fluent邊界條件二講課講稿

1、周期性邊界條件周期性邊界條件用來(lái)解決，物理模型和所期待的流動(dòng)的流動(dòng)/熱解具有周期性重復(fù)的特點(diǎn)。FLUENT提供了兩種類(lèi)型的周期性邊界條件。第一種類(lèi)型不允許通過(guò)周期性平面具有壓降（對(duì)于FLUENT4用戶(hù)來(lái)說(shuō)：這一類(lèi)型的周期性邊界是指FLUENT4中的圓柱形邊界）。第二種類(lèi)型允許通過(guò)平移周期性邊界具有壓降，它是你能夠模擬完全發(fā)展的周期性流動(dòng)（在FLUENT4中是周期性邊界）。本節(jié)討論了無(wú)壓降的周期性邊界條件。在周期性流動(dòng)和熱傳導(dǎo)一節(jié)中，完全發(fā)展的周期性模擬能力得到了詳盡的描述。周期性邊界的例子周期性邊界條件用于模擬通過(guò)計(jì)算模型內(nèi)的兩個(gè)相反平面的流動(dòng)是相同的情況。下圖是周期性邊界條件的典型應(yīng)用。在這

2、些例子中，通過(guò)周期性平面進(jìn)入計(jì)算模型的流動(dòng)和通過(guò)相反的周期性平面流出流場(chǎng)的流動(dòng)是相同的。正如這些例子所示，周期性平面通常是成對(duì)使用的。Figure 1: 在圓柱容器中使用周期性邊界定義渦流周期性邊界的輸入對(duì)于沒(méi)有任何壓降的周期性邊界，你只需要輸入一個(gè)東西，那就是你的所模擬的幾何外形是旋轉(zhuǎn)性周期還是平移性周期。（對(duì)于有周期性壓降的周期流還要輸入其它的東西，請(qǐng)參閱周期性流動(dòng)和熱傳導(dǎo)一節(jié)。）旋轉(zhuǎn)性周期邊界是指關(guān)于旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)幾何外形中線形成了一個(gè)包括的角度。本節(jié)中的圖一就是旋轉(zhuǎn)性周期。平移性周期邊界是指在直線幾何外形內(nèi)形成周期性邊界。下面兩圖是平移性周期邊界：Figure 1: 物理區(qū)域Figure 2

3、: 所模擬的區(qū)域?qū)τ谥芷谛赃吔?，你需要在周期性面板（下圖）中指定平移性邊界還是旋轉(zhuǎn)性邊界，該面板是從設(shè)定邊界條件菜單中打開(kāi)的。Figure 3: 周期性面板(對(duì)于耦合解算器，周期性面板中將會(huì)有附加的選項(xiàng)，這一選項(xiàng)允許你指定壓力跳躍，詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參閱周期性流動(dòng)和熱傳導(dǎo)一節(jié)。)如果區(qū)域是旋轉(zhuǎn)性區(qū)域，請(qǐng)選擇旋轉(zhuǎn)性區(qū)域類(lèi)型。如果是平移性就選擇平移性區(qū)域類(lèi)型。對(duì)于旋轉(zhuǎn)性區(qū)域，解算器會(huì)自動(dòng)計(jì)算通過(guò)周期性區(qū)域的旋轉(zhuǎn)角度。旋轉(zhuǎn)軸是為鄰近單元指定的旋轉(zhuǎn)軸。注意：對(duì)于使用旋轉(zhuǎn)周期性邊界來(lái)說(shuō)，你不必指定鄰近單元區(qū)域?yàn)橐苿?dòng)的。例如，你能夠使用具有管的平切片的非旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系來(lái)模擬三維管流，管的切片需要具有旋轉(zhuǎn)性周期。你可以

4、使用Grid/Check菜單選項(xiàng)（參閱檢查網(wǎng)格一節(jié)）來(lái)計(jì)算和顯示周期性邊界所有表面的旋轉(zhuǎn)角度的最大值、最小值和平均值。如果最大值、最小值和平均值之間的差別可以忽略 ，那么網(wǎng)格有一個(gè)問(wèn)題：對(duì)于指定軸來(lái)說(shuō)網(wǎng)格幾何外形不是周期性的。周期性邊界的默認(rèn)設(shè)定默認(rèn)為平移周期性邊界條件周期性邊界的計(jì)算程序FLUENT在周期性邊界處理流動(dòng)就像反向周期性平面是和前面的周期性邊界直接相鄰一樣，因此，當(dāng)計(jì)算流過(guò)鄰近流體單元的周期性邊界時(shí)，就會(huì)使用與反向周期性平面相鄰的流體單元的流動(dòng)條件。軸邊界的計(jì)算程序軸邊界條件軸邊界類(lèi)型必須使用在對(duì)稱(chēng)幾何外形的中線處（見(jiàn)下圖）。它也可以用在圓柱兩極的四邊形和六面體網(wǎng)格的中線上（比如

5、：像FLUENT4之類(lèi)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成代碼所產(chǎn)生的網(wǎng)格）。在軸邊界處，你不必定義任何邊界條件。Figure 1: 在軸對(duì)稱(chēng)幾何外形的中線處軸邊界條件的使用軸邊界的計(jì)算程序要確定軸上特定點(diǎn)的適當(dāng)物理值，F(xiàn)LUENT使用鄰近單元中的單元值。流體條件流體區(qū)域是一組所有現(xiàn)行的方程都被解出的單元。對(duì)于流體區(qū)域只需要輸入流體材料類(lèi)型。你必須指明流體區(qū)域內(nèi)包含哪種材料，以便于使用適當(dāng)?shù)牟牧蠈傩?。如果你模擬組分輸運(yùn)或者燃燒，你就不必在這里選擇材料屬性，當(dāng)你激活模型時(shí)，組分模型面板中會(huì)指定混合材料。相似地，對(duì)于多相流動(dòng)你也不必指定材料屬性，當(dāng)你在多相流模型面板中激活模型時(shí)，你會(huì)選擇它們。可選擇的輸入允許你設(shè)定熱、

6、質(zhì)量、動(dòng)量、湍流、組分以及其它標(biāo)量屬性的源項(xiàng)。你也可以為流體區(qū)域定義運(yùn)動(dòng)。如果鄰近流體區(qū)域內(nèi)具有旋轉(zhuǎn)周期性邊界，你就需要指定旋轉(zhuǎn)軸。如果你使用k-e模型或者Spalart-Allmaras模型來(lái)模擬湍流，你可以選擇定義流體區(qū)域?yàn)閷恿鲄^(qū)域。如果你用DO模型模擬輻射，你可以指定流體是否參加輻射。對(duì)于多孔區(qū)域的信息，請(qǐng)參閱多孔介質(zhì)條件一節(jié)。流體區(qū)域的輸入在流體面板中（下圖），你需要設(shè)定所有的流體條件，該面板是從設(shè)定邊界條件菜單中打開(kāi)的。Figure 1: 流體面板定義流體材料要定義流體區(qū)域內(nèi)包含的材料，請(qǐng)?jiān)诓牧厦窒吕斜碇羞x擇適當(dāng)?shù)倪x項(xiàng)。這一列表中會(huì)包含所有已經(jīng)在使用材料面板中定義的流體材料（或者

7、從材料數(shù)據(jù)庫(kù)中加載）。如果你模擬組分輸運(yùn)或者多相流，在流體面板的下拉列表中不會(huì)出現(xiàn)材料名。對(duì)于組分計(jì)算，所有流體區(qū)域的混合材料將會(huì)是你在組分模型面板中所指定的材料。對(duì)于多相流，所有流體區(qū)域的材料將會(huì)是你在多相流模型面板中所指定的材料。定義源項(xiàng)如果你希望在流體區(qū)域內(nèi)定義熱、質(zhì)量、動(dòng)量、湍流、組分以及其它標(biāo)量屬性的源項(xiàng)，你可以激活源項(xiàng)選項(xiàng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。詳情請(qǐng)參閱定義質(zhì)量、動(dòng)量、能量和其它源項(xiàng)一節(jié)。指定層流區(qū)域如果你使用k-e模型或者Spalart-Allmaras模型來(lái)模擬湍流，在指定的流體區(qū)域關(guān)掉湍流模擬是可能的（即：使湍流生成和湍流粘性無(wú)效，但是湍流性質(zhì)的輸運(yùn)仍然保持）。如果你知道在某一區(qū)域流動(dòng)是層

8、流這一功能是很有用的。比方說(shuō)：如果你知道機(jī)翼上的轉(zhuǎn)唳點(diǎn)的位置，你可以在層流單元區(qū)域邊界和湍流區(qū)域邊界創(chuàng)建一個(gè)層流/湍流過(guò)渡邊界。這一功能允許你模擬機(jī)翼上的湍流過(guò)渡。要在流體區(qū)域內(nèi)取消湍流模擬，請(qǐng)?jiān)诹黧w面板中打開(kāi)層流區(qū)域選項(xiàng)。 指定旋轉(zhuǎn)軸如果鄰近流體區(qū)域存在旋轉(zhuǎn)性周期邊界，或者區(qū)域是旋轉(zhuǎn)的，你必須指定旋轉(zhuǎn)軸。要定義旋轉(zhuǎn)軸，請(qǐng)?jiān)O(shè)定旋轉(zhuǎn)軸方向和起點(diǎn)。這個(gè)軸和任何鄰近壁面區(qū)域或任何其它單元區(qū)域所使用的旋轉(zhuǎn)軸是獨(dú)立的。對(duì)于三維問(wèn)題，旋轉(zhuǎn)軸起點(diǎn)是從旋轉(zhuǎn)軸起點(diǎn)中輸入的起點(diǎn)，方向?yàn)樾D(zhuǎn)軸方向選項(xiàng)中輸入的方向。對(duì)于二維非軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題，你只需要指定旋轉(zhuǎn)軸起點(diǎn)，方向就是通過(guò)指定點(diǎn)的z方向。（z向是垂直于幾何外形平面的

