第08章 fluent基本物理模型

特别说明特别说明 此资料来自百度文库（ 您目前所看到的文档是使用的抱米花百度文库下载器抱米花百度文库下载器所生成 此文档原地址来自 感谢您的支持 抱米花 h t t p :/w e n k u .b a i d u .c o m /v i e w /2b 5b 56c 59e c 3d 5b b f d 0a 7467.h t m l 基本物理模型基本物理模型基本物理模型基本物理模型 本章介了 FLUENT 所提供的基本物理模型以及相的定义和使用。 基本物理模型概述 FLUENT 提供了从不可到可、流、湍流等很大范模拟能力。在 FLUENT 中 , 输运象的学模型与所模拟的几何形的复情况是合在一起的。 FLUENT 用的例子包括流非牛流的模拟，轮机和汽车引擎的湍流，炉煤炭粉碎机的燃，可射流，空气动力外流，以及固体火箭发动机的可化学反流。 了与工业用相合， FLUENT 提供了很多有用的功能。如多孔介，块参（风扇和交），周期性流动和，流，以及移动坐系模型。移动参考系模型可以模拟一或者多个参考系。 FLUENT 提供了间精度滑动网格方法以及算间平均流动流的混合平面模型，滑动网格方法在模拟轮机多重程中很有用。 FLUENT 中另一个很有用的模型是离散相模型，个模型何以用于分析和粒子流。，多流模型可以用于射流的破散以及大塌陷之后流体的运动，气穴象，沉淀和分离。 湍流模型是 FLUENT 中很重要的一部分，湍流会影响到其它的物理象如浮力和可性。湍流模型提供了很大的用范，而不需要特定的用做出适的，而且它涵括了其它物理象的影响，如浮力和可性。通使用展壁面函和域模型，它可以近壁面的精度有很好的考。 各种模式可以被模拟，其中包括具有或不具有其它复性如变化的，多孔介的自然的、受迫的以及混合的流。模拟相介的射模型及子模型的设定通常可以燃的复性考。 FLUENT 一个最强大的功能就是它可以通耗散模型或者和概率密度函模型模拟燃象。于燃用十分有用的其它模型也可以在 FLUENT 中使用，其中包括碳和液滴的燃以及污染形成模型。 性和动量方程性和动量方程性和动量方程性和动量方程 于所有的流动， FLUENT 都是解量和动量守恒方程。于包括或可性的流动，需要解能量守恒的附加方程。于包括分混合和反的流动，需要解分守恒方程或者使用 PDF 模型解混合分的守恒方程以及其方差。流动是湍流，要解附加的输运方程。 本所介的是流流动的守恒方程（在性（无加速度）的坐系中）。后面几会、湍流模拟以及分输运的守恒方程。于旋坐系中的方程在移动域的流动中介。 拉方程用于解决无粘流动，在无粘流动一中介 量守恒方程 量守恒方程又性方程： () m i i Su x t = + 方程是量守恒方程的一般形式，它适用于可流动和不可流动。源 S_m 是从分散的二相中加入到相的量（比方由于液滴的蒸发），源也可以是任何的自定义源。 二的性方程： ()() m S r v v x u x t = + 具体各个变量的意义可以参相的流体力学籍，其中有具体而地介。 动量守恒方程 在性（非加速）坐系中 i 方向上的动量守恒方程 8 ： () () i i j i j i j i j i Fg x x p u u x u t + +=+ 其中 p 是， t _i j 是下面会介的力量， r g _i 和 F_i 分 i 方向上的重力体力和外部体力（如离散相相互作用生的升力）。 F_i 包含了其它的模型相源，如多孔介和自定义源。 力量由下式出： i j l l i j j i i j x u x u x u += 32 上式的物理意义可以参流体力学教科，其中会得很清楚。 于二几何外形，向和向的动量守恒方程分： ()()()() x Fx v r u r r r v x u r x r x p v u r r r u u r x r u t + + +=+ 21322111 v 以及 ()()()() () r F r w v rr v v x v r r r r u x v r x r r p v v r r r u v r x r v t + +=+ 22 3 223221111 v v 其中： r v r v x u v + = v w 是漩速度（具体可以参模拟流中漩和旋流动的信息） FLUENT 允在你模型的流体和 / 或固体域包含。本中所介的物理模型和相输入可以处理从流体混合到复合固体的等。自然流会在浮力动流动一介，自然流与射模型在射模拟一介 FLUENT 可以周期性几何外形的，如密集的交器，它只需要考个的周期性模块行分析。于样流动的处理，需要使用周期性边界条件，具体可以参周期性流动和一。 在两个分离的流动域解决 如果所模拟的流动包括了两个流体域，其中被固体域或者壁面分离，如下所示，你需要更心的定义。主要需要指定： 两个流体域都不可以使用量出口边界条件 每一个流体域可以不同的流体材料。（然而于分算，你只能在整个域唯一一种混合材料） Fi g u r e 1: 典型的逆流交，在两个流体域包括了 理 能量方程 FLUENT 所解的能量方程的形式 ()()() () h e f f i j j j j j i e f f i i i Su Jh x Tk x p Eu x Et + +=+ 其中 k _e f f 是有效系（ k + k _t , 其中 k _t 是湍流系，根据所使用的湍流模型定义）， J_j 是分 j 的散流量。