1.多相流动模式
我们可以根据下面的原则对多相流分成四类： ?气-液或者液-液两相流：
o 气泡流动：连续流体中的气泡或者液泡。 o 液滴流动：连续气体中的离散流体液滴。 o 活塞流动: 在连续流体中的大的气泡
o 分层自由面流动：由明显的分界面隔开的非混合流体流动。 ?气-固两相流：
o 充满粒子的流动：连续气体流动中有离散的固体粒子。
o 气动输运：流动模式依赖诸如固体载荷、雷诺数和粒子属性等因素。最典型 的模式有沙子的流动，泥浆流，填充床，以及各向同性流。
o 流化床：由一个盛有粒子的竖直圆筒构成，气体从一个分散器导入筒内。从 床底不断充入的气体使得颗粒得以悬浮。改变气体的流量，就会有气泡不断 的出现并穿过整个容器，从而使得颗粒在床内得到充分混合。 ?液-固两相流
o 泥浆流：流体中的颗粒输运。液-固两相流的基本特征不同于液体中固体颗 粒的流动。在泥浆流中，Stokes 数通常小于1。当Stokes数大于1 时，流动成为流化（fluidization）了的液-固流动。 o 水力运输: 在连续流体中密布着固体颗粒
o 沉降运动: 在有一定高度的成有液体的容器内，初始时刻均匀散布着颗粒物 质。随后，流体将会分层，在容器底部因为颗粒的不断沉降并堆积形成了淤 积层，在顶部出现了澄清层，里面没有颗粒物质，在中间则是沉降层，那里 的粒子仍然在沉降。在澄清层和沉降层中间，是一个清晰可辨的交界面。 ?三相流(上面各种情况的组合)
各流动模式对应的例子如下：
?气泡流例子：抽吸，通风，空气泵，气穴，蒸发，浮选，洗刷
?液滴流例子：抽吸，喷雾，燃烧室，低温泵，干燥机，蒸发，气冷，刷洗 ?活塞流例子：管道或容器内有大尺度气泡的流动
?分层自由面流动例子：分离器中的晃动，核反应装置中的沸腾和冷凝 ?粒子负载流动例子：旋风分离器，空气分类器，洗尘器，环境尘埃流动 ?风力输运例子：水泥、谷粒和金属粉末的输运
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?流化床例子：流化床反应器，循环流化床 ?泥浆流例子: 泥浆输运，矿物处理
?水力输运例子：矿物处理，生物医学及物理化学中的流体系统 ?沉降例子：矿物处理
2. 多相流模型
FLUENT中描述两相流的两种方法:欧拉一欧拉法和欧拉一拉格朗日法，后面分别简称欧拉法和拉格朗日法。欧拉法即为两相流模型，拉格朗日法即为离散相模型
欧拉法着眼于空间的点，基本思想是考察空间一个点上的物理量及其变化。在欧拉方法中，FLUENT将不同的相被处理成互相贯穿的连续介质。各相的体积率是时间和空间的连续函数，其体积分率之等于1。欧拉法中两相流模型包括:VOF(the volumeoffluid)模型，混合模型和欧拉一欧拉模型 VOF模型(Volume of Fluid Model) 混合模型(Mixture Model) ? 欧拉模型(Eulerian Model)
2.1 VOF模型(Volume of Fluid Model)
??VOF模型用来处理没有相互穿插的多相流问题，在处理两相流中，假设计算的每个控制容积中第一相的体积含量为α1，如果α1=0，表示该控制容积中不含第一相，如果α1=1，则表示该控制容积中只含有第一相，如果0<α1<1，表示该控制容积中有两相交界面；
??VOF方法是用体积率函数表示流体自由面的位置和流体所占的体积，其方法占内存小，是一种简单而有效的方法。 VOF模型在应用的过程中存在某些局限性:
(l)在利用该模型进行模拟时要求所有的控制体积必须被任何一种流体相 或混合相所填满，即不能存在无流体流动的区域; (2)只允许一相流体是可压缩的;
(3)很难对具有混合物料和反应存在的流动进行模拟;
(4)相间存在较大速度差时，界面的速度精度会受到很大的影响。
2.2 混合模型(Mixture Model)
混合模型(MixtureModel)是一种简化的两(多)相流模型，它使用单流体方用于模拟各相有不同速度的两(多)相流，但是假定了在短空间尺度上局部的，相之
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间的耦合很强。同时也用于模拟有强烈藕合的各向同性相流和各相以相度运动的两(多)相流。混合模型可以通过求解混合相的动量、连续性和能量，第二相的体积分率方程，以及相对速度的代数表达式模拟多相(fluldorculate)。
典型的应用包括低负载的粒子负载流，沉降，旋风分离器以及气相容很低的泡状流。混合物模型也可用于没有离散相相对速度的均匀多相流。 ??用混合特性参数描述的两相流场的场方程组称为混合模型；
??考虑了界面传递特性以及两相间的扩散作用和脉动作用；使用了滑移速度的概念，允许相以不同的速度运动；
??用于模拟各相有不同速度的多相流；也用于模拟有强烈耦合的各向同性多相流和各相以相同速度运动的多相流；
??缺点：界面特性包括不全，扩散和脉动特性难于处理。
2.3 欧拉模型(Eulerian Model)
欧拉一欧拉模型(Euler-EulerModel)是两(多)相流中最复杂的两(多)相流模型，也称为双流体模型。连续相与分散相被视为连续的一体。欧拉一欧拉模型对每一相都建立动量方程和连续性方程，通过压力和相间交换系数的藕合来计算求解。
欧拉模型的应用包括气泡柱、颗粒悬浮以及流化床的模拟。有人将其成功地应用欧拉-模型模拟了鼓泡塔中两(多)相流的模拟及气泡聚并和破碎的影响。 ??欧拉模型指的是欧拉—欧拉模型；
??把颗粒和气体看成两种流体，空间各点都有这两种流体各自不同的速度、温度和密度，这些流体其存在同一空间并相互渗透，但各有不同的体积分数，相互间有滑移；
??颗粒群与气体有相互作用，并且颗粒与颗粒之间相互作用，颗粒群紊流输运取决于与气相间的相互作用而不是颗粒间的相互作用； ??各颗粒相在空间中有连续的速度、温度及体积分数分布。
几种多相流模型的选择
??VOF模型适合于分层流动或自由表面流；
??Mixture和Eulerian模型适合于流动中有混合或分离，或者离散相的体积份额超过10%－12％的情况。
Mixture模型和Eulerian模型区别
??如果离散相在计算域分布较广，采用 Mixture模型；如果离散相只集中在一部分，使用Eulerian模型；
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??当考虑计算域内的interphase drag laws 时，Eulerian模型通常比Mixture模型能给出更精确的结果； ??从计算时间和计算精度上考虑。
拉格朗日法着眼于流体的质点，基本思想是跟踪每个流体质点在流动过程中的 运动全过程，记录每个质点在每一时刻、每一位置的各个物理量及变化。在拉格朗日方法中，FLUENT将主体相视为连续相，稀疏相视为离散颗粒，主体相用欧拉法，而离散相利用拉格朗日法进行粒子跟踪，这就是所谓的欧拉一拉格朗日模型。此模型中需要离散相体积含量不超过15%，离散相和主体相都有自己的压力、粘度及湍流扩散稀疏参数，并在拉格朗日坐标系中考察离散相颗粒的运动轨迹。该模型能详细地分析粒子/液滴间的作用力以及流体间复杂的作用力，避免了应用大量的经验关系，又避免了离散相数值解的扩散问题，虽然计算量庞大，但是相对欧拉模型来讲，精度要更高一些。比较了各种模型，认为离散相模型能更准确地模拟气—固两相流动，能更好的跟踪固体颗粒、气泡、液滴在连续相中运动轨迹。
3.选择基本原则
通常，你一旦决定了采用何种模式最能符合实际的流动，那么就可以根据以下的原则来挑选最佳的模型。
?对于体积率小于10％的气泡、液滴和粒子负载流动，采用离散相模型。 ?对于离散相混合物或者单独的离散相体积率超出10％的气泡、液滴和粒子负载流动，采用混合物模型或者欧拉模型。 ?对于活塞流，采用VOF 模型。
?对于分层/自由面流动，采用VOF 模型。
?对于气动输运，如果是均匀流动，则采用混合物模型；如果是粒子流，则采用欧拉模型。?对于流化床，采用欧拉模型模拟粒子流。 ?对于泥浆流和水力输运，采用混合物模型或欧拉模型。 ?对于沉降，采用欧拉模型。
?对于更加一般的，同时包含若干种多相流模式的情况，应根据最感兴趣的流动特征，选择合适的流动模型。此时由于模型只是对部分流动特征做了较好模拟，其精度必然低于只包含单个模式的流动。
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Fluent软件中对喷雾这类气液两相流问题的模拟主要采用其自带的离散相模 型(DPM——Discrete Phase Model)。此模型是以欧拉—拉格朗日方法为基础建立 的。它把流体作为连续介质，在欧拉坐标系内加以描述，对此连续相求解输送 方程，而把雾滴颗粒群作为离散体系，通过积分拉氏坐标系下的颗粒作用力微 分方程来求解离散相颗粒的轨道，可以计算出这些颗粒的轨道以及由颗粒引起 的热量/质量传递。同时，在计算中，相间耦合以及耦合结果对离散相轨道、连 续相流动的影响均可考虑进去。当计算颗粒的轨道时，Fluent跟踪计算颗粒沿轨 道的热量、质量、动量的得到与损失，这些物理量可作用于随后的连续相的计 算中去。于是，在连续相影响离散相的同时，用户也可以考虑离散相对连续相 的作用。交替求解离散相与连续相的控制方程，直到二者均收敛（二者计算解 不再变化）为止，这样，就实现了双向耦合计算。
在采用FLUENT中的离散相模型时，需要定义每个粒子尺寸以及温度。这些初始条件以及有关离散相物理性质的输入量/质量计算的必要条件。轨迹以及热量/质量传递的计算是粒子的对流或辐射传热、质量传递以及粒子在流场运动时的。而预测所得的轨迹以及相关的质量、热量传递可以通过 1稳态问题建立及求解程序纲要
建立和求解稳态离散相问题的一般程序如下所示: (l)求解连续相流动; (2)生成离散相的入射;
(3)根据需要选择是否连续相与离散相关联求解; (4)用画图或者提取数据来跟踪离散相入射。 2非稳态问题建立及求解程序纲要
建立和求解非稳态离散相问题的一般程序如下所示: (l)生成离散相入射; (2)初始化流场;
(3)取合适的时间步长数目进行求解。随着求解的进行，粒子的位置将会被更新。
利用Fluent自带的空气雾化喷嘴模型预测雾化颗粒的颗粒行为。首先假设不带颗粒的空气为连续相，对其进行单相模拟。之后，假设雾化喷嘴喷出的甲烷颗粒为离散相，进行了气液两相耦合模拟。单相稳态模拟的基础上打开DPM模型（Discrete Phase Model ）加入离散相——甲烷雾滴进行两相耦合模拟，重点介绍了DPM中参数的设定。
1 打开DPM模型
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利用Define/Models/Discrete Phase Model打开DPM，本文截取了Discrete Phase Model设置面板的一部分，对其中参数的设定进行详细的分析，如图1所示。
图1 Discrete Phase Model面板
