過濾單元的主軸和區(qū)域的坐標軸不在一條直線上，你不必知道錐軸先前的方向欠最以及錐軸上的點。在這種情況卜，三維中的平面工具或者二維中的線工具可以幫你確定這些方向矢量。一種方法如下：在點擊捕捉到區(qū)域按鈕Z前，你可以在卜拉菜單中選擇垂直丁錐軸欠帚的軸過濾單元的邊界區(qū)域。點擊捕捉到區(qū)域按鈕，F(xiàn)LUENT會自動將平面工具捕捉到邊界。它也會設定錐軸矢量和錐軸上的點（需注意的是你還要自己設定錐半角）。另一種方法為：捕捉Snap平而工具到多孔區(qū)域的邊界。（請遵循使用面工具和線工具中的說明，它在已存在的表而上為工具初始化了位置）。旋轉和平移工具坐

13、標軸，直到工具的紅箭頭指向錐的軸向。工貝的起點在軸上。當軸和工具的起點成一條線時，在流體面板中點擊從平面工貝更新按鈕。FLUENT會自動設定軸向欠最以及在軸上的點（注意：你還是要自己設定錐的半角）。在粘性阻力中指定每個方向的粘性阻力系數l/a,在內部阻力中指定每一個方向上的內部阻力系數C_2（你可能需要將滾動條向卜滾動來查看這些輸入）。如杲你使用錐指定方法，方向2為錐軸方向，方向2為垂直丁錐表面（對丁圓柱就是徑向）方向，方向3圓周（q）方向。在三維問題中可能有三種可能的系數，在二維問題中有兩種：在各向同性算例中，所有方向上的阻力系數都是相等的（如海綿）。在各向同性算例中你必須將每個方向上的阻力

14、系數設定為相等。在三維問題中只有兩個方向上的系數相等，第三個方向上的阻力系數和前兩個不等,或者在二維問題中兩個方向上的系數不等，你必須準確的指定每一個方向上的系數。例如，如果你得多孔區(qū)域是由具苗小洞的細管組成，細管平行丁流動方向，流動會很容易的通過細管，但是流動在其它兩個方向上（通過小洞）會很小。如果你何一個平的盤子垂直丁流動方向，流動根本就不會穿過它而只在其它兩個方向上。在三維問題中還尙一種可能就是三個系數各不相同。例如，如果多孔區(qū)域是由不規(guī)則間隔的物體（如針腳）組成的平而，那么阻礙物Z間的流動在每個方向上都不同。此時你就需要在每個方向上指定不同的系數（請注意指定各向同性系數時，多孔介質的解

15、策略的注解）。推導粘性和內部損失系數的方法在定義粘性和內部阻力系數一節(jié)中介紹。當你使用多孔介質模型時，你必須記住FLUENT+的多孔單元是100%打開的，而且你所指定l/a_ij和/或C_2_ij的值必須是基丁這個假設的。然而，假如你知道通過真實裝置壓降和速度Z間的的變化，它只是部分地對流動開放。卜面的練習會告訴你如何對FLUENT模型計算適當的C_2值。假定穿孔圓盤只有25%対流動開放。已知通過圓盤的壓降為0.5。在圓盤內真實流體速度基礎上，即通過25開放區(qū)域的的基礎上，損失系數由卜式定義的損失系數K_L為0.5：要計算適當的C_2值，請注意在FLUENT模型中：通過穿孔圓盤的速度假定圓盤為

16、100%開放的。損失系數必須轉化為多孔區(qū)域每個單位長度的動壓頭損失。對丁第一條，第一步是計算并調節(jié)損失因子KJJ,它應該是在200%開放區(qū)域的速度基礎上的：或者注意對于相同的流速，v_25%open=4v_100%open,調節(jié)Z后的損失系數為8。對丁第二條，你必須將它轉換為穿孔圓盤每個單位厚度的損失系數。假定圓盤的厚度為1.0mma內部損失系數為（國際標準單位）:注意，対于各向異性介質，這些信息必須分別從每一個坐標方向上計算。第二個例子，考慮模擬充滿介質的流動。在湍流流動中，充滿介質的流動用滲透性和內部損失系數來模擬。推導適當常數的方法包括了Ergun方程49的使用，對丁在很人范I書I雷諾數

17、內和許多類型的充滿形式，有一個半經驗的關系式：當模擬充滿介質的層流流動時，上而方程中的第二項可能是個小帚，從而得到Blake-Kozeny方程49：在這些方程中，m是粘性，D_p是平均粒子直徑，e空間所占的分數（即空間的體積除以總體積）。比較多孔介質中Darcy定律的方程和內部損失系數為9的方程1,則每一方向上的滲透性和內部損失系數定義為：第三個例子我們會考虎VanWinkle等人146,121的方程，并表明如何通過具有方孔圓盤的多孔介質輸入來計算壓力損失。作者所聲明的應用在通過在等邊三角形上的方洞圓盤的湍流中的表達式為：其中：m（dot）=通過圓盤的質量流速A_f=剩F的面積或者洞的總面積A

