FLUENT多孔介質(zhì)數(shù)值模擬設(shè)置

本文格式為Word版，下載可任意編輯——FLUENT多孔介質(zhì)數(shù)值模擬設(shè)置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)

A_p=圓盤的面積（固體和洞)

假使你選擇在多孔介質(zhì)中模擬熱傳導(dǎo)，你必需指定多孔介質(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底下的滾動(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。

另一個(gè)處理收斂性差的要領(lǐng)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）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)域并按響應(yīng)的流體區(qū)域來(lái)計(jì)算。一旦獲取了初始解，或者計(jì)算很簡(jiǎn)單收斂，你就可以激活多孔模型繼續(xù)計(jì)算包羅多孔區(qū)域的流場(chǎng)（對(duì)于大阻力多孔介質(zhì)不保舉使用該要領(lǐng)）。

這些變量會(huì)在后處理面板的變量選擇下拉菜譜制定類別中出現(xiàn)。

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)的開放體積分?jǐn)?shù)）。多孔性用于介質(zhì)中的熱傳導(dǎo)預(yù)計(jì)，處理要領(lǐng)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。假使你想要模擬完全開放的介質(zhì)（固體介質(zhì)沒(méi)有影響），你應(yīng)當(dāng)設(shè)定多孔性為1.0。當(dāng)多孔性為1.0時(shí)，介質(zhì)的固體部門對(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)中的流體速率，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)計(jì)的速率都是介質(zhì)中的外貌速率。

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），假使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。假使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。

定義源項(xiàng)

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。然而你會(huì)發(fā)現(xiàn)假使多孔區(qū)域在滾動(dòng)方向上壓降至關(guān)大（譬如：滲透性a很低或者內(nèi)部因數(shù)C_2很大）的話，解的收斂速率就會(huì)變慢。這就說(shuō)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)域收斂性差最好的調(diào)停方法就是對(duì)于通過(guò)介質(zhì)的流向壓降有一個(gè)很好初始預(yù)計(jì)。猜測(cè)的方法之一就是，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)。必需記住的是，當(dāng)補(bǔ)償壓力時(shí)，你所輸燒結(jié)多孔磚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)操作壓力的壓力）。

m(dot)=通過(guò)圓盤的質(zhì)量流速

A_f=剩下的面積或者洞的總面積

2023年10月26日

D/t=洞的直徑和圓盤厚度的比例

對(duì)于t/D>1.6和Re>4000，系數(shù)C近似為0.98，此中雷諾數(shù)是基于洞的直徑與速率的

1.通過(guò)穿孔圓盤的速率假設(shè)圓盤為100%開放的。

定義熱傳導(dǎo)

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?jǐn)?shù)（即空間的體積除以總體積）。比力多孔介質(zhì)中Darcy定律的方程1和內(nèi)部損掉系數(shù)為9的方程1，則每一方向上的滲透性和內(nèi)部損掉系數(shù)定義為：

除以圓盤的厚度Dx=t有：

假使你想在多孔滾動(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)算多蒙牛bb冠菌孔區(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)域的單元所有體積值。你也能夠定義質(zhì)量、動(dòng)量、湍流、組分或者其他標(biāo)量的源項(xiàng)，詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參閱、質(zhì)量、動(dòng)量、能量和其他源項(xiàng)的定義。

當(dāng)模擬充滿介質(zhì)的層流滾動(dòng)時(shí)，上邊方程中的其次項(xiàng)可能是個(gè)小量，從而得到Blake-Ｋozeny方程[49]：

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)選擇將測(cè)試數(shù)值列成表。好多類型的纖維

都由這一類相干的數(shù)值[70]。

0.2620.25

當(dāng)你使用多孔介質(zhì)模型時(shí)，你必需記住FLUEＮT中的多孔單元是100%開啟的，而且你所指定1/a_ij和/或C_2_ij的值必需是基于這個(gè)假設(shè)的。然而，假使你知道通過(guò)真實(shí)裝配壓降和速率之間的的變化，它只是部門地對(duì)滾動(dòng)開放。底下的練習(xí)會(huì)告訴你怎樣對(duì)FLUEＮT模型計(jì)算適當(dāng)?shù)腃_2值。

