多孔介质模型

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分量来定义。

图8-26 Solid（固体）面板

6. 定义辐射参数

如果使用DO模型计算辐射过程，可以在Participates in Radiation（是否参与辐射）选项中确定固体区域是否参与辐射过程。

8.19 多孔介质条件

很多问题中包含多孔介质的计算，比如流场中包括过滤纸、分流器、多孔板和管道集阵等边界时就需要使用多孔介质条件。在计算中可以定义某个区域或边界为多孔介质，并通过参数输入定义通过多孔介质后流体的压力降。在热平衡假设下，也可以确定多孔介质的热交换过程。

在薄的多孔介质面上可以用一维假设“多孔跳跃（porous jump）”定义速度和压强的降落特征。多孔跳跃模型用于面区域，而不是单元区域，在计算中应该尽量使用这个模型，因为这个模型可以增强计算的稳定性和收敛性。

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8.19.1 多孔介质模型的假设和限制条件

多孔介质模型采用经验公式定义多孔介质上的流动阻力。从本质上说，多孔介质模型就是在动量方程中增加了一个代表动量消耗的源项。因此，多孔介质模型需要满足下面的限制条件：

（1）因为多孔介质的体积在模型中没有体现，在缺省情况下，FLUENT 在多孔介质内部使用基于体积流量的名义速度来保证速度矢量在通过多孔介质时的连续性。如果希望更精确地进行计算，也可以让FLUENT 在多孔介质内部使用真实速度，详情见8.19.7节。

（2）多孔介质对湍流的影响仅仅是近似。

（3）在移动坐标系中使用多孔介质模型时，应该使用相对坐标系，而不是绝对坐标系，以保证获得正确的源项解。

8.19.2 多孔介质的动量方程

在动量方程中增加一个动量源项可以模拟多孔介质的作用。源项由两部分组成：一个粘性损失项，即方程（8-45）右端第一项；和一个惯性损失项，即方程（8-45）右端第二项。

????????+?=∑∑==3131

21j j mag ij j j ij i v v C v D S ρμ （8-45）

式中i S 是第i 个（x 、y 或z 方向）动量方程中的源项，D 和C 是给定矩阵。负的源项又被称为“汇”，动量汇对多孔介质单元动量梯度的贡献，在单元上产生一个正比于流体速度（或速度平方）的压力降。

在简单、均匀的多孔介质上，还可以使用下面的数学模型：

??

????+?=i mag i i v v C v S ραμ212 （8-46） 式中α代表多孔介质的渗透性，2C 是惯性阻力因子，将D 和C 分别定义为由α/1和2C 为对角单元的对角矩阵。

FLUENT 中还可以用速度的指数律作为源项的模型，即：

()i C C i v v C v C S 10011??=?= （8-47）

式中0C 和1C 为用户自定义的经验常数。其中压力降是各向同性的，0C 的单位为国际

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单位制。

1. 多孔介质的Darcy 定律

在流过多孔介质的层流中，压力降正比于速度，常数2C 可以设为零。忽略对流加速和扩散项，多孔介质就简化为Darcy 定律：

v p G α

μ?=? （8-48） FLUENT 在x 、y 、z 三个坐标方向计算出的压力降为： ∑

=Δ=Δ31j x j xj x n v p αμ ∑

=Δ=Δ3

1j y j yj y n v p αμ （8-49） ∑=Δ=Δ31j z j zj

z n v p αμ 式中的ij α/1就是方程（8-45）中的D ，j v 是x 、y 、z 三个坐标方向的速度分量，x n Δ、y n Δ、z n Δ是多孔介质在x 、y 、z 三个坐标方向的真实厚度。如果计算中使用的厚度值不等于真实厚度值，则需要对ij α/1做出调整。