上面方程右手边的前三分描述了、分散和粘性耗散的能量输运。 S_h 包括了化学反以及其它用户定义的体源。 在上面的方程中： 2 2 i u p h E += 其中，理想气体的焓定义： = j j j h m h 于可流： p h m h j j j += 在方程 5 和 7 中， m _j 是分 j 的量分，而且 = TTj p j r e f d Tc h , 其中 T_r e f298.15 K. PDF 模型的能量方程 激活非 PDF 燃模型， FLUENT 解总焓形式的能量方程： ()() h i i i k i p i i i i Sx u x Hc k x Hu x Ht + =+ 假定 Le w i s 1 ，右手边第一表示和分散。非守恒形式的粘性散的献由第二描述。总焓 H 定义： = j j j Hm H 其中 m _j 分 j 的量分，而且 () += Tj Tj r e f j j p j r e f Th d Tc H ,0, () 0, j r e f j h T 是在参考温度 T_r e f ,j 下分 j 的生成焓 包括力作用和动能 能量方程中的方程 1 包含了不可流动中常常忽略的力作用和动能。因此，在默的情况下，分离解算器在解不可流动不考力作用和动能。如果你希望考些作用，可以使用 d e f i n e /m o d e l s /e n e r g y ? 文本命令所需的激活。 模拟可流或者使用耦合解算器，力作用和动能总是考的。 包括粘性耗散 能量方程中的方程 1 和 PDF 模型的能量方程中的方程 1 包括了粘性耗散，所描述的是粘性剪切所生的能。使用分离解算器， FLUENT 默的能量方程不包括它（因粘性可以忽略）。 Br i n k m a n Br 接近或者大于一，粘性会很重要。其中： T k UBr e = 2 D T 系统温度的差分。 你需要考粘性耗散并且使用分离解算器，你需要在粘性模型面板激活粘性。于可流动一般有 Br 1 。但是需要注意的是，使用分离解算器，如果你定义了可流动模型， FLUENT 并不自动激活粘性耗散。 使用耦合解算器，所解的能量方程总会包含粘性耗散。 包括分散 能量方程一中的方程 1 和 PDF 模型的能量方程一中的方程 1 包括了由于分散而致的焓的输运的影响。使用分离解算器，在默情况下， j j j i Jh x 会包含在能量方程一的方程 1 中。如果你不想包括它，你可以在分模型面板中散能量源的。 使用非 PDF 燃模型，并不是式的出在能量方程中，因于 PDF 模型的能量方程一中的方程 1 ，方程右手边的第一已经包含了它。 使用耦合解算器，总是包含在能量方程中。 由于化学反生的能量源 能量方程一中的方程 1 的能量源 S_h 包括了由于化学反而生的能量源： += j j Tj Tj p j j r e a c t i o n h Rd Tc Mh S r e f r e f ,0, 其中 h o _j 是分 j 的生成焓， R_j 是分 j 的体生成速度。 非 PDF 燃模型的能量方程中，焓的定义已经包括了能量的生成（见 PDF 模型的能量方程一中的方程 5 ，所以能量的反源不包括在 S_h 中。 . 由于射生的能量源 使用某一射模型，能量方程一中的方程 1 和 PDF 模型的能量方程一中的方程 1 的 S_h 也包括了射源。情参射模型一。 相间的能量源 需要注意的是，能量源 S_h 包括和离散相之间的。在后面的离散与相耦合一会。 壁面处的边界条件 壁面处边界条件在准壁面函一中。 固体域的能量方程 FLUENT 所用的固体域的能量输运方程的形式： ()() q x Tk x h u x h t i i i i + =+ & 其中 r = 密度 h = 焓（ i n t e g r a l _T_r e f T c _p d T ） k = 系 T = 温度 q (d o t ) = 体源 方程 1 左手边的第二体了由于固体的平移和旋而致的能量流。速度 u _i 由指定固体域的运动算出（见固体条件一）。方程 1 右手边的分是固体部流量和体源的流量。 固体的各向异性 使用分离解算器， FLUENT 允你制定固体材料的各向异性系。固体的各向异性形式： i i j i x Tk x 其中 k _i j 是系矩。于固体材料的各向异性系的制定可以参固体的各向异性系一。 入口处的散 入口处能量的输入既包括流部分也包括散部分。流部分由你所指定的入口温度确定。散部分依于算出温度的梯度。因此散部分（相的入口输运）不是提前指定的。 在某些情况下，你可能希望指定入口处的能量输运而不是入口温度。如果你使用分离解算器，你可以通取消入口能量散实一目。在默的情况下， FLUENT 在入口处会考能量的散流量。要入口散，可以使用文本命令： d e f i n e /m o d e l s /e n e r g y ? 。 如果你使用耦合解算器，入口散无法。 