当模拟两相耦合过程时，用户应该首先计算得到收敛或部分收敛的连续相流场，然后再创建喷射源进行耦合计算。在每一轮离散相的计算，FLUENT 计算颗粒/液滴轨迹并且更新每一个流体计算单元内的相间动量、热量以及质量交换项。然后，这些交换项就会作用到随后的连续相的计算。耦合计算时FLUENT 在连续相迭代计算的过程中，按照一定的迭代步数间隔来计算离散相迭代。直到连续相的流场计算结果不再随着迭代步数加大而发生变化（即，达到了所有的收敛标准），耦合计算才会停止。当达到收敛时，离散相的轨迹也不再发生变化（若离散相轨迹发生变化将会导致连续相流场的变化）。 耦合计算的设定步骤如下： 1. 计算连续相流场；
2. 在Discrete Phase Model panel 面板中，激活Interaction with Continuous Phase 选项；
3. 在Number Of Continuous Phase Iterations Per DPM Iteration 文本框中设定颗粒轨迹的计算频率（即连续相迭代多少步，就进行一轮离散相的计算）。若用户设定此参数为5，即意味着在连续相进行了五步迭代之后，就开始离散相的迭代计算。两个离散相计算中间应该间隔多少连续相的迭代步，要视用户问题的物理意义而定。
需要注意的是，【***若此参数设定为0，那么FLUENT 将不进行离散相的计算。】
另外，图1中绿色圈的2个参数是最大计算步数（Max. Number Of Steps）和积分尺度（Length Scale）。
最大计算步数（Max. Number Of Steps）是用积分方程(1)，(2) 求解颗粒轨道时，允许的最大时间步数。
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当某个颗粒轨道计算达到此时间步数时，FLUENT 就自动中止了此颗粒的轨道计算，输出时，此颗粒被标记为“incomplete”。对最大时间步数的规定消除了对某些在流场中不停循环的颗粒的无休止的计算。但是，对于缺省的500 步的最大时间步数，很多问题的计算都不止这么多。这种情况下，当颗粒信息在输出时被标记未完成，而实际颗粒并不是在流场中无休止的打转，那么，用户可以增加最大时间步数[注]值得注意的是：设定上述各个参数的一个简便方法是，若用户希望颗粒穿越长度为D的计算域，那么用长度标尺乘以最大积分时间步数，其结果应该大致等于D，即等于所设定的Number Of Continuous Phase Iterations Per DPM Iteration的值。
2 创建injection
通过Define/injection/create进入创建injection面板，如下图所示：
在Injection Type中选择射流源类型，本文选定空气雾化喷嘴
(air-blast-atomizer)。在Particle Type中选择颗粒类型，本文选择Droplet液滴是一种存在于连续相气流中的液体颗粒。它服从力的平衡并受到加热／冷却的影响（由定律1 确定）。此外，他还由定律2 和3 确定自身的蒸发与沸腾（请参阅User’s Guide中的19.3.4）。只有传热选项被激活并且至少两种化学组份在计算中是被激
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活的，或者已经选择了非预混燃烧或部分预混燃烧模型，液滴类型才是可选的。当选择了液滴类型之后，用户应该使用理想气体定律来定义气相密度
在空气辅助雾化模型里，用户应直接设定液膜厚度，如图3所示。在Point Properties面板上，设定喷口处液膜的内外半径，即液膜的厚度。另外，用户还必须设定液膜与空气间的最大相对速度差和喷射角度，如图4所示。液膜离开喷口之后，它的初始轨道沿着设定的喷射角。注意：如果初始液膜的轨道指向中心线，
那么，喷射角度为负值。
3 离散相边界条件的设定
在Discrete Phase Model Conditions 属性框下的Boundary Cond. Type 下拉框中选择reflect，trap，或escape 边界条件（在面板中，需要点击DPM 才能激活Discrete Phase Model conditions）。如图5所示。
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FLUENT 中的离散相缺省边界条件为：
1.壁面（wall）、对称面（symmetry）、轴对称的轴线（axis）均为``reflect''边界条件，且恢复系数均为1.0；
2.所有的流动类型边界（压力入口-pressure inlets、速度入口-velocity inlets、压力出口-pressure outlets 等），均为``escape''边界条件；
3.所有的内部区域边界（辐射体- radiator、多孔介质间断面- porous jump）均为边界条件；
4.有对壁面边界（wall）才可以修改恢复系数。
注意：在Boundary Conditions 面板打开的面板中可以设定离散相边界条件。当设定完一个以上的喷射源之后，离散相边界条件的输入项就会出现在相应的面板中。
4 模拟结果及后处理
颗粒轨道的输出时，颗粒的可能的结果如下：
1．Escaped：（逃逸）意味着颗粒在已经设定了逃逸边界条件的流动边界终止了轨迹的计算。
2．Incomplete：（未完成）：意味着颗粒轨迹的计算时间步长已经达到设定的最大步数（在Discrete Phase Model panel 面板中的Max. Number Of Steps 文本框中设定，）
3．Trapped：（捕获）：意味着颗粒在已经设定了捕集边界条件的流动边界终止了轨迹的计算。
4．Evaporated：（蒸发）：意味着颗粒在计算域中被完全蒸发掉了。 5．Aborted：（忽略）：意味着颗粒由于舍入误差原因而不能进行计算。用户可以修改长度标尺或设定不同的初始条件来重新计算颗粒轨迹。
需要注意的是，除了用连续相的变量值来着色颗粒轨迹外，也可以使用离散相的各种变量值来进行着色。这些变量值包括：颗粒（已停留）时间、颗粒速度、颗粒直径、颗粒密度、颗粒质量、颗粒温度、颗粒所使用的定律、颗粒（积分）时间步长、颗粒雷诺数。在Color By类目框下的Particle Variables...下拉框中列出了所有可选的着色颗粒变量。为了显示计算域内的最大/最小值，可以点击Update Min/Max 按钮更新。
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DPM 模型的基本操作和注意事项
1 DPM 模型概述
DPM 模型可以用来模拟流场中的离散相，它的特点是使用方便，模拟思路
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清晰，计算中可以对颗粒运动轨迹进行跟踪，结果直观；其缺点是，计算结果无法得到离散相各种场图，为结果分析造成很大不便。 FLUENT 提供了如下的离散相模型选项：
1. 使用Lagrangian 坐标下的公式计算颗粒的轨迹。这些公式涉及了稳态及非稳态条件下离散相的惯性力、曳力和重力。
2. 连续相中的漩涡对于离散相扩散产生的扰动进行预测。 3. 离散相的加热与冷却。 4. 液滴的蒸发和沸腾。
5. 提供对颗粒燃烧的模拟，可以通过对挥发份析出和焦炭燃烧来模拟煤粉的燃烧。
6. 可以选择是否进行连续相与离散相的耦合计算。 7. 液滴的破碎与合并。
这些模型时的FLUENT 可以用来对许多种离散相的问题进行模拟，包括颗粒的分离与分级，喷雾干燥，烟雾的扩散，液体中气泡的搅浑，液体燃料和煤的燃烧。
当需要在FLUENT 的模型中加入离散相时，可以通过定义颗粒的初始位置、速度、粒径、温度等参数实现，具体的操作过程在“Discrete PhaseModel”面板中完成。以上的参数再加上颗粒的物理属性，就可以作为计算颗粒轨迹和颗粒热、质传递的初始化条件。
下面就使用DPM 模型的基本步骤归纳如下： 对于稳态问题，可采用以下步骤求解： 1. 求解连续相流动； 2. 添加离散相；
3. 如果需要的话可以求解耦合流动； 4. 对计算结果进行后处理
对于非稳态问题，可通过以下步骤求解； 1. 添加离散相； 2. 初始化流场；
3. 设定时间步长。对于非耦合问题，FLUENT 会在每个时间步长的最后更新离散相的位置；对于耦合问题，在每次相间耦合计算中离散相的位置都回更新。
2 应用DPM 模型需要注意的一些问题
在Fluent 中应用DPM 模型进行计算时，需要注意DPM 模型忽略了两相流中颗粒之间的相互作用，以及颗粒相对连续相流动产生的影响。这就决定了两相
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流中颗粒相的体积分数不能太高，通常情况下这一体积分数要小于10%～20%。但是，这并不意味着在应用DPM 模型时颗粒相的质量分数也要小于10%～20%，实际上，我们可以使用DPM 模型来模拟离散相质量分数等于或超过连续相质量分数的流动。
**【（1）如果颗粒是以喷射的形式进入连续相的，而且流场中有明确的入口和出口，这种情况下可以使用稳态的DPM 模型来计算；
（2）如果颗粒相在连续相中处于一种无限期的悬浮状态，这种情况下稳态的Lagrangian 模型就不再适用了，对于这样的工况可以考虑使用非稳态的DPM 模型来进行求解。换句话说，对于搅拌器、混和器、流化床这一类容器如果应用DPM 模型来模拟其流场，应该在非稳态的前提下进行。】
一旦应用DPM 模型来对流动进行模拟后，Fluent 中的某些功能将不能再被使用。具体如下： 1. 周期性的边界条件； 2. 可调的时间步长；
3. 使用非预混燃烧模型时，颗粒不能参加反应；
4. 当使用动网格或变形网格时，颗粒喷射的表面便不能随网格一起运动； 5. 如果使用了复合参考系，在参考系下颗粒轨道失去了原有的意义，同理，相间耦合计算也失去了意义。解决这个问题的方法就是采用绝对速度来对颗粒进行跟踪而不是采用相对速度，这一方法可以通过在文本窗口输入以下命令实现：define/models/dpm/tracking/track-inabsolute-frame。需要注意的是，计算结果会与符合参考系下壁面的位置有很大关系。颗粒的跟踪是在哪个参考坐标系下进行的，颗粒的入射速度就要在哪个参考坐标系下定义的。默认情况下，颗粒速度是基于当地坐标系定义的，如果你激活了track-in-absolute-frame（方法如前所述），颗粒速度就基于绝对坐标系来定义。
3．DPM 模型的傻瓜用法
所谓的傻瓜用法，就是不用考虑细节，甚至不必知道模型设置面板中每一 项的意义所在，而只给出相应参数的设定来进行求解。我们不提倡这样的做法，但这也确实是能让新手尽快上路的好办法，当然，有可能计算的结果不准确，但对于简单的流场来讲，应该还可以接受，对于稍复杂的情况，即便是老手，也不敢保证一次建模、一次计算就能得到满意的结果，所以，慢慢调试吧!对于稳态的工况，为了确保计算结果的收敛，可以暂时先不在流场中添加离散相，而仅仅进行连续相的迭代，一直迭代到连续相收敛再加入离散相。当然，也可在计算得
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到收敛趋势时加入离散相。本节只讨论DPM 模型面板的设定。 下面说明傻瓜用法的操作步骤：
