fluent全中文教程-版第07章流體物性

物理性FLUENT對于固體材料，只需要定義密度，熱傳導系數(shù)和比熱容(除非你所模擬的是半透明固體材料可以不需定義其密度和比熱容對于定常流來說固體材料列表中也會出現(xiàn)比熱料的概念將會在混合材料一節(jié)詳細。離散相模型的附加材料類型也可以使用，請參閱材料的定義可以從零開始，也可以從全局(site-wide)數(shù)據(jù)庫中并編輯。關(guān)于修改全case是水，你可以從全局材料數(shù)據(jù)庫中或者從新創(chuàng)建新的材料。如果是從數(shù)據(jù)庫中的，你還可以修改所過來的材料的屬性。型創(chuàng)建離散相粒子射流（請參閱離散相模型。當從數(shù)據(jù)庫中離散相模型時，所有組成的流體材料（組分）也會自動過來。在材料類型下拉菜單中選擇材料類型（流體、固體等點擊改變/在材料類型下拉列表中選擇材料（流體、固體及其它點擊改變/創(chuàng)建按鈕。會彈出一個問題框，詢問你是否覆蓋原來的材料。因為No，保留原來的材料）/從數(shù)據(jù)庫材不同的資源[106]，[134]，[176]。如果你希望使用某一材料，你可以簡單的從數(shù)據(jù)庫中材料到當前材料列表中。步驟如下：在材料面板中點擊數(shù)據(jù)庫按鈕，打開數(shù)據(jù)庫材料面板（如下圖Figure1:數(shù)據(jù)庫材料面板在材料列表中選擇需要的材料（第二步已經(jīng)選擇了材料類型。材料的屬性會顯示點擊按鈕。這些屬性就從數(shù)據(jù)庫中到當前列表中了，所有的屬性也會在材遵循相同的步驟或者關(guān)閉材料數(shù)據(jù)庫面板擊OK否則保留空白并點擊OK。此時材料面板會更新，并在流體材料（固體材料等）列表case文件中，在新的進程中所有的材料和屬Delete按鈕。TAATAT2

T

n1nTTnnn 其中：1nN，

T

:TAATAT2

T

:TBBTBT2

在上面的方程中，φKelvin或者Rankine。如果你使用Celsius或者Kelvin作為溫度單位，相應的多項式系數(shù)也要根據(jù)Kelvin單位改變，如果使用Fahrenheit或者Rankine作為溫度單位，相應的只要根據(jù)Rankine單位本節(jié)會定義多項式函數(shù)、分段線性函數(shù)和分段多項式函數(shù)所需要的輸入。Figure1:A1；輸入二則定義一階多項式：屬性隨1,2,3,1A1,A2,A3,...是一T1000

Figure1:30分段多項式函數(shù)的輸

Figure2:mFigure1:分段多項式輪廓面板1，分兩個范圍如下：

300T1000pp

1000T5000cpT841.3770.593T2.415104T24.523108T33.1531012T181,2,3,...5A_1,A_2,1注意溫度的單位限制，前面已經(jīng)了，如果你要檢查和修改系數(shù)、數(shù)據(jù)對或者范圍屬性名字右邊的編輯按鈕，此時便，材料數(shù)據(jù)庫在Path/Fluent.Inc/fluent5.x/cortex/lib/propdb.scm文件中。其中PathFLUENT安裝，xfluent5.0，x0。將上述的propdb.scm文件到當前的工作相似，你可能要已有的材料，然后改變它的名字?？諝夂弯X的相關(guān)條目如下：(chemical-formula.#f)(density(constant.1.225) bustion1.225300))(specific-heat(constant.1006.43))(thermal-conductivity(constant.0.0242))(viscosity(constant.1.7894e-05)(sutherland1.7894e-05273.11110.56)(power-law1.7894e-05273.11(molecular-weight(constant.)(chemical-formula.al)(density(constant.2719))(specific-heat(constant.871))(thermal-conductivity(constant.202.4))(formation-entropy(constant.164448.08)))當你在當前工作下的FLUENT進程中進行下一次加載材料數(shù)據(jù)庫時。FLUENT會propdb.scm文件，而不是原來數(shù)據(jù)庫的文件，此時你所定義的材料就會在propdb.scm放到cortex/libpropdb.scmFLUENT為定義密度提供了幾個選項：常數(shù)密度；溫度相關(guān)和/或成分相關(guān)密度。本節(jié)描述了每一個輸入選項和控制物理模型。在所有的情況下，你都要用使用材料面板中的1不同流動區(qū)域密度的定FLUENT中密度的選擇是非常重要的，你必須在流動區(qū)域的基礎上設定適當?shù)拿芏汝P(guān)系式。，Boussinesq模型。Boussinesq模常數(shù)密度的料的密度值。對于默認流體（空氣）1.225kg/m^3Boussinesq近似所需要的輸要激活密度的Boussinesq近似，選擇使用材料面板中的1密度右邊的下拉菜單中的Boussinesq模型一節(jié)。密度定義為溫度的輪廓T

n1nTTnnTn1nn

::

