多孔介質(zhì)Fluent模擬

1、7.19多孔介質(zhì)邊界條件多孔介質(zhì)模型適用的范圍非常廣泛，包括填充床，過(guò)濾紙，多孔板，流量分配器，還有管群，管束系統(tǒng)。當(dāng)使用這個(gè)模型的時(shí)候，多孔介質(zhì)將運(yùn)用于網(wǎng)格區(qū)域，流場(chǎng)中的壓降將由輸入的條件有關(guān)，見(jiàn)Section  .同樣也可以計(jì)算熱傳導(dǎo)，基于介質(zhì)和流場(chǎng)熱量守恒的假設(shè)，見(jiàn)Section  7.19.3.通過(guò)一個(gè)薄膜后的已知速度/壓力降低特性可以簡(jiǎn)化為一維多孔介質(zhì)模型，簡(jiǎn)稱為“多孔跳躍”。多孔跳躍模型被運(yùn)用于一個(gè)面區(qū)域而不是網(wǎng)格區(qū)域，而且也可以代替完全多孔介質(zhì)模型在任何可能的時(shí)候，因?yàn)樗臃€(wěn)定而且能夠很好地收斂。見(jiàn)Section  7.22.7.19.1 多孔介質(zhì)

2、模型的限制和假設(shè)多孔介質(zhì)模型就是在定義為多孔介質(zhì)的區(qū)域結(jié)合了一個(gè)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)假設(shè)為主的流動(dòng)阻力。本質(zhì)上，多孔介質(zhì)模型僅僅是在動(dòng)量方程上疊加了一個(gè)動(dòng)量源項(xiàng)。這種情況下，以下模型方面的假設(shè)和限制就可以很容易得到：· 因?yàn)闆](méi)有表示多孔介質(zhì)區(qū)域的實(shí)際存在的體，所以fluent默認(rèn)是計(jì)算基于連續(xù)性方程的虛假速度。做為一個(gè)做精確的選項(xiàng)，你可以適用fluent中的真是速度，見(jiàn)section。· 多孔介質(zhì)對(duì)湍流流場(chǎng)的影響，是近似的，見(jiàn)7.19.4。· 當(dāng)在移動(dòng)坐標(biāo)系中使用多孔介質(zhì)模型的時(shí)候，fluent既有相對(duì)坐標(biāo)系也可以使用絕對(duì)坐標(biāo)系，當(dāng)激活相對(duì)速度阻力方程。這將得到更精確的源項(xiàng)。

3、相關(guān)信息見(jiàn)section7.19.5和7.19.6。· 當(dāng)需要定義比熱容的時(shí)候，必須是常數(shù)。7.19.2 多孔介質(zhì)模型動(dòng)量方程多孔介質(zhì)模型的動(dòng)量方程是在標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)量方程的后面加上動(dòng)量方程源項(xiàng)。源項(xiàng)包含兩個(gè)部分：粘性損失項(xiàng)（達(dá)西公式項(xiàng)，方程7.19-1右邊第一項(xiàng)），和慣性損失項(xiàng)（方程7.19-1右邊第二項(xiàng)）(7.19-1)式中，si是i（x，y，z）動(dòng)量方程的源項(xiàng)，是速度大小，D和C是矩陣。動(dòng)量源項(xiàng)對(duì)多孔介質(zhì)區(qū)域的壓力梯度有影響，生成一個(gè)與速度大?。ㄋ俣绕椒剑┏烧鹊膲航?。對(duì)于各向同性多孔介質(zhì)簡(jiǎn)單情況下：(7.19-2)式中是滲透性系數(shù)，是慣性阻力系數(shù)，也就是將D,C矩陣簡(jiǎn)化為對(duì)角矩陣，對(duì)