9、，這樣才能保證旋轉(zhuǎn)出現(xiàn)在該平面內(nèi)）。對(duì)于二維軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題，你不必定義軸，旋轉(zhuǎn)通常就是關(guān)于x軸的，起點(diǎn)為(0,0)。定義區(qū)域運(yùn)動(dòng)對(duì)于旋轉(zhuǎn)和平移坐標(biāo)系要定義移動(dòng)區(qū)域，請(qǐng)?jiān)谶\(yùn)動(dòng)類(lèi)型下菜單(如果你用滾動(dòng)條向右滾動(dòng)到旋轉(zhuǎn)軸起點(diǎn)和方向，就是可見(jiàn)的了)中選擇運(yùn)動(dòng)參考坐標(biāo)系。然后在面板的擴(kuò)展部分設(shè)定適當(dāng)?shù)膮?shù)。要對(duì)移動(dòng)或者滑移網(wǎng)格定義移動(dòng)區(qū)域，在移動(dòng)類(lèi)型下拉列表中選擇移動(dòng)網(wǎng)格，然后在擴(kuò)展面板中設(shè)定適當(dāng)?shù)膮?shù)。詳情請(qǐng)參閱滑動(dòng)網(wǎng)格。對(duì)于包括線性、平移運(yùn)動(dòng)的流體區(qū)域問(wèn)題，通過(guò)設(shè)定X, Y,和Z分量來(lái)指定平移速度。對(duì)于包括旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題，在旋轉(zhuǎn)速度中指定旋轉(zhuǎn)速度。旋轉(zhuǎn)軸的定義請(qǐng)參閱指定旋轉(zhuǎn)軸一節(jié)。關(guān)于在移動(dòng)參考系中模擬

10、流動(dòng)的詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參閱移動(dòng)區(qū)域的流動(dòng)一節(jié)。定義輻射參數(shù)如果你使用DO輻射模型，你可以用參加輻射選項(xiàng)指定流體區(qū)域是否參加輻射的計(jì)算。詳情請(qǐng)參閱輻射邊界條件一節(jié)。固體條件固體區(qū)域是僅用來(lái)解決熱傳導(dǎo)問(wèn)題的一組區(qū)域。作為固體處理的材料可能事實(shí)上是流體，但是假定其中沒(méi)有對(duì)流發(fā)生。固體區(qū)域僅需要輸入材料類(lèi)型。你必須表明固體區(qū)域包含哪種材料，以便于計(jì)算是使用適當(dāng)?shù)牟牧??？蛇x擇的輸入允許你設(shè)定體積熱生成速度（熱源）。你也可以定義固體區(qū)域的運(yùn)動(dòng)。如果在鄰近的固體單元內(nèi)有旋轉(zhuǎn)性周期邊界，你就需要指定旋轉(zhuǎn)軸。如果你模擬DO輻射模型，你可以指定固體材料是否參加輻射的計(jì)算。固體區(qū)域的輸入流體區(qū)域的輸入在固體面板中（下圖）

11、，你需要設(shè)定所有的固體條件，該面板是從設(shè)定邊界條件菜單中打開(kāi)的。Figure 1: 固體面板定義流體材料要定義固體區(qū)域內(nèi)包含的材料，請(qǐng)?jiān)诓牧厦窒吕斜碇羞x擇適當(dāng)?shù)倪x項(xiàng)。這一列表中會(huì)包含所有已經(jīng)在使用材料面板中定義的固體材料（或者從材料數(shù)據(jù)庫(kù)中加載）。定義熱源如果你希望在固體區(qū)域內(nèi)定義熱源項(xiàng)，你可以激活源項(xiàng)選項(xiàng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。詳情請(qǐng)參閱定義質(zhì)量、動(dòng)量、能量和其它源項(xiàng)一節(jié)。指定旋轉(zhuǎn)軸如果鄰近固體區(qū)域存在旋轉(zhuǎn)性周期邊界，或者區(qū)域是旋轉(zhuǎn)的，你必須指定旋轉(zhuǎn)軸。要定義旋轉(zhuǎn)軸，請(qǐng)?jiān)O(shè)定旋轉(zhuǎn)軸方向和起點(diǎn)。這個(gè)軸和任何鄰近壁面區(qū)域或任何其它單元區(qū)域所使用的旋轉(zhuǎn)軸是獨(dú)立的。對(duì)于三維問(wèn)題，旋轉(zhuǎn)軸起點(diǎn)是從旋轉(zhuǎn)軸起點(diǎn)中輸入的起

12、點(diǎn)，方向?yàn)樾D(zhuǎn)軸方向選項(xiàng)中輸入的方向。對(duì)于二維非軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題，你只需要指定旋轉(zhuǎn)軸起點(diǎn)，方向就是通過(guò)指定點(diǎn)的z方向。（z向是垂直于幾何外形平面的，這樣才能保證旋轉(zhuǎn)出現(xiàn)在該平面內(nèi)）。對(duì)于二維軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題，你不必定義軸，旋轉(zhuǎn)通常就是關(guān)于x軸的，起點(diǎn)為(0,0)。定義區(qū)域運(yùn)動(dòng)對(duì)于旋轉(zhuǎn)和平移坐標(biāo)系要定義移動(dòng)區(qū)域，請(qǐng)?jiān)谶\(yùn)動(dòng)類(lèi)型下菜單(如果你用滾動(dòng)條向右滾動(dòng)到旋轉(zhuǎn)軸起點(diǎn)和方向，就是可見(jiàn)的了)中選擇運(yùn)動(dòng)參考坐標(biāo)系。然后在面板的擴(kuò)展部分設(shè)定適當(dāng)?shù)膮?shù)。要對(duì)移動(dòng)或者滑移網(wǎng)格定義移動(dòng)區(qū)域，在移動(dòng)類(lèi)型下拉列表中選擇移動(dòng)網(wǎng)格，然后在擴(kuò)展面板中設(shè)定適當(dāng)?shù)膮?shù)。詳情請(qǐng)參閱滑動(dòng)網(wǎng)格。對(duì)于包括線性、平移運(yùn)動(dòng)的流體（？原文是流體，按

13、理說(shuō)應(yīng)該是固體）區(qū)域問(wèn)題，通過(guò)設(shè)定X, Y,和Z分量來(lái)指定平移速度。對(duì)于包括旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題，在旋轉(zhuǎn)速度中指定旋轉(zhuǎn)速度。旋轉(zhuǎn)軸的定義請(qǐng)參閱指定旋轉(zhuǎn)軸一節(jié)。關(guān)于在移動(dòng)參考系中模擬流動(dòng)的詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參閱移動(dòng)區(qū)域的流動(dòng)一節(jié)。定義輻射參數(shù)如果你使用DO輻射模型，你可以用參加輻射選項(xiàng)指定固體區(qū)域是否參加輻射的計(jì)算。詳情請(qǐng)參閱輻射邊界條件一節(jié)。多孔介質(zhì)條件多孔介質(zhì)模型可以應(yīng)用于很多問(wèn)題，如通過(guò)充滿(mǎn)介質(zhì)的流動(dòng)、通過(guò)過(guò)濾紙、穿孔圓盤(pán)、流量分配器以及管道堆的流動(dòng)。當(dāng)你使用這一模型時(shí)，你就定義了一個(gè)具有多孔介質(zhì)的單元區(qū)域，而且流動(dòng)的壓力損失由多孔介質(zhì)的動(dòng)量方程中所輸入的內(nèi)容來(lái)決定。通過(guò)介質(zhì)的熱傳導(dǎo)問(wèn)題也可以得到描述，

14、它服從介質(zhì)和流體流動(dòng)之間的熱平衡假設(shè)，具體內(nèi)容可以參考多孔介質(zhì)中能量方程的處理一節(jié)。多孔介質(zhì)的一維化簡(jiǎn)模型，被稱(chēng)為多孔跳躍，可用于模擬具有已知速度/壓降特征的薄膜。多孔跳躍模型應(yīng)用于表面區(qū)域而不是單元區(qū)域，并且在盡可能的情況下被使用（而不是完全的多孔介質(zhì)模型），這是因?yàn)樗哂懈玫聂敯粜裕⒕哂懈玫氖諗啃?。詳?xì)內(nèi)容請(qǐng)參閱多孔跳躍邊界條件。多孔介質(zhì)模型的限制如下面各節(jié)所述，多孔介質(zhì)模型結(jié)合模型區(qū)域所具有的阻力的經(jīng)驗(yàn)公式被定義為“多孔”。事實(shí)上多孔介質(zhì)不過(guò)是在動(dòng)量方程中具有了附加的動(dòng)量損失而已。因此，下面模型的限制就可以很容易的理解了。流體通過(guò)介質(zhì)時(shí)不會(huì)加速，因?yàn)槭聦?shí)上出現(xiàn)的體積的阻塞并沒(méi)有在模