TAATAT

不可壓理想氣體定FLUENTpopR為普適氣體常數(shù)，pop為操作壓力面板定義的操作壓力。在這種情況下，密度只1中的密度右邊的下拉列表中選擇不可壓理想氣體來激活不可壓在操作條件面板中的定義操作壓力框中設定操作壓力。菜單：Define/Operating101325Pa?？蓧毫鲃拥睦硐霘怏w定pop其中p為FLUENT所的當?shù)叵鄬Γɑ驑藴剩毫?，pop是操作壓力條件面板中定義1中的密度右邊的下拉列表中選擇理想氣體來激活不可壓流體的在操作條件面板中的定義操作壓力框中設定操作壓力。菜單：etngCondtions...。需要注意的是當你計算理想氣體定律的密度時操作壓力的輸入是很重要的。1多成分混合的成分相關(guān)1volume-weighted-mixing-law1中的密度右邊下拉列表中選擇混合材料的理1中的密度右邊下拉列表中點擊改變/volume-weighted-mixing-law，定義組成混合物的每一種流體材料的密度。如果所計算的是非理想氣體混合物，F(xiàn)LUENT 1iii popRT

iM其中p是由FLUENT的當?shù)叵鄬Γɑ驑藴剩毫?，R是普適氣體常數(shù)，mi'是組分i^'的質(zhì)量分數(shù)，Mi'i'的分子量，pop是在操作條件面板中的操作壓力框中定義的操作如果所計算的是不可壓流動的理想氣體定律的密度，F(xiàn)LUENT以下面公式計算混合氣 RT

iM其中R是普適氣體常數(shù)，mi'是組分i'的質(zhì)量分數(shù)，Mi'是組分i'的分子量，pop是在操作FLUENT提供了幾種定義流體粘性的選項：FLUENTn。常數(shù)粘性所需要的輸1作為溫度函數(shù)的粘如果你所模擬的問題包括熱傳導，你可以將粘性定義為溫度的函數(shù)。FLUENT共提供5種類型的函數(shù)：T

n1nTTnnTn1nn

T

:TAATAT2...

T

:TBBTBT2...

TAATAT2 Sutherland定律項式。然后輸入數(shù)據(jù)對(Tnmn)1所描述的這些函sutherland或者冪率然后輸入這兩個定律相應的參數(shù)。Sutherland粘性定Sutherland(1893)Sutherland粘性定律使用理想化的分子見作用SutherlandC3C Tkg/m-sK，C_1C_2是系數(shù)。對于在適度的溫度和壓力下的空氣，C_1=1.458?10^-6kg/m-s-K^1/2，C_2=110.4K.SutherlandT32T0 0 T0 T其中m是粘性單位為kg/m-s，T是靜溫單位為K，m_0是參單位為kg/m-s,T_0是參考溫度，單位為K，S是有效的溫度，單位是K，被稱為Sutherland常數(shù)，它是氣體所特有的。對于適當?shù)臏囟群蛪毫Γ簃_0=1.716?10^-5kg/m-s，T_0=273K，S=111K。SutherlandsutherlandC1C2m_0，參考溫T_0S。冪律粘性定Sutherland定律的精度稍差一點。BTmkg/m-s，TK，B是無量綱系數(shù)。對于適當溫度和壓力的空氣，B=4.093?10^-7，n=2/3。T T0T0mkg/m-s，TK，m_0kg/m-s。對于適當壓力和溫度的空氣，m_0=1.716?10^-5kg/m-s，T_0=273K，n=2/3。粘性的非冪率在非流體的粘性一節(jié)中描述T_0n。用分子運動論定義粘MT2.67MTmkg/m-s，TKelvin，s的單位是埃，W_m=W_mT1的粘性右邊的下拉列表中選擇分子運動論來提供分子運動論的計算，它需要輸入Lennard-Jones參數(shù)s和e/k。解算器會使用方程1種輸入的這些分多組分混合物的組分相關(guān)粘masghtedmixngaidalgasmixnga。

Xi 1 i2Mj41 j

Mi

1 M i

Mjmi非流體的粘對于流來說，剪應力和剪切速度成比例

SuiumS(dot)

