Fluent模型使用技巧(7)

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。

★ 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 mixture model.

★ 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

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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 UDF Manual）。

★ 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）：

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 Eulerian model.

★ 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（surface tension），使用混合模型时的滑流速度，使用欧拉模型时的drag

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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...

（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 the Number 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...

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{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 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

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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

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