发布时间 : 星期五 文章FLUENT多孔介质数值模拟设置更新完毕开始阅读9109cbecf321dd36a32d7375a417866fb84ac0d1
2. 点击捕捉到区域按钮，FLUENT会自动将平面工具捕捉到边界。它也会设定锥轴矢量和锥轴上的点（需注意的是你还要自己设定锥半角）。
? 另一种方法为：
1. 捕捉\平面工具到多孔区域的边界。（请遵循使用面工具和线工具中的说明，它在已存在的表面上为工具初始化了位置）。
2. 旋转和平移工具坐标轴，直到工具的红箭头指向锥的轴向。工具的起点在轴上。
3. 当轴和工具的起点成一条线时，在流体面板中点击从平面工具更新按钮。FLUENT会自动设定轴向矢量以及在轴上的点（注意：你还是要自己设定锥的半角）。
2. 在粘性阻力中指定每个方向的粘性阻力系数1/a，在内部阻力中指定每一个方向上的内部阻力系数C_2（你可能需要将滚动条向下滚动来查看这些输入）。如果你使用锥指定方法，方向1为锥轴方向，方向2为垂直于锥表面（对于圆柱就是径向）方向，方向3圆周（q）方向。 在三维问题中可能有三种可能的系数，在二维问题中有两种：
? 在各向同性算例中，所有方向上的阻力系数都是相等的（如海绵）。在各向同性算例中你必须将每个方向上的阻力系数设定为相等。
? 在三维问题中只有两个方向上的系数相等，第三个方向上的阻力系数和前两个不等，或者在二维问题中两个方向上的系数不等，你必须准确的指定每一个方向上的系数。例如，如果你得多孔区域是由具有小洞的细管组成，细管平行于流动方向，流动会很容易的通过细管，但是流动在其它两个方向上（通过小洞）会很小。如果你有一个平的盘子垂直于流动方向，流动根本就不会穿过它而只在其它两个方向上。
? 在三维问题中还有一种可能就是三个系数各不相同。例如，如果多孔区域是由不规则间隔的物体（如针脚）组成的平面，那么阻碍物之间的流动在每个方向上都不同。此时你就需要在每个方向上指定不同的系数（请注意指定各向同性系数时，多孔介质的解策略的注解）。
推导粘性和内部损失系数的方法在定义粘性和内部阻力系数一节中介绍。
当你使用多孔介质模型时，你必须记住FLUENT中的多孔单元是100%打开的，而且你所指定1/a_ij和/或C_2_ij的值必须是基于这个假设的。然而，假如你知道通过真实装置压降和速度之间的的变化，它只是部分地对流动开放。下面的练习会告诉你如何对FLUENT模型计算适当的C_2值。
假定穿孔圆盘只有25%对流动开放。已知通过圆盘的压降为0.5。在圆盘内真实流体速度基础上，即通过%开放区域的的基础上，损失系数由下式定义的损失系数K_L为0.5：
要计算适当的C_2值，请注意在FLUENT模型中：
1. 通过穿孔圆盘的速度假定圆盘为100%开放的。
2. 损失系数必须转化为多孔区域每个单位长度的动压头损失。
对于第一条，第一步是计算并调节损失因子K_L'，它应该是在100%开放区域的速度基础上的：
或者注意对于相同的流速，v_25% open = 4 v_100% open,
调节之后的损失系数为8。对于第二条，你必须将它转换为穿孔圆盘每个单位厚度的损失系数。假定圆盘的厚度为1.0 mm。内部损失系数为（国际标准单位）：
注意，对于各向异性介质，这些信息必须分别从每一个坐标方向上计算。
第二个例子，考虑模拟充满介质的流动。在湍流流动中，充满介质的流动用渗透性和内部损失系数来模拟。推导适当常数的方法包括了Ergun方程[49]的使用，对于在很大范围雷诺数内和许多类型的充满形式，有一个半经验的关系式：
当模拟充满介质的层流流动时，上面方程中的第二项可能是个小量，从而得到Blake-Kozeny方程[49]：
在这些方程中，m是粘性，D_p是平均粒子直径，e空间所占的分数（即空间的体积除以总体积）。比较多孔介质中Darcy定律的方程1和内部损失系数为9的方程1，则每一方向上的渗透性和内部损失系数定义为：
第三个例子我们会考虑Van Winkle等人[146]，[121]的方程，并表明如何通过具有方孔圆盘的多孔介质输入来计算压力损失。
作者所声明的应用在通过在等边三角形上的方洞圆盘的湍流中的表达式为： 其中：
m(dot)=通过圆盘的质量流速 A_f=剩下的面积或者洞的总面积 A_p=圆盘的面积（固体和洞)
C=对于不同D/t的不同雷诺数范围被列成不同的表的系数 D/t=洞的直径和圆盘厚度的比例
对于t/D > 1.6和Re > 4000，系数C近似为0.98，其中雷诺数是基于洞的直径与速度的
使用下式整理方程17：
除以圆盘的厚度D x = t有：