4、角上的系數(shù)分別為和，其它元素都是0.同樣fluent也可以將源項(xiàng)設(shè)定為速度的冪函數(shù)型：(7.19-3)式中and 是用戶自定義的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。.   在冪函數(shù)型模型中，壓降是均勻的，的單位是國(guó)際單位制。多孔介質(zhì)中的達(dá)西定律通過(guò)多孔介質(zhì)的層流，典型的壓降是與速度大學(xué)成正比，常數(shù)C2可以認(rèn)為是0。忽略對(duì)流加速度和擴(kuò)散，多孔介質(zhì)的動(dòng)量方程源項(xiàng)就可以化簡(jiǎn)為達(dá)西定律：(7.19-4)坐標(biāo)軸三個(gè)不同方向的壓降fluent計(jì)算如下：(7.19-5)式中 是方程  7.19-1中矩陣的項(xiàng), 是 , , and 方向速度, , , and 是 , , and 方向的多孔介質(zhì)厚度. 這里

5、, 多孔介質(zhì)的厚度( , , or ) 是模型中的實(shí)際厚度. 如果模型中的厚度不是實(shí)際厚度，就需要對(duì)輸入?yún)?shù) 進(jìn)行調(diào)整。 多孔介質(zhì)材料慣性損失在高速流動(dòng)時(shí)，方程7.19-1中常數(shù)C2是對(duì)多孔介質(zhì)中關(guān)于慣性損失的修正。這個(gè)常數(shù)被認(rèn)為是流動(dòng)方向單位長(zhǎng)度的損失系數(shù)，壓降定義為動(dòng)水頭的函數(shù)。如果模擬多孔板或者管束系統(tǒng)，有時(shí)候可以忽略滲透項(xiàng)，只使用慣性損失項(xiàng)，就得到如下的多孔介質(zhì)壓降方程：(7.19-6)如下x，y，z方向的壓力損失項(xiàng)：  (7.19-7)Again, the thickness of the medium ( , , or ) is the thickness yo

6、u have defined in your model. ( , , or )同前。7.19.3 多孔介質(zhì)能量方程Fluent在多孔介質(zhì)區(qū)域求解能量輸運(yùn)方程，并且修改了傳導(dǎo)通量和瞬態(tài)項(xiàng)。在多孔介質(zhì)區(qū)域，傳導(dǎo)通量使用一個(gè)有效的傳導(dǎo)率，瞬態(tài)項(xiàng)包含了多孔介質(zhì)中的固體區(qū)域的熱慣性。(7.19-8)式中=流體總能量=固體區(qū)域總能量=多孔介質(zhì)孔隙率=多孔介質(zhì)的有效熱傳導(dǎo)率=流體焓源項(xiàng)多孔介質(zhì)的有效熱傳導(dǎo)率多孔介質(zhì)的有效熱傳導(dǎo)率是根據(jù)區(qū)域中流體熱傳導(dǎo)和固體熱傳導(dǎo)根據(jù)體積平均得到：(7.19-9)式中=多孔介質(zhì)的孔隙率=, ) 流體項(xiàng)熱傳導(dǎo)率（包含湍流影響）=固體區(qū)域熱傳導(dǎo)率流體，固體區(qū)域熱傳導(dǎo)都可以通過(guò)u

7、df自定義。非各向同性熱傳導(dǎo)同樣也可以通過(guò)udf進(jìn)行定義。在這種情況下，流體各向同性的影響加到固體各向異性矩陣的對(duì)角元素上。7.19.4 多孔介質(zhì)模型中的湍流模型 默認(rèn)情況下，fluent會(huì)求解標(biāo)準(zhǔn)守恒湍流方程。這時(shí)，固體區(qū)域?qū)ν牧鞯纳珊秃纳⒙蕸](méi)有影響。當(dāng)多孔介質(zhì)的滲透性很好而且其幾何尺度相比于湍流渦的尺度很小的時(shí)候是可行的。其它一些算例，可能還需要抑制多孔介質(zhì)區(qū)域的湍流影響。如果使用某種湍流模型，除了大渦模型，可以通過(guò)設(shè)定湍流粘性率為0來(lái)消除湍流的影響。當(dāng)使用這種功能的時(shí)候，fluent將會(huì)把入口湍流輸運(yùn)通過(guò)多孔介質(zhì)，而他們對(duì)流體混合和動(dòng)量的影響將會(huì)被忽略。另外多孔介質(zhì)區(qū)域的湍流生成率也被

