用户自定义标量方程 (UDS Transport Equations)

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用户指导 部分

9 基本流体流动模型

9.1 用户自定义标量方程 (UDS Transport Equations)

9.1.1 介绍

ANSYS FLUENT 能够解决任意的传输方程(transport equation),同样的,用户自定义标量(UDS) 能够解决一个标量(scalar)的传输方程,如某种物质的质量分数(species mass fraction)。通常,在诸如等离子增强表面反应模型等特定燃烧情形中,可能会用到额外的标量传输方程。ANSYS FLUENT 允许你在User-Defined Scalar 的对话框里定义附加的标量传输方程。

9.1.2 UDS 理论

9.1.2.1 单相流

对任意的标量 ,ANSYS FLUENT 能够解决下述方程:

+ ( = =1,…, (Equ.9.1- 1)

上式中,Γ 和 分别代表用户所定义的N个标量方程中某一个标量方程的扩散系数和源项。

注意到Γ 应该被定义为一个各向异性的张量系数,所以扩散项的表达式应为 (Γ )。如果扩散是各向同性的,则扩散系数Γ 能够写成Γ 的形式,其中, 是Γ 的特征矩阵。

对于稳态问题(steady-state),依据对对流项(convective flux)的不同处理方式,ANSYS FLUENT 会解决下述三个标量方程中的一种。

情形1,不考虑对流项。ANSYS FLUENT 将会解决下述方程:

( = =1,…, (Equ.9.1- 2)

情形2,依据质量流率来计算对流项。ANSYS FLUENT 将会解决下述方程:

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(

= =1,…, (Equ.9.1- 3)

情形3,使用用户自定义函数(user-defined function)功能自定义对流项的计算方式。在这种情形下,用户自定义的质量通量可表述为如下形式:

=∫ (Equ.9.1- 4)

是过流断面的面积矢量。 上式中,

9.1.2.2 多相流

对于多相流动,ANSYS FLUENT 能够解决如下两类标量的传输方程,即独立相( )和混合物( ),对于多相流中某一相( - )内的任意标量

组分 ,标记为 ,ANSYS FLUENT 可以在 - 相中来计算如下方程:

+ ( )= =1,…, (Equ.9.1- 5)

上式中, , 和 物理密度和流速。Γ 和 分别为 - 的体积分数,

是需要用户去确定的扩散系数和源项。在这种情况下,标量 仅与 - 这一

相有关,而 - 相可以被认为是一个独立的区域。

- 相的质量通量可以被定义为:

=∫ (Equ.9.1- 6)

如果由标量 所定义的输送变量存在于两个不同的相之间,或者同事存在

于诸多相中,那么,这个标量就应该考虑到与混合相之间的关系了。

9.1.3 在ANSYS FLUENT 中建立UDS 方程

ANSYS FLUENT 允许用户在你的模型中定义最多50个UDS 输运方程。一般标量的输送方程包括4个可用户定义的项,即瞬态项(transient)、对流项(flux)、扩散项(diffusivity)和源项(source),如 Figure 9.1-1所示Theory Guide 中的方程

1.3-1。通过设定这四项中的相应参数,你就可以定义一个UDS输运方程。

Figure 9.1- 1 一般的UDS 输运方程

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用户可以在一个流体或固体单元内通过修正Figure 9.1-1中的 值来设定变量的边界条件。此外,用户也可以在所有的壁面(wall)、进口(inflow)、出口(outflow) 对每一个标量进行边界条件的设定。

在建立UDS输运方程的过程中需要明确的是:用户所要建立的标量方程必须同其相状态保持一致,也就是说,对于单相的UDS输运方程,用户只能在单项区域上进行运算。相反,多相的标量输运方程只能在多相区域上进行运算。如果用户使用UDF功能对标量方程中的瞬态项、对流项和源项进行了定义,也要特别注意他们所能进行运算的区域。

9.1.3.1 单相流

1.在User-Defined Scalars 对话框里确定用户所需要UDS方程的数量,如下图 Figure 9.1-2。

依据模型实际情况,用户所能定义用户自定义标量的最大数目是50个, ANSYS FLUENT 从0开始为标量方程进行编号。

ANSYS FLUENT 对每一个标量方程的默认名称是 User Scalar 0、User Scalar 1 等,这些名称将会出现在 ANSYS FLUENT 的相关对话框中,用户可以通过UDF自定义的方式来改变这些默认名称。

Figure 9.1- 2 用户自定义标量对话框

2.用户可以勾选 Inlet Diffusion 选项,以保证在UDS 输运方程中的所有进口和出口边界都包含扩散项。

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3.在设定标量输运方程第一个参数以前,请确保 UDS Index 的值为0。 (a) 运算区域Solution Zones可以选择全部流体区域(all fluid zones)、全部固体区域(all solid zones)、全部区域(all zones)或选定区域(selected zones)。

(b) 确定通量函数(Flux Function)为无(none)、质量流率(mass flow rate)、或者用户自定义(UDF)。该函数可以确定ANSYS FLUENT 为用户自定义标量输运方程中对流项提供的的计算方式。其中,无(none)、质量流率(mass flow rate)、或者用户自定义(UDF)分别对应方程 (Equ.9.1-2)、(Equ.9.1-3)、(Equ.9.1-4)所描述的计算方式。

(c) 非稳态函数项(Unsteady Function)。如果用户自定义标量输运方程中定义的标量随时间发生变化,则要定义非稳态函数选项。非稳态函数项可以选为无(none),即在UDS方程中进行无瞬态项的稳态运算;默认(default),即对方程 (Equ.9.1-1) 进行运算;或者进行用户自定义(UDF)。

(d) 可以增加UDS Index的值,并重复上述(a)、(b)、(c)所述的定义过程。使用户模型中拟应用的所有标量方程都被定义。

(e) 当所有标量方程都被定义完毕后,点击OK 进行确认操作。

4.如果用户希望对N个UDS方程中的源项(source term(s)进行定义,可以在流体或固体面板中 (Figure 9.1-3) 选中源项定义复选框(source terms),并依据源项面板中的提示进行源项相关参数的设定。

Figure 9.1- 3 为UDS方程源项进行设置的流体对话面板

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(a) 点击标量名称(如User Scalar 0)旁边的Edit…,打开User Scalar 0源项对话框 (Figure 9.1-4),为你要定义标量方程源项的数目进行设定。

Figure 9.1- 4 标量源项对话框

(b) 通过变化Number of User Scalar 0 Sources的值来确定用户标量方程Scalar 0中源项的个数。每一个源项都可以选择无(none)、常数(constant)、或者进行用户自定义(UDF),定义结束后单击OK离开标量源项对话框。

5.展开定义材料面板,在下拉列表中选择默认的defined-per-uds或者user-defined来对uds中标量的扩散性进行定义,见图 Figure 9.1-5。

Figure 9.1- 5 为UDS方程扩散属性进行设置的材料对话面板

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6.用户可以为自定义标量在壁面(wall)、控制体进出口(inflow、outflow)等边界处设定具体的数值或者通量值 (Figure 9.1- …… 此处隐藏：2505字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……