對于非流來說，粘性是S(dot)的函數(shù)，并由變量h所描述FLUENT提供了兩種模擬非流的選項：仿塑膠（pseudo-plastics）Carreau[161] FLUENT

keTSn1

h_maxh_min會Figure1h_min和h_max是如Figure1:根據(jù)冪率模型所得到的粘性和剪切速度變化關(guān)Nn=1，流n>1，剪切增厚過程（膨脹流體）n1，剪切變薄過程（仿塑膠流體面板就會打開，你可以輸入一致的指數(shù)k，冪率指數(shù)n，參考溫度T_0，最小粘性h_min以h_max。仿塑膠Carreau模非粘性的冪率模型一節(jié)所描述的冪率模型給出粘性和剪切速度的變化關(guān)系為 S0,0S,，其中0和Carreau模型嘗試模擬大范圍的流體流動它使用曲線擬和將流體和剪切變薄(n<非流體定律整合在一起。在該模型中，粘性為 2

n1 粘性的冪率一節(jié)所述的內(nèi)容T_0為參考溫度，0和分別為0和無窮剪切粘性圖所示為在低和高剪切速度情況下粘性如何被0與所限制Figure1:CarreauCarreaucarreaulnT_0，零剪切粘性0以及無窮剪切粘性。FLUENT提供了幾種定義熱傳導系數(shù)的方法：各向異性/正交（只對固體材料紹。在所有的情況下你都要在使用材料面板一節(jié)中的1的熱傳導系數(shù)項中定義。菜單：1的熱傳導系數(shù)右邊的列表中0.0242W/m-K。你還可以定義熱傳導系數(shù)為溫度的函數(shù)，F(xiàn)LUENT共提供了三種類型的函數(shù)：kT

kn1knTTnnTn1nn

T

:kTAATAT2

T

:kTBBTBT2

kTAATAT2 （T_n，k_nA_i，詳細內(nèi)容清參閱使用溫度相關(guān)函數(shù)定義屬性一節(jié)。使用分子運動論定義熱傳導系k

R

cpM34 31的熱傳導系數(shù)右邊的下多組分混合物的組分相關(guān)熱傳導系mass-weighted-mixing-law，如果你使用理想氣體定律，請在熱傳導系數(shù)右邊的下拉列表中選擇ideal-gas-mixing-law如果你使用ideal-gas-mixing-law計算混點擊改變/（需要的話）

k

Xii 1 i2Mj41 j

Mi

1 M i

Mjkmi固體的各向異性熱傳導FLUENT中各向異性熱傳導系數(shù)選項解決固體的熱傳導方程時，所使用的熱傳導系數(shù)qi

ijj正交各向異性熱傳導系

k

kFigure1:因為主軸方向(e(hat)_x,e(hat)_h,e(hat)_z)是相互正交的，所以對于三維問題只需要指定兩個方向。e(hat)_x0X，Y，Z定義，e(hat)_h1X，Y，Z定義。0(k_x)、(k_h)2(k_z)為常

k是熱傳導系數(shù)，e(hat)_ij是矩陣（對于二維問題是2233Figure1:導系數(shù)和溫度相關(guān)熱傳導系數(shù)的輸入的相關(guān)章節(jié)）。當能量方程被使用時，必須指定熱容。FLUENT提供了幾種定義熱容的方法：紹。在所有的情況下你都要在使用材料面板一節(jié)中的1的Cp中定義。菜單：指定熱容的單位為國際標準單位的J/kg-K或者英制單位的BTU/lbm-R。注意：對于燃燒方面的應用，使用溫度相關(guān)方法指定熱量。指定熱容所需要輸入的1的Cp右邊的下拉列表中選擇常數(shù)并1006.43J/kg-

cpn1cpnTTn pnn

for

T :cTAATAT2

for

T

BTBT2

cTAATAT2 你可以輸入數(shù)據(jù)對(T_n,c_p_n)A_iB_i1中的這A_i，詳細內(nèi)容清參閱使用溫度相關(guān)函數(shù)定義屬性一節(jié)。用分子運動論定義指定

