多孔介質(zhì)-fluent模擬

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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Section?7.19.2.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Section?7.19.3.通過一個(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Section?7.22.7.

2、19.1多孔介質(zhì)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]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section7.19.7?！ざ嗫捉橘|(zhì)對(duì)湍流流場(chǎng)的影響，是近似的，見7.19.4?！ぎ?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

3、度阻力方程。這將得到更精確的源項(xiàng)。相關(guān)信息見section7.19.5和7.19.6?！ぎ?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)與速度大小（速度平方）成正比的壓降。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

4、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)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,,,an

5、d是,,and方向的多孔介質(zhì)厚度.這里,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,thethicknessofthemedium(,,or)isthethic

6、knessyouhavedefinedinyourmodel.(,,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

7、體，固體區(qū)域熱傳導(dǎo)都可以通過udf自定義。非各向同性熱傳導(dǎo)同樣也可以通過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]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，可以通過設(shè)定湍流粘性率為0來消除湍流的影響。當(dāng)使用這種功能的時(shí)候，fluent將會(huì)把入口湍流輸運(yùn)通過多孔介質(zhì)，而他

8、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設(shè)定為0.選定fluidp