2. 多孔中的惯性损失

在流速很高时，方程（8-45）中的常数2C 可以对惯性损失做出修正。2C 可以被看作流动方向上单位长度的损失系数，这样一来就可以将压力降定义为动压头的函数。

如果计算的是多孔板或管道阵列，在一些情况下可以略去渗透项，而只保留惯性损失项，并产生下面简化形式的多孔介质方程：

∑=???????=?3

1

221j mag j ij v v C p ρ （8-50） 或者写成分量形式：

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∑=Δ≈Δ31

221j mag j x

xj x v v n C p ρ ∑=Δ≈Δ3122

1j mag j y yj y v v n C p ρ （8-51） ∑=Δ≈Δ31

221j mag j z

zj z v v n C p ρ 再次说明，上式中的厚度即模型中定义的厚度。

8.19.3 多孔介质能量方程的处理

多孔介质对能量方程的影响体现在对对流项和时间导数项的修正上。在多孔介质对对流项的计算中采用了有效对流函数，在时间导数项中则计入了固体区域对多孔介质的热惯性效应：

()()()()()h f i i i eff f f s s f f S v J h T k p E v E E t +??

?????+??????????=+??+?+??∑G G τρργγρ1 （8-52）

式中f E 为流体总能，s E 为固体介质总能，γ为介质的多孔性，eff k 介质的有效热导率，h

f S 流体焓的源项。

FLUENT 中使用的有效导热率eff k 是流体导热率和固体导热率的体积平均值： ()s f eff k k k γγ?+=1 （8-53）

式中γ为介质的多孔率，f k 为流体的热导率，s k 为固体的热导率。f k 和s k 可以用自定义的函数计算。各向异性的热导率也可以用自定义函数定义。

8.19.4 多孔介质模型对湍流的处理

在缺省情况下，FLUENT 在多孔介质计算中通过求解标准守恒型方程计算湍流变量。在计算过程中，通常假设固体介质对湍流的生成和耗散没有影响。在多孔介质的渗透率很大，因而介质的几何尺度对湍流涡结构没有影响时，这个假设是合理的。在另外一些情况

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中，可能不需要考虑流动中的湍流，即假定流动为层流。

如果计算中使用的湍流模型是ε?k 、ω?k 或Spalart-Allmaras 模型中的一种，则可以通过将湍流粘度t μ设为零的方式忽略湍流的影响。如果湍流粘度t μ被设置为零，则在计算过程中仍然会将湍流变量输运到介质的另一面，但是湍流对动量输运过程的影响则完全被消除。在Fluid （流体）面板中将多孔介质区设为Laminar Zone （层流区）选项就可以将湍流粘度t μ设为零。

8.19.5多孔介质对瞬态标量方程的影响

对于多孔介质的瞬态计算，多孔介质对时间导数项的影响体现在对所有变量的输运方程和连续性方程求解中。在考虑多孔介质的影响时，时间导数项变为

()γρφt

??，式中φ为任意流动变量，γ为多孔率。在瞬态流动计算中，多孔介质的影响是被自动加入计算过程的，其多孔率在缺省设置中等于1。 8.19.6 多孔介质计算中用户的输入参数

多孔介质计算中需要输入的项目如下：

（1）定义多孔介质区域。

（2）定义多孔介质速度函数形式。

（3）定义流过多孔介质区的流体属性。

（4）设定多孔区的化学反应。

（5）设定粘性阻力系数。

（6）设定多孔介质的多孔率。

（7）在计算热交换的过程中选择多孔介质的材料。

（8）设定多孔介质固体部分的体热生成率。

（9）设定流动区域上的任意固定值的流动参数。

（10）需要的话，将多孔区流动设为层流，或取消湍流计算。

（11）定义旋转轴或区域的运动。

所有参数设置均在流体（Fluid ）面板中完成，见图8-27。

1. 定义多孔区

选中Porous Zone （多孔介质区）选项就可以将流体区域设为多孔介质。

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图8-27 多孔计算选项

2. 定义多孔介质速度公式

在Solver（求解器）面板中有一个Porous Formulation（多孔公式）区可以确定在多孔介质区域上使用名义速度或物理速度。缺省设置为名义速度。

3. 定义流过多孔介质的流体

在Material Name（材料名称）中选择所需的流体名称即可。可以用编辑功能改变流体的参数设置。组元计