8、設(shè)定為0.選定fluid panel面板的laminar zone選項(xiàng)，這個(gè)模型將會(huì)被激活。激活這個(gè)模型將暗示著是0而且多孔介質(zhì)區(qū)域湍流生成率也為0。不選這個(gè)選項(xiàng)（默認(rèn)）將會(huì)按照計(jì)算主流區(qū)域的計(jì)算方法來(lái)計(jì)算多孔介質(zhì)的湍流。Laminar zone選項(xiàng)的詳細(xì)介紹見(jiàn)section 。7.19.5 多孔介質(zhì)模型的非定常項(xiàng)非定常多孔介質(zhì)計(jì)算，多孔介質(zhì)對(duì)時(shí)間微分項(xiàng)的影響包含了所有的標(biāo)量輸運(yùn)方程和連續(xù)性方程。當(dāng)考慮孔隙率影響的時(shí)候，時(shí)間微分方程項(xiàng)變成 , 式中 是標(biāo)量( , , etc.) and 是孔隙率.孔隙率的影響是自動(dòng)加入的，默認(rèn)狀況時(shí)孔隙率是設(shè)定為1.7.19.6 多孔介質(zhì)模型的用戶輸入當(dāng)使用多

9、孔介質(zhì)模型的時(shí)候，需要另外輸入的問(wèn)題部分如下。選項(xiàng)如下：1.   定義多孔介質(zhì)區(qū)域。2.   定義多孔介質(zhì)速度方程（可選）。3.   選擇流過(guò)多孔介質(zhì)區(qū)域的流體材料。4.    激活多孔介質(zhì)區(qū)域的化學(xué)反應(yīng)，如果有合適的反應(yīng)機(jī)理，選擇化學(xué)反應(yīng)機(jī)理。5.   默認(rèn)這個(gè)選項(xiàng)是激活的，而且可以考慮移動(dòng)的多孔介質(zhì)。見(jiàn)section 。6.    設(shè)定粘性阻力系數(shù) ( in Equation  7.19-1, or in Equation  7.19-2)和慣性阻力系數(shù)( in

10、 Equation  7.19-1, or in Equation  7.19-2), 還有定義他們應(yīng)用的方向矢量. 或者定義冪函數(shù)模型的系數(shù).7.    設(shè)定多孔介質(zhì)區(qū)域的孔隙率。8.   為多孔介質(zhì)選擇材料，這種情況只可能發(fā)生在熱傳導(dǎo)模型中。而且材料比熱容只能設(shè)定為常數(shù)。9.    (optional) 設(shè)定固體多孔介質(zhì)部分體積熱生成率，或者其它源項(xiàng)如動(dòng)量，質(zhì)量。10.   (optional). 設(shè)定流體區(qū)域的固定值。11.   如果合適，抑制多孔介質(zhì)區(qū)域湍流度。12. 

11、0; 如果有必要，設(shè)定旋轉(zhuǎn)軸，或者區(qū)域運(yùn)動(dòng)等。設(shè)定阻力系數(shù)或者滲透系數(shù)方法如下。如果選擇冪函數(shù)近似來(lái)定義多孔介質(zhì)動(dòng)量源項(xiàng)，你需要輸入C0,C1兩個(gè)系數(shù)而不是阻力系數(shù)與流動(dòng)方向?？梢栽贐oundary Conditions panel (as described in Section  )的 Fluid panel (Figure  )設(shè)定多孔介質(zhì)的所有參數(shù),. Figure 7.19.1: The Fluid Panel for a Porous Zone定義多孔介質(zhì)區(qū)域就像7.1節(jié)描述的那樣，多孔介質(zhì)區(qū)域就像一個(gè)特殊的流體區(qū)域。點(diǎn)擊fluid panel的por

12、ous zone選項(xiàng)就將這部分流體區(qū)域設(shè)定為了多孔介質(zhì)區(qū)域。這時(shí)界面就被展開(kāi)如圖7.19.1。定義多孔介質(zhì)的孔隙速度方程在多孔介質(zhì)模型進(jìn)行模擬的時(shí)候，求解面板有多孔介質(zhì)速度方程區(qū)域，可以選擇指導(dǎo)fluent使用虛假速度或者物理速度來(lái)進(jìn)行求解。默認(rèn)狀態(tài)速度是虛假速度。詳細(xì)情況見(jiàn)section.定義流過(guò)多孔介質(zhì)的流體選擇fluid panel的下拉菜單material name中選擇流過(guò)多孔介質(zhì)的流體。如果想檢查或者修改所選材料的屬性，點(diǎn)擊edit；這個(gè)面板只有選擇了的材料屬性，而不像materials面板里面的所有材料屬性。   如果模擬的是組分?jǐn)U散方程或者多相流模型，mat

