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1、分量来定义。 6. 定义辐射参数 FLUENT6.1全攻略 图8-26 Solid（固体）面板 如果使用DO模型计算辐射过程，可以在Participates in Radiation（是否参与辐射）选 项中确定固体区域是否参与辐射过程。 8.19 多孔介质条件 很多问题中包含多孔介质的计算，比如流场中包括过滤纸、分流器、多孔板和管道集 阵等边界时就需要使用多孔介质条件。在计算中可以定义某个区域或边界为多孔介质，并 通过参数输入定义通过多孔介质后流体的压力降。在热平衡假设下，也可以确定多孔介质 的热交换过程。 在薄的多孔介质面上可以用一维假设“多孔跳跃（porous jump）”定义速度和压强的
2、降 落特征。多孔跳跃模型用于面区域，而不是单元区域，在计算中应该尽量使用这个模型， 因为这个模型可以增强计算的稳定性和收敛性。 9 FLUENT6.1全攻略 8.19.1 多孔介质模型的假设和限制条件 多孔介质模型采用经验公式定义多孔介质上的流动阻力。从本质上说，多孔介质模型 就是在动量方程中增加了一个代表动量消耗的源项。因此，多孔介质模型需要满足下面的 限制条件： （1）因为多孔介质的体积在模型中没有体现，在缺省情况下，FLUENT在多孔介质内 部使用基于体积流量的名义速度来保证速度矢量在通过多孔介质时的连续性。如果希望更 精确地进行计算，也可以让FLUENT在多孔介质内部使用真实速度，详情
3、见8.19.7节。 （2）多孔介质对湍流的影响仅仅是近似。 （3）在移动坐标系中使用多孔介质模型时，应该使用相对坐标系，而不是绝对坐标系， 以保证获得正确的源项解。 8.19.2 多孔介质的动量方程 在动量方程中增加一个动量源项可以模拟多孔介质的作用。源项由两部分组成：一个 粘性损失项，即方程（8-45）右端第一项；和一个惯性损失项，即方程（8-45）右端第二 项。 = + = 3 3 1 SiDij vjC v v （8-45） ijmagj 12 j j 1 1 式中Si是第i个（x、y或z方向）动量方程中的源项，D和C是给定矩阵。负的源项 又被称为“汇”，动量汇对多孔介质单元动量梯度的贡
4、献，在单元上产生一个正比于流体速 度（或速度平方）的压力降。 在简单、均匀的多孔介质上，还可以使用下面的数学模型： = + 1 2 （8-46） Si vi C vmagvi 2 式中 代表多孔介质的渗透性，C2是惯性阻力因子，将D和C分别定义为由1/和 C2为对角单元的对角矩阵。 = 1 = 1 CC Si C vC vv 1 （8-47） 式中C0和 C1为用户自定义的经验常数。其中压力降是各向同性的，C0的单位为国际 FLUENT中还可以用速度的指数律作为源项的模型，即： () 00 i 10 单位制。 1. 多孔介质的Darcy定律 FLUENT6.1全攻略 在流过多孔介质的层流中，压
5、力降正比于速度，常数C2可以设为零。忽略对流加速和 扩散项，多孔介质就简化为Darcy定律： pvG = （8-48） 3 = px v n jx j 1 xj FLUENT在x、y、z三个坐标方向计算出的压力降为： = 3 = = jy j 1 yj py v n 3 = = jz j 1 zj pz v n （8-49） 式中的1/ij 就是方程（8-45）中的D，vj是 x、y、z三个坐标方向的速度分量，nx、 ny、 nz是多孔介质在 x、y、z 三个坐标方向的真实厚度。如果计算中使用的厚度值不 等于真实厚度值，则需要对1/ij 做出调整。 2. 多孔中的惯性损失 在流速很高时，方程（