15、型中出現(xiàn)。這對(duì)于過(guò)渡流是有很大的影響的，因?yàn)樗馕吨鳩LUENT不會(huì)正確的描述通過(guò)介質(zhì)的過(guò)渡時(shí)間。多孔介質(zhì)對(duì)于湍流的影響只是近似的。詳細(xì)內(nèi)容可以參閱湍流多孔介質(zhì)的處理一節(jié)。多孔介質(zhì)的動(dòng)量方程多孔介質(zhì)的動(dòng)量方程具有附加的動(dòng)量源項(xiàng)。源項(xiàng)由兩部分組成，一部分是粘性損失項(xiàng) (Darcy)，另一個(gè)是內(nèi)部損失項(xiàng)：其中S_i是i向(x, y, or z)動(dòng)量源項(xiàng)，D和C是規(guī)定的矩陣。在多孔介質(zhì)單元中，動(dòng)量損失對(duì)于壓力梯度有貢獻(xiàn)，壓降和流體速度（或速度方陣）成比例。對(duì)于簡(jiǎn)單的均勻多孔介質(zhì)：其中a是滲透性，C_2時(shí)內(nèi)部阻力因子，簡(jiǎn)單的指定D和C分別為對(duì)角陣1/a 和C_2其它項(xiàng)為零。FLUENT還允許模擬的源項(xiàng)

16、為速度的冪率：其中C_0和C_1為自定義經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。注意：在冪律模型中，壓降是各向同性的，C_0的單位為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)單位。多孔介質(zhì)的Darcy定律通過(guò)多孔介質(zhì)的層流流動(dòng)中，壓降和速度成比例，常數(shù)C_2可以考慮為零。忽略對(duì)流加速以及擴(kuò)散，多孔介質(zhì)模型簡(jiǎn)化為Darcy定律：在多孔介質(zhì)區(qū)域三個(gè)坐標(biāo)方向的壓降為：其中1/a_ij為多孔介質(zhì)動(dòng)量方程1中矩陣D的元素v_j為三個(gè)方向上的分速度，D n_x、 D n_y、以及D n_z為三個(gè)方向上的介質(zhì)厚度。在這里介質(zhì)厚度其實(shí)就是模型區(qū)域內(nèi)的多孔區(qū)域的厚度。因此如果模型的厚度和實(shí)際厚度不同，你必須調(diào)節(jié)1/a_ij的輸入。.多孔介質(zhì)的內(nèi)部損失在高速流動(dòng)中，多孔介質(zhì)動(dòng)

17、量方程1中的常數(shù)C_2提供了多孔介質(zhì)內(nèi)部損失的矯正。這一常數(shù)可以看成沿著流動(dòng)方向每一單位長(zhǎng)度的損失系數(shù)，因此允許壓降指定為動(dòng)壓頭的函數(shù)。如果你模擬的是穿孔板或者管道堆，有時(shí)你可以消除滲透項(xiàng)而只是用內(nèi)部損失項(xiàng)，從而得到下面的多孔介質(zhì)簡(jiǎn)化方程： 寫(xiě)成坐標(biāo)形式為： 多孔介質(zhì)中能量方程的處理對(duì)于多孔介質(zhì)流動(dòng)，F(xiàn)LUENT仍然解標(biāo)準(zhǔn)能量輸運(yùn)方程，只是修改了傳導(dǎo)流量和過(guò)度項(xiàng)。在多孔介質(zhì)中，傳導(dǎo)流量使用有效傳導(dǎo)系數(shù)，過(guò)渡項(xiàng)包括了介質(zhì)固體區(qū)域的熱慣量：其中：h_f=流體的焓 h_s=固體介質(zhì)的焓 f=介質(zhì)的多孔性 k_eff=介質(zhì)的有效熱傳導(dǎo)系數(shù) Sh_f=流體焓的源項(xiàng) Sh_s=固體焓的源項(xiàng)多孔介質(zhì)的有效傳

18、導(dǎo)率多孔區(qū)域的有效熱傳導(dǎo)率k_eff是由流體的熱傳導(dǎo)率和固體的熱傳導(dǎo)率的體積平均值計(jì)算得到：其中：f=介質(zhì)的多孔性 k_f=流體狀態(tài)熱傳導(dǎo)率（包括湍流的貢獻(xiàn)k_t）k_s=固體介質(zhì)熱傳導(dǎo)率如果得不到簡(jiǎn)單的體積平均，可能是因?yàn)榻橘|(zhì)幾何外形的影響。有效傳導(dǎo)率可以用自定義函數(shù)來(lái)計(jì)算。然而，在所有的算例中，有效傳導(dǎo)率被看成介質(zhì)的各向同性性質(zhì)。多孔介質(zhì)中的湍流處理在多孔介質(zhì)中，默認(rèn)的情況下FLUENT會(huì)解湍流量的標(biāo)準(zhǔn)守恒防城。因此，在這種默認(rèn)的方法中，介質(zhì)中的湍流被這樣處理：固體介質(zhì)對(duì)湍流的生成和耗散速度沒(méi)有影響。如果介質(zhì)的滲透性足夠大，而且介質(zhì)的幾何尺度和湍流渦的尺度沒(méi)有相互作用，這樣的假設(shè)是合情合理

19、的。但是在其它的一些例子中，你會(huì)壓制了介質(zhì)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(shè)定湍流對(duì)粘性的貢獻(xiàn)m_t為零，你可能會(huì)壓制了湍流對(duì)介質(zhì)的影響。當(dāng)你選擇這一選項(xiàng)時(shí)，F(xiàn)LUENT會(huì)將入口湍流的性質(zhì)傳輸?shù)浇橘|(zhì)中，但是它對(duì)流動(dòng)混合和動(dòng)量的影響被忽略了。除此之外，在介質(zhì)中湍流的生成也被設(shè)定為零。要實(shí)現(xiàn)這一解策略，請(qǐng)?jiān)诹黧w面板中打開(kāi)層流選項(xiàng) 。激活這個(gè)選項(xiàng)就意味著多孔介質(zhì)中的m_t為零，湍流的生成也為零。如果去掉該選項(xiàng)（默認(rèn)）則意味著多孔介質(zhì)中的湍流會(huì)像大體積流體流動(dòng)一樣被計(jì)算。概述模擬多孔介質(zhì)流動(dòng)時(shí)，對(duì)于問(wèn)題設(shè)定需要的附加輸入如下：定義多孔區(qū)域確定流過(guò)多孔區(qū)

20、域的流體材料設(shè)定粘性系數(shù)（多孔介質(zhì)動(dòng)量方程3中的1/a_ij）以及內(nèi)部阻力系數(shù)（多孔介質(zhì)動(dòng)量方程3中的C_2_ij），并定義應(yīng)用它們的方向矢量。冪率模型的系數(shù)也可以選擇指定。定義多孔介質(zhì)包含的材料屬性和多孔性設(shè)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(xiàng)，如質(zhì)量、動(dòng)量）（此項(xiàng)可選）。如果合適的話，限制多孔區(qū)域的湍流粘性。如果相關(guān)的話，指定旋轉(zhuǎn)軸和/或區(qū)域運(yùn)動(dòng)。在定義粘性和內(nèi)部阻力系數(shù)中描述了決定阻力系數(shù)和/或滲透性的方法。如果你使用多孔動(dòng)量源項(xiàng)的冪律近似，你需要輸入多孔介質(zhì)動(dòng)量方程5中的C_0和C_1來(lái)取代阻力系數(shù)和流動(dòng)方向。在流體面板中（下圖）你需要設(shè)定多孔介質(zhì)的所有參數(shù)，該面板是從

21、邊界條件菜單中打開(kāi)的（詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參閱邊界條件的設(shè)定一節(jié)）Figure 1:多孔區(qū)域的流體面板定義多孔區(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(lèi)型的流體區(qū)域來(lái)模擬的。亞表明流體區(qū)域是多孔區(qū)域，請(qǐng)?jiān)诹黧w面板中激活多孔區(qū)域選項(xiàng)。面板會(huì)自動(dòng)擴(kuò)展到多孔介質(zhì)輸入狀態(tài)。定義穿越多孔介質(zhì)的流體在材料名字下拉菜單中選擇適當(dāng)?shù)牧黧w就可以定義通過(guò)多孔介質(zhì)的流體了。如果你模擬組分輸運(yùn)或者多相流，流體面板中就不會(huì)出現(xiàn)材料名字下拉菜單了。對(duì)于組分計(jì)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面板中指定的材料。對(duì)于多相流模型，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面板中指定的材料。定義粘性