R

2其中f_i^'是氣體組分i^'的能量模式的數(shù)量（度你可以在使用材料面板一節(jié)中的1Cp右邊的下拉列表中選擇分子運動論。解算器就會使用上面的方程來計算熱容。詳情指定熱容為成分的函Cpmixing-law。

cpmicp,iFLUENT1設定附P-1模型，你需要設定輻射吸收系數(shù)以及散射系數(shù)(P-11aRosseland輻射模型，你也需要設定輻射吸收系數(shù)以及散射系數(shù)(P-1模型方程中方3的as_s。DTRM，只需要設定吸收系數(shù)（DTRM1aDO（DO1的as_s件中的方程3中的n_a或者n_b。注意：對于DO模型，你可以指定固體材料的輻射屬性，一節(jié)DO輻射模型的非灰度（non-gray）輻每一單位長度上的輻射強度的變化。吸收系數(shù)可以用CO_2和H_2O發(fā)射率的列表計算，這要定義常數(shù)吸收系數(shù)，請在使用材料面板一節(jié)中的1FLUENT還允許你輸入組分相關(guān)吸收系數(shù)，它是水蒸氣或者的當?shù)刭|(zhì)量分數(shù)的aa的函數(shù)。在燃燒模擬中，這些選項在模擬輻射時是非常有用的。FLUENT所使用的variable-absorption-coefficient模型是模擬變化吸收系數(shù)一節(jié)中的weighted-sum-of-gray-gases -based或者wsggm-user-specified。三個WSGGM選項在計算路徑長度上所使用的方法是不同的，參閱組分相關(guān)吸收系數(shù)的輸入一節(jié)（一定要記住，你必須首先激活組分計算，這樣才能在列表中看到wsggm選項，而且和水WSGGMWeighted-Sum-of-Gray-Gase模型中方程1s的計算方法。你可以使用特征單元尺寸或者平均光程（beam）長度（解算器如果你選擇wsggm-cell-based，就需要使用characteristic-cell-size方法，以后也不需要輸如果你選擇wsggm--based，a的計算就需要使用mean-beam-length方法，而FLUENT如果你選擇wsggm-user-specified，就會使用mean-beam-length方法，但是你需要在WSGGM用戶指定面板中的路徑長度框中自己設定平均光程長的。當你選擇wsggm-user-specified是這一面板會自動打開，因為這是一個（框等）模式上的面板如果你使用非灰度DO（請參閱非灰度DO模型理論與方程以及DO模型的非灰度如果你在離散相模型面板中打開粒子輻射相互作用選項，F(xiàn)LUENT會考慮粒子對于吸收系數(shù)的影響（P-1DO輻射模型來說。WSGGM來計算組分相關(guān)吸收系數(shù)，任何一個輻散射系要定義常數(shù)散射系數(shù)，請在使用材料面板一節(jié)中的1DODelta-Eddington或自定義散射函數(shù)。FLUENT默認的情況。的值（P-13中的C要使用Delta-Eddington相函數(shù)，請在散射相函數(shù)下拉列表中選擇delta-eddington。此時Delta-Eddington散射函數(shù)面板，在面板中你可以指定前向散射因子和對稱因子（各向異性散射中的方程1的f和C。需要注意的是，因為這是一個（框等）模式上的面3F^*f。折射指你可以在后處理面板中出現(xiàn)的變量選擇下拉列表中的Radiation...中使用吸收系數(shù)和散as_sRadiation…中發(fā)現(xiàn)折射指數(shù)。質(zhì)量擴散系Fick

iDiji^'Di,m無關(guān)時，上面的方程嚴格有效。因此，你不可以使用FLUENT計算層流流動的非稀釋混合物的疏運。FLUENT允許你以多種方法指定Di,mDiji^'j^'Dij并不是直接使用的，直接Di,mj,jj,jiX

1Diji^'j^'

Di,mDijFick1 iJiDi,mSc t 其中Sct是湍流流動的有效Sidt數(shù)

tDt散Di,m的貢獻；附加的選項，來改變湍流Sidt數(shù)的默認設定。如方程3所示，這些參數(shù)Fick擴散定律以及相關(guān)的輸入（Di,m）1你可以使用下面任意法輸入質(zhì)量擴散系數(shù)除了在使用材料面板一節(jié)中混分列表最后一個字分的擴散系數(shù)DN

Di,mDi,m（DN

設定為零）為常數(shù)或者（的話）i^'j^'Dij為常數(shù)值或者溫度的多項Di,mDijDijFickDi,mDij。菜單：Define/Materials...。m^2/sft^2/s。Di,m的唯一值?；旌衔锏拿恳粋€組分的擴散系數(shù)都使用相同的值。在出現(xiàn)的質(zhì)量擴散面板中（下圖）Figure1:Di,m為常數(shù)值或者（如果存在熱傳導）D AATAT2i 23Di列表中的所有組分的擴散系數(shù)定義,i'和組分j’（i'j’中的系數(shù)Figure1:,導DAATAT2i, 23DiDj列表中的所有組分的擴散系完成混合材料的