1. 通过Define→Models→Discrete Phase 来打开DPM 模型的控制面板， 2. 选中interaction with Continuous Phase；
3. 将Number of Continuous Phase Iterations per DPM Iteration 置为20； 4. 选中Specify Length Scale，将Length Scale 置为0.01，注意LengthScale 后面的单位是m；
5. 粗略估计颗粒的行程，然后用该行程除以Length Scale，得到的值就是Max. Number Of Steps 要输入的值。（实际上，Length Scale 与Max.Number Of Steps 的乘积即为跟踪颗粒轨迹的最大长度，如果你想观察颗粒在整个流场中的流动，那么这个乘积的值就要大于颗粒的轨迹长度，所以此时可以适当地扩大Max. Number Of Steps 的值。）
6. 点击面板下方的injections，弹出Injections 面板，再点击Create，弹出Set Injection Properties 面板，在此面板中设定颗粒的属性。 7. 在Point Properties 下输入颗粒的各种参数；
8. 在Turbulent Dispersion 下激活Stochastic Tracking 选项，将Number ofTries 改成10。
至此，DPM 模型的基本设定就全部结束了。接下来的任务就是针对自己 模型的特点，有针对性的到帮助文件中去寻找解决问题的方法。
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我们先看看燃烧中的组分输运和有反应流动该如何处理。这是燃烧问题中很重要的一部分，前人发展了很多模型来处理不同的具体问题： a) 通用有限速度模型
该方法基于组分质量分数的输运方程，采用你所定义的化学反应机制，对化学反应进行模拟。反应速度在这种方法中是以源项的形式出现在组分输运方程中的，计算反应速度有几种方法：从Arrhenius 速度表达式计算，从Magnussen 和Hjertager 的漩涡耗散模型计算或者从EDC 模型计算。 b) 非预混燃烧模型
在这种方法中，并不是解每一个组分输运方程，而是解一个或两个守恒标量（混和分数）的输运方程，然后从预测的混合分数分布推导出每一个组分的浓度。该方法主要用于模拟湍流扩散火焰。在守恒标量方法中，通过概率密度函数或者PDF 来考虑湍流的影响。
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c) 预混和燃烧模型
这一方法主要用于完全预混合的燃烧系统。在这些问题中，完全的混合反应物和燃烧产物被火焰前缘分开。我们解出反应发展变量来预测前缘的位置。湍流的影响是通过考虑湍流火焰速度来计算得出的。 d) 部分预混和燃烧模型
顾名思义，部分预混和燃烧模型就是用于描述非预混和燃烧和完全预混和燃烧结合的系统。在这种方法中，我们解出混合分数方程和反应发展变量来分别确定组分浓度和火焰前缘位置。 模型选取的大致方针如下：
（1）通用有限速度模型主要用于：化学组分混合、输运和反应的问题；壁面或者
粒子表面反应的问题（如化学蒸汽沉积）。
(2)非预混燃烧模型主要用于：包括湍流扩散火焰的反应系统，这个系统接近化
学平衡，其中的氧化物和燃料以两个或者三个流道分别流入所要计算的区域。
(3)预混燃烧模型主要用于单一、完全预混和反应物流动。
(4)部分预混燃烧模型主要用于：区域内具有变化等值比率的预混和火焰的情况。
由于在非预混燃烧中，燃料和氧化剂以相异流进入反应区；在预混燃烧系统 中，反应物在燃烧以前以分子水平混合，结合上述方针，对四角切圆煤粉锅炉 炉内燃烧过程我们应该选择非预混燃烧模型。
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我做的问题是蒸汽中水滴的汽化问题，用的是DPM 模型，但是在injection 面板里颗粒类型只有惯性颗粒，而液滴和燃料颗粒不可选，我想用液滴类型，费了很大力气，翻箱倒柜找资料：只有传热选项被激活并且至少两种化学组分在计算中是被激活的，或者已经选择了非预混燃烧或部分预混燃烧模型，液滴类型才可选。然而我的问题是一种化学组分的两个状态，也不是燃料颗粒。 答案：
打开model->species ； 选择species transport ； 下面的reactions不要选；
然后选择一个包含H2O的mixture material； 默认的mixture-template就可以；
然后在DPM属性设置中的particle type选择Droplet； 在Material中选water-liquid；
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在Evaporating Species 中选H2O；
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（1）请问DPM 模型的使用前提条件是什么?使用中有什么限制?
答案：颗粒相体积分数占气相体积分数小于10%。此时可将颗粒相视为离散相，可用DPM，否则可视为连续相（拟流体），采用两相流模型（Mixing Model、Euler Model）
（2）那么颗粒相可以是液体吗?
答案：可以是液滴,你可以假设液滴为球形的,这样就可以了还可以做一些其他假设。
（3）在DPM 模型中，在离散相的设定中采用surface，颗粒分布rosin 分布，计算为稳态，计算完成后，在相同条件下利用partical tracking 得出的分离效率均不 同，又是差别还比较大。请问是不是用这种方法不能得出分离效率，或者fluent 这种计算随机性较大呢？
答案：将射流源里面的number of tries 的值增大，发现这样可以看到湍流对于离散相的影响，你每点一次显示的值不一样，也是因为湍流的影响，多次的点击就相当于将上面的值增大，不过是将多次的计算结果都显示在一个窗口上， （4）当我将计算模型从segregated 转换成coupled 的时候，在运行DPM 计算模型时，出现如下错误：
Error: couldn't allocate fine level coefficient matrix Error Object: ()
请问如何消除？如果换回segregated，问题又没有了，我想是不是使用coupled（solver）的时候另有设置？ 答案：
我的理解，既然选定的解算器，就已经决定了求解的方式：是分别求出各变量（segregate），还是所有方程联立共同求出各变量（coupled）。但你从segregate 变为coupled 时，是否考虑了有时，这两个是不可以相互交换的？比如用 segregate 时，可以不考虑能量方程，而从连续方程和动量方程求解出压力速度 场，然后再求解出温度场，这样这几个参数不是相互依赖的关系。而用coupled 是，方程是耦合的，必须同时求解。我想，大概出现问题的原因在这里。 （5）使用segregated 时可以不考虑能量方程，那是不是也可以考虑，还有在solver 中选定energy 一项，是不是就算考虑了能量方程？
答案：这里说的是求解过程中，比如温度变化不大时，粘度可以认为是常数，这
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样流体运动不受温度场的影响，流场可以独立于温度场求解，这时，可以先从连续方程和动量方程中求解出速度和压力来，然后带入能量方程中求出温度来。并 不是说不考虑能量方程，只是它们间的相互作用可以不考虑。也就是说将运动 和传热问题分开来分析了。所以叫segregated，而coupled，是由于几个因素相 互影响不能忽略，比如粘度时温度和函数。等等，必须同时考虑，所以在求解 时，要同时解出来，不分先后。所以叫耦合。
（6）在DPM（discrete phase model）中，有分散相（particle）位置定义，即first position 和last position，请问各位这两项分别代表什么，要是需要定义多个particle 的位置，该怎么操作？ 答案：
first position 是你选group 时第一个喷口的位置，last 嘛就是最后那个了 你想定义多个的话，就多产生几个injection 好了啊
（7）我用DPM 模型模拟粉尘在湍流中的扩散，现有关于离散相参数设置的问题不明，就是在设置两相耦合设置的时候，Number Of Continuous Phase Iterations Per DPM Iteration 也就是迭代计算的时间间隔数应该设多少？如果太大是不是 耦合的不好，而太小对连续相影响太大，引起波动不容易收敛。
答案：Number Of Continuous Phase Iterations Per DPM Iteration 我通常设为20 次 （8）我用颗粒云模型计算出来的结果跟用随机轨道模型的结果不同啊，颗粒云 中的最小颗粒群半径应该是0 吧，那么设置不同的最大颗粒群半径结果也有很 大差异，现在关键是颗粒云模型的最小以及最大颗粒群半径应该设多少，这个数如果大于某个数值结果就都一样了，如果较小对结果影响就很大
答案：用颗粒云模型计算出来的结果跟用随机轨道模型的结果不同。这很正常啊，因为两者的模拟方式不同，怎可能期待会有相同的結果？设置不同的最大颗粒群半径结果也有很大差异，這也是很合理的！顆粒的大小本来就会影响流场的性质。 我发现耦合的时间间隔对结果的影响不是很大，那么设10，20 也都差不多。关键是颗粒云模型的最小以及最大颗粒群半径应该设多少？顆粒半径的大小， 应该取决于要模拟的物体其半径有多大（可以估计）。
_________________________________________________ 壁面热边界条件中的所有参数结合不同的壁面种类进行说明：
一、主要壁面边界参数的说明
1、壁面厚度(Wall Thickness):指定流场中Wall 的厚度，默认值0，作为0 厚度的Wall 来处理。当给定厚度的时候，因为壁本身有一定的面积，它和厚度的乘
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积得到Wall 的体积，由于固体材料有一定的热容，所以这样设置后Wall 条件就有一定的热吸收和贮存的能力。一般来讲，如果在建模时把较厚的壁简化成壁面的话，有时就要考虑这种壁面的热吸收和贮存效应。
2、壁面热产生率（Heat Generator Rate）：单位体积的Wall 产生的热量。这里不要误解，因为和壁面的厚度配合使用，所以它是体积单位的倒数。如果壁面厚度为0，这个壁面热产生率也就没有意义了，因为有厚度的壁面才是有体积的壁面。