13、erial name菜單將不會(huì)出現(xiàn)在fluid面板里。在組分?jǐn)U散方程計(jì)算中，多孔介質(zhì)區(qū)域和流體區(qū)域的混合材料就是定義在species model面板里面的材料。多相流模型中，材料因相的不同而不同，詳細(xì)建section.激活多孔介質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)如果相模擬組分?jǐn)U散的化學(xué)反應(yīng)，可以通過(guò)激活fluid面板里面的reaction選項(xiàng)來(lái)激活在多孔介質(zhì)中的化學(xué)反應(yīng)。如果化學(xué)反應(yīng)中包含壁面化學(xué)反應(yīng)，那么就需要定義surfacetovolume ratio值。它是單位體積的表面積（A/V），可以看作催化劑載荷的一種度量方式。有了這個(gè)值，fluent就可以通過(guò)將它和網(wǎng)格里面的體積相乘來(lái)得到網(wǎng)格內(nèi)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的總表面

14、積。定義化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的詳細(xì)部分見(jiàn)Section  ，壁面化學(xué)反應(yīng)部分見(jiàn)Section  14.2包含相對(duì)速度阻力公式Prior to FLUENT 6.3, cases with moving reference frames used the absolute velocities in the source calculations for inertial and viscous resistance. This approach has been enhanced so that relative velocities are used for the porous

15、 source calculations (Section  ). Using the Relative Velocity Resistance Formulation option (turned on by default) allows you to better predict the source terms for cases involving moving meshes or moving reference frames (MRF). This option works well in cases with non-moving and moving porous

16、media. Note that FLUENT will use the appropriate velocities (relative or absolute), depending on your case setup. 定義粘性和慣性阻力系數(shù)粘性和慣性阻力系數(shù)在同一個(gè)面板里面定義。定義這些系數(shù)的基本方法是定義一個(gè)方向矢量（二維）和兩個(gè)方向矢量（三維），然后定義每個(gè)方向上的粘性或者、和慣性系數(shù)。二維情況下，第二個(gè)方向沒(méi)顯式表示出來(lái)而是由定義的這個(gè)方向與z方向矢量確定的平面的垂直矢量。三維時(shí)，第三個(gè)方向矢量是由已經(jīng)定義好的兩個(gè)矢量確定的平面的垂直方向。三維問(wèn)題中，第二個(gè)矢量必須與第一個(gè)矢量

17、垂直，如果不垂直，求解器為了確保這兩個(gè)矢量垂直，fluent會(huì)將第一個(gè)矢量相關(guān)的第二個(gè)矢量的組成忽略。所以你必須保證第一個(gè)方向矢量正確。也可以使用udf來(lái)定義粘性和慣性阻力系數(shù)。書(shū)寫和加載了fluent以后udf選項(xiàng)就可以使用了。注意必須使用DEFINEPROFILE宏來(lái)定義系數(shù)。詳細(xì)的udf資料間udf幫助文件。當(dāng)使用軸對(duì)稱的旋轉(zhuǎn)流動(dòng)時(shí)，可以為粘性和慣性阻力定義一個(gè)附加方向組成。這個(gè)方向始終與定義的另兩個(gè)矢量相切?；诿芏群突趬毫η蠼馄鞫伎梢允褂眠@個(gè)模型。三維時(shí)，也可以使用圓錐坐標(biāo)和圓柱坐標(biāo)系統(tǒng)來(lái)定義阻力系數(shù)，如下。   注意粘性和慣性阻力系數(shù)都基于虛假速度定義。定義阻