所需的用户输入 FLUENT 模型包含了，你需要激活相的模型，提供边界条件，并输入控制和 / 或随温度变化的材料属性。本会介些输入。 下面会介的设定步。（注意：本步只包括模型设定的必步，你要设定其它的模型，边界条件等。） 1. 要激活的算，在能量面板中打激活能量方程。菜： De f i n e /Mo d e l s ?En e r g y . 。 Fi g u r e 1: 能量面板 2. ( 可，只用于分离解算器 ) 如果你模拟粘性流动，而且希望在能量方程中包括粘性，在粘性模型面板中打粘性。如包含粘性耗散一中所述，使用分离解算器， FLUENT 在默的情况下会忽略能量方程中的粘性（如果使用耦合解散器，会一直包含粘性。流体中的剪切力大（如：滑）和 / 或速度高、可流动，就激活粘性耗散（见包含粘性耗散一中的方程 1 ）。菜 De f i n e /Mo d e l s /Vi s c o u s . 3. 在流动入口、出口和壁面处定义边界条件。菜： De f i n e /Bo u n d a r y Co n d i t i o n s . 。 在流动的出入口你需要设定温度，在壁面处你可能需要设定下面的某一条件： 指定流量 指定温度 流 外部射 外部射和外部流的合 定义壁面处边界条件一地介了控制边界条件的模型输入。入口处默的边界条件指定的温度 300 K ；壁面处默的条件零流量（）。于边界条件的输入参边界条件一章。 4. 定义适合于的材料属性。菜： De f i n e /Ma t e r i a l s . 如物理属性一所述，必定义容和系，而且你可以指定很多属性温度的函。 温度的上下限 出于定性考， FLUENT 包括了温度范的限制。设定温度上下限的目的是了提高算的定性，从物理意义上，温度处于已知极限的范之。有候方程中间解会致温度超出些极限，此就无法很好的定义属性。温度极限保你的的温度在期待的范之。如果算的温度超出最大极限，那么所存的温度就会固定在最大值处。默的温度上限是 5000 K 。如果算的温度低于最小极限，那么存的温度就会固定在最小值处。默的温度下限是 1 K 。 如果你所期的温度超 5000 K ，你使用解限制面板增加最大温度。菜： So l v e /Co n t r o l s /Li m i t s . 。 的解程 然使用 Fl u e n t 默的解参可以成功的解决很多的，你是可以使用本所提供的指方加速收速度和解的定性。 能量方程的亚松 使用分离解算器， FLUENT 可以使用你在解控制面板所定义的亚松参处理亚松能量方程，具体可以参设定松弛因子一所介的容。菜： So l v e /Co n t r o l s /So l u t i o n . 。 如果使用非 PDF 模型，你需要像通常一样设定能量亚松弛因子，但是你也可以设定温度的亚松弛因子，其用法和解焓方程温度的亚松一所介的一样。 FLUENT 不会管所解能量方程是温度是焓形式，它都会设定默的亚松弛因子 1.0 。在能量影响流体流动（通温度相属性或者焓）的中，你是用小的亚松弛因子，一般在 0.8 到 1.0 之间。流和温度解耦（有温度相属性或者浮力），你可以保留松弛因子的默值 1.0 。 解焓方程温度的亚松 解焓形式的能量方程（即你使用非 PDF 燃模型）， FLUENT 也温度行亚松，也就是，只是用焓（亚松）变化的温度变化的某一分更新温度。你希望焓变化快，二的亚松很有用，只是温度响比之后，相的温度流的影响也会后。 FLUENT 于温度的亚松默设定 1.0 ，此设定使用解控制面板实。 屏蔽分散 如果使用分离解算器解决分输运，而且遇到了收困，你考在分模型面板中散能量源。菜： De f i n e /Mo d e l s /Sp e c i e s . 。 改， FLUENT 会忽略能量方程的分散影响。注意：使用耦合解算器分散影响总会被考到的。 步解 最有效的策略是先算等温流动然后加入能量方程的算。步稍有不同，主要取决于流动和是否耦合。 如果流动和是解耦的（有温度相属性或浮力），你可以首先解等温流动（能量方程）生收的流解，然后解能量输运方程。 注意：因耦合解算器总是一起解流动和能量方程，所以解能量方程只用于分离解算器。 你可以在解控制面板中的方程列表中取消能量流动方程或者能量方程（参步解一）。菜： So l v e /Co n t r o l s /So l u t i o n . 。 如果流动和是耦合的（也就是模型中包括温度相属性或浮力），你可以在打能量方程之前首先解流动方程。一旦你有了收的流解，你就可以打能量然后同解流动和能量方程完成的模拟。 的告 FLUENT 模拟提供了附加的告。你可以生成形或者告下面的变量 或函： 温 总温 焓 相总温 壁面温度（部表面） 壁面温度（外部表面） 总焓 总焓差 熵 总能量 能 表面流量 表面系 表面努塞尔（ Nu s s e l t ） 表面斯坦（ St a n t o n ） 上面所示的前 11 个变量包含在后处理面板中的变量下拉列表的温度类中，剩下的变量在壁面流量类中。于它的定义可以参流函定义一。 在告和示中焓与能量的定义 焓与能量告值的定义是不同的，它取决于流动可与否。完全的定义参流变量及其定义的列表。 