其中v是表面速度而不是洞内的速度。与多孔介质内部损失系数中的方程1比较可以看出，对于垂直于圆盘方向，常数C_2可由下式计算：
考虑通过由随机方向的纤维或者玻璃材料组成的垫子或者过滤器的层流。对于可以二选一的方程Blake-Kozeny(方程11)，我们可能会选择将实验数据列成表。很多类型的纤维都由这一类相关的数据[70]。
固体体积分数f 玻璃丝织品的无量纲渗透性Q 0.262 0.25 0.258 0.26 0.221 0.40 0.218 0.41 0.172 0.80 其中Q = ，a为纤维直径。使用多孔介质的Darcy定律中的方程1可以很容易从给定的纤维直径和体积分数种计算出 。
使用幂律模型 对于多孔介质动量源项（多孔介质动量方程中的方程5），如果你使用幂律模型近似，你只要在流体面板的幂律模型中输入系数C_0和C_1就可以了。如果C_0或C_1为非零值，解算器会忽略面板中除了多孔介质幂律模型之外的所有输入。
定义热传导 如果你选择在多孔介质中模拟热传导，你必须指定多孔介质中的材料以及多孔性。要定义多孔介质的材料，向下拉流体面板中阻力输入下面的滚动条，然后在多孔热传导的固体材料下拉列表中选中适当的固体。
然后在多孔热传导下设定多孔性。多孔性f是多孔介质中流体的体积分数（即介质的开放体积分数）。多孔性用于介质中的热传导预测，处理方法请参阅多孔介质能量方程的处理一节。它还对介质中的反应源项和体力的计算有影响。这个源项和介质中流体的体积成比例。如果你想要模拟完全开放的介质（固体介质没有影响），你应该设定多孔性为1.0。当多孔性为1.0时，介质的固体部分对于热传导和（或）热源项/反应源项没有影响。注意：多孔性永远不会影响介质中的流体速度，这已经在多孔介质的动量方程一节中介绍了。不管你将多孔性设定为何值，，FLUENT所预测的速度都是介质中的表面速度。
定义源项 如果你想在多孔流动的能量方程中包括热的影响，请激活源项选项并设定非零的能量源项。FLUENT会计算多孔区域所生成的能量，该能量为能量源项值乘以组成多孔区域的单元所有体积值。你也可以定义质量、动量、湍流、组分或者其它标量的源项，详细内容请参阅、质量、动量、能量和其它源项的定义。
在多孔区域内压制湍流源项 如多孔介质的湍流处理中所讨论的，湍流在多孔介质中的计算和大量（bulk）流体流动是一样的。如果你使用k-e模型或者Spalart-Allmaras模型，你想要压制湍流在多孔区域的影响可以打开流体区域面板中的层流区域选项（从而使得多孔区域的湍流生成为零）。
指定旋转轴并定义区域运动 旋转轴和区域运动的输入和标准流体区域的输入是相同的，详细情况可以参阅流体区域的输入一节。
多孔介质的解策略 一般说来，在模拟多孔介质时，你可以使用标准的解算步骤以及解参数的设置。然而你会发现如果多孔区域在流动方向上压降相当大（比如：渗透性a
很低或者内部因子C_2很大）的话，解的收敛速度就会变慢。这就表明由于动量源项中出现了多孔介质的压降（方程的矩阵不再是对角占优了），收敛性问题就出现了。解决多孔介质区域收敛性差最好的补救办法就是对于通过介质的流向压降有一个很好初始预测。猜测的办法之一就是，在介质流体单元的上游或者下游补偿一个压力值，详细内容请参阅所选单元的补偿值一节。必须记住的是，当补偿压力时，你所输入的压力可以定义为解算器所使用的gauge压力（即在操作条件面板中定义的相对于操作压力的压力）。
另一个处理收敛性差的方法是临时取消多孔介质模型（在流体面板中关闭多孔区域）然后获取一个不受多孔区域影响的初始流场。取消多孔区域后，FLUENT会将多孔区域处理为流体区域并按相应的流体区域来计算。一旦获取了初始解，或者计算很容易收敛，你就可以激活多孔模型继续计算包含多孔区域的流场（对于大阻力多孔介质不推荐使用该方法）。
对于高度各向异性的多孔介质，有时会造成收敛性的麻烦。对于这些问题你可以将多孔介质的各向异性系数（1/a_ij和C_2_i,j）限制在二阶或者三阶的量级。即使在某一方向上介质的阻力为无穷大，你也不需要将它设定超过初始流动方向上的1000倍。
多孔介质的后处理 可以通过检查速度分量和压力值来确定多孔区域对于流场的影响。你可能对下列变量或函数的图形（XY图，等值线图或者矢量图）或者文档报告感兴趣：
? X,Y,Z速度（在速度类别中） ? 静压（在压力类别中） 这些变量会在后处理面板的变量选择下拉菜单制定类别中出现。 需要注意的是多孔区域的热报告不影响固体介质的属性。所报告的多孔区域内的热容、传导率以及焓是流体的属性不包括固体介质的影响。