18、力系數(shù)步驟如下：1.定義方向矢量· 在笛卡爾坐標(biāo)系中簡(jiǎn)單定義1矢量，三維時(shí)候還要定義2矢量，沒(méi)有定義的那個(gè)矢量由上面說(shuō)明的方式定義。這些方向矢量對(duì)應(yīng)于多孔介質(zhì)的原始坐標(biāo)軸。有些問(wèn)題中多孔介質(zhì)的原始坐標(biāo)軸與計(jì)算區(qū)域的坐標(biāo)軸不一致，這時(shí)就有可能不知道多孔介質(zhì)的先前方向矢量。這種情況下，三維平面工作和二維線工具就能幫助來(lái)確定這些方向矢量。(a)   "Snap'' the plane tool (or the line tool) onto the boundary of the porous region. (Follow the instr

19、uctions in Section  or for initializing the tool to a position on an existing surface.) 在多孔介質(zhì)區(qū)域的邊界上面使用快照來(lái)使用平面或者線工具。(b)   旋轉(zhuǎn)工具軸到合適的位置。(c)    一旦位置合適以后，點(diǎn)擊update from plane tool或者update from line tool選項(xiàng)，fluent就會(huì)自動(dòng)設(shè)定紅色箭頭防線為1矢量，綠色箭頭方向?yàn)槎噶俊?#183; To use a conical coordinate system (e.g.

20、, for an annular, conical filter element), follow the steps below. This option is available only in 3D cases. (a)   Turn on the Conical option. (b)   Specify the Cone Axis Vector and Point on Cone Axis. The cone axis is specified as being in the direction of the Cone Axis Vector

21、(unit vector), and passing through the Point on Cone Axis. The cone axis may or may not pass through the origin of the coordinate system. (c)   Set the Cone Half Angle (the angle between the cone's axis and its surface, shown in Figure  ). To use a cylindrical coordinate system, s

22、et the Cone Half Angle to 0. Figure 7.19.2: Cone Half AngleFor some problems in which the axis of the conical filter element is not aligned with the coordinate axes of the domain, you may not know a priori the direction vector of the cone axis and coordinates of a point on the cone axis. In such cas

23、es, the plane tool can help you to determine the cone axis vector and point coordinates. One method is as follows: (a)   Select a boundary zone of the conical filter element that is normal to the cone axis vector in the drop-down list next to the Snap to Zone button. (b)   Click

24、on the Snap to Zone button. FLUENT will automatically "snap'' the plane tool onto the boundary. It will also set the Cone Axis Vector and the Point on Cone Axis. (Note that you will still have to set the Cone Half Angle yourself.) An alternate method is as follows: (a)   "

25、;Snap'' the plane tool onto the boundary of the porous region. (Follow the instructions in Section  for initializing the tool to a position on an existing surface.) (b)   Rotate and translate the axes of the tool appropriately until the red arrow of the tool is pointing in the

26、 direction of the cone axis vector and the origin of the tool is on the cone axis. (c)   Once the axes and origin of the tool are aligned, click on the Update From Plane Tool button in the Fluid panel. FLUENT will automatically set the Cone Axis Vector and the Point on Cone Axis. (Note tha

27、t you will still have to set the Cone Half Angle yourself.) 2.    在粘性阻力下面定義粘性每個(gè)方向的阻力系數(shù)。在慣性阻力現(xiàn)面定義每個(gè)方向的慣性阻力。對(duì)于高非均質(zhì)多孔介質(zhì)慣性阻力，激活alternative formulation選項(xiàng)，這個(gè)選項(xiàng)為非均項(xiàng)多孔介質(zhì)計(jì)算時(shí)候提供了一個(gè)更好的穩(wěn)定性。多孔介質(zhì)的壓降與速度的大小成正比。使用方程7.19-6推到出如下表達(dá)式：(7.19-10)是否使用alternative formulation依賴于計(jì)算結(jié)果時(shí)候與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合情況。如果流場(chǎng)與網(wǎng)格曲線平行，那么是否使用這個(gè)選項(xiàng)

28、將沒(méi)有區(qū)別。Section 7.19-8有詳細(xì)的涉及到高非均相多孔介質(zhì)模擬。   注意alternative formulation選項(xiàng)只能使用在壓力求解器中。If you are using the Conical specification method, Direction-1 is the cone axis direction, Direction-2 is the normal to the cone surface (radial ( ) direction for a cylinder), and Direction-3 is the circumferen