22、和內(nèi)部阻力系數(shù)粘性和內(nèi)部阻力系數(shù)以相同的方式定義。使用笛卡爾坐標(biāo)系定義系數(shù)的基本方法是在二維問(wèn)題中定義一個(gè)方向矢量，在三維問(wèn)題中定義兩個(gè)方向矢量，然后在每個(gè)方向上指定粘性和/或阻力系數(shù)。在二維問(wèn)題中第二個(gè)方向沒(méi)有明確定義，它是垂直于指定的方向矢量和z向矢量所在的平面的。在三維問(wèn)題中，第三個(gè)方向矢量是垂直于所指定的兩個(gè)方向矢量所在平面的。對(duì)于三維問(wèn)題，第二個(gè)方向矢量必須垂直于第一個(gè)方向矢量。如果第二個(gè)方向矢量指定失敗，解算器會(huì)確保它們垂直而忽略在第一個(gè)方向上的第二個(gè)矢量的任何分量。所以你應(yīng)該確保第一個(gè)方向指定正確。在三維問(wèn)題中也可能會(huì)使用圓錐（或圓柱）坐標(biāo)系來(lái)定義系數(shù)，具體如下：定義阻力系數(shù)的過(guò)

23、程如下：定義方向矢量。使用笛卡爾坐標(biāo)系，簡(jiǎn)單指定方向1矢量，如果是三維問(wèn)題，指定方向2矢量。每一個(gè)方向都應(yīng)該是從(0,0)或者(0,0,0)到指定的(X,Y)或(X,Y,Z)矢量。（如果方向不正確請(qǐng)按上面的方法解決）對(duì)于有些問(wèn)題，多孔介質(zhì)的主軸和區(qū)域的坐標(biāo)軸不在一條直線上，你不必知道多孔介質(zhì)先前的方向矢量。在這種情況下，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平面工具（或者線工具）到多孔區(qū)域的邊界。（請(qǐng)遵循使用面工具和線工具中的說(shuō)明，它在已存在的表面上為工具初始化了位置）。適當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)坐標(biāo)軸直到它們和多孔介質(zhì)區(qū)域成一條線。當(dāng)成一條線之后，在流體面板中點(diǎn)擊從平面工具

24、更新或者從線工具更新按鈕。FLUENT會(huì)自動(dòng)將方向1矢量指向?yàn)楣ぞ叩募t（三維）或綠（二維）箭頭所指的方向。要使用圓錐坐標(biāo)系（比方說(shuō)環(huán)狀、錐狀顧慮單元），請(qǐng)遵循下面步驟（這一選項(xiàng)只用于三維問(wèn)題）：打開(kāi)圓錐選項(xiàng)指定圓錐軸矢量和在錐軸上的點(diǎn)。圓錐軸矢量的方向?qū)?huì)是從(0,0,0)到指定的(X,Y,Z)方向的矢量。FLUENT將會(huì)使用圓錐軸上的點(diǎn)將阻力轉(zhuǎn)換到笛卡爾坐標(biāo)系。設(shè)定錐半角(錐軸和錐表面之間的角度，如下圖)，使用柱坐標(biāo)系，錐半角為0.Figure 1:錐半角對(duì)于有些問(wèn)題，錐形過(guò)濾單元的主軸和區(qū)域的坐標(biāo)軸不在一條直線上，你不必知道錐軸先前的方向矢量以及錐軸上的點(diǎn)。在這種情況下，三維中的平面工具或

25、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(diǎn)擊捕捉到區(qū)域按鈕之前，你可以在下拉菜單中選擇垂直于錐軸矢量的軸過(guò)濾單元的邊界區(qū)域。點(diǎn)擊捕捉到區(qū)域按鈕，F(xiàn)LUENT會(huì)自動(dòng)將平面工具捕捉到邊界。它也會(huì)設(shè)定錐軸矢量和錐軸上的點(diǎn)（需注意的是你還要自己設(shè)定錐半角）。另一種方法為： 捕捉Snap平面工具到多孔區(qū)域的邊界。（請(qǐng)遵循使用面工具和線工具中的說(shuō)明，它在已存在的表面上為工具初始化了位置）。旋轉(zhuǎn)和平移工具坐標(biāo)軸，直到工具的紅箭頭指向錐的軸向。工具的起點(diǎn)在軸上。當(dāng)軸和工具的起點(diǎn)成一條線時(shí)，在流體面板中點(diǎn)擊從平面工具更新按鈕。FLUENT會(huì)自動(dòng)設(shè)定軸向矢量以及在軸上的點(diǎn)（注意：你還是要自己設(shè)定

26、錐的半角）。在粘性阻力中指定每個(gè)方向的粘性阻力系數(shù)1/a，在內(nèi)部阻力中指定每一個(gè)方向上的內(nèi)部阻力系數(shù)C_2（你可能需要將滾動(dòng)條向下滾動(dòng)來(lái)查看這些輸入）。如果你使用錐指定方法，方向1為錐軸方向，方向2為垂直于錐表面（對(duì)于圓柱就是徑向）方向，方向3圓周（q）方向。在三維問(wèn)題中可能有三種可能的系數(shù)，在二維問(wèn)題中有兩種：在各向同性算例中，所有方向上的阻力系數(shù)都是相等的（如海綿）。在各向同性算例中你必須將每個(gè)方向上的阻力系數(shù)設(shè)定為相等。在三維問(wèn)題中只有兩個(gè)方向上的系數(shù)相等，第三個(gè)方向上的阻力系數(shù)和前兩個(gè)不等，或者在二維問(wèn)題中兩個(gè)方向上的系數(shù)不等，你必須準(zhǔn)確的指定每一個(gè)方向上的系數(shù)。例如，如果你得多孔區(qū)域

27、是由具有小洞的細(xì)管組成，細(xì)管平行于流動(dòng)方向，流動(dòng)會(huì)很容易的通過(guò)細(xì)管，但是流動(dòng)在其它兩個(gè)方向上（通過(guò)小洞）會(huì)很小。如果你有一個(gè)平的盤(pán)子垂直于流動(dòng)方向，流動(dòng)根本就不會(huì)穿過(guò)它而只在其它兩個(gè)方向上。在三維問(wèn)題中還有一種可能就是三個(gè)系數(shù)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）組成的平面，那么阻礙物之間的流動(dòng)在每個(gè)方向上都不同。此時(shí)你就需要在每個(gè)方向上指定不同的系數(shù)（請(qǐng)注意指定各向同性系數(shù)時(shí)，多孔介質(zhì)的解策略的注解）。推導(dǎo)粘性和內(nèi)部損失系數(shù)的方法在定義粘性和內(nèi)部阻力系數(shù)一節(jié)中介紹。當(dāng)你使用多孔介質(zhì)模型時(shí)，你必須記住FLUENT中的多孔單元是100%打開(kāi)的，而且你所指定1/a_ij和/或C

28、_2_ij的值必須是基于這個(gè)假設(shè)的。然而，假如你知道通過(guò)真實(shí)裝置壓降和速度之間的的變化，它只是部分地對(duì)流動(dòng)開(kāi)放。下面的練習(xí)會(huì)告訴你如何對(duì)FLUENT模型計(jì)算適當(dāng)?shù)腃_2值。假定穿孔圓盤(pán)只有25%對(duì)流動(dòng)開(kāi)放。已知通過(guò)圓盤(pán)的壓降為0.5。在圓盤(pán)內(nèi)真實(shí)流體速度基礎(chǔ)上，即通過(guò)%25開(kāi)放區(qū)域的的基礎(chǔ)上，損失系數(shù)由下式定義的損失系數(shù)K_L為0.5：要計(jì)算適當(dāng)?shù)腃_2值，請(qǐng)注意在FLUENT模型中：通過(guò)穿孔圓盤(pán)的速度假定圓盤(pán)為100%開(kāi)放的。損失系數(shù)必須轉(zhuǎn)化為多孔區(qū)域每個(gè)單位長(zhǎng)度的動(dòng)壓頭損失。對(duì)于第一條，第一步是計(jì)算并調(diào)節(jié)損失因子K_L，它應(yīng)該是在100%開(kāi)放區(qū)域的速度基礎(chǔ)上的：或者注意對(duì)于相同的流速，v_

29、25% open = 4 v_100% open,調(diào)節(jié)之后的損失系數(shù)為8。對(duì)于第二條，你必須將它轉(zhuǎn)換為穿孔圓盤(pán)每個(gè)單位厚度的損失系數(shù)。假定圓盤(pán)的厚度為1.0 mm。內(nèi)部損失系數(shù)為（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)單位）：注意，對(duì)于各向異性介質(zhì)，這些信息必須分別從每一個(gè)坐標(biāo)方向上計(jì)算。第二個(gè)例子，考慮模擬充滿(mǎn)介質(zhì)的流動(dòng)。在湍流流動(dòng)中，充滿(mǎn)介質(zhì)的流動(dòng)用滲透性和內(nèi)部損失系數(shù)來(lái)模擬。推導(dǎo)適當(dāng)常數(shù)的方法包括了Ergun方程49的使用，對(duì)于在很大范圍雷諾數(shù)內(nèi)和許多類(lèi)型的充滿(mǎn)形式，有一個(gè)半經(jīng)驗(yàn)的關(guān)系式：當(dāng)模擬充滿(mǎn)介質(zhì)的層流流動(dòng)時(shí)，上面方程中的第二項(xiàng)可能是個(gè)小量，從而得到Blake-Kozeny方程49：在這些方程中，m是粘性，D_