告通边界的 你可以使用流量告面板算通每一个边界的或者通所有边界的流量加起查平衡。菜： Re p o r t /Fl u x e s . 。 推荐查平衡以确你的解是收的。于流量告的生成参通边界的流量一。 告通表面的 你可以使用曲面分面板（在曲面分一介）算通任何边界的或者算通曲面的，个曲面可以在示和告曲面据一中介的方法建。菜： Re p o r t /Su r f a c e In t e g r a l s . 。 要告焓的流速 = Ad VHQ v v 在曲面分面板流动速度，焓（在温度类中）作流变量，然后需要分的一个或多个曲面。 告平均系 曲面分面板可以告在曲面上的平均系 h ，菜： Re p o r t /Su r f a c e In t e g r a l s . 。 在曲面分面板中平均，曲面系（在壁面流量类中）作流变量然后点相的曲面。 浮力动流动和自然流浮力动流动和自然流浮力动流动和自然流浮力动流动和自然流 加流体，而且流体密度随温度变化是，流体会由于重力原因的而致密度的变化。种流动象被自然流（或者混合流）， Fl u e n t 可以模拟种流动。 理 可以用 Gr a s h o fRe y n o l d s 雷的比值度量浮力在混合流中的作用： 22 Re v g h Gr = 个接近或者超一，你考浮力于流动的献。反之，你就可以忽略浮力的影响。在粹的自然流中，浮力流动由瑞利（ Ra y l e i g h ）度量： 3 TLg Ra = 其中膨系： T = 1 散系： p c k =Ra y l e i g h 小于 108 表明浮力流流动，瑞利在 108 到 1010 之间就始渡到湍流了。 Bo u s s i n e s q 模型 于很多自然流流动，你可以用 Bo u s s i n e s q 模型得到更好的收速度，它要比设定密度温度的函解决收得快。除了动量方程的浮力之外，模型在所有解决的方程中密度看成常。动量方程： ()() g TTg 000 其中 r _0 是流动的常密度， T_0 是操作温度， b 是散系。上面的方程是通 Bo u s s i n e s q 近似等于 r _0 (1 - b D T) 消除浮力中的 r 得到的。只要真实密度变化很小，近似是很精确的 . 使用 Bo u s s i n e s q 模型的机 在封域使用 Bo u s s i n e s q 模型算间相自然流是很必要的。假如温度变化很小，模型也可以用于定常。 Bo u s s i n e s q 模型不能用于分，燃和反流动的算。 浮力动流动的用户输入 在混合或自然流中，你必提供下面的输入考浮力： 1. 在能量面板中打能量方程。菜： De f i n e /Mo d e l s /En e r g y . 。 2. 在操作条件面板（下）中打重力，并在每一个方向上输入相的重力加速度值。菜： De f i n e /Op e r a t i n g Co n d i t i o n s Fi g u r e 1: 操作条件面板 注意， FLUENT 中默的重力加速度零 3. 如果使用不可理想气体定律，要在操作条件面板中查操作力的值（非零值）。 4. 下面的取决于你是否使用 Bo u s s i n e s q 近似： 如果不使用 Bo u s s i n e s q 模型，输入如下： 1. 必要的在操作条件面板中激活操作密度，然后指定操作密度，设置可以参定义操作密度一。 2. 定义流体密度温度的函，具体可以参使用温度相函和密度定义属性一。菜： De f i n e /Ma t e r i a l s . 。 如果使用 Bo u s s i n e s q 模型，输入如下： 1. 在操作条件面板中指定操作温度（ Bo u s s i n e s q 模型一中方程 1 的 T_0 ） 2. Bo u s s i n e s 方法算在使用材料面板中的密度（具体可以参使用温度相函和密度定义属性一）。 3. 是在材料面板中，设定散系并指定常密度。 注意：如果模型包括多种材料，于每一个材料你都可以是否使用 Bo u s s i n e s q 模型。因此你可以某些材料使用 Bo u s s i n e s q 模型其它的可以不使用。于每一个材料的设定步都和上面所介的一样。 5. 在力入口和出口边界处的你所输入的边界力是重新定义的力，力由操作密度的定义一中的方程 3 出。一般，如果有外部强加的力梯度， FLUENT 模型在入口和出口边界处的力 p 是相等的。菜： De f i n e /Bo u n d a r y Co n d i t i o n s . 。 6. 在解控制面板中，加的体力或者二方法作力的离散方法。菜： So l v e /Co n t r o l s /So l u t i o n . 。 你需要在近壁面增加元以解决边界。 如果你使用四边形或六面体网格并使用分离解算器，推荐 PRESTO! 作力的离散方法。也可以参算设定所需的用户输入。 