18、_p=圓盤的面積（固體和洞）0對于不同D/t的不同雷諾數范圍被列成不同的表的系數D/t=洞的直徑和圓盤厚度的比例對T-VD1.6和Re4000,系數C近似為0.98,其中雷諾數是基丁洞的直徑與速度的使用卜式整理方程17：除以圓盤的厚度Dx=t有:其中v是表而速度而不是洞內的速度。與多孔介質內部損失系數中的方程2比較可以看出,對于垂直于圓盤方向,常數C_2可由下式計算:考慮通過由隨機方向的纖維或者玻璃材料組成的墊子或者過濾器的層流。對*J5J以二選一的方程Blake-Kozeny（方程口），我們可能會選擇將實驗數據列成表。很多類型的纖維都由這一類相關的數據70。古|體體積分數f玻璃絲織品的無最綱

19、滲透性Q0.2620.250.2580.260.2210.400.2180.410.1720.80a為纖維直徑。使用多孔介質的Darcy定律中的方程2口J以很容易從給定的纖維直徑和體積分數種計算出。使用幕律模型對/多孔介質動最源項（多孔介質動晟方程中的方程5）,如果你使用幕律模型近似，你只要在流體面板的幕律模型中輸入系數C0和C1就可以了。如果C0或C1為非零值，解算器會忽略面板中除了多孔介質幕律模型Z外的所有輸入。定義熱傳導如果你選擇在多孔介質中模擬熱傳導，你必須指定多孔介質中的材料以及多孔性。要定義多孔介質的材料，向卜拉流體面板中阻力輸入卜面的滾動條，然后在多孔熱傳導的固體材料下拉列表中選

20、中適當的固體。然后在多孔熱傳導卜設定多孔性。多孔性f是多孔介質中流體的體積分數（即介質的開放體積分數）。多孔性用丁介質中的熱傳導預測，處理方法請參閱多孔介質能最方程的處理一節(jié)。它還對介質中的反應源項和體力的計算有影響。這個源項和介質中流體的體積成比例。如果你想要模擬完全開放的介質（固體介質沒有影響），你應該設定多孔性為20當多孔性為2.0時，介質的固體部分對丁熱傳導和（或）熱源項/反應源項沒尙影響。注意：多孔性永遠不會影響介質中的流體速度，這已經在多孔介質的動最方程一節(jié)中介紹了。不管你將多孔性設定為何值，F(xiàn)LUENT所預測的速度都是介質中的表而速度。定義源項如果你想在多孔流動的能最方程中包括熱

21、的影響，請激活源項選項并設定非零的能最源項。FLUENT會計算多孔區(qū)域所生成的能最，該能駅為能駅源項值乘以組成多孔區(qū)域的單元所有體積值。你也町以定義質起、動帚、湍流、組分或者其它標彊的源項，詳細內容請參閱、質量、動量、能量和其它源項的定義。在多孔區(qū)域內壓制湍流源項如多孔介質的湍流處理中所討論的，湍流在多孔介質中的計算和人最（bulk）流體流動是一樣的。如果你使用k-e模型或者Spalart-Allmaras模型，你想要壓制湍流在多孔區(qū)域的影響可以打開流體區(qū)域面板中的層流區(qū)域選項（從而使得多孔區(qū)域的湍流生成為零）,指定旋轉軸并定義區(qū)域運動旋轉軸和區(qū)域運動的輸入和標準流體區(qū)域的輸入是相同的，詳細情

22、況叫以參閱流體區(qū)域的輸入一節(jié)。多孔介質的解策略一般說來，在模擬多孔介質時，你可以使用標準的解算步驟以及解參數的設置,然而你會發(fā)現(xiàn)如果多孔區(qū)域在流動方向上壓降相當人（比如:滲透性a很低或者內部因子C_2很人）的話，解的收斂速度就會變慢。這就表明由于動最源項中出現(xiàn)了多孔介質的壓降（方程的矩陣不再是對角占優(yōu)了），收斂性問題就出現(xiàn)了。解決多孔介質區(qū)域收斂性差最好的補救辦法就是對于通過介質的流向壓降苗一個很好初始預測。猜測的辦法Z就是，在介質流體單元的上游或者卜游補償一個壓力值，詳細內容請參閱所選單元的補償值一節(jié)。必須記住的是，當補償壓力時，你所輸入的壓力可以定義為解算器所使用的gauge壓力（即在操作

23、條件面板中定義的相對于操作壓力的壓力）o另一個處理收斂性差的方法是臨時取消多孔介質模型（在流體面板中關閉多孔區(qū)域）然后獲取一個不受多孔區(qū)域影響的初始流場。取消多孔區(qū)域后，F(xiàn)LUENT會將多孔區(qū)域處理為流體區(qū)域并按相應的流體區(qū)域來計算。一旦獲取了初始解，或者計算很容易收斂，你就可以激活多孔模型繼續(xù)計算包含多孔區(qū)域的流場（對丁人阻力多孔介質不推薦使用該方法）。對于高度各向異性的多孔介質，何時會造成收斂性的麻煩。對于這些問題你可以將多孔介質的各向異性系數（2/a_ij和C_2_i,j）限制在二階或者三階的最級。即使在某一方向上介質的阻力為無窮人，你也不需要將它設定超過初始流動方向上的2000倍。多孔