29、tial ( ) direction. 三維有三種可能的系數(shù)分類，二維有兩種：· 各向同性情況時(shí)，所有方向的阻力系數(shù)都相同，這時(shí)需要明確的設(shè)定所有阻力系數(shù)相同。· 三維時(shí)如果兩個(gè)方向系數(shù)相同，第三個(gè)方向不同，或者二維情況時(shí)其它兩個(gè)方向都不同，必須小心設(shè)定每個(gè)方向的阻力系數(shù)。例如，如圓柱形桿在流動(dòng)方向有許多小孔，這樣流動(dòng)就會(huì)很輕松低通過(guò)圓桿，但是其它方向的就會(huì)很少。如果一個(gè)垂直與流動(dòng)方向的平板，流動(dòng)就會(huì)過(guò)不去，而往其它方向流動(dòng)。· 三維情況時(shí)，有可能三個(gè)方向的系數(shù)都不相同。如多孔介質(zhì)包含一系列不規(guī)則的空間物體，物體間的流動(dòng)三個(gè)方向都不相同。你就需要在各個(gè)方向定義不同

30、的系數(shù)。取得粘性系數(shù)和慣性損失系數(shù)的方法如下：在已知壓損情況下取得多孔介質(zhì)速度基于虛假速度。當(dāng)使用多孔介質(zhì)模型時(shí)，必須記住多孔介質(zhì)必須百分百開(kāi)放，粘性阻力和或慣性阻力系數(shù)定義都必須基于這個(gè)假設(shè)。以下算例就是如何來(lái)計(jì)算慣性阻力系數(shù)的算例。假設(shè)一個(gè)多孔板的空口面積為25，流場(chǎng)經(jīng)過(guò)后的壓損為動(dòng)力水頭的0.5倍，損失系數(shù)如下：(7.19-11)是0.5，基于孔板的實(shí)際流速。例如開(kāi)口面積為25，計(jì)算一個(gè)合適的慣性阻力系數(shù)如下：1.   通過(guò)空辦的速度假設(shè)孔口為100。2.   壓損系數(shù)必須被轉(zhuǎn)化為單位多孔介質(zhì)長(zhǎng)度動(dòng)力水頭損失。注意第一項(xiàng)，第一步就是計(jì)算調(diào)整以后的壓

31、力系數(shù)，是基于開(kāi)口面積為100情況下：(7.19-12)or, noting that for the same flow rate, ,     (7.19-13)調(diào)整以后的壓力損失系數(shù)為8。注意第二項(xiàng)，必須將其轉(zhuǎn)化為單位厚度孔板的壓力損失系數(shù)。假設(shè)孔板厚度為1.0mm，這時(shí)的慣性損失就如下：  (7.19-14)注意，對(duì)于非均質(zhì)多孔介質(zhì)，這些參數(shù)必須在其它幾個(gè)方向也進(jìn)行計(jì)算。使用ergun方程來(lái)提取填充床多孔介質(zhì)參數(shù)第二個(gè)例子是填充床模型計(jì)算，在湍流流動(dòng)中，填充床模型中包含滲透和慣性阻力。其中能用來(lái)提取合適的常數(shù)的方法是ergun

32、方程，半經(jīng)驗(yàn)相關(guān)系數(shù)能夠運(yùn)用與很廣范圍的雷諾數(shù)和多種流化床：(7.19-15)當(dāng)流體流動(dòng)為層流的時(shí)候，根據(jù)blakekozeny方程以上方程的第二項(xiàng)就可以忽略：(7.19-16)方程中是粘性系數(shù), 是平均顆粒粒徑, 是床厚度, 是孔隙率, 定義為孔隙體積除以流化床區(qū)域體積.比較 Equations  7.19-4 and  7.19-6 與 7.19-15, 各個(gè)方向的滲透阻力系數(shù)和慣性阻力系數(shù)如下：(7.19-17)and (7.19-18)使用經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)提取孔板湍流多孔介質(zhì)模型輸入?yún)?shù)第三個(gè)例子采用van winkle方程來(lái)計(jì)算矩形孔板壓降的多孔介質(zhì)模型輸入。文獻(xiàn)中作者