30、p是平均粒子直徑，e空間所占的分?jǐn)?shù)（即空間的體積除以總體積）。比較多孔介質(zhì)中Darcy定律的方程1和內(nèi)部損失系數(shù)為9的方程1，則每一方向上的滲透性和內(nèi)部損失系數(shù)定義為：第三個(gè)例子我們會(huì)考慮Van Winkle等人146，121的方程，并表明如何通過(guò)具有方孔圓盤(pán)的多孔介質(zhì)輸入來(lái)計(jì)算壓力損失。作者所聲明的應(yīng)用在通過(guò)在等邊三角形上的方洞圓盤(pán)的湍流中的表達(dá)式為：其中：m(dot)=通過(guò)圓盤(pán)的質(zhì)量流速A_f=剩下的面積或者洞的總面積A_p=圓盤(pán)的面積（固體和洞) C=對(duì)于不同D/t的不同雷諾數(shù)范圍被列成不同的表的系數(shù) D/t=洞的直徑和圓盤(pán)厚度的比例對(duì)于t/D 1.6和Re 4000，系數(shù)C近似為0.9

31、8，其中雷諾數(shù)是基于洞的直徑與速度的使用下式整理方程17：除以圓盤(pán)的厚度D x = t有：其中v是表面速度而不是洞內(nèi)的速度。與多孔介質(zhì)內(nèi)部損失系數(shù)中的方程1比較可以看出，對(duì)于垂直于圓盤(pán)方向，常數(shù)C_2可由下式計(jì)算：考慮通過(guò)由隨機(jī)方向的纖維或者玻璃材料組成的墊子或者過(guò)濾器的層流。對(duì)于可以二選一的方程Blake-Kozeny(方程11)，我們可能會(huì)選擇將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列成表。很多類(lèi)型的纖維都由這一類(lèi)相關(guān)的數(shù)據(jù)70。固體體積分?jǐn)?shù)f 玻璃絲織品的無(wú)量綱滲透性Q0.262 0.25 0.258 0.26 0.221 0.40 0.218 0.41 0.172 0.80 其中Q =，a為纖維直徑。使用多孔介質(zhì)的

32、Darcy定律中的方程1可以很容易從給定的纖維直徑和體積分?jǐn)?shù)種計(jì)算出。使用冪律模型對(duì)于多孔介質(zhì)動(dòng)量源項(xiàng)（多孔介質(zhì)動(dòng)量方程中的方程5），如果你使用冪律模型近似，你只要在流體面板的冪律模型中輸入系數(shù)C_0和C_1就可以了。如果C_0或C_1為非零值，解算器會(huì)忽略面板中除了多孔介質(zhì)冪律模型之外的所有輸入。定義熱傳導(dǎo)如果你選擇在多孔介質(zhì)中模擬熱傳導(dǎo)，你必須指定多孔介質(zhì)中的材料以及多孔性。要定義多孔介質(zhì)的材料，向下拉流體面板中阻力輸入下面的滾動(dòng)條，然后在多孔熱傳導(dǎo)的固體材料下拉列表中選中適當(dāng)?shù)墓腆w。然后在多孔熱傳導(dǎo)下設(shè)定多孔性。多孔性f是多孔介質(zhì)中流體的體積分?jǐn)?shù)（即介質(zhì)的開(kāi)放體積分?jǐn)?shù)）。多孔性用于介質(zhì)中

33、的熱傳導(dǎo)預(yù)測(cè)，處理方法請(qǐng)參閱多孔介質(zhì)能量方程的處理一節(jié)。它還對(duì)介質(zhì)中的反應(yīng)源項(xiàng)和體力的計(jì)算有影響。這個(gè)源項(xiàng)和介質(zhì)中流體的體積成比例。如果你想要模擬完全開(kāi)放的介質(zhì)（固體介質(zhì)沒(méi)有影響），你應(yīng)該設(shè)定多孔性為1.0。當(dāng)多孔性為1.0時(shí)，介質(zhì)的固體部分對(duì)于熱傳導(dǎo)和（或）熱源項(xiàng)/反應(yīng)源項(xiàng)沒(méi)有影響。注意：多孔性永遠(yuǎn)不會(huì)影響介質(zhì)中的流體速度，這已經(jīng)在多孔介質(zhì)的動(dòng)量方程一節(jié)中介紹了。不管你將多孔性設(shè)定為何值，F(xiàn)LUENT所預(yù)測(cè)的速度都是介質(zhì)中的表面速度。定義源項(xiàng)如果你想在多孔流動(dòng)的能量方程中包括熱的影響，請(qǐng)激活源項(xiàng)選項(xiàng)并設(shè)定非零的能量源項(xiàng)。FLUENT會(huì)計(jì)算多孔區(qū)域所生成的能量，該能量為能量源項(xiàng)值乘以組成多孔區(qū)

34、域的單元所有體積值。你也可以定義質(zhì)量、動(dòng)量、湍流、組分或者其它標(biāo)量的源項(xiàng)，詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參閱、質(zhì)量、動(dòng)量、能量和其它源項(xiàng)的定義。在多孔區(qū)域內(nèi)壓制湍流源項(xiàng)如多孔介質(zhì)的湍流處理中所討論的，湍流在多孔介質(zhì)中的計(jì)算和大量（bulk）流體流動(dòng)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(kāi)流體區(qū)域面板中的層流區(qū)域選項(xiàng)（從而使得多孔區(qū)域的湍流生成為零）。指定旋轉(zhuǎn)軸并定義區(qū)域運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸和區(qū)域運(yùn)動(dòng)的輸入和標(biāo)準(zhǔn)流體區(qū)域的輸入是相同的，詳細(xì)情況可以參閱流體區(qū)域的輸入一節(jié)。多孔介質(zhì)的解策略一般說(shuō)來(lái)，在模擬多孔介質(zhì)時(shí)，你可以使用標(biāo)準(zhǔn)的解算步驟以及解參數(shù)的設(shè)置。

35、然而你會(huì)發(fā)現(xiàn)如果多孔區(qū)域在流動(dòng)方向上壓降相當(dāng)大（比如：滲透性a很低或者內(nèi)部因子C_2很大）的話，解的收斂速度就會(huì)變慢。這就表明由于動(dòng)量源項(xiàng)中出現(xiàn)了多孔介質(zhì)的壓降（方程的矩陣不再是對(duì)角占優(yōu)了），收斂性問(wèn)題就出現(xiàn)了。解決多孔介質(zhì)區(qū)域收斂性差最好的補(bǔ)救辦法就是對(duì)于通過(guò)介質(zhì)的流向壓降有一個(gè)很好初始預(yù)測(cè)。猜測(cè)的辦法之一就是，在介質(zhì)流體單元的上游或者下游補(bǔ)償一個(gè)壓力值，詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參閱所選單元的補(bǔ)償值一節(jié)。必須記住的是，當(dāng)補(bǔ)償壓力時(shí)，你所輸入的壓力可以定義為解算器所使用的gauge壓力（即在操作條件面板中定義的相對(duì)于操作壓力的壓力）。另一個(gè)處理收斂性差的方法是臨時(shí)取消多孔介質(zhì)模型（在流體面板中關(guān)閉多孔區(qū)域）

36、然后獲取一個(gè)不受多孔區(qū)域影響的初始流場(chǎng)。取消多孔區(qū)域后，F(xiàn)LUENT會(huì)將多孔區(qū)域處理為流體區(qū)域并按相應(yīng)的流體區(qū)域來(lái)計(jì)算。一旦獲取了初始解，或者計(jì)算很容易收斂，你就可以激活多孔模型繼續(xù)計(jì)算包含多孔區(qū)域的流場(chǎng)（對(duì)于大阻力多孔介質(zhì)不推薦使用該方法）。對(duì)于高度各向異性的多孔介質(zhì)，有時(shí)會(huì)造成收斂性的麻煩。對(duì)于這些問(wèn)題你可以將多孔介質(zhì)的各向異性系數(shù)（1/a_ij和C_2_i,j）限制在二階或者三階的量級(jí)。即使在某一方向上介質(zhì)的阻力為無(wú)窮大，你也不需要將它設(shè)定超過(guò)初始流動(dòng)方向上的1000倍。多孔介質(zhì)的后處理可以通過(guò)檢查速度分量和壓力值來(lái)確定多孔區(qū)域?qū)τ诹鲌?chǎng)的影響。你可能對(duì)下列變量或函數(shù)的圖形（XY圖，等值線

37、圖或者矢量圖）或者文檔報(bào)告感興趣：X,Y,Z速度（在速度類(lèi)別中）靜壓（在壓力類(lèi)別中）這些變量會(huì)在后處理面板的變量選擇下拉菜單制定類(lèi)別中出現(xiàn)。需要注意的是多孔區(qū)域的熱報(bào)告不影響固體介質(zhì)的屬性。所報(bào)告的多孔區(qū)域內(nèi)的熱容、傳導(dǎo)率以及焓是流體的屬性不包括固體介質(zhì)的影響。排氣扇邊界條件排氣扇模型是集總模型，可用于確定具有已知特征的排氣扇對(duì)于大流域流場(chǎng)的影響。排氣扇邊界類(lèi)型允許你輸入控制通過(guò)排氣扇單元頭部（壓升）和流動(dòng)速率（速度）之間關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)曲線。你也可以制定排氣扇旋轉(zhuǎn)速度的徑向和切向分量。排氣扇模型并精確模擬經(jīng)過(guò)排氣扇葉片的詳細(xì)流動(dòng)。它所預(yù)測(cè)的是通過(guò)排氣扇的流量。排氣扇的使用可能和其它流動(dòng)源項(xiàng)關(guān)聯(lián)，或