多孔介質(zhì)的后處理

所聲明的應(yīng)用在通過(guò)在等邊三角形上的方洞圓盤的湍流中的表達(dá)式為：

0.2580.26

0.1720.80

2.損掉系數(shù)必需轉(zhuǎn)化為多孔區(qū)域每個(gè)單位長(zhǎng)度的動(dòng)壓頭損掉。

其次個(gè)例子，考慮模擬充滿介質(zhì)的滾動(dòng)。在湍流滾動(dòng)中，充滿介質(zhì)的滾動(dòng)用滲透性和內(nèi)部損掉系數(shù)來(lái)模擬。推導(dǎo)適當(dāng)常數(shù)的要領(lǐng)包括了Ergun方程[49]的使用，對(duì)于在很大范圍雷諾數(shù)內(nèi)和大量類型的充滿形式，有一個(gè)半經(jīng)驗(yàn)的關(guān)燒結(jié)多孔磚系式：

0.2210.40

如多孔介質(zhì)的湍流處理中所會(huì)商的，湍流在多孔介質(zhì)中的計(jì)算和大量（bulk）流體滾動(dòng)是同樣的。假使你使用k-e模型或者Spalart-Allmaras模型，你想要壓制湍流在多孔區(qū)域的影響可以開啟流體區(qū)域面板中的層流區(qū)域選項(xiàng)（從而要得多孔區(qū)域的湍流生成為零）。

多孔介質(zhì)的解策略

或者注意對(duì)于不異的流速，v_25%open=4v_100%open,

使用冪律模型

此中v是外貌速率而不是洞內(nèi)的速率。與多孔介質(zhì)內(nèi)部損掉系數(shù)中的方程1比力可以看出，對(duì)于垂直于圓盤方向，常數(shù)C_2可由下式計(jì)算：

調(diào)理之后的損掉系數(shù)為8。對(duì)于其次條，你必需將它轉(zhuǎn)換為穿孔圓盤每個(gè)單位厚度的損掉系數(shù)。假設(shè)圓盤的厚度為1.0mm。內(nèi)部損掉系數(shù)為（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)單位）：

假設(shè)穿孔圓盤只有25%對(duì)滾動(dòng)開放。已知通過(guò)圓盤的壓降為0.5。在圓盤內(nèi)真實(shí)流體速率根蒂根基上，即通過(guò)%開放區(qū)域的的根蒂根基上，損掉系數(shù)由下式定義的損掉系數(shù)Ｋ_L為0.5：

在多孔區(qū)域內(nèi)壓制湍流源項(xiàng)

對(duì)于第一條，第一步是計(jì)算并調(diào)理?yè)p掉因數(shù)Ｋ_L'，它應(yīng)當(dāng)是在100%開放區(qū)域的速率根蒂根基上的：

第三個(gè)例子我們會(huì)考慮VanWinkle等人[146]，[121]的方程，并說(shuō)明怎樣通過(guò)具有方孔圓盤的多孔介質(zhì)輸入來(lái)計(jì)算壓力損掉。

注意，對(duì)于各向異性介質(zhì)，這些信息必需分別從每一個(gè)坐標(biāo)方向上計(jì)算。

指定旋轉(zhuǎn)軸并定義區(qū)域運(yùn)動(dòng)

此中Q=，a為纖維直徑。使用多孔介質(zhì)的Darcy定律中的方程1可以很簡(jiǎn)單從給定的纖維直徑和體積分冠突散囊菌數(shù)種計(jì)算出。

l靜壓（在壓力類別中）

lＸ,Y,Z速率（在速率類別中）

0.2180.41

固體體積分?jǐn)?shù)f玻璃絲綢的沒(méi)有限量綱滲透性Q

要計(jì)算適當(dāng)?shù)腃_2值，請(qǐng)注意在FLUEＮT模型中：

可以通過(guò)檢查速率斤兩和壓力值來(lái)確定多孔區(qū)域?qū)τ诹鲌?chǎng)的影響。你可能對(duì)以下變量或函數(shù)的圖形（ＸY圖，等值線圖或者矢量圖）或者文檔報(bào)告感興趣：

使用下式整理方程17：

推導(dǎo)粘性和內(nèi)部損掉系數(shù)的要領(lǐng)在定義粘性和內(nèi)部阻力系數(shù)一節(jié)中介紹。

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)的熱容量、傳導(dǎo)率以及焓是流體的屬性不包括固體介質(zhì)的多孔磚

旋轉(zhuǎn)軸和區(qū)域運(yùn)動(dòng)的輸入和標(biāo)準(zhǔn)流體區(qū)域的輸入是不異的，詳細(xì)狀況可以參閱流體區(qū)域的輸入一