fluent教程 第二章,基本方程

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第二章，基本流动模拟

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Fluent用途 提供了很多数学模型用以模拟复杂几何结构下的 输运现象(如传热与化学反应)。 该软件能解决比较广泛的工程实际问题，包括处 理设备内部过程中的层流非牛顿流体流动，透平 机械和汽车发动机过程中的湍流传热过程，锅炉 炉里的粉煤燃烧过程，还有可压射流、外流气体 动力学和固体火箭中的可压反应流动等

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Fluent用途(续) 为了能模拟工业设备和过程中的流动及相关的输 运现象，FLUENT提供了许多解决工程实际问题的 选择，其中包括多孔介质流动，(风扇和热交换 器)的集总参量计算，流向周期流动与传热，有 旋流动和动坐标系下流动问题。随精确时间滑移 网格的动坐标方法可以模拟计算涡轮流动问题。 FLUENT还提供了离散相模型用以模拟喷雾过程或 者稀疏颗粒流动问题。还有些两相流模型可供大 家选用。

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Fluent的基本方程(层流) 连续方程 ( u i ) S m t xi

动量方程 p ij ( u i ) ( u i u j ) g i Fi t x j xi c j ui u j ij x j xi 2 ul 3 x ij l

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能量方程 T ( E) (ui ( E p)) (keff ) h j J j u j ( ij )eff Sh t xi xi xi j

u i2 E h 2 pFLUENT可以计算流体和(或者)固体区域之间的传热问题。如果是周期性换热 流动，则流动边界要给定周期边界条件。如果计算计算模型包括两个流动区域， 中间被固体或者墙壁隔开的换热问题，则要特别注意：1,两个流体都不能用流 出边界条件(outflow);2,两个区域的流动介质可以不同，但要分别定义流体 性质(如果计算组分，只能给一个混合组分)。流体1流体2

流体1

流体2

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Fluent求解的能量方程 能量方程 T ( E) (ui ( E p)) (keff ) h j J j u j ( ij )eff Sh t xi xi xi j

u i2 E h 2 p理想气体

h m j h j j

不可压缩气体

h m j h j j

p

m j

是组分

j

的质量分数，组分

j

的焓定义为：

h j c p , j dTTref

T

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PDF模型的能量方程 u k t H ( H ) ( u i H ) ( ) ik i S h t xi xi c p xi x k假定刘易斯数为1,方程右边第一项为组分扩散和导热项的合并项； 第二项为粘性耗散，为非守恒形式。总焓H定义为:

H m j H j j

组分

j

的总焓定义为T

H j c p , j dT h 0 (Tref , j ) jTref , j

虽然能量的标准形式里包括了压力做

功和动能项，但在采用segregated solver求解不 可压问题时候都可以忽略掉。当然，如果想不忽略它们的作用，可以在 define/models/energy中设置。对于可压缩流动问题，在用coupled solvers求解时总 是考虑压力做功和动能项。

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粘性加热项选择 粘性耗散项是考虑流体中的粘性剪切作用 产生的热量。如果用segregated solver求解， 默认设置并没有考虑。如果Brinkman U 数( Br k T , T 是系统温度差)大于1 时，粘性加热一定不能忽略。这时候一定 要设置Viscous Heating选项。对于可压缩 流动，一般Br>1,如果还用segregated solver求解，一定要考虑粘性加热。如果是 coupled solver求解，粘性加热会自动考虑。2 e

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组分扩散项 Fluent求解焓方程时，组分扩散项都已经包括。 用segregated solver求解，如果想不考虑该项， 可以在组分模型面板(Species Model Panel)中 关闭能量扩散项。 如果采用了非绝热的PDF燃烧模型，方程中并不 明确出现该项，应为导热和组分扩散项合并为一 项了。 当用coupled solver求解时，能量方程总会考虑该 项。

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化学反应源项 化学反应源项如下Tref h 0 j S h,reaction c p , j dT R j j M j Tref , j

0 其中， h j 是组分

j

的生成焓； R j 是组分

j

生成的体积率。对于非绝热PDF燃烧模型生成热定义在总焓中，所以化 学反应热不包含在源项中

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固体区域的能量方程 在固体区域，FLUENT采用的能量方程为如 下形式 T h (u i h) (k ) q t xi xi xi

方程左边第二项表示由于固体旋转或者平移运动热传 输。方程右边两相分别为固体导热和体积热源。

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固体内部导热各向异性的影响 当用segregated solver求解时，FLUENT允 许你指定材料的各向导热系数。固体导热 各向异性方程形式如下： T (k ij ) xi xi

k ij

其中，是导热系数矩阵。

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进口热扩散 进口的净能量输运包括对流和扩散两部分。指定 进口温度就可以确定对流部分，但扩散项取决于 计算出来的温度场梯度。因此我们不能给定扩散 分量或者净能量输运。但在一些问题中，我们更 希望能给定净能量输运，而不是给定进口温度。 如果用segregated solver求解时，可以在 dfine/models/energy中去掉进口能量扩散，从而 达到给定净进口能量输运。但是我们用coupled solver时，不能去掉能量扩散部分。

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计算传热过程中用户输入 如果用FLUENT计算有传热的问题时候，必须击活相关模型和提供热 边界条件，并且给出材料物性。这一系列过程如下： 击活能量面板。Define-Models-Energy (对于segregated solver)如

果模拟粘性流动过程，而且要考虑粘性加 热，击活Viscous Heating;Define-Models-Viscous Heating 定义热边界条件(包括流体进口，出口和壁面)Define-Boundary Conditions。在流动进口和出口要给定温度，但壁面可以有如下边界 条件选择：– – – – – 指定热流量 指定温度 对流换热 外部辐射 对流换热+辐射换热

定义材料热物性。Define-Materials. 比热和导热系数都要给出，并且 可以用温度函数的形式给出。

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温度限制 为了计算的稳定性，FLUENT对计算出来的温度 给了范围限制。给定温度限制，一方面是为了计 算稳定的需要，同时，真实温度也有其相应的范 围。由于给定材料物性不好，或者其它原因，计 算出的中间超过了物理应该达到的温度。 FLUENT中，给定的最高温度5000K,最小温度 1K,如果计算过程中的温度超过这个范围，那么 就在这最高温度或最低温度值处锁定。如果你觉 得这个限制不合理，你可以自己调节。Solvecontrol-limits

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传热问题求解过程 对于一些简单的传热过程FLUENT的默认设置可以成功进行模拟，但 如果要加快你的问题的收敛速度或者提高计算过程的稳定性，下面的 一些过程就比较重要了

松弛因子确定：在求解温度和焓时候，FLUENT默认设置能量方程松弛因子为1。在一些问题里， 能量场影响流动场(物性随温度变化，或者有浮力),这时候松弛因子要小些，比如在0.8到1之间。 如果流动场和温度场不是耦 …… 此处隐藏：2349字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……