操作密度的定义 不使用 Bo u s s i n e s q 近似，操作密度 r _0 在动量方程中出在体力一中： () g 0 种形式的体力遵从 FLUE T 中力的重定义： s s p g x p += 0 样，止流体可以保平衡 g x p s = 变成： () g x p s 0 = 因此，在所有的浮力动流动中，参考密度的定义都是很重要的。 在默的情况下， FLUENT 会通所有元取平均算操作密度。在某些算例中如果你明确指定操作密度而不是解算器算密度，你可能会得到更好的果。比方，如果你用力边界条件解自然流，知道你所指定的力是方程中的 p _s 是很重要的。即使你知道真实力 p _s ，你是需要知道操作密度 r _0 ，以便于从 p _s 确定 p _s 。因此，你明确定义操作密度而不使用算的平均值。但无如何你所指定的密度都是平均值的描述。 在某些情况下，指定操作密度会提高解的收性而不会改善实际的果。于种情况，使用近似 b u l k 密度值作操作密度，并保你所的值于域的特征温度是合适的。 注意：如果你使用 Bo u s s i n e s q 近似，就不会使用操作密度了，所以你也不必指定它。 浮力动流动的解策略 于高瑞利流动，你需要考下面的解决方。除此之外，在解决其它的处理程中所介的指原也可以用于浮力动流动。但是，需要注意的是于高瑞利的某些流流动是有定常解存在的。 解决高瑞利（ Ra y l e i g h ）流动的方 于高瑞利流动 (Ra 108) ，了得到最好的果你遵循下面所介的某一处理程序： 第一个程序使用定常方法： 1. 始解决使用低的瑞利（如： 107 ），然后使用一格式运行直到收。 2. 改变有效瑞利，改变重力加速度的值（如：从改使瑞利减少两个量） 3. 使用上面的果作高瑞利流动的初始猜，然后用一格式始高瑞利流动的算。 4. 用一格式得解之后，你可以采用高格式算。 第二个程序使用间相方法取定常解 62 ： 1. 使用相同或低瑞利得到的定常解始算。 2. 估间常 14 ： () TLg LRa LUL = 212 Pr 其中 L 和 U 分是长度和速度。使用间步长 D t ： 4 = t 如果使用更大的间步长 D t 可能会致发散。 m p 3. 率 f t = 0.05-0.09 的振动衰减之后，就达到了定常。注意， t 是方程中估的间常，是位的振动率。一般，要达到定常一般要行个间步。 注意：除非使用 Bo u s s i n e s q 近似，否非定常方法不能用于封域。它总是用于具有入口和出口的域。 浮力动流动的后处理 浮力动流动的后处理告和其它算的告一样。情参的告一 周期性流动和周期性流动和周期性流动和周期性流动和 周期流是指流动和的解具有周期性重复的特点。周期性流动分两种：一种是在周期性平面有降的周期流；第二种是流向周期流。本解流向周期流以及周期性， 于有降的周期流参周期性边界条件一。 引言 FLUENT 提供流向周期流的算。种流动具有广泛的用，如交管道以及通水箱的管流。在些流动模式中，几何外形沿流动方向上具有重复性的特点，从而致了周期性完全发展的流动。些周期性条件在足够的入口长度后就会形成，具体与雷和几何外形有。 流向周期流会在足够长度 L 之后形成，在流向的每一个重复流动模式之间会有一个一定的降。下就是一例。 Fi g u r e 1: 二交几何外形的周期性流动例子 交的几何外形 壁面是常温或者流一定会生周期性条件。在一中，温度是周期性发展的。至于周期性流动，分析类可以值模型限制一模块或者周期性章度。 使用流向周期性流动和的限制 ： 流动必不可 几何外形必是平移性的周期 用耦合解你只能指定力跳跃，分离解可以指定力跳跃或者流速。 在流动入口和出口有量的增加，外部源或者离散相源 只能模拟出入口所包括的分（有量的增加），不允有反流 不允离散相和多流模型 周期性的特殊限制： 必使用分离解 边界条件必指定流或者壁面温度常。而且在特定的上些边界类型不能合在一起：于常温算例，所有壁面温度必是相同的，在壁面流量中，不同的流必分不同的壁面。 在有固体的域不可以跨周期性平面 动力学和流体的输运性（比容，系，粘性系，密度）不能是温度的函，因此不可以模拟化学反流。然而输运性可能会以周期性的方式变化，就允 你模拟周期性湍流，在种周期性湍流流动中，输运性（有效系，有效粘性系）随着湍流流变化。 周期流模拟程序概述 考流向周期性流动和的典型算分两个部分。第一是不考温度的速度算，然后固定速度算温度。步如下： 2. 设定流向周期性边界条件网格 3. 输入力学常和输运常 4. 通周期性边界条件指定周期性力梯度以及量流速 5. 算周期性流，算动量方程、性方程以及湍流方程（可） 6. 指定壁面边界条件：温度或流 7. 定义入口温度 8. 解能量方程周期性温度 下面介 流向周期性流动 理 于位置矢量，周期性假定有如下形式 () ()() L v v v vv =+=+= Lr u Lr u r u 2 () ()() L v v v vv =+=+= Lr v Lr v r v 2 () ()() L v v v vv =+=+= Lr w Lr w r w 2 其中 L 是所考域的周期长度矢量 在方程 1 中力不是周期性的。取而代之的是，模块之间的降是周期性的： () ()()() L v v v v v vv =+=+= Lr p Lr p Lr p r p p 2 如果使用某一耦合解算器， D p 被指定常值。