38、作為模擬中流動(dòng)的唯一源項(xiàng)。在后面的算例中，系統(tǒng)的流動(dòng)速度由系統(tǒng)的損失和排氣扇曲線之間的相互平衡決定。FLUENT還提供了與用戶(hù)自定義模型之間的連接，這個(gè)模型在計(jì)算時(shí)更新了壓力跳躍函數(shù)。該功能在自定義排氣扇模型一節(jié)介紹。排氣扇方程模擬通過(guò)排氣扇的壓升在FLUENT的排氣扇模型中，排氣扇被看成無(wú)限薄，通過(guò)排氣扇的不連續(xù)壓升被指定為通過(guò)排氣扇速度的函數(shù)。它們之間的關(guān)系可能是常數(shù)，多項(xiàng)式、分段線性函數(shù)或者分段多項(xiàng)式函數(shù)，也可以是自定義函數(shù)。多于多項(xiàng)式情況，關(guān)系式為：其中D p為壓力升高（單位：Pa），f_n為壓力跳躍多項(xiàng)式系數(shù)，v垂直于排氣扇的當(dāng)?shù)亓黧w速度。速度v既可以是正也可以是負(fù)。你必須正確的模擬

39、排氣扇以保證從排氣扇流過(guò)之后流體有個(gè)壓力升高的現(xiàn)象。對(duì)于排氣扇區(qū)域內(nèi)所有表面，你可以選擇使用垂直于排氣扇的質(zhì)量平均速度來(lái)確定單獨(dú)的壓力跳躍值。模擬排氣扇漩渦速度對(duì)于三維問(wèn)題，對(duì)流的切向何徑向速度值可以加到排氣扇表面來(lái)產(chǎn)生渦流。這些速度可以指定為到排氣扇中心的徑向距離的函數(shù)。它們之間的關(guān)系可以是常數(shù)、多項(xiàng)式函數(shù)或者自定義函數(shù)。注意：所有渦流速度輸入都使用國(guó)際單位。對(duì)于多項(xiàng)式函數(shù)，切向何徑向速度公式為：其中U_q和U_r分別為排氣扇表面的切向和徑向速度，單位為。m/s，f_n和g_n是切向和徑向速度的多項(xiàng)式系數(shù)，r為到排氣扇中心的距離。排氣扇的用戶(hù)輸入概述一旦排氣扇區(qū)域被確定（在邊界條件面板），你

40、需要在排氣扇面板（下圖）中設(shè)定所有的模型輸入。該面板是從邊界條件菜單中打開(kāi)的，詳細(xì)內(nèi)容清參閱邊界條件的設(shè)定一節(jié)。Figure 1: 排氣扇面板對(duì)于排氣扇，需要輸入如下：確定排氣扇區(qū)域定義通過(guò)排氣扇的壓力跳躍為排氣扇定義離散相邊界條件（對(duì)于離散相計(jì)算）需要的話，定義漩渦速度（只用于三維）確定排氣扇區(qū)域因?yàn)榕艢馍缺欢x為無(wú)限薄，所以它必須被模擬為單元之間的界面而不是單元區(qū)域。因此排氣扇區(qū)域是內(nèi)部表面區(qū)域類(lèi)型（其中表面是是二維中的線段或者三維中的三角形/四邊形）。當(dāng)你將網(wǎng)格讀入到FLUENT中時(shí)，如果排氣扇區(qū)域被確定為內(nèi)部區(qū)域，請(qǐng)使用邊界條件（見(jiàn)改變邊界區(qū)域類(lèi)型）將適當(dāng)?shù)膬?nèi)部區(qū)域改變?yōu)榕艢馍葏^(qū)域。菜

41、單：Define/Boundary Conditions.。內(nèi)部區(qū)域改變?yōu)榕艢馍葏^(qū)域后，你可以打開(kāi)排氣扇面板并指定壓力跳躍，以及（可選）漩渦速度。定義壓力跳躍要定義壓力跳躍，你需要指定速度的多項(xiàng)式函數(shù)、分段線性函數(shù)、分段多項(xiàng)式函數(shù)或者常數(shù)，也可以是自定義函數(shù)。你還應(yīng)該檢查區(qū)域平均方向矢量，保證流過(guò)排氣扇有個(gè)壓力升高。由解算器計(jì)算的區(qū)域平均方向是排氣扇區(qū)域的表面平均方向矢量。如果這個(gè)方向指向和排氣扇吹的方向一致就不用選擇排氣扇翻轉(zhuǎn)方向了，否則選擇排氣扇翻轉(zhuǎn)方向。對(duì)于壓力跳躍，請(qǐng)遵循下面的步驟定義多項(xiàng)式函數(shù)、分段線性函數(shù)、分段多項(xiàng)式函數(shù)：檢查排氣扇面板，其中的壓力跳躍輪廓指定選項(xiàng)是關(guān)閉的。在壓力跳

42、躍右邊的下拉菜單中選擇多項(xiàng)式、分段線性或者分段多項(xiàng)式（如果所所要選擇的類(lèi)型已被選中，你就可以點(diǎn)擊編輯按鈕打開(kāi)定義函數(shù)的面板了）。在定義壓力跳躍函數(shù)的面板中（如下圖）輸入適當(dāng)?shù)臄?shù)值。這些輪廓輸入面板和溫度相關(guān)屬性的輪廓輸入面板用法相同。請(qǐng)參閱使用溫度相關(guān)函數(shù)定義屬性來(lái)查看如何使用它。Figure 1: 壓力跳躍定義的多項(xiàng)式輪廓面板4. 設(shè)定下面所述的任何可選參數(shù)（此步可選）。當(dāng)你用這些函數(shù)的任何類(lèi)型來(lái)定義壓力跳躍時(shí)，你可以限定計(jì)算壓力跳躍的速度值的最大和最小極限。打開(kāi)多項(xiàng)式速度范圍極限選項(xiàng)就可以設(shè)定速度范圍的最大最小值了。如果計(jì)算的法向速度范圍超出了你所指定的最大/最小速度范圍，那么解算器就會(huì)用

43、極限值來(lái)替換它。你也可以選用垂直于風(fēng)扇的質(zhì)量平均速度來(lái)確定風(fēng)扇區(qū)域內(nèi)所有表面的單一的壓力跳躍值。打開(kāi)從平均條件計(jì)算壓力跳躍可以激活這個(gè)選項(xiàng)。要定義常數(shù)壓力跳躍，請(qǐng)遵循如下步驟：在排氣扇面板中打開(kāi)指定壓力跳躍輪廓選項(xiàng)。在壓力跳躍右邊的下拉菜單中選擇常數(shù)。輸入壓力跳躍場(chǎng)中的D p值。 如果更方便的話，你也可以使用如下步驟：打開(kāi)壓力跳躍的輪廓指定選項(xiàng)。在壓力跳躍輪廓下面的下拉菜單中選擇常數(shù)，然后輸入壓力跳躍輪廓場(chǎng)的D p值。對(duì)于自定義壓力跳躍函數(shù)或者邊界輪廓中定義的函數(shù)，請(qǐng)遵循如下步驟：打開(kāi)壓力跳躍的輪廓指定選項(xiàng)。在壓力跳躍輪廓下面的下拉菜單中選擇適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)，然后輸入壓力跳躍輪廓場(chǎng)的D p值。關(guān)于自

44、定義函數(shù)的信息請(qǐng)參閱自定義函數(shù)一節(jié)，關(guān)于邊界輪廓文件的信息請(qǐng)參閱邊界輪廓一節(jié)。下面的例子告訴了我們?nèi)绾未_定壓力跳躍的函數(shù)?？紤]簡(jiǎn)單的二維管流（如圖2）。進(jìn)入長(zhǎng)2.0m寬0.4m的導(dǎo)管的常密度空氣的速度為15 m/s。管的中心是個(gè)排氣扇。Figure 2: 定位于二維導(dǎo)管的排氣扇當(dāng)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速是2000rpm時(shí)，假定風(fēng)扇的特征如下：Q (m3/s)D p (Pa) 250.0 20175 15350 10525 5700 0875 其中Q時(shí)通過(guò)風(fēng)扇的流動(dòng)，D p時(shí)通過(guò)風(fēng)扇的壓升。在本例中，風(fēng)扇的特征為壓力升高和速度呈線性關(guān)系。要將這些特征轉(zhuǎn)換為壓力和速度的關(guān)系，必須知道風(fēng)扇的截面信息。在本例中，假