一般来讲，这种条件用来处理总的发热流率已知，均匀壁面散热问题。 注意：这两个条件和具体的壁面种类选取无关，故放在前面，单独分析。 3、热流壁(Heat Flux)：这是一个最常用的壁面条件，给定壁面的热流，通过计算可以得到壁面的温度。(**如果热流为0，就是简单而著名的绝热壁条件。) 4、温度壁（Temperature）：这个温度壁可以简单的给定常数温度，形成恒温壁，也可以用UDF 等指定随时间变化的温度。这种条件下，可以得到整个流场对壁面的热流率。
5、对流壁（Convection）：对流壁要求指定外部热对流系数（ExternalHeat Transfer Coefficient ）和外部参考温度（ External Heat SinkTemperature）,它的物理意义是，相当于在流场外，也就是壁面外指定一个给定温度和对流系数的对流源，它们向流场内通过对流的方式传输热流。
特别要注意的是，在对流壁的界面中，它们分别写成 Heat TransferCoefficient 和Free Stream Temperature。
6、辐射壁（Radiation）：辐射壁要求指定外部辐射系数（Emissivityof The External Wall Surface）和外部辐射参考温度（ Temperature ofThe Radiation Source or Sink On The Exterior）,它的物理意义是，相当于在流场外，也就是壁面外指定一个给定温度和辐射系数的辐射源，它们向流场内通过辐射的方式传输热量。
特别要注意的是，在辐射壁的界面中，它们分别写成ExternalEmissivity和External Radiation Temperature
7、对流和辐射混合壁（Mixed）：这就是5和6中讲到的两种壁的混合,在这里就不多讲了。
8、内部辐射系数（Internal Emissivity）：当采用辐射模型计算流场热辐射的时候，如离散坐标辐射模型（DO）等，在壁面条件中增加了这样一个参数。它是一个控制壁面热辐射流率的参数。它的选定根据固体材料的种类选定。这可以查材料手册得到。
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二、要明确的几个问题
1 、外部辐射系数（ External Emissivity ） VS 内部辐射系数（Internal Emissivity）。FLUENT 中采用这样两个相似的名字有它一定的道理，它们都是用来计算辐射的时候要在总辐射能量的前面用到的一个系数。但同时这样的命名也给理解造成了一定麻烦，很容易混淆。要是从物理概念上理解这两个参数就不会弄混了。外部辐射考虑当在流场外有一个辐射源向流场辐射热量的时候而用到的参数，也就是说只有你选择辐射壁或者混合壁的时候这个参数才出现，要根据流场外的辐射源来确定这个参数。内部辐射系数，是在你考虑辐射模型的条件下才出现，例如在你选择P1、DO 等计算热辐射的时候，所以这是一个根据壁面固体材料特性选择确定的参数。
特别要注意的是，不同的固体材料差别很大，具体应用的时候查材料特性手册得到。我要强调的是大家是做流体计算的，好多人都忽略了固体材料的事情，用默认的万能的铝，什么都不改，有时这是很成问题的！ 2、壁面热产生率一定要和壁面厚度配合使用。
3 、分清壁面条件中给定的都是什么温度，用到的温度有三个： Temperature 、Free Stream Temperature 和External Radiation
Temperature，特别要注意，只有第一个是给定了壁面的温度，后面两个分别给出自由流的参考温度和外部辐射源的参考温度。
___________________________________________ 湍流的数值模拟
目前采用的数值计算方法可以大致分为以下三大类：
2.1直接模拟
直接模拟就是用三维的非稳态的纳维—斯托克斯方程对湍流进行直接数值计算的方法。要对高度复杂的湍流运动进行直接的数值计算，必须采用很小的时间与空间步长，才能分辨出湍流的详细的空间结构以及变化剧烈的特性。因此，湍流的直接数值模拟对计算机内存空间和计算速度的要求非常高，目前还无法用于工程数值计算。只有少数使用超级计算机的研究者才能从事这一类研究和计算。
2.2大涡模拟
按照湍流的涡旋学说，湍流的脉动与混合主要由大尺度的涡旋造成。大尺度的涡从主流中获得能量，他们是高度的非各向同性，而且随流动的情形而异。大尺度的涡通过互相作用把能量传递给小尺度的涡。小尺度涡的主要作用是耗散能量，它们几乎是各向同性的，而且不同的流动中的小尺度的涡有许多共性。关于
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涡旋的上述认识就导致了大尺度涡模拟的数值解法。这种方法旨在用非稳态的纳维-斯托克斯方程来直接模拟大尺度涡，但不直接计算小尺度涡，小涡对大涡的影响通过近似的模型来考虑，这种大涡模拟对计算机内存以及计算速度的要求虽然仍比较高，但远低于直接模拟的方法对计算机资源的要求，在工作站上甚至个人电脑上都可以进行一定的研究工作，因而近年来的研究与应用日趋广泛。
2.3应用Reynolds时均方程的模拟方法
在这类方法中将非稳态的控制方程对时间做平均，在所得的关于时均物理量的控制方程中包含了脉动量乘积的时均值等物理量，于是方程的个数将小于未知量的个数，方程组不封闭。要使方程组封闭，必须做出建设，即建立模型。 在Reynolds时均方程法中，又有Reynolds应力方程法及湍流粘性系数法两大类。其中湍流粘性系数法是目前工程流动与数值计算中应用最广泛的方法。
________________________________________________
多相流模型和离散相模型的区别
两相流：通常把含有大量固体或液体颗粒的气体或液体流动称为两相流；其中含有多种尺寸组颗粒群为一个“相”，气体或液体为另一“相”，由此就有气—液，气—固，液—固等两相流之分。
两相流的研究：对两相流的研究有两种不同的观点：一是把流体作为连续介质，而把颗粒群作为离散体系；而另一是除了把流体作为连续介质外，还把颗粒群当作拟连续介质或拟流体。
引入两种坐标系：即拉格朗日坐标和欧拉坐标，以变形前的初始坐标为自变量称为拉格朗日Langrangian 坐标或物质坐标；以变形后瞬时坐标为自变量称为欧拉Eulerian 坐标或空间坐标。
1.离散相模型
??FLUENT在求解连续相的输运方程的同时，在拉格朗日坐标下模拟流场中离散相的第二相；
??离散相模型解决的问题：煤粉燃烧、颗粒分离、喷雾干燥、液体燃料的燃烧等；
??应用范围：FLUENT中的离散相模型假定第二相体积分数一般说来要小于10-12%（但颗粒质量承载率可以大于10-12%，即可模拟离散相质量流率等/大于连续相的流动）；不适用于模拟在连续相中无限期悬浮的颗粒流问题，包括：搅拌釜、流化床等；
??颗粒-颗粒之间的相互作用、颗粒体积分数对连续相的影响未考虑；
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??湍流中颗粒处理的两种模型：Stochastic Tracking，应用随机方法来考虑瞬时湍流速度对颗粒轨道的影响；Cloud Tracking，运用统计方法来跟踪颗粒围绕某一平均轨道的湍流扩散。通过计算颗粒的系统平均运动方程得到颗粒的某个“平均轨道”
FLUENT 提供五种雾化模型：
??（1）平口喷嘴雾化(plain-orifice atomizer) ??（2）压力－旋流雾化(pressure-swirl atomizer) ??（3）靶式雾化(flat-fan atomizer)
??（4）气体辅助雾化(air-blast/air-assisted atomizer) ??（5）气泡雾化(effervescent/flashing atomizer)
用户可以在Set Injection Properties 面板中选择喷嘴类型及其相应参数下面就介绍各个喷嘴模型：
概述：所有的模型都是用喷嘴的物理及尺寸参数（例如喷口直径、质量流率）来计算初始颗粒尺寸、速度、位置。
对于实际的喷嘴模拟来说，无论是颗粒的喷射角度还是其喷出时间都是随机分布的。但对FLUENT 的非雾化喷射入口来说，液滴都是在初始时刻以一个固定的轨道喷射出去（到流场中去）。喷雾模型中使用随机选择模型得到液滴的随机分布。
随机选择轨道表明初始液滴的喷射方向是随机的。所有的喷嘴模型中都要设第初始喷射角（范围），颗粒通过随机的方法在这个范围内得到一个初始喷射方向。这种方法提高了由喷射占主导地位流动的计算精度。在喷嘴附近，液滴在计算网格内的分布趋向于更加均匀，这样，通过气相作用于液滴上的曳力就加强了气相－液滴之间的耦合作用。
1. 平口喷嘴雾化(plain-orifice atomizer)模型
平口喷嘴是最常见也是最简单的一种雾化器。但对于其内部与外部的流动机制却很复杂。液体在喷嘴内部得到加速，然后喷出，形成液滴。这个看似简单的过程实际却及其复杂。平口喷嘴可分为三个不同的工作区：单相区、空穴区、以
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及回流区。不同工作区的转变是个突然的过程，并且产生截然不同的喷雾状态。喷嘴内部区域决定了流体在喷嘴处的速度、初始颗粒尺寸、以及液滴分散角。 2. 压力－旋流雾化喷嘴模型
另一种重要的喷嘴类型就是压力－旋流雾化喷嘴。气体透平工业的人把它称作单相喷嘴（simplex atomizer）。这种喷嘴，然后流体通过一个称作旋流片的喷头被加速后，进入中心旋流室。在旋流室内，旋转的液体被挤压到固壁，在流体中心形成空气柱，然后，液体以不稳定的薄膜状态从喷口喷出，破碎成丝状物及液滴。在气体透平、燃油炉、直接喷射点火式汽车内燃机的液体燃料燃烧中，压力－旋流雾化喷嘴使用很广泛。液体从内部流到完全雾化的过程可分为三个步骤：液膜形成、液膜破碎及雾滴形成。 3. 空气辅助雾化模型：
为了加速液膜的破碎，喷嘴经常会添加上辅助空气。液体通过喷座的作用形成液膜,空气则直接冲击液膜以加速液膜的破碎。这种雾化被称为空气辅助雾化或气泡（air-blast）迸裂雾化（依赖于空气量及其速度）。通过辅助空气的作用，可以得到更小的雾滴。这种提高雾化质量的作用机制并不清楚。一般的看法是，辅助空气加剧了液膜的不稳定性。同时，空气有助于液滴的分散，防止液滴间的碰撞。空气雾化喷嘴同压力－旋流雾化喷嘴一样被广泛应用，尤其是用在要求雾化粒径很小的场合。
FLUENT 中的空气雾化模型由压力－旋流雾化模型所衍生。有个不同点是，在空气辅助雾化模型里，用户需要直接设定液膜厚度。因为空气雾化喷嘴的液膜形成机制很多，所以必须要有此设定。这样，在空气辅助雾化喷嘴模型里就没有压力－旋流雾化模型里所具有的液膜形成方程。
用户还必须设定液膜与空气间的最大速度差。尽管这个量可以计算出来，但设定一个值之后用户就可以不必计算喷嘴的内部流动了。这个特点对大区域（喷嘴相对很小）的流动模拟很方便。
其他方面的设定与压力－雾化喷嘴模型的一样。用户必须设定质量流率和喷射角度。液膜离开喷口之后，它的初始轨道沿着设定的喷射角。如果初始液膜的轨道指向中心线，那么，喷射角度为负值。用户还需要设定喷口处液膜的内外半径。
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空气辅助雾化模型不包含内部气体的流动。在FLUENT 中，用户必须把喷嘴内的空气流动设定为边界条件。空气流动可看作一般的连续相的流动，不需要做特别的处理。