33、采用的上矩形孔等邊三角形板表達(dá)式如下： (7.19-19)式中=孔板質(zhì)量流率=the free area or total area of the holes孔的總面積=the area of the plate (solid and holes)板的總面積=a coefficient that has been tabulated for various Reynolds-number ranges不同雷諾數(shù)和不同D/t對(duì)應(yīng)的系數(shù)  and for various =the ratio of hole diameter to plate thickness孔直徑與板厚度的

34、比值當(dāng)t/D>1.6而且Re>4000，系數(shù)C大約為0.98，其中re數(shù)是基于孔直徑和孔內(nèi)速度。 整理方程7.1919，并帶入以下關(guān)系式：(7.19-20)并被板厚度相除，得到：(7.19-21)式中v是虛假速度，而不是孔里面的速度。比較方程7.196，可以看出垂直與板平面方向的常數(shù)c2如下：(7.19-22)使用查表數(shù)據(jù)得到流過(guò)纖維毯的層流多孔介質(zhì)參數(shù)考慮由隨機(jī)分布的玻璃纖維組成的毛毯和過(guò)濾板。做為blakekozeny方程的替代方法，可以選擇列表的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以運(yùn)用于很多過(guò)濾板volume fraction of solid material dimensionless

35、 permeability of glass wool 0.262 0.25 0.258 0.26 0.221 0.40 0.218 0.41 0.172 0.80 式中，a是纖維直徑，用于方程7.194中，可以很簡(jiǎn)單的從給定的纖維直徑和體積分?jǐn)?shù)得到。根據(jù)實(shí)驗(yàn)壓降和速度數(shù)據(jù)得到多孔介質(zhì)系數(shù) 對(duì)應(yīng)于多孔介質(zhì)內(nèi)速度的壓降實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，能夠推廣來(lái)得到多孔介質(zhì)參數(shù)。 厚度為的多孔介質(zhì)對(duì)應(yīng)的壓降，其多孔介質(zhì)參數(shù)由如下參數(shù)決定：如果實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是如下：Velocity (m/s)Pressure Drop (Pa)20.078.050.0487.080.01432.0110.02964.0這時(shí)根據(jù)這些數(shù)據(jù)得到一個(gè)

36、xy二維曲線，并得到以下方程：(7.19-23)式中， 是壓降，v是速度。注意，動(dòng)量方程的一個(gè)簡(jiǎn)化版本就是將壓降與源項(xiàng)進(jìn)行相關(guān)，如下： (7.19-24)or (7.19-25)因此比較方程7.1923和方程7.192，得到曲線參數(shù)：(7.19-26)式中kg/m , and 多孔介質(zhì)厚度, , 被假設(shè)為1m，慣性阻力系數(shù), . Likewise, 同理(7.19-27)式中 , 粘性阻力系數(shù)為, .    注意同樣的處理方式能被用于多孔介質(zhì)跳躍邊界條件。同樣你也需要考慮多孔介質(zhì)的厚度。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也可以畫xy曲線，就像方程7221，這樣就可以確定滲透阻力系數(shù)和壓降系數(shù)。使用冪

37、函數(shù)模型選擇冪函數(shù)模型來(lái)近似多孔介質(zhì)動(dòng)量方程源項(xiàng)，需要輸入的參數(shù)只有c0和c1.在power law model中，輸入c0和c1參數(shù)，注意冪函數(shù)模型能與達(dá)西定律和慣性模型結(jié)合使用。C0必須為國(guó)際單位制，c1只能是常數(shù)。 定義孔隙率在fluid porosity的porosity中定義孔隙率，這個(gè)輸入窗口在阻力輸入下面。可以使用用戶自定義函數(shù)來(lái)定義孔隙率。當(dāng)加載并編譯了udf以后，就可以在相應(yīng)的下來(lái)菜單中選用。注意必須使用DEFINE-PROFILE宏來(lái)定義udf。生成和使用udf的詳細(xì)信息見(jiàn)udf手冊(cè)。 孔隙率就是多孔介質(zhì)區(qū)域多孔介質(zhì)流體的體積分?jǐn)?shù)?？紫堵视脕?lái)計(jì)算熱傳導(dǎo)見(jiàn)方程7.19.3和非