45、定導(dǎo)管是1.0米深，面積為0.4平方米。相應(yīng)的速度值如下：v (m/s)D p (Pa) 62.50.0 50.0175 37.5350 25.0525 12.5700 0875 下面的對(duì)于一條線的方程是關(guān)系的多項(xiàng)式形式：為風(fēng)扇定義離散相邊界條件如果你是模擬粒子的離散相問(wèn)題，你可以設(shè)定粒子在風(fēng)扇處的軌跡。關(guān)于邊界條件的設(shè)定清參閱離散相邊界條件一節(jié)。定義排氣扇旋轉(zhuǎn)速度如果你想在風(fēng)扇表面設(shè)定切向和徑向速度來(lái)產(chǎn)生三維問(wèn)題中的渦流，步驟如下：在排氣扇面板打開(kāi)漩渦速度指定選項(xiàng)。定義軸的起始點(diǎn)（風(fēng)扇的起始點(diǎn)）和方向矢量（風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)軸）來(lái)指定風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)軸。設(shè)定風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)軸的半徑值。默認(rèn)為以避免多項(xiàng)式中出現(xiàn)除零

46、問(wèn)題。設(shè)定切向和徑向速度為半徑的多項(xiàng)式函數(shù)，常數(shù)值或者自定義函數(shù)。注意：渦流的速度輸入必須是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)單位。要定義切向和徑向速度的多項(xiàng)式函數(shù)，步驟如下：在排氣扇面板中，檢查切向速度的輪廓指定或者徑向速度的輪廓指定選項(xiàng)是關(guān)閉的。輸入模擬排氣扇渦流中的方程1的系數(shù)f_n，或者在切向或徑向速度多項(xiàng)式系數(shù)框中模擬風(fēng)扇漩渦速度的方程3的g_n。首先輸入f_-1然后是f_0等。記住用空格符將每一個(gè)系數(shù)分開(kāi)，第一個(gè)系數(shù)是(1/r)。要定義常數(shù)切向或者徑向速度，步驟如下：在排氣扇面板中打開(kāi)切向速度或者徑向速度的輪廓指定選項(xiàng)。在切向或者徑向速度輪廓中選擇常數(shù)。在切向或者徑向速度輪廓中輸入相應(yīng)的U_q或者U_r值。

47、如果更方便的話，你可以遵照如下步驟：在排氣扇面板中打開(kāi)切向速度或者徑向速度輪廓指定選項(xiàng)。在切向或者徑向多項(xiàng)式速度系數(shù)中輸入U(xiǎn)_q或者U_r的值。對(duì)于自定義切向或者徑向速度函數(shù)或者包括邊界輪廓的文件的函數(shù)，步驟如下：打開(kāi)切向速度或者徑向速度的輪廓指定選項(xiàng)。在切向或者徑向速度輪廓下拉列表中選擇適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)。如果你是自定義函數(shù)的信息，請(qǐng)參閱自定義函數(shù)一節(jié)，關(guān)于邊界輪廓的信息請(qǐng)參閱邊界輪廓文件一節(jié)。排氣扇的后處理報(bào)告通過(guò)排氣扇的壓升你可以使用表面整合面板報(bào)告通過(guò)排氣扇的壓升，具體請(qǐng)參閱表面整合一節(jié)。共有兩步：在風(fēng)扇區(qū)域的每一邊創(chuàng)建一個(gè)界面。使用變形界面面板(參閱變形表面一節(jié))分別向上和向下稍微平移一下風(fēng)

48、扇區(qū)域，從而創(chuàng)建兩個(gè)新的界面。在界面整合面板中，報(bào)告上游和下游界面的平均整合壓力（使用平均選項(xiàng)）。這樣你就可以計(jì)算通過(guò)風(fēng)扇的壓力變化了。圖形繪制圖形繪制報(bào)告對(duì)風(fēng)扇所感興趣的是：靜壓和靜溫的輪廓或等值線圖。靜壓和靜溫的XY 圖與位置的比較。圖形和可視化一章解釋了如何產(chǎn)生數(shù)據(jù)的圖形顯示。注意：生成這些圖形時(shí)要保證關(guān)閉所有節(jié)點(diǎn)值的顯示，以便于你在風(fēng)扇的每一個(gè)邊可以看到不同的值。（如果你顯示節(jié)點(diǎn)值，風(fēng)扇兩邊的單元值會(huì)被取平均來(lái)獲取節(jié)點(diǎn)值，這樣你就看不到通過(guò)風(fēng)扇的壓力跳躍和其它現(xiàn)象了。輻射邊界條件FLUENT中有熱交換單元（如散熱器和冷凝器）的集總參數(shù)模型。散熱器邊界類(lèi)型允許你指定壓降和熱傳導(dǎo)系數(shù)為垂直

49、于散熱器的速度的函數(shù)。關(guān)于FLUENT所提供的熱交換模型的更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱熱交換模型一節(jié)。散熱器方程模擬通過(guò)散熱器的壓力損失FLUENT中所模擬的散熱器被認(rèn)為是無(wú)限薄，通過(guò)散熱器的壓降假定與流體的動(dòng)壓頭成比例，并具有你所提供的損失系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式。也就是說(shuō)，壓降D p與通過(guò)散熱器的法向速度v分量的關(guān)系為：其中r為流體密度，k_L為無(wú)量綱損失系數(shù)，它可以指定為多項(xiàng)式函數(shù)、分段線性函數(shù)或者分段多項(xiàng)式函數(shù)。對(duì)于多項(xiàng)式函數(shù)，有下式：其中r_n為多項(xiàng)式系數(shù)，v為垂直于散熱器的當(dāng)?shù)亓黧w速度的大小。模擬通過(guò)散熱器的熱傳導(dǎo)從散熱器到周?chē)黧w的熱流量為：其中q為熱流量，T_HX 為熱交換器（散熱器）溫度，T_

50、exit為流出流體的溫度。對(duì)流熱傳導(dǎo)系數(shù)h可以指定為常數(shù)、多項(xiàng)式函數(shù)、分段線性函數(shù)或者分段多項(xiàng)式函數(shù)。對(duì)于多項(xiàng)式，關(guān)系式的形式如下：h_n為多項(xiàng)式系數(shù)，v為垂直于散熱器的當(dāng)?shù)亓黧w速度的大?。▎挝籱/s）。實(shí)際的熱流量（q）或者熱傳導(dǎo)系數(shù)和散熱器溫度（h, T_HX）都可以指定。q（可以是輸入值也可以是用方程1計(jì)算出的值）為熱流在整個(gè)散熱器表面的積分。要模擬散熱器的熱行為，你必須提供熱傳導(dǎo)系數(shù)h的詳細(xì)表達(dá)式，它是通過(guò)散熱器的流體速度v。要獲取這個(gè)表達(dá)式考慮熱平衡方程：其中q=熱流量(W/m2)m(dot)=流體質(zhì)量流速(kg/s)c_p=指定的流體比熱容(J/kg-K)h=經(jīng)驗(yàn)熱傳導(dǎo)系數(shù)(W/m

51、2K)T_exit=出口流體溫度(K)T_HX=熱交換器(如水邊)溫度(K)A=熱交換器前緣面積(m2) 方程5可以寫(xiě)成：因此，熱傳導(dǎo)系數(shù)h可以計(jì)算為：或者根據(jù)流體速度：散熱器需要的輸入概述一旦在邊界條件面板中確定了散熱器區(qū)域，你就該在散熱器面板（下圖）中為散熱器模型的各項(xiàng)設(shè)定輸入相應(yīng)內(nèi)容了。該面板是從邊界條件菜單中打開(kāi)的，詳細(xì)情況請(qǐng)參閱設(shè)定邊界條件一節(jié)。Figure 1:散熱器面板散熱器需要輸入如下：確定散熱器區(qū)域定義壓力損失系數(shù)定義熱流量或者熱傳導(dǎo)系數(shù)和散熱器溫度為散熱器定義離散相邊界條件（對(duì)于離散相計(jì)算）確定散熱器區(qū)域因?yàn)樯崞鞅欢x為無(wú)限薄，所以它必須被模擬為單元之間的界面而不是單元區(qū)

52、域。因此排氣扇區(qū)域是內(nèi)部表面區(qū)域類(lèi)型（其中表面是是二維中的線段或者三維中的三角形/四邊形）。當(dāng)你將網(wǎng)格讀入到FLUENT中時(shí)，如果散熱器區(qū)域被確定為內(nèi)部區(qū)域，請(qǐng)使用邊界條件（見(jiàn)改變邊界區(qū)域類(lèi)型）將適當(dāng)?shù)膬?nèi)部區(qū)域改變?yōu)樯崞鲄^(qū)域。菜單：Define/Boundary Conditions.。內(nèi)部區(qū)域改變?yōu)樯崞鲄^(qū)域后，你可以打開(kāi)散熱器面板并指定損失系數(shù)，以及熱流量的信息。定義壓力損失系數(shù)函數(shù)要定義壓力損失系數(shù)k_L，你可以指定速度的多項(xiàng)式函數(shù)、分段線性函數(shù)、分段多項(xiàng)式函數(shù)或者常數(shù)。遵循下面的步驟來(lái)設(shè)壓力損失系數(shù)的多項(xiàng)式函數(shù)、分段線性函數(shù)或分段多項(xiàng)式函數(shù)：在損失系數(shù)右邊的下拉列表中選擇多項(xiàng)式函數(shù)、