4. 转杯雾化模型（The Flat-Fan Atomizer Model）
转杯雾化喷嘴与压力－旋流雾化喷嘴很类似，只是它形成了液膜层，而不是旋流。液体从宽而薄的喷口出来后形成平面液膜，继而破碎成液滴。一般认为，它的雾化机理与压力－旋流雾化喷嘴类似。一些学者认为转杯雾化喷嘴（由冲击射流雾化而来）的雾化机理与平面液膜的雾化类似。在这种情况下，转杯雾化模型可以应用。
只有在三维的情况下才可以使用这个模型。 5. 气泡雾化模型
气泡雾化喷嘴中，液体中混合了过热液体（相对下游工况）或者类似的介质。当挥发性液体从喷口喷出时，迅速发生相变。相变使流体迅速以很大的分散角破碎成小液滴。此模型也适用于热流体射流。
计算中还必须设定蒸发的气体，此蒸汽是连续相的一部分而不是分散相模型所要处理的。在设定连续相的边界条件时，用户必须在喷口处设定一个连续相的入口边界条件。
若选择气泡雾化模型，还需要设定喷口直径、质量流率、混合量、挥发分物质的饱和温度、
温度分数、射流半角以及分散常数。
离散相的初始条件设定
在FLUENT 中的离散相计算中，用户的主要输入项是初始条件项。初始条件定义了离散相每组颗粒流的起始位置、速度、及其他各种参数。这些初始条件构成了决定每个颗粒的瞬时状态值的颗粒因变量的初值。 ??颗粒位置（x, y, z坐标）
??颗粒速度（u,v,w）。在三维情况下，可以用速度模和喷射锥角来定义初始速度。对运动坐标系，应该设定相对速度 ??颗粒直径
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??颗粒温度 ??沿着每个颗粒。／液滴轨道的颗粒流的质量流率 ?（只有考虑相间耦合时才是必须要设定的） ??其他的用于射流源处的各种参数
！！当选择了某种雾化模型之后，由于液膜及线状液膜破碎的复杂性，用户不必设定液滴的初始直径、速度以及位置。此时，用户设定不是初始条件，而是雾化模型中全局参数。
当颗粒沿着其轨道运动时，这些变量通过运动方程、传热／传质方程而得到更新。只要计算机有足够的内存，用户可以对离散相的颗粒／液滴设定任意多的不同初始条件。（即颗粒数目设定没有程序上的限制） 1. 射流源类型
只要创建一个射流源（injection），并且对其设定了各种属性，用户就可以对颗粒／液滴定义初始条件。FLUENT 提供了10 种类型的射流源： (1)单点射流源single (2)组射流源 group
(3)锥形射流源（仅适用于三维情况）cone (only in 3D) ?(4)面射流源 surface
?(5)平口雾化喷嘴 plain-orifice atomizer ?(6)压力－旋流雾化喷嘴 pressure-swirl atomizer ?(7)平板扇叶 flat-fan atomizer ?(8)空气辅助雾化 air-blast atomizer ?(9)气泡雾化喷嘴 effervescent atomizer ?(10)从文件中读取射流源数据 read from a file
对每种非雾化喷嘴类型的射流源，用户必须设定前面所介绍的每种初始条件、具有这些初始条件的颗粒类型以及任何与所选颗粒类型相关的参数。
若仅希望对每种初始条件设定单值，用户应该创建单点射流源；若希望对初始条件设定为一个范围（即一个尺寸范围或初始位置范围），应该创建一个组射流源；若定义一个三维情况下的中空锥形射流源，应创建一个锥形射流源；若想
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在一个面（既可以是区域面（zone surface）也可以是在Surface 菜单中定义的表面）上抛撒颗粒，应该创建一个面射流源（若用户创建了面射流源，颗粒流将在所设定面上的每个子面被抛撒出去）。在三维情况下，用户可以使Plane Surface 面板中的Bounded 和Sample Points 选项来创建一个关于颗粒的矩形网格射流源。
若上述的射流源类型不能表示出用户所需要设定的射流源，那么，也可以从外部文件中读取数据获得颗粒的初始条件（颗粒位置、速度、直径以及质量流率）。这个文件应具有下列形式：（（x y z u v w 直径温度质量流率）名称）。
**2.颗粒类型
当设定一系列初始条件时，用户还应该定义颗粒类型。可以使用的颗粒类型依赖于用户在Models 之类面板中已经设定好的物理模型类型。
??惯性颗粒（``inert''）是服从力平衡以及受到加热／冷却影响的一种离散相类型（颗粒、液滴或气泡）。在FLUENT 任何模型中，惯性颗粒总是可选的。 ??液滴（``droplet''）是一种存在于连续相气流中的液体颗粒。它服从力的平衡并受到加热／冷却的影响。只有传热选项被激活并且至少两种化学组份在计算中是被激活的，或者已经选择了非预混燃烧或部分预混燃烧模型，液滴类型才是可选的。当选择了液滴类型之后，用户应该使用理想气体定律来定义气相密度（在Materials panel,面板里）。
??燃烧（``combusting''）颗粒是一种固体颗粒，在Set Injection Properties panel 面板中选定Wet Combustion 选项，用户可以在燃烧颗粒中包含有可蒸发物质。只有在模型中包含有热量的转移过程并且至少声明三种以上的化学组分或者使用了非预混燃烧模型，燃烧类型颗粒才是可选的。选定燃烧类型颗粒之后，用户不需使用理想气体定律来定义气相密度（在Materials panel 面板里）
3.创建、复制、删除、列出射流源（Creating, Copying, Deleting, and Listing Injections）用户可以使用 Injections panel 面板来建、复制、删除、列出射流源。
Define Injections...
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4.定义射流源属性
在创建射流源之后，用户可以使用Set Injection Properties panel面板来设定射流源的属性。（当用户创建新的射流源、或者是在选定某个射流源之后点击Set...按钮，这个面板就会自动弹出）
（1）在下拉列表框中选定射流源类型。前面介绍了这十种射流源选项（( single, group,cone, surface , plain-orifice -atomizer, pressure -swirl-atomizer, air-blast-atomizer,flat-fan-atomizer, effervescent-atomizer, and file ）。
需要注意的是，当用户选定了某种射流雾化模型之后，必须在Materials 面板中设定粘度和液滴表面张力。
！！当用户使用滑移或变形网格时，由于表面射流源与之不兼容，所以不能使用（surfaceinjections）。
（2）若定义single 射流源，请跳过此步。对于group, cone 或任一种喷嘴类型（atomizer）射流源，请在相应的类型内设定颗粒流数目（Number of Particle Streams）。若定义表面射流源，请在Release From Surfaces 列表框中选择释放颗粒的表面。若从文件中读取射流源的信息，请在Set Injection Properties panel 面板底部点击File...按钮，然后在弹出的文件选择对话框中选定文件。 （3）在Particle Type 颗粒类型选项中选定Inert, Droplet, or Combusting （4）在Material 下拉列表中选定颗粒的介质。若用户是第一次创建此种类型颗粒，那么，颗粒介质可在数据库中预设的各种介质中任意设定；若已经创建有颗粒，那么，只有创建好的颗粒的介质是可选的。用户可以通过从数据库中直接复制或自己创建其他类型的颗粒介质
(5) 若颗粒类型为Inert，请跳过此步。若定义Droplet 颗粒，请在Evaporating Species（蒸发组分）下拉列表框下选定气相组分。若定义的是Combusting 燃烧类型颗粒，可在Devolatilizing Species 下拉列表框下选定气相组分，参与焦炭表面燃烧反应（定律5）的气相组分列于Oxidizing Species（氧化剂组分）列表中，有表面反应生成的气相组分则列于ProductSpecies（生成物组分）列表中。需要注意的是，对于选定的燃烧颗粒介质，如果燃烧模型为multiple-surface
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-reaction 多表面异相反应模型，那么，由于化学反应计量比在混合介质中已经被确定，所以Oxidizing Species 与Product Species 列表将变灰（不可选）。 (6) 点击Point Properties 菜单条（缺省选项），然后设定射流源属性（位置、速度、颗粒直径、温度、若需要的话，还可设定颗粒质量流量以及其它的与喷嘴相关的参数），关于如何设置,下面将要讲解。
（7）若流动为湍流并且希望考虑湍流对颗粒的影响，可点击Turbulent Dispersion 菜单项，激活Stochastic Model 或Cloud Model 选项，并设定相应的参数。
（8）若燃烧颗粒包含有可蒸发成分，点击Wet Combustion 菜单项，选定Wet Combustion选项，然后在Liquid Material 下拉列表框中选定颗粒挥发分析出之前从颗粒蒸发（沸腾）出来的介质组分。也可以通过在Liquid Fraction 下输入数值来设定液体组分的体积分数。最后，在面板顶部的Evaporating Species 下拉列表中选定由蒸发、沸腾定律确定的气相组分。
5. 平口雾化喷嘴的点属性设定（plain-orifice atomizer）
对于平口雾化喷嘴，用户需要在Point Properties 下设定如下的初始条件： ??位置：在X-, Y-, and Z-Position 文本框区可以设定射流的沿直角坐标的三向位置（在三维情况下才会有Z-Position 出现）
??速度：在X-, Y-, and Z- Velocity 文本框区可以设定射流初始速度沿直角坐标的三向分量（在三维情况下才会有Z- Velocity 出现）
??轴的方向（仅适用于三维）：设定确定喷嘴轴线方向的三个分量，在X-Axis, Y-Axis, andZ-Axis 区设定。
??温度：在Temperature 区可设定喷射颗粒流的初始颗粒（绝对）温度。 ??质量流率：可在Flow Rate 区设定喷嘴的颗粒质量流量。
??射流持续时间：对于非稳态颗粒跟踪计算，在Start Time 和Stop Time区设定喷射的开始与结束时间。
??蒸气压：设定控制通过喷嘴内部流动的蒸气压，在Vapor Pressure区设定。 ??直径：设定喷嘴直径，在Injector Inner Diam.区设定。 ??喷嘴长度：设定喷嘴的长度，在Orifice Length 区设定。