于分离解算器，域每一位置的力梯度可以分解两个部分：周期性部分的梯度 ?p (r ) ，以及性变化部分的梯度 b (L/| L| ) ： ()() r p LLr p v v v v v += 周期性力 (p (r ) 减去性变化的力而得到的力。力的性变化部分 (b | r | ) 在动量方程中流体有一作用力。因 b 的值无法提前知，所以必迭代直到达到在算模型中你所定义的量流速止。 B 的修正是在 SIMPLE, SIMPLEC, 或 PISO 算法的修正步中实的，其修正是基于所需量流和实际量流之间的差值的。你可以控制子迭代的次更新 b ，具体可以参使用分离解算器算流向周期性流动所需用户输入一。 使用分离解算器算流向周期性流动的用户输入 如果使用分离解算器，了算出具有指定量流速和力的空间周期性流动，你必建具有平移性周期边界的网格，网格中的元相互平行且尺寸相等。你可以在周期性面板中指定平移性周期，具体可以参周期性边界条件一。（如果想要建周期性边界参建周期性域一）。 入网格之后，你需要在周期性条件面板 (Fi g u r e 1) 中完成下面的输入。菜： De f i n e /Pe r i o d i c Co n d i t i o n s . 。 Fi g u r e 1: 周期性条件面板 1. 指定量流速或者指定力梯度。于大多，通周期性边界的量流速是已知的，如果量流速未知，力梯度也会是已知的量。 2. 指定量流速和 / 或指定力梯度： 如果指定量流速，输入相的值。你可以输入出示力梯度的猜值，但不是必需的。需要注意的是，于流动，量流动速度是每 2p 的量流速 如果指定力梯度，输入力梯度的值。 3. 在流动方向框中分输入 X ， Y 和 Z 的值作方向矢量。此是流动就会从起始点沿着指定的方向到达指定点。流动方向必是平行于周期性平移方向或者反向。 4. 如果在第一步中量流速，输入算 b 的相的参。些参的输入可以参使用分离解算器算流向周期性流动的用户输入一。 完成上述输入之后，你就可以算周期性速度直到收了。 如果指定量流速， FLUENT 需要算力梯度 b 的适值。你不可以通指定松弛因子、迭代次或力梯度初始猜值控制力梯度的算。所有的些输入都在周期性条件面板中完成。 迭代次设定了力校正方程中校正 b 的子迭代次。因 b 的值无法先知道，所以在算模型中，你必在定义的量流速算之后才会完成 b 的迭代。 B 的校正出在 SIPLE 或者 SIMPLEC 算法的力校正步中。 b 的前值的校正是基于期量流速和实际量流速之间的差值的。此出涉及的子迭代是在力校正步中完成的，目的是了提高在解校正方程得力（和速度）校正值之前提高 b 的校正量。默的子迭代次 2 ，它可以足大多，但是可以增加它以取快速的收。松弛因子在此处是松弛因子，它控制了迭代程的收。 你可以在力梯度框中输入猜的初始力梯度提高周期性算的收速度。如果你完成了任何算，个框会示前的 b 值。要用前的值更新力梯度框，你可以点更新按。 使用耦合解算器算流向周期性流动的用户输入 如果你使用某一耦合解算器，了算具有指定力跳跃的空间周期性流，你首先要建具有平移性边界条件的网格，些网格相互平行，尺寸相等。（如果需要建周期性边界，参建周期性域一）。然后遵循如下步： 1. 在边界条件面板中打周期性面板 (Fi g u r e 1) ，平移性周期（默）。菜： De f i n e /Bo u n d a r y Co n d i t i o n s . 。 Fi g u r e 1: 周期性面板 2. 在周期性面板中设定周期性力跳跃 D p 。 完成上述输入可以始算直至收。 力梯度的值 如果指定量流速，你可以在解的程中视力梯度的值。具体方法：打视面板， p e r /p r -g r a d 作视变量。情参视一。 流向周期性流动的后处理 速度和力的果完全是周期性的。如果用耦合解算器算周期性流动，力的告是真实力 p 的告。如果使用分离解算器， FLUENT 所告的力会是方程 5 中的周期性力 p (r ) 。下示的是概述一中的几何形中的周期性力。 如果指定量流量并要 FLUENT 算力梯度，你可以在周期性条件面板中查找流向力梯度（ b ）的前值。 Fi g u r e 1: 二交几何形的周期性力 指定温度边界条件的周期性 FLUENT 可以解决两类：与常温度壁面具有交的流向周期性流动是 FLUENT 可以解决的一种周期性。另一种可以解决的是具有指定壁面流量的流动，具体可以参具有指定流量条件的周期性一。 注意：只有在使用分离解算器才可以模拟周期性。 常壁面温度条件的周期性方程 于常壁面温度，流体通周期性域，其温度接近壁面边界的温度。但是温度可以用具有周期性行衡量。于具有常壁面温度的周期性流动，温度合适的度量 119 ： () w a l l i n l e t b u l k w a l l TTTr T = , v 体温度 T_b u l k ,i n l e t 定义： = AAi n l e t b u l k Ad Vd Ad Vd TT v v v v , 其中分是整个入口周期性边界（ A ）的分。