53、分段線性函數(shù)或分段多項(xiàng)式函數(shù)（如果你所需要的函數(shù)類(lèi)型已經(jīng)選中，點(diǎn)擊編輯按鈕打開(kāi)定義函數(shù)的面板。在定義損失系數(shù)函數(shù)的面板中（如下圖）輸入適當(dāng)?shù)臄?shù)值。這些輪廓輸入面板和溫度相關(guān)屬性的輪廓輸入面板用法相同。請(qǐng)參閱使用溫度相關(guān)函數(shù)定義屬性來(lái)查看如何使用它。Figure 1:損失系數(shù)定義的多項(xiàng)式輪廓面板設(shè)定常數(shù)損失系數(shù)步驟如下：在損失系數(shù)右邊的下拉菜單中選擇常數(shù)。在損失系數(shù)中輸入k_L的值。下面的例子告訴你如何確定損失系數(shù)函數(shù)。考慮通過(guò)水冷卻散熱器的簡(jiǎn)單的空氣二維管流，如下圖：Figure 2:散熱器的簡(jiǎn)單管流r首先必須經(jīng)驗(yàn)地知道散熱器的特征。在這個(gè)例子中，所模擬的散熱器的測(cè)試數(shù)據(jù)如下表，水邊的流速為7

54、 kg/min，入口水的溫度為400.0 K。要計(jì)算這個(gè)損失系數(shù)，創(chuàng)建一個(gè)動(dòng)壓頭（(1/2)r v2）的表格是很有幫助的，動(dòng)壓頭是壓降D p以及這兩個(gè)值的比k_L（在通過(guò)散熱器損失系數(shù)的模擬一節(jié)中的方程1中）的函數(shù)。 (圖2中定義的空氣密度為1.0 kg/m3。)簡(jiǎn)化的數(shù)據(jù)在表二中。表一：空氣邊散熱器數(shù)據(jù)VelocityInlet TempExit TempPressure Drop(m/s)(K)(K)(Pa)5.0300.0330.075.010.0300.0322.5250.0 15.0300.0320.0450.0表二：簡(jiǎn)化的散熱器數(shù)據(jù)v (m/s)(1/2)r v2 (Pa)D p

55、(Pa)k_L5.012.575.06.010.050.0250.05.015.0112.5450.04.0損失系數(shù)是速度的線性函數(shù)，隨著速度的增加而減少，關(guān)系式的形式為：其中v在這里是通過(guò)散熱器的絕對(duì)速度值。定義熱流量參數(shù)正如散熱器方程所提到的，你可以在熱流量框中定義真實(shí)的熱流量（q）也可以設(shè)定熱傳導(dǎo)系數(shù)和輻射溫度（h, T_HX）所有的輸入都在散熱器面板中。要定義熱流量，指定溫度為0，然后設(shè)定熱流量為常數(shù)值。要設(shè)定溫度，在溫度框中輸入T_HX的值。要定義熱傳導(dǎo)系數(shù)，你可以指定速度的多項(xiàng)式函數(shù)、分段線性函數(shù)或分段多項(xiàng)式函數(shù)或者常數(shù)值。指定速度的多項(xiàng)式函數(shù)、分段線性函數(shù)或分段多項(xiàng)式函數(shù)或者常數(shù)

56、值來(lái)定義熱傳導(dǎo)系數(shù)，步驟如下：在熱傳導(dǎo)系數(shù)右邊的下拉菜單中選擇多項(xiàng)式、分段線性或分段多項(xiàng)式。（如果你所要使用的函數(shù)類(lèi)型已經(jīng)被選中，你可以點(diǎn)擊編輯按鈕打開(kāi)你所定義的函數(shù)的面板）。在熱傳導(dǎo)系數(shù)函數(shù)定義的面板中輸入適當(dāng)?shù)闹?。這些輪廓輸入面板和溫度相關(guān)屬性的輪廓輸入面板用法相同。請(qǐng)參閱使用溫度相關(guān)函數(shù)定義屬性來(lái)查看如何使用它。 要定義常數(shù)熱傳導(dǎo)系數(shù)，步驟如下： 在熱傳導(dǎo)系數(shù)下拉列表中選擇常數(shù)。在熱傳導(dǎo)系數(shù)框中輸入h的值。 下面的例子告訴你如何設(shè)定熱傳導(dǎo)系數(shù)?？紤]通過(guò)水冷卻散熱器的簡(jiǎn)單的空氣二維管流。在定義壓力損失系數(shù)的表一的數(shù)據(jù)以及空氣密度值（1.0 kg/m3）和指定的熱（1000 J/kg-K)

57、可用于獲取下面的的值，它們可用于計(jì)算熱傳導(dǎo)系數(shù)h：Velocityh(m/s)(W/m2K)5.02142.910.02903.215.03750.0 熱傳導(dǎo)系數(shù)符合速度的二階多項(xiàng)式關(guān)系（與上面的點(diǎn)相符），形式如下：其中v在這里是通過(guò)散熱器的絕對(duì)速度值。為散熱器定義離散相邊界條件如果你模擬粒子的離散相，你可以在散熱器中設(shè)定粒子的軌跡，詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參閱離散相邊界條件的設(shè)定一節(jié)。散熱器的后處理報(bào)告散熱器的壓降你可以使用表面整合面板來(lái)報(bào)告通過(guò)散熱器的壓降，具體請(qǐng)參閱表面整合一節(jié)。共分兩步來(lái)處理：在散熱器區(qū)域的每一邊創(chuàng)建一個(gè)界面。使用變形界面面板(參閱變形表面一節(jié))分別向上和向下稍微平移一下風(fēng)扇區(qū)域，從

58、而創(chuàng)建兩個(gè)新的界面。在界面整合面板中，報(bào)告上游和下游界面的平均整合靜壓（使用平均選項(xiàng)）。這樣你就可以計(jì)算通過(guò)風(fēng)扇的壓力變化了。要檢查這個(gè)數(shù)值和通過(guò)散熱器壓力損失模擬中的方程1的預(yù)期值比較的話，你可以使用界面整合面板報(bào)告通過(guò)散熱器的平均法向速度。（如果散熱器和x，y或z軸不在一條線上，你需要使用自定義流場(chǎng)函數(shù)計(jì)算器來(lái)為垂直于散熱器的速度生成一個(gè)函數(shù)。一旦你有了平均法向速度，你就可以使用模擬通過(guò)散熱器壓力損失中的方程3來(lái)確定損失系數(shù)，然后用模擬通過(guò)散熱器壓力損失中的方程1來(lái)計(jì)算所預(yù)期的壓力損失。報(bào)告散熱器中的熱傳導(dǎo)要確定通過(guò)散熱器的溫度，請(qǐng)參閱報(bào)告散熱器壓降產(chǎn)生散熱器上游下游的界面的大致步驟。然后

59、是用界面整合面板（關(guān)于壓降報(bào)告的）報(bào)告每一個(gè)表面上的平均靜溫。然后你就可以計(jì)算通過(guò)散熱器的溫度了。圖形顯示你所感興趣的散熱器的圖形報(bào)告有：靜壓和靜溫的輪廓或等值線圖靜壓和靜溫的XY 圖與位置的比較圖形和可視化一章解釋了如何生成數(shù)據(jù)顯示圖形。注意：生成這些圖形時(shí)要保證關(guān)閉所有節(jié)點(diǎn)值的顯示，以便于你在散熱器的每一個(gè)邊可以看到不同的值。（如果你顯示節(jié)點(diǎn)值，散熱器兩邊的單元值會(huì)被取平均來(lái)獲取節(jié)點(diǎn)值，這樣你就看不到通過(guò)散熱器的壓力跳躍和其它現(xiàn)象了。多孔跳躍邊界條件多孔跳躍條件用于模擬已知速度/壓降特征的薄膜。它本質(zhì)上是單元區(qū)域的多孔介質(zhì)模型的一維簡(jiǎn)化。應(yīng)用的實(shí)例有：模擬通過(guò)篩子和過(guò)濾器的壓降，不考慮熱傳

60、導(dǎo)影響的散熱器模擬。我們應(yīng)該盡可能的使用這一簡(jiǎn)化模型（取代完全的多孔介質(zhì)模型），因?yàn)樗哂泻芎玫聂敯粜裕╮obust）和收斂性。 薄膜介質(zhì)是具有有限厚度的，通過(guò)它的壓力變化定義為Darcy定律和附加內(nèi)部損失項(xiàng)的結(jié)合：其中，m是層流流體粘性，a是介質(zhì)的滲透性，C_2為壓力跳躍系數(shù)，v是垂直于介質(zhì)表面的速度分量，D m為薄膜的厚度。C_2的適當(dāng)值可以用多孔介質(zhì)用戶(hù)輸入中所介紹的技巧來(lái)求得。多孔跳躍模型的用戶(hù)輸入一旦在邊界條件面板中指定了多孔跳躍區(qū)域，你就需要在多孔跳躍面板中（如下圖）設(shè)定所有的模型輸入。這個(gè)面板是從邊界條件菜單中打開(kāi)的，詳細(xì)方法請(qǐng)參閱設(shè)定邊界條件一節(jié)。Figure 1: 多孔跳躍面