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??内台阶角半径（导角半径）：设定喷嘴内台阶处的导角半径，在CornerRadius of Curv.区设定。
??喷嘴参数：设定射流角修正系数，在Constant A 区设定。
??方位角：设定三维情况下的喷嘴方位开始角与结束角，在Azimuthal Start Angle andAzimuthal Stop Angle 区设定。
6. 压力－旋流雾化喷嘴的点属性设定（pressure-swirl atomizer）
对于压力－旋流雾化喷嘴，用户的很多设定项与平口雾化喷嘴设定相同。除了设定位置、轴线方向（三维）、温度、质量流量、射流持续时间（非稳态）、射流内半径以及方位角（若需要）。还需要在Point Properties 下设定如下的参数：
??射流角：在Spray Half Angle 区下设定射流喷射半角 ??压力：在Upstream Pressure 区下设定喷嘴上游压力
??液膜破碎常数：设定确定液膜破碎时形成的线状液膜长度的一个经验常数，在Sheet Constant 区设定。
??线状液膜直径：对于短波，确定液膜破碎波长与线状液膜半径之间的线形比例关系的比例常数，在Ligament Constant 区设定。 7. 空气辅助雾化喷嘴的点属性设定（air-blast atomizer）
对于空气辅助雾化喷嘴，用户需要的许多设定项与平口雾化喷嘴的设定相同。除了需要设定位置、轴线方向（三维）、温度、质量流量、射流持续时间（非稳态）、喷嘴内半径以及方位角（若需要的话）之外，还需要在Point Properties:区下设定其他参数：
??喷嘴外半径：在Injector Outer Diam.区下设定射流的外部半径。此数值与喷嘴内部半
径共同确定了液膜厚度。
??射流角：设定射流离开喷口时的液膜初始轨道，在Spray HalfAngle 区设定。 ??相对速度：设定液膜与空气之间的最大相对速度，在Relative Velocity 区设定。
??液膜破碎常数：设定确定液膜破碎时形成的线状液膜长度的一个经验常数，
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在Sheet Constant 区设定。
??线状液膜直径：对于短波，确定液膜破碎波长与线状液膜半径之间的线形比例关系的比例常数，在Ligament Constant 区设定。
8. 平板扇叶雾化喷嘴的点属性设定（flat-fan atomizer）
平板扇形雾化模型仅适用于三维情况。用户需要在Point Properties 下设定如下的初始条件：
??扇叶中心点：设定射流源起始位置的三向坐标值，在X-Center,Y-Center, and Z-Center 区设定。 ??虚点位置：设定喷嘴扇叶的各边的虚拟交叉点，在X-Virtual Origin,Y-Virtual Origin, and Z-Virtual Origin 区设定。
??垂直方向：设定垂直扇叶的向量各个分量，在X-Fan Normal Vector, Y-Fan Normal
Vector, and Z-Fan Normal Vector 区设定。
??温度：设定颗粒流的温度，在Temperature 区设定。 ??质量流量：设定喷嘴的质量流量，在Flow Rate 区设定。
??射流持续时间：对于非稳态颗粒跟踪计算，在Start Time 和Stop Time区设定喷射的开始于结束时间。
??射流角：在Spray Half Angle 区下设定射流喷射半角。
??喷口宽度：设定喷口垂直方向的宽度，在Orifice Width 区设定。
??液膜破碎常数：设定确定液膜破碎时形成的线状液膜长度的一个经验常数，在Flat Fan Sheet Constant 区设定。
9.气泡雾化喷嘴的点属性设定
对于气泡雾化喷嘴，用户需要的许多设定项与平口雾化喷嘴的设定相同。除了前面介绍的需要设定位置、轴线方向（三维）、温度、质量流量（包括空穴与非空穴流量）、射流持续时间（非稳态）、蒸汽压、喷嘴内半径以及方位角（若需要的话）之外，还需要在PointProperties:区下设定其他参数：
??混合情况参数：设定射流中液－气混合物中已蒸发的液滴质量分数，在Mixture Quality 区设定。
??饱和温度：设定可挥发成分的饱和温度，在Saturation Temp.区设定。 ??液滴扩散系数：设定控制液滴在空间扩散性能的扩散系数，在Dispersion Constant 区设定
??射流角：设定液膜离开喷口时的初始轨道方向角，在Maximum Half Angle 区设定。
8. 模拟颗粒湍流扩散
可以选择随机跟踪或颗粒云模型来模拟颗粒的湍流扩散。
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**（1）随机跟踪
对于湍流，若用户希望使用随机跟踪方法，那么，必须激活此选项，并且设定跟踪次数（the``number of tries''.）。随机跟踪方法使用随机游走方法来考虑颗粒湍流脉动速度对颗粒的影响。
1. 在Set Injection Properties 面板中点击Turbulent Dispersion 菜单项。 2. 在Stochastic Tracking 选项下选中Stochastic Model 以激活随机跟踪方法。
3. 设定跟踪次数（Number Of Tries）：
??若输入零，那么，FLUENT 使用连续相的时均速度来计算颗粒轨道，因此，计算中忽略了湍流对颗粒轨道的影响。
??若输入为大／等于1 的数值，那么，FLUENT 在计算颗粒轨道时，将考虑湍流对颗粒的影响。若输入数值大于1，将多次计算颗粒轨道：输入2，则计算两次轨道；输入3。则计算三次轨道，等等。每次轨道计算，在颗粒平衡方程中都使用新的湍流脉动值。若计算足够多次颗粒轨道，那么，轨道计算中就包含有受到湍流影响的颗粒流的统计特征量。需要注意的是，对于非稳态颗粒跟踪，若激活了随机跟踪方法，那么，轨道计算次数需设定为1？？。 （2）颗粒云模型
对于湍流，用户可以考虑湍流扩散对射流颗粒的影响。当使用颗粒云模型方法时，所跟踪的颗粒流轨道将是围绕着某个平均轨道的“云团”。
1. 在Set Injection Properties 面板中点击Turbulent Dispersion 菜单项。 2. 在Cloud Tracking 下选定Cloud Model 以激活颗粒云模型。
3. 设定颗粒云团的最小与最大许可半径。颗粒将以设定的最小许可半径（Min. CloudDiameter）进入流动区域。在Max. Cloud Diameter.下可设定颗粒云的最大许可半径。
用户可能会需要根据具体问题的长度尺度来限制最大许可半径以提高具有复杂几何形状结构的计算效果，因为这种情况下，在局部回流区域，颗粒流的平均轨道计算会陷入死循环。
FLUENT 中的离散相缺省边界条件为;
??壁面（wall）、对称面（symmetry）、轴对称的轴线（axis）均为``reflect''
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边界条件，且恢复系数均为1.0
??在所有的流动类型边界（压力入口-pressure inlets、速度入口-velocity inlets、压力出口
-pressure outlets 等），均为``escape''边界条件
??在所有的内部区域边界（辐射体- radiator、多孔介质间断面- porous jump）均为边界条件,只有对壁面边界（wall）才可以修改恢复系数。
通用多相流模型（General Multiphase Models）
一、模型介绍
1. 选择通用的多相流模型
VOF 模型适合于分层的或自由表面流，而mixture 和Eulerian模型适合于流动中有相混合或分离，或者分散相的volume fraction 超过10%的情形,(流动中分散相的volume fraction 小于或等于10%时可使用离散相模型）。
为了在mixture模型和Eulerian 模型之间作出选择，还应考虑以下几点： ★如果分散相有着宽广的分布，mixture 模型是最可取的。如果分散相只集中在区域的一部分，你应当使用Eulerian 模型。
★如果应用于你的系统的相间曳力规律是可利用的（either within FLUENT or through a user-defined function），Eulerian 模型通常比mixture 模型能给出更精确的结果。如果相间的曳力规律不知道或者它们应用于你的系统是有疑问的， mixture 模型可能是更好的选择。
★如果你想解一个需要计算付出较少的简单的问题，mixture 模型可能是更好的选择，因为它比Eulerian 模型要少解一部分方程。如果精度比计算付出更重要， Eulerian 模型是更好的选择。但是请记住，复杂的Eulerian 模型比mixture 模型 的计算稳定性要差。
2. VOF 模型的概述及局限(Overview and Limitations of the VOF Model)
VOF 模型通过求解单独的动量方程和处理穿过区域的每一流体的volume fraction 来模拟两种或三种不能混合的流体。典型的应用包括预测，jet breakup、流体中大泡的运动（the motion of large bubbles in a liquid）、the motion of liquid after a dam break 和气液界面的稳态和瞬态处理（the steady or transient tracking ofany liquid-gas interface）。 局限（limitations）：
下面的一些限制应用于FLUENT 中的VOF 模型：
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★必须使用segregated solver. 即VOF 模型不能用于coupled solvers.
★所有的控制容积必须充满单一流体相或者相的联合；VOF 模型不允许在那些空的区域中没有任何类型的流体存在。 ★只有一相是可压缩的。
★Streamwise periodic flow (either specified mass flow rate or specified pressure drop)cannot be modeled when the VOF model is used.
★Species mixing and reacting flow cannot be modeled when the VOF model is used. ★大涡模拟紊流模型不能用于VOF 模型。
★二阶隐式的time-stepping 公式不能用于VOF 模型。 ★VOF 模型不能用于无粘流。
★The shell conduction model for walls cannot be used with the VOF model.