6、8-45）中的常数C2可以对惯性损失做出修正。C2可以被看作 流动方向上单位长度的损失系数，这样一来就可以将压力降定义为动压头的函数。 如果计算的是多孔板或管道阵列，在一些情况下可以略去渗透项，而只保留惯性损失 = 3 1 1 pC ij vjvmag （8-50） 或者写成分量形式： 2 2 j 项，并产生下面简化形式的多孔介质方程： j = 11 FLUENT6.1全攻略 3 1 = pxC xj nx vjvmag = 22 22 j 1 3 1 pyC yj ny vjvmag （8-51） = 22 j 1 1 3 1 22 pzC zj nz vjvmag 22 j 1 再次说明，
7、上式中的厚度即模型中定义的厚度。 8.19.3 多孔介质能量方程的处理 多孔介质对能量方程的影响体现在对对流项和时间导数项的修正上。在多孔介质对对 流项的计算中采用了有效对流函数，在时间导数项中则计入了固体区域对多孔介质的热惯 性效应： GG t+ 1 + + = + f E fs Esvf E f pkeff ThiJivS f ()( ()()h i （8-52） 式中Ef 为流体总能，Es为固体介质总能， 为介质的多孔性，keff 介质的有效热导 率，Shf 流体焓的源项。 FLUENT中使用的有效导热率keff 是流体导热率和固体导热率的体积平均值： keff = kf + (1)ks
8、 （8-53） 式中 为介质的多孔率，kf 为流体的热导率，ks为固体的热导率。kf 和 ks可以用自 定义的函数计算。各向异性的热导率也可以用自定义函数定义。 8.19.4 多孔介质模型对湍流的处理 在缺省情况下，FLUENT 在多孔介质计算中通过求解标准守恒型方程计算湍流变量。 在计算过程中，通常假设固体介质对湍流的生成和耗散没有影响。在多孔介质的渗透率很 大，因而介质的几何尺度对湍流涡结构没有影响时，这个假设是合理的。在另外一些情况 12 FLUENT6.1全攻略 中，可能不需要考虑流动中的湍流，即假定流动为层流。 如果计算中使用的湍流模型是k 、k 或 Spalart-Allmaras
9、 模型中的一种，则可 以通过将湍流粘度t设为零的方式忽略湍流的影响。如果湍流粘度t被设置为零，则在 计算过程中仍然会将湍流变量输运到介质的另一面，但是湍流对动量输运过程的影响则完 全被消除。在Fluid（流体）面板中将多孔介质区设为Laminar Zone（层流区）选项就可以 将湍流粘度t设为零。 8.19.5多孔介质对瞬态标量方程的影响 对于多孔介质的瞬态计算，多孔介质对时间导数项的影响体现在对所有变量的输运方 程和连续性方程求解中。在考虑多孔介质的影响时，时间导数项变为() t ，式中为 任意流动变量， 为多孔率。在瞬态流动计算中，多孔介质的影响是被自动加入计算过程 的，其多孔率在缺省设置
10、中等于1。 8.19.6 多孔介质计算中用户的输入参数 多孔介质计算中需要输入的项目如下： （1）定义多孔介质区域。 （2）定义多孔介质速度函数形式。 （3）定义流过多孔介质区的流体属性。 （4）设定多孔区的化学反应。 （5）设定粘性阻力系数。 （6）设定多孔介质的多孔率。 （7）在计算热交换的过程中选择多孔介质的材料。 （8）设定多孔介质固体部分的体热生成率。 （9）设定流动区域上的任意固定值的流动参数。 （10）需要的话，将多孔区流动设为层流，或取消湍流计算。 （11）定义旋转轴或区域的运动。 所有参数设置均在流体（Fluid）面板中完成，见图8-27。 1. 定义多孔区 选中Porous
11、 Zone（多孔介质区）选项就可以将流体区域设为多孔介质。 13 2. 定义多孔介质速度公式 FLUENT6.1全攻略 图8-27 多孔计算选项 在Solver（求解器）面板中有一个Porous Formulation（多孔公式）区可以确定在多孔 介质区域上使用名义速度或物理速度。缺省设置为名义速度。 3. 定义流过多孔介质的流体 在Material Name（材料名称）中选择所需的流体名称即可。可以用编辑功能改变流体 的参数设置。组元计算或多相流计算中的流体不在这里定义，而是在Species Model（组元 模型）面板中定义。 4. 在多孔区域上设置化学反应 在Fluid（流体）面板上选中Reaction（反应）选项，再从Reaction Mechan