38、定常流動(dòng)標(biāo)量方程的時(shí)間微分項(xiàng)見(jiàn)7.19.5節(jié)。它還影響到化學(xué)反應(yīng)源項(xiàng)和體積力。這些源項(xiàng)與流體的體積成正比。如果介質(zhì)區(qū)域完成的，可以設(shè)定孔隙率為1。如果孔隙率為1，介質(zhì)的固體部分將對(duì)熱傳導(dǎo)或者熱、化學(xué)源項(xiàng)沒(méi)有影響。定義多孔介質(zhì)材料當(dāng)選擇了多孔介質(zhì)的熱傳導(dǎo)模型，就必須定義多孔介質(zhì)的材料。下拉fluid面板的阻力輸入，在fluid 孔隙率下面選擇合適的solid material name。可以使用material面板里面的edit來(lái)檢查或者修改其組成；這個(gè)面板只包含了所選材料的性質(zhì)，而不是標(biāo)準(zhǔn)材料面板里面的所有資料。在material面板中，可以定義udf的非各向同性熱傳導(dǎo)率。注意必須使用DEFI

39、NE-PROPERTY宏來(lái)定義非各向同性熱傳導(dǎo)率。 定義源項(xiàng) 如果需要計(jì)算多孔介質(zhì)能量方程的源項(xiàng)，激活source term選項(xiàng)并設(shè)定一個(gè)非零的能量源項(xiàng)。求解器將計(jì)算熱生成率 乘以網(wǎng)格里面的多孔介質(zhì)的體積?？梢远x質(zhì)量，動(dòng)量，湍流，組分或者其它標(biāo)量方程的源項(xiàng)，見(jiàn)7.28節(jié)。 定義固定值如果希望固定計(jì)算區(qū)域流體的某個(gè)或者多個(gè)值，而不是通過(guò)迭代來(lái)得到這些值，可以激活fixed values選項(xiàng)，見(jiàn)7.27節(jié)。 壓制多孔介質(zhì)區(qū)域的湍流粘性 就像7.19.4章節(jié)所講的，多孔介質(zhì)的湍流計(jì)算就像在沒(méi)有多孔介質(zhì)的主流動(dòng)中一樣。如果使用湍流，不包括les模型，假設(shè)你想讓多孔介質(zhì)區(qū)域的湍流生成率為0，激活lam

40、inar zone選項(xiàng)。參考7.17.1還有其它方法來(lái)壓制湍流生成。定義旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸和定義移動(dòng)區(qū)域 旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸和移動(dòng)區(qū)域的設(shè)定方法與標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定方法一直，見(jiàn)7.17.1章節(jié)。7.19.7基于物理速度的多孔介質(zhì)模型 就像7.19.1所述，fluent默認(rèn)是基于體積流率來(lái)計(jì)算虛假速度。控制方程里面的虛假速度可以表示成以下方式：(7.19-28)式中：r定義為孔隙率，是流體所占體積與總體積的比值。在多孔介質(zhì)區(qū)域內(nèi)部的虛假速度與區(qū)域外的速度一樣。這樣的處理方式就不能計(jì)算了多孔介質(zhì)區(qū)域速度增加。在許多精確的數(shù)值模擬中，計(jì)算真實(shí)速度是必要的，或者物理速度，而不是計(jì)算虛假速度。Fluent用需基于物理速度的計(jì)算

41、，使用solver面板的porous formulation。默認(rèn)superficial velocity選項(xiàng)是選上的。使用物理速度方程，并假設(shè)通用標(biāo)量的各向異性多孔介質(zhì)的控制方程取下：(7.19-29)假設(shè)各向異性多孔介質(zhì)和單相流動(dòng)，體積平均質(zhì)量和動(dòng)量守恒方程如下：(7.19-30)(7.19-31)第二個(gè)方程的最后一項(xiàng)代表多孔介質(zhì)壁面對(duì)流體的粘性和慣性力。   Note that even when you solve for the physical velocity in Equation  7.19-31, the two resistance coef

42、ficients can still be derived using the superficial velocity as given in Section  . FLUENT assumes that the inputs for these resistance coefficients are based upon well-established empirical correlations that are usually based on superficial velocity. Therefore, FLUENT automatically converts the inputs for the resistance coefficients into those tha