稳态和瞬态的VOF 计算
在FLUENT 中VOF 公式通常用于计算时间依赖解，但是对于只关心稳态解的问题，它也可以执行稳态计算。稳态VOF 计算是敏感的只有当你的解是独立于初始时间并且对于单相有明显的流入边界。例如，由于在旋转的杯子中自由表面的形状依赖于流体的初始水平，这样的问题必须使用time-dependent 公式。另一方面，渠道内顶部有空气的水的流动和分离的空气入口可以采用steady-state 公式求解。
3. Mixture 模型的概述和局限(Overview and Limitations of the Mixture Model)
混合模型是一种简化的多相流模型，它用于模拟各相有不同速度的多相流，但是假定了在短空间尺度上局部的平衡。相之间的耦合应当是很强的。它也用于模拟有强烈耦合的各向同性多相流和各相以相同速度运动的多相流。
混合模型可以模拟n 相（fluid or particulate）通过求解混合相的动量、连续性和能量方程，第二相的volume fraction 方程，以及相对速度的代数表示。典型的应用包括沉降（sedimentation），旋风分离器（cyclone separators），particle-laden flow with low loading,以及气相容积率很低的泡状流。
混合模型是Eulerian 模型在几种情形下的很好替代。当存在大范围的颗粒相分布或者界面的规律未知或者它们的可靠性有疑问时，完善的多相流模型是不切实可行的。当求解变量的个数小于完善的多相流模型时，象混合模型这样简单的模型能和完善的多相流模型一样取得好的结果。 局限性（limitation）
下面的局限应用于混合模型在FLUENT 中：
★必须使用segregated solver.即混合模型不适合于任何coupled solver. ★只有一相是可压缩的。
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★Streamwise periodic flow (either specified mass flow rate or specified pressure drop)cannot be modeled when the mixture model is used.
★Species mixing and reacting flow cannot be modeled when the mixture model is used.
★Solidification and melting cannot be modeled in conjunction with the mixture model.
★大涡紊流模型不能使用在混合模型中。
★The second-order implicit time-stepping formulation cannot be used with the mixturemodel.
★混合模型不能用于无粘流。
★The shell conduction model for walls cannot be used with the mixture model
4. Eulerian 模型的概述和局限性（Overview and Limitation of the Eulerian Model）
在FLUENT 中的可以模拟多相分离流，及相间的相互作用。相可以是液体、气体、固体的几乎是任意的联合。Eulerian 处理用于每一相，相比之下，Eulerian-Lagrangian 处理用于离散相模型。
采用Eulerian 模型，第二相的数量仅仅因为内存要求和收敛行为而受到限制。只要有足够的内存，任何数量的第二相都可以模拟。然而，对于复杂的多相流流动，你会发现你的解由于收敛性而受到限制。
FLUENT 中的Eulerian 多相流模型不同于FLUENT4 中的Eluerian 模型，在FLUENT4中液-液和液-固（granular）多相流动没有全局的差别。颗粒流是一种简单的流动，它涉及到至少有一相被指定为颗粒相。 FLUENT 解是基于以下的： ★单一的压力是被各相共享的。 ★动量和连续性方程是对每一相求解。 ★下面的参数对颗粒相是有效的：
（1）颗粒温度（固体波动的能量）是对每一固体相计算的。这是基于代数关系的。
（2）固体相的剪切和可视粘性是把分子运动论用于颗粒流而获得的。摩擦粘性也是有效的。
★几相间的曳力系数函数是有效的，它们适合于不同类型的多相流系。（你也可以通过用户定义函数修改相间的曳力系数，as described in the separate UDFManual）。
★所有的κ?ε紊流模型都是有效的，可以用于所有相或者混合相。 局限性（Limitations）：
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除了以下的限制外，在FLUENT 中所有其他的可利用特性都可以在Eulerian 多相流模型中使用：
★只有κ?ε模型能用于紊流。
★颗粒跟踪（使用Lagrangian 分散相模型）仅与主相相互作用。
★Streamwise periodic flow (either specified mass flow rate or specified pressure drop)cannot be modeled when the Eulerian model is used. ★压缩流动是不允许的。 ★无粘流是不允许的。
★The second-order implicit time-stepping formulation cannot be used with the Eulerianmodel.
★Species transport and reactions are not allowed. ★Heat transfer cannot be modeled.
★The only type of mass transfer between phases that is allowed is cavitation;evaporation, condensation, etc. are not allowed.
二. 设置一般的多相流问题（Setting Up a General Multiphase Problem）
这部分提供了使用VOF 模型，混合模型和欧拉多相流模型的用法和指南。 1．使用一般多相流模型的步骤（Steps for Using the General Multiphase Models）
设置和求解一般多相流问题的步骤的要点如下，这里给出的仅是与一般多相流计算相关的步骤。有关你使用的其它模型和相关的多相流模型的输入的详细信息，将在这些模型中合适的部分给出。
（1）选中你想要使用的多相流模型（VOF, mixture, or Eulerian）并指定相数。对VOF 模型，也指定VOF 公式。 Define Models Multiphase...
（2）从材料库中复制描述每相的材料。 Define Materials...
如果你使用的材料在库中没有，应创建一种新材料。
!!如果你的模型中含有微粒（granular）相，你必须在fluid materials category 中为它创建新材料（not the solid materials category.）
（3）定义相，指定相间的相互作用（interaction）(例如，使用OVF 模型时的表面张力（surfacetension），使用混合模型时的滑流速度，使用欧拉模型时的drag functions) Define Phases...
（4）(仅对欧拉模型)如果流动是紊流，定义多相紊流模型。 Define Models Viscous...
（5）如果体积力存在，turn on gravity and specify the gravitational acceleration. Define Operating Conditions...
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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
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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
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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
1．在Model 下，选择Species Transport.
2．在Reaction 下，选择Volumetric reactions
3．在Mixture Properties 下的
Mixture Material 下拉列表中选择在你的问题中希望使用的混合物材料 4．选择湍流-化学反应相互作用模型，可以使用4种模型：
（1）层流有限速率：只计算Arrhenius 速率，并忽略湍流-化学反应相互作用。
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（2）涡耗散模型（针对湍流流动）：只计算混合速率。
（3）有限速率/涡耗散模型（针对湍流流动）：计算Arrhenius 速率和混合速率，并使用其
中较小的一个。
（4）EDC 模型（湍流流动）：使用详细的化学反应机理模拟湍流-化学反应相互作用。 5．如果你选择EDC 模型，你可以选择修改容积比率常数和时间尺度常数，尽管通常推荐缺省值。此外，为减少化学反应计算的开销，你可以增加每次化学反应更新的流动迭代（Flow Iteration Per Chemistry Update）次数。缺省时，FLUENT 每十次流动迭代更新化学反应一次。 6．（可选）如果你希望模拟完整的多组分扩散或热扩散，打开完整多组分扩散或热扩散Full Multicomponent Diffusion 或Thermal Diffusion 选项。
定义混合物中的物质
在Materials 面板中，检查材料类型Material Type 是否已经设置为混合物，并且你的混合物是否已经在混合物材料列表Mixture Materials list 中选定。点击Mixture Species 右边的Edit…按纽打开Species 面板。
在Species 面板中，已选物质Selected Species 列表显示所有混合物中的流体相物质。如果你模拟壁面或微粒表面反应，已选物质Selected Species 列表将显示所有混合物中的表面物质。表面物质是那些从壁面边界或是离散相微粒(如Si(s))产生或散发出来的，以及在流体相物质中不存在的物质。
**【已选物质Selected Species 列表中物质的顺序非常重要。FLUENT 认为列表中最后的物质是大量的物质。因此，当你从混合物材料中增加或是删除物质时，必须小心将最丰富（按质量）的物质作为最后一个物质。】
定义反应
在Materials 面板的Reaction 下拉列表中显示适当的反应机理，依赖于你在Species Model 面板中选择的湍流-化学反应相互作用模型。如果你使用层流有限速率或EDC 模型，反应机理将是有限速率的，如果你使用涡耗散模型，反应机理将是涡耗散的；如果使用有限速率/涡耗散模型，反应机理将是有限速率/涡耗散的。
反应定义的输入
为定义反应，点击Reaction 右侧的Edit…按纽。 将打开Reaction 面板（图13.1.4）。 定义反应的步骤如下：
1． 在Total Number of Reaction 区域中设定反应数目（容积反应，壁面反应和微粒表面反
应）【注意如果你的模型包括离散相的燃烧微粒，只有在你计划使用表面燃烧的多表面反应模型时，才必须在反应数目中包括部分表面反应（s）（如碳的燃烧，多样碳粒氧化）】
2. 设定你希望定义的反应的Reaction ID
如果是流体相反应，保持缺省选项Volumetric 作为反应类型。如果是壁面反应或者颗粒表面反应，选择Wall Surface 或Particle reaction 作为反应类型。
3．通过增加Number of Reactants 和Number of Products 的值指定反应中涉及的反应物和生成物的数量。在Species 下拉列表中选择每一种反应物或生成物，然后在Stoich. Coefficient 和Rate Exponent区域中设定它的化学计量系数和速率指数。
共有两种普通类型的反应可以在Reactions面板中处理。因此正确输入每种反应的参数