24、介質的后處理可以通過檢查速度分堂和壓力值來確定多孔區(qū)域對丁流場的影響。你可能對F列變最或函數的圖形（XY圖，等值線圖或者矢最圖）或者文檔報告感興趣：X,Y,Z速度（在速度類別中）靜壓（在壓力類別中）這些變量會在后處理面板的變量選擇卜拉菜單制定類別中出現(xiàn)。需要注意的是多孔區(qū)域的熱報告不影響固體介質的屬性。所報告的多孔區(qū)域內的熱容、傳導率以及熔是流體的屬性不包括固體介質的影響。FLUENT多孔介質模擬詳細磐（完鞍）FLUENT專題2009-08-2115:18:24閱讀525評論16字號:去蟲小模擬多孔介質是一個比較難的問題，很多人搞不清怎么設置，本人經過苦惱鉆研,下面對其詳細設置作出說明:1oG

25、ambit中劃分網格之后，定義需要做為多孔介質的區(qū)域為fluid,與缺省的fluid分別開來，再定義其名稱，我習慣將名稱定義為porous;2o在fluent中定義邊界條件define-boundarycondition-porous（剛定義的名稱），將其設置邊界條件為fluid,點擊set按鈕即彈出與fluid邊界條件一樣的對話框，選中porouszone與laminar復選框，再點擊porouszone標簽即出現(xiàn)一個帶有滾動條的界面；dSolveAdaptSurfaceDi:igModelsJ!01igOperatingConditions.7nIBoundaryCondi11ons.,u

26、igPeriodicConditions*6GridIntra.ces.DynamicMeshig5MixingFlaiis.*0TurboTopologyiInjections.DTRMKays.10均CustomFieldFunctions.Frfiles:oVnits.BA3ycUser-Befined3oporouszone設置方法：1）定義矢量：二維定義一個矢量，第二個矢量方向不用定義，是與第一個矢量方向正交的；三維定義二個矢量，第三個矢量方向不用定義，是與第一、二個矢量方向正交的；（如何知道矢量的方向：打開grid圖，看看X.Y.Z的方向，如果是X向，矢量為1,0,0,同理丫向為0

27、,1.0,Z向為0,0,1,如果所需要的方向與坐標軸正向相反，則定義矢量為負）圓錐坐標與球坐標請參考fluent幫助。Direction-1VectorDirection-2Vectorconstantconstantconstant2）定義粘性阻力1/a與內部阻力C2：卜面是一個例子：通過實驗測得速度和壓降進行計算：假設實驗所得速度和壓降的數值如下：Velocity(m/s)PressureDrop(Pa)20.078.050.0487.080.01432.0110.02964.0通過多孔介質的為空氣，密度為1.225kg/m3粘度為。由上面速度與壓降的關系可以繪出一個二次由線。方程如下：存

28、wD.筋勿)6憶雹.蔦對如IIBIIIIOIIIIBII5=S,Ap=SfAf?5=（仙+Cpvv相比較.對應的系數相零可得-Aw騎a豳藪方滋計畀自亡曲獲幾飽模舉盪豺挽倒育和馥桂瞬加S*RelativeVelocityResistanceFormulationViscousResistanceDirecllon-1(1/m2)|2.2527econstantDlrection-21/mZ|2.2527*07constant二|Diredion-3(1/m?)2.2J27e-0/constantJInertialRcsisGnccAltersaliveFormulationDirect!on-1

29、(1/m)1M4966constanlDirectiora-2(1/mJ1MU9.A6constantDlrcctioii-3(1/mJim9.66constanl3）如果了定義粘性阻加/a與內部阻力C2,就不用定義C1與CO,因為這是兩種不同的定義方法，C1與CO只在幕率模型中出現(xiàn)，該處保持默認就行了；PowerLawModel4）定義孔隙率porousity,默認值1表示全開放，此值按實驗測值填寫即可。FluidPorosityPorosity0.1constant完了，其他設置與普通ke或RSM相同。FLUENT設置觀察點和面FLUENT專題2009-08-2317:26:22閱讀108

30、評論0字號：大中小在FLUENT里，我們往往想對某一個而或是點進行觀察，來獲得其隨時間或是距離變化的惜況。下面是步驟：在surface里而定義你所要的點或者而：在solve/monitor/里面選擇第一步定義的點或者面，并在橫軸選擇為時間t,縱軸選擇為你關心點或者面的參數（如，壓力，速度，或者湍流強度）。選擇PLOT+write計算結束之后，得到的結果文件就是你要得參數的時間歷程數據。該數據可以很便捷的導入任何數據處理軟件中進行分析，如TECPLOT,MATLAB監(jiān)視FLUENT的計算結果，如何判斷計算是否收斂？FLUENT2009-09-1508:48:13閱讀146評論1字號：大中小如何監(jiān)視FLUENT的計算結果？如何判斷計算是否收斂？在FLUENT中收斂準則是如何定義的？分析計算收斂性的各控制