Fluent多相流模型选择与设定 下载本文

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(6)指定边界条件,包括第二相体积份额在流动边界和(如果在VOF 模拟中你模拟壁面附近)壁面上的接触角。 Define Boundary Conditions... (7)设置模拟具体的解参数 Solve Controls Solution...

(8)初始化解和为第二相设定初始体积份额。 Solve Initialize Patch... (9)计算求解和检查结果

2. 欧拉多相流模拟的附加指南(Additional Guidelines for Eulerian Multiphase Simulations)

一旦你决定了欧拉多相流模型适合你的问题,你应当考虑求解你的多相流问题的需求计算能力。要求的计算能力很强的依赖于所求解的输运方程的个数和耦合程度。对欧拉多相流模型,有大数量的高度耦合的输运方程,计算的耗费将很高,在设置你的问题前,尽可能减少问题的statement 到最简化的可能形式。

在你开始第一次求解尝试,取而代之尽力去求解多相流动的所有的复杂方面,你可以以简单近似地开始并且知道问题定义的最终形式。简化多相流问题的一些建议列举如下:

(1)使用六面体或四边形网格(而不用四面体或三角形网格)。 (2)减少相的数目。

3. 选用多相流模型并指定相数(Enabling the Multiphase Model and Specifying theNumber of Phases)

为了选VOF, mixture, Eulerian 多相流模型,在Multiphase Model panel下选Volume of Fluid, Mixture, or Eulerian as the Model。 Define Models Multiphase...

{以下选自赵玉新的中文教程第11章}

** 辐射模型只能使用分离式求解器。

(1)一旦激活辐射模型之后,每轮迭代过程中能量方程的求解计算就会包含有辐射热流。若在设定问题时激活了辐射模型,而又希望将它禁止掉,那么,用户必须在Radiation Model 面板中选定Off 选项。

(2)若用户激活了辐射模型,FLUENT 就会自动激活能量方程的计算,而不需要用户再单

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独回头去激活能量方程。

1. 表面辐射模型(Surface to Surface (S2S)模型)

当有大量辐射面时,S2S 辐射模型的计算量很大。为了减少计算量与存储需求,可通过创建辐射面(束)来减少需要计算的辐射面数量。表面(束)的相关信息(节点的坐标与连接信息、表面束的标识)可用来计算相应面(束)的角系数。 * 一旦网格发生如下的更改,射线文件必须重新创建: ??改变边界区类型

??调整或重新排序网格(矩阵) ??缩放网格

??将 2D 问题更改为轴对称问题或者相反的过程

需要注意的是在壳体(壁面)的热传导无论激活与否,用户都不需要重新计算角系数。 在FLUENT 中计算角系数。

若在当前FLUENT 工作阶段计算角系数,用户应首先在the View Factor and Cluster Parameters panel 面板中设定角系数计算参数(细节如下)。设定完角系数与表面束参数后, 在Radiation Model panel.面板中的Methods 选项下点击Compute/Write...按钮。弹出一个 Select File 对话框,提示用户给定用于存储表面束和角系数信息文件的名称。给定文件名之后,FLUENT 将把表面束信息写入文件中。FLUENT 将用表面束信息来计算角系数,并把结果

写入同名文件中,然后,自动从文件中读取角系数。

DTRM、P-1、S2S 和Rosseland 辐射模型的壁面边界条件

DTRM、P-1、S2S 和Rosseland 辐射模型假定所有的壁面均为漫灰表面。在Wall panel 面板中,唯一需要设定的辐射选项是壁面发射率。对于Rosseland 模型,内部发射率为1。对于DTRM、P-1、S2S 模型,用户可以Wall 面板中的Radiation 选项下的Internal Emissivity 文本框中输入相应的数值。缺省值为1。

热边界条件

一般而言,当激活任一种辐射模型时,任何适定的混合热边界条件都可以使用。对于等温壁面、导热壁面或者是设定了外部热流边界的壁面,辐射模型都是适定的。对于在壁面定义了热流边界条件问题,任一种辐射模型都可以使用,此时,设定的热流被视为对流与辐射热流之和。但例外的情况是在DO 模型中的半透明壁面,此时,FLUENT 允许用户对副社会和对路设定各自的热流(如上文所述)。同时,对于半透明壁面,不允许设定等温壁面。

辐射求解参数设定

求解

一旦辐射问题设定好之后,用户可以按通常的方法求解方程。需要注意的是,P-1 和DO 辐射模型求解附加的方程并输出其计算残差;DTRM、Rosseland 和S2S 辐射模型不计算附加的方程(因为辐射是通过能量方程而影响到计算结果)。DTRM 和S2S 模型每进行一次

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迭代计算,FLUENT 将输出计算残差信息。

屏蔽掉辐射热流的更新

有时,用户可能希望设定模型时把辐射考虑进来,然后在初始计算过程中屏蔽掉辐射计算。对于P-1 和DO 辐射模型,用户可以通过在Solution Controls panel 面板的Equations 列表中暂时弃选P1 或Discrete Ordinates 即可。对于DTRM 和S2S 模型,方程列表中没有附加项。用户可以在Radiation Model panel.面板的扩展部分设定一个非常大的Flow Iterations Per Radiation Iteration(辐射迭代计算频率)。