正是定的温度 q 服从通长度 L 的周期性条件。 常壁面温度周期性的用户输入 了模拟周期性，你需要参照使用分离解算器模拟流向周期流动所需用户输入一所介的方法设定你的周期性模型，同要注意概述中所提出的限制。除此之外，你需 要提供如下与模型相的信息： 1. 在能量面板中激活能量方程解。菜： De f i n e /Mo d e l s /En e r g y . 。 2. 在各自的壁面面板每一个壁面边界设定边温度 T_w a l l 。注意：所有的壁面边界必分配相同的温度，而且整个流（除了周期性边界）必由固定温度条件或者或零流量边界封不同的壁面边界。菜： De f i n e /Bo u n d a r y Co n d i t i o n s . 3. 合适的，定义固体域。假如在域的周边由固定温度条件封，你可以在域使用性固体域。你使用固定温度条件解周期性，固体域不可以有生成。菜： De f i n e /Bo u n d a r y Co n d i t i o n s . 4. 设定常流体属性（密度，容，粘性，系，而不是在使用材料面板的 1 中定义温度相流体属性）。菜： De f i n e /Ma t e r i a l s . 5. 在周期性面板中指定逆流体温度。（体温度不能等于壁面温度，因它会出常温度在任何位置的价值不高的解。）菜： De f i n e /Pe r i o d i c Co n d i t i o n s . 。 周期性的解策略 完成了周期性常壁面温度的用户输入之后，你就可以解决流动和直至收。最有效的解决方法是首先解有的周期性流动，然后不改变流解，具体步如下： 1. 在解控制面板中能量方程。菜： So l v e /Co n t r o l s /So l u t i o n . 。 2. 解剩下的方程（性，动量以及湍流参（可）取收的周期性流动的流解。 注意，你在始算之前初始化流，使用入口体温度和壁面温度的平均值作流的初始温度。 3. 回到解控制面板，流动方程打能量方程。 4. 解能量方程直至收取周期性温度。 同考流动和解决周期性流动和，你就会发上面所介的方法相有效。 视收性 了保得到收解，你可以体温度比的值： e x i t b u l k w a l l i n l e t b u l k w a l l TTTT , = 在算程中，打面板， p e r /b u l k -t e m p -r a t i o 作变量。情参一。 固定温度条件的周期性的后处理 在周期性模型中，由 FLUENT 所算出的温度常不会是周期性的，而且在后处理中察看温度果， FLUENT 会示常壁面温度度条件下周期性方程 1 中的真实温度。所示的温度可能会超出入口体温度和壁面温度定义的范。种情况是允的，因在入口周期性表面处的真实温度轮廓可能会不等于入口体温度。 在后处理面板中，我可以在变量下拉列表的温度类中找到温：下所示周期性交器的温度常。 Fi g u r e 1: 具有固定温度边界条件的二交器的温度 指定流量条件的周期性 指定流量条件，我可以得周期性完全发展的温度。在种情况下，周期性边界之间的温度交变成了常，而且从边界处取的量的增量有。个边界是指本所介的边界。 只有在使用分离解算器才可以模拟周期性。 指定流量条件的周期性方程 考具有流量条件的周期性，非按尺度增加的温度的形式变得和周期性流动的力相似 () ()()() .2 =+=+ L Lr TLr T L Lr Tr T v v v v v vv 其中 L 是域周期性长度矢量。温度梯度 s 与域部总的量增加 Q 的系： LTTLc m Q i n l e t b u l k e x i t b u l k p , = & 其中 m (d o t ) 是指定的或者算的量流速。 指定流量周期性的用户输入 了模拟周期性，你需要遵照使用分离解算器算流向周期性流动所需用户输入一中介的方法设定周期性模型，只是要注意一下引言中所的限制条件。除此之外，你需要模型提供下面的相输入： 1. 在能量面板中激活能量方程解。菜： De f i n e /Mo d e l s /En e r g y . 。 2. 在壁面面板每一个壁面设定流量。不同的壁面边界可以定义不同的流量值，待是在域部不可以有其它的边界条件。菜： De f i n e /Bo u n d a r y Co n d i t i o n s . 3. 合适的，定义固体域。你可以在域任何位置定义性固体域，需要的可以包括固体部体的增加。菜： De f i n e /Bo u n d a r y Co n d i t i o n s . 4. 设定常流体属性（密度，容，粘性，系，而不是在使用材料面板的 1 中定义温度相流体属性）。菜： De f i n e /Ma t e r i a l s . 5. 在周期性面板中指定逆流体温度。菜： De f i n e /Pe r i o d i c Co n d i t i o n s . 。 解决周期性 完成上面的输入之后，你就可以解决流动和直至收。然而最有效的解决方法遵循：首先解有的周期性流动，然后不改变流解。一步的具体介可以参周期性的解策略一。 