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非常重要。反应的类型如下：
（1）整体正向反应（无逆向反应）：产物一般不影响正向速率，因此所有产物的速率指数 应该为0。对于反应物，设定速率指数为期望的值（如何设？？）。如果某种反应不是基元反应，速率指数一般不等于这种物质的化学计量系数。
【注意：在某些情况下，你可能希望模拟产物影响正向速率的反应。对于这些情况，设定产物速率指数为期望的值（如何设？？）】
（2）可逆反应：假定每种物质的化学计量系数等于速率指数。
如果你使用层流/有限速率或是EDC 模型模拟湍流-化学反应的相互作用，且反应是可逆的，则打开对于Arrhenius Rate 的Include Backward Reaction 选项。当选定这一选项时，你将不能编辑产物的RateExponent，这些值将被设定为与相应的Stoich.系数相等。
如果你不希望使用FLUENT 的缺省值，或者你在定义你自己的反应，你将还需要指定标准状态觞和标准状态焓，以在逆向反应速率常数计算中使用。
【注意可逆反应选项对于涡耗散或有限速率/涡耗散湍流-化学反应相互作用模型是不可获得的。】
4．如果你使用湍流-化学反应相互作用的涡耗散或有限速率/涡耗散模型，你可以在Mixing Rate 标题下输入A 和B 的值。但是注意除非你有可靠的数据，不要改变这些值/在大多数情况下，你只需要简单地使用缺省值。
A——是湍流混合速率的常数A，当一种物质作为反应物在反应中出现时用于这种物质。缺省值为4.0，根据Magnussen 等人给出的经验值。
B——是湍流混合速率的常数B，当一种物质作为产物在反应中出现时用于这种物质。缺省值为0.5，根据Magnussen 等人给出的经验值。
5．对于每一种你需要定义的反应重复步骤2-4。完成所有反应后，点OK。
定义物质边界条件
在你的模拟中，需要指定入口处每种物质的质量分数。另外，对于压力出口，你需要指定出口处的物质质量分数以在回流情况中使用。在壁面上，FLUENT 将对所有物质使用0 梯度（0 通量）边界条件，除非你已经在壁面上定义了表面反应或是你选择指定壁面上的物质质量分数。
【注意你只需要明确指定前N-1 种物质的质量分数。求解器通过用1 减去指定物质质量分数的和来计算最后一种物质的质量分数，如果你需要明确指定最后一种物质的质量分数，你必须在列表中（Materials面板）记录这种物质】
进口处的扩散，使用非耦合求解器
当使用非耦合求解器时，没有指定入口处的物质扩散部分（因此也没有净入口输送量）。在某些情况下，你可能希望通过你的计算区域入口的只有物质的对流输送。你可以通过取 消进口物质扩散做到这一点。在缺省状态下，FLUENT 在入口包括物质的扩散通量。为关闭入口扩散，使用define/models/species-transport/inlet-diffusion? Text 命令。
化学混合和有限速率反应的求解步骤
尽管许多涉及化学物质的模拟在求解过程中不需要特殊的步骤，你可能发现本节中提供的一种或多种求解技术会对加速收敛或提高更复杂模拟的稳定性有所帮助。如果你的问题涉及许多物质和/或化学反应，尤其是模拟燃烧流动时，以下列出的技术可能特别重要。 1．反应流中的稳定性和收敛
在反应流中获得收敛解非常困难，有很多原因。首先，化学反应对基本流型的影响可能
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非常强烈，导致模型中质量/动量平衡和物质输运方程的强烈耦合。在燃烧中，反应导致大的热量释放和相应的密度变化以及流动中很大的加速度，上述耦合尤其明显。但是，当流动属性依赖于物质浓度时，所有的反应系统都具有一定程度的耦合。处理这些耦合问题的最好方法是使用下面介绍的两步求解过程。
反应流中的第二个收敛问题涉及反应源项的强度。当你的FLUENT 模型涉及非常快的反应速率（即比对流和扩散速率快得多），物质输运方程的求解在数值上非常困难。这种系统称为“刚性”系统，当你定义涉及非常快的动力速度的模型，尤其是这些速度描述可逆反应或竞争反应，这种系统得以创建。在涡耗散模型中，较慢的湍流速率去除了非常快的反应速率。对非预混系统，反应速率从模型中去除。对于层流化学反应的刚性系统，推荐使用耦合求解器代替非耦合求解器。对湍流有限速率机理（可能是刚性的），推荐使用EDC 模型，这一模型对化学反应使用一个刚性的ODE 积分器。求解刚性化学反应系统的其它指南见下述内容。
两步求解过程（冷流动模拟）
将一个反应流动作为两步过程求解对于获得你的FLUENT 问题的稳定收敛解是一个实用的方法。在这一过程中，你从求解不带反应的流动、能量和物质方程（“冷流动”，或无反应流动）开始。当建立基本的流型后，你可以再选择反应，并重新开始计算。冷流动求解提供了燃烧系统计算的初始解。这种燃烧模拟的两步方法可以采用以下步骤完成： （1）设定包括所有感兴趣物质和反应的问题
（2）通过关闭Species Model 面板中的Volumetric Reactions 选项暂时不选择反应计算 （3）关闭Solution Controls 面板中的产物计算
（4）计算初始解（冷流动）。（注意通常获得完全收敛的冷流动解没有实际价值，除非你对无反应解也有兴趣）
（5）打开Species Model 面板中的Volumetric Reactions 选项使能反应计算
（6）打开所有反应。如果你使用层流有限速率、有限速率/涡耗散，或是EDC 模型模拟湍流-化学反应相互作用，你可能需要增添一个点火源 密度欠松弛
燃烧模拟难以收敛的一个主要原因是温度的剧烈变化引起密度的剧烈变化，从而导师流动求解的不稳定性。当你使用非耦合求解器时，FLUENT 允许你欠松弛密度的这种变化以降低收敛的困难。密度欠松弛因子的缺省值为1，如果你遇到收敛问题，你可以将这个值减少到0.5 到1 之间（在Solution Controls 面板中）。 燃烧模拟的点火
如果你将燃料引入氧化剂，自发的点火不会发生，除非混合物的温度超过了维持燃烧所需要的活化能阈值。这一物理问题在FLUENT 中也会出现。如果你使用层流有限速率、有限速率/涡耗散或EDC 模型模拟湍流-化学反应相互作用，你将不得不提供一个点火源以启动燃烧。这个点火源可以是加热的表面或温度超过点火温度的入口质量流。但是，这常常等同于一个火花：一个初始求解状态使得燃烧可以进行。你可以通过在FLUENT 模型中一个包含有足够燃料/空气混合物以使点火能发生的区域给一个高的温度，来提供这个初始火花。
根据模型的不同，你可能需要提供温度和燃料/氧化剂/产物浓度以在你的模型中产生点火。点火。这种补缀对于最终的稳态解没有影响——不超过火柴的位置对它点燃的火炬最终流型的影响。
刚性层流化学反应系统的求解
当使用层流有限速率模型模拟层流反应系统时，你可能需要在反应机理是刚性的时候使
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用耦合求解器。
EDC 模型求解步骤
如果你使用EDC 模型，推荐使用双精度求解器（见1.5 节），以避免刚性机理中固有的大指数前因子和活化能产生的截断误差。
由于EDC 模型需要很大的计算开销，建议你采用以下步骤，以用非耦合求解器得到解： （1）用涡耗散模型和简单的单步或两步放热机理计算一个初始解。
（2）用适当的物质使能EDC 化学反应机理。如果你有一个CHEMKIN格式的机理，如何将它导入。
（3）如果物质的数目和反应顺序改变，你将需要改变物质边界条件
（4）通过关闭Species Model 面板中的Volumetric Reaction 选项暂时取消反应计算。 （5）在Solution Controls 面板中只使能物质方程的求解。 （6）对物质混合场计算一个解。
（7）打开Species Model 面板中的Volumetric Reaction 选项，选定反应计算，并在Turbulence-ChemistryInteraction 下选择EDC 模型。
（8）在Solution Controls 面板中使能Energy 方程的求解。
（9）对复合了物质和温度的场计算一个解。如果火焰吹熄，你可能还需要补缀一个高温区域。
（10）打开所有方程。（11）计算最终解。
**壁面反应的用户输入
1． 在Species Model 面板中：
（a） 使能Species Transport，选择Reactions 下的Volumetric 和Wall Surface，并指定
MixtureMaterial。
（b）（可选）如果希望模拟壁面反应的放热，打开Heat of Surface Reactions 选项。 （c）（可选）如果希望在连续性方程中包括表面质量输运的影响，打开Mass Deposition Source 选项。
（d）（可选）如果使用非耦合求解器，并且不希望在能量方程中包括物质扩散的影响，关闭Diffusion Energy Source 选项。、
（e）（可选，但对CVD 推荐）如果希望模拟完整的多组分扩散或热扩散，打开Full Multicomponent Diffusion 或Thermal Diffusion 选项。 2． 检查和/或定义混合物属性
? 你将在Fluid Materials 列表中找到所有物质（包括表面物质） * 注意如果你的模型中包括稀释混合物中的物质，Selectecd Species 列表中的最终气相物质必须是载体 气体。（因为FLUENT 不会求解最后物质的输运方程。）还需要注意的是任何物质的重排、增减都必须小心处理，
3．检查和/或设定混合物中单独物质的属性。注意如果你模拟表面反应的放热，你必须检查（或定义）每种物质的生成焓。 4．设置物质边界条件
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你还需要指定表面反应对每个壁面是否有效，并考虑热边界条件的选择。为使能一个壁面上的表面反应影响，在Wall 面板的Species 区域打开Surface Reactions 选项。 【* 当在一个给定壁面使能表面反应后，这一壁面上对混合物材料定义的所有表面反应都被激活。】
壁面反应的求解过程
正如所有的CFD 模拟一样，如果模拟从一个简单的问题描述开始，在求解向前推进时增加复杂性，可能会使你的表面反应模拟工作更加成功。另外，如果你模拟表面反应的放热，而且遇到了收敛性方面的麻烦，你可以尝试暂时关闭Species Model面板中的Surface reactions 和Mass Deposition Source 选项4。
表面反应的后处理
对壁面反应，除了前面列出的变量之外，你还可以显示/报告沉积在一个表面上的固体物质的沉积速率。在变量选择下拉列表中的Species…栏中选择物质n 的Surface Deposition Rate 。
边界条件
一、使用流动边界条件
对于流动的出入口，FLUENT 提供了10种边界单元类型：速度入口、压力入口、质量入口、压力出口、压力远场、质量出口，进风口，进气扇，出风口以及排气扇。
下面是FLUENT 中的进出口边界条件选项：
（1）速度入口边界条件用于定义流动入口边界的速度和标量 （2）压力入口边界条件用来定义流动入口边界的总压和其它标量。
（3）质量流动入口边界条件用于可压流规定入口的质量流速。在不可压流中不必指定入口的质量流，因为当密度是常数时，速度入口边界条件就确定了质量流条件。
（4）压力出口边界条件用于定义流动出口的静压（在回流中还包括其它的标量）。当出现回流时，使用压力出口边界条件来代替质量出口条件常常有更好的收敛速度。
（5）压力远场条件用于模拟无穷远处的自由可压流动，该流动的自由流马赫数以及静态条件已经指定了。这一边界类型只用于可压流。
（6）质量出口边界条件用于在解决流动问题之前，所模拟的流动出口的流速和压力的详细情况还未知的情况。在流动出口是完全发展的时候这一条件是适合的，这是因为质量出口边界条件假定出了压力之外的所有流动变量正法向梯度为零。对于可压流计算，这一条件是不适合的。
（7）进风口边界条件用于模拟具有指定的损失系数，流动方向以及周围（入口）环境总压和总温的进风口。
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（8）进气扇边界条件用于模拟外部进气扇，它具有指定的压力跳跃，流动方向以及周围（进口）总压和总温。
（9）通风口边界条件用于模拟通风口，它具有指定的损失系数以及周围环境（排放处）的静压和静温。
（10）排气扇边界条件用于模拟外部排气扇，它具有指定的压力跳跃以及周围环境（排放处）的静压
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