Per Radiation Iteration(辐射迭代计算频率)

若用户屏蔽了辐射计算,FLUENT 将在随后的迭代中跳过辐射的计算更新,但当前辐射通过辐射的吸收、壁面热流等因素将会对随后的计算造成影响。以此种方法屏蔽掉辐射计算可以用来初始化流场或者是在辐射计算相对容易收敛的情况下,把主要精力集中于其它方程的计算。

辐射变量的输出与显示

当用户模型中包含有辐射传热时,FLUENT 提供了几个附加的输出项目。用户可以以文本或图形方式输出下列的各个变量/函数:

??Absorption Coefficient(吸收系数,仅适用于DTRM、DO、P-1、Rosseland 模型) ??散射系数(Scattering Coefficient ,仅适用于P-1、DO、Rosseland 模型) ??折射率(Refractive Index,仅适用于DO 模型)

??辐射温度(Radiation Temperature,仅适用于P-1、DO 模型) ??入射辐射(Incident Radiation,仅适用于P-1、DO 模型)

??入射辐射(某个波带n)(Incident Radiation (Band n),仅适用于非灰体DO 模型) ??表面束标识号(Surface Cluster ID ,仅适用于S2S 模型) ??辐射热流(Radiation Heat Flux)

前7个变量包含在后处理面板中的变量选择下拉列表框中的Radiation...目录下,只有1个变量包含在Wall Fluxes...目录下。

**注意辐射热流的符号约定为:离开壁面的热流为正。

{以下选自赵玉新的中文教程第13章} 反应建模的一般有限速率形式:

在FLUENT 中根据以下3种模型中的一个计算:

(1)层流有限速率模型:忽略湍流脉动的影响,反应速率根据Arrhenius 公式确定。该模型使用Arrhenius 公式计算化学源项,忽略湍流脉动的影响。这一模型对于层流火焰是准确的,但在湍流火焰中Arrhenius 化学动力学的高度非线性,这一模型一般不精确。对于化学反应相对缓慢、湍流脉动较小的燃烧,如超音速火焰可能是可以接受的。

(2)涡耗散模型:认为反应速率由湍流控制,因此避开了代价高昂的Arrhenius 化学动力学计算。大部分燃料快速燃烧。整体反应速率由湍流混合控制。在非预混火焰中,湍流缓慢地通过对流/混合燃料和氧化剂进入反应区,在反应区它们快速地燃烧。在预混火焰中,湍

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流对流/混合冷的反应物和热的生成物进入反应区,在反应区迅速地发生反应。在这些情况下,燃烧称为混合限制的,复杂,常常是未知的化学反应动力学速率可以安全地忽略掉。 (3)涡耗散概念(EDC)模型:细致的Arrhenius 化学动力学在湍流火焰中合并。注意详尽的化学动力学计算代价高昂。该模型是涡耗散模型的扩展,以在湍流流动中包括详细的化学反应机理。它假定反应发生在小的湍流结构中,称为良好尺度。在FLUENT 中,良好尺度中的燃烧视为发生在定压反应器中,初始条件取为单元中当前的物质和温度。EDC 模型能在湍流反应流动中合并详细的化学反应机理。但是,典型的机理具有不同的刚性,它们的 数值积分计算开销很大。因而,只有在快速化学反应假定无效的情况下才能使用这一模型,例如在快速熄灭火焰中缓慢的CO 烧尽、在选择性非催化还原中的NO 转化。推荐使用双精度求解器以避免刚性机理中固有的大指数前因子和活化能产生的舍入误差。

其中,通用有限速率对于范围很广的应用,包括层流或湍流反应系统,预混、非预混、部分预混燃烧系统都适用。

混合物材料

混合物材料和流体材料都储存在FLUENT 的材料数据库中。包括许多常见的混合物材料(如甲烷-空气,丙烷-空气)。通常,在数据库中定义了一步/两步反应机理和大量混合物及其构成物质的属性。当你指定了你希望使用哪种混合物材料后,适当的混合物材料,流体材料和属性将被装载到求解器中。如果缺少任何所选材料(或构成流体材料)必须的属性,求解器将通知你需要指定它。另外,你可以选择修改任何预定义的属性。有关FLUENT 数据库属性数据源的信息。

例如,如果你计划模拟一种甲烷-空气的燃烧,你不需要明确指定反应中涉及的物质和反应本身。只需要简单地选择甲烷-空气作为使用的混合物材料,相关的物质(CH4,O2,CO2,H2O 和N2)和反应数据将从数据库装入求解器。然后你可以检查物质、反应和其它属性并定义其它任何缺少的属性,和/或修改任何你希望使用不同值或函数的属性。通常你希望定义一个与组分、温度相关的比热,还可能希望将其它属性定义为温度和/或组分的函数。

混合物材料的使用给你提供了一种灵活性,可以使用大量预定义混合物中的一种,修改这些混合物,或是创建你自己的混合物材料。自定义混合物材料在Materials 面板中进行。

选定物质输送和反应,并选择混合物材料

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