指定流量条件的周期性的后处理 具有指定流量的周期性流动的后处理和指定温度条件的周期性流动的后处理相同。具体可以参固定温度的周期性的后处理一。 流和旋流动流和旋流动流和旋流动流和旋流动 在多重要的工程中都包括流和旋， FLUENT 很适合模拟些流动。在燃中流是很常见的，了增加留间和流动模式的定性，在嘴和燃室中需要流。在轮机，混合箱和各种各样的其它用中都存在旋流动。 在流和旋流动分析之前，你首先要所解决的行大致的分类，一般有如下五种流动类： 流和旋流的流动 完全的三流或旋流动 需要旋参考系的的流动 需要多重旋参考系或混合平面的流动 需要滑动网格的流动 本会介前两类的模拟和解决程。剩下的都包括移动壁面，我会在移动壁面中的流动一。 旋流动和流的概述 流和旋流动的流动 你的可能是于几何形与边界条件的，但是仍然包括旋和流。在种情况下，你可以在模拟二流动（即解决），并包括周速度（或流）的。需要注意的是，假定含了流动中有周向梯度，但是仍然有非零的流速度。 二流的切向动量方程： ()()() r v w r w r r r r x w r x r v w r r r u w r x r w t + =+ 32 1111 其中 x 是坐， r 是向坐， u 是向速度， v 是向速度， w 是漩速度。 三流 几何形有变化和 / 或具有周向流动梯度，你需要用三模型漩流动。如果你使用的三模型中包括了流和旋流动，你必注意坐系限制。除此之外你可能会考化一个等价的，尤其是初始的模拟算。初始的二研究可以很快确定各种模拟和设的的影响，所以它我模拟流的复性很有帮助。 于包含流和旋的三，在的设定程中有什么特需要输入的容，也有特的解的程序。但是需要注意的是，在定义速度入口边界条件的输入，你可能需要使用柱坐系，具体可以参定义速度一。而且你会发在解的程中旋速度（设定壁面或入口边界条件）的慢增加是非常有用的。在流的解策略一中，描述了流的方面容。 需要旋参考系的流动 如果你的流动包括了通流体的旋边界（如螺旋叶片或者沟槽或者齿曲面），你就需要使用旋参考系模拟类。旋参考系中的流动一介了方面的用。如果有不止一个旋边界（比如有一排螺旋），你可以使用多重参考系（ MRF ）或者混合平面。多重参考系模型一介了多重参考系的相容，混合平面模型一介了混合平面的相容。 流和旋流动的物理描述 在流中，角动量守恒 ( r w o r r 2 W = c o n s t a n t ) 往往致了新的自由流动的生，在自由流动中，周向速度 w 随着半 r 的减小而急增加，在半零的附近由于粘性力占主地位， w 减小到零。龙卷风就是自由的一个典型例子。下是一个自由周向速度和半 r 的系。 Fi g u r e 1: Ty p i c a l Ra d i a l Di s t r i b u t i o n o f w i n a Fr e e Vo r t e x 可以看出，于理想自由流动，有周运动所生的离心力和向力梯度是平衡的。 r w r p 2 = 在非理想角动量分布变化，向力梯度也会相的变化，从而动向和向流动响梯度变化所致的非同一力。因此你算 FLUENT 模型中的流的分布， 你要注意分布的变化以及相的向和向流动速度的变化。流和力之间的高度耦合的流的模拟相的复。 在壁面旋动的流动中，壁面的运动常常会造成流体的受迫的运动，其中的 w / r 或者 W 常。种流动最重要的特征就是流体向于具有很高的角动量（如：近壁面的流动）而被沿向甩出（ Fi g u r e 2 ）。因旋壁面流体沿向向外抽吸，所以种象常被“向抽吸”。 Fi g u r e 2: 空腔旋流动流函的等值（具有旋或流的流动一中 Fi g u r e 1 的几何形） 流中的湍流模型 如果模拟具有大量漩的湍流流动（如：气旋流动，漩射流），你使用某一种高湍流模型： RNG k -e 模型，可实行的 k -e 模型或者雷力模型。哪种模型依于的强度，它可以用漩的量度量。漩量定义角动量向流量与向流量动量的比值： = d Au v Rd Ar w v S 其中， R(b a r ) 是水力学半。 于弱的中等流（ S 0.5 ），推荐使用雷力（ RSM ）模型。高强度湍流的各异性的影响只需要用 RSM 中采用的二动量合就可以格模拟。于本模型的设定参雷力模型和湍流流动的设定一。 于装置中遇到的流，如气旋分离器和漩燃室，近壁面湍流模拟常常是次要的。在些算例中的可信度主要由核心域湍流模型的的精度决定。但是在于壁面在的生成程中作用大（即：次要的流动和流是由力生），非平衡壁面函常 常可以提高的准确度，其原因在于它使用力敏感的平均速度的壁面定律。具体可以参壁面限制湍流流动的壁面处理中有湍流近壁面处理的容。 流和旋流动的网格设定 坐系的限制 大家得，于，旋必是 x ，网格必在直 y =0 上或上方。具体可以参网格一章。 流和旋流动的网格敏感性 除了坐系限制之外，你要注意在解决包括流和旋的你的网格有足够的分辨率。最典型的就是旋边界，它会特薄，因此你的 FLUENT 模型需要在旋壁面处有相精的网格。除此之外，流的周向速度通常有很大的梯度（比如自由流动接近中的域），此也需要网格具有很高的分辨率。 具有流或旋流动的流动 如旋和流概述一所的，你可以解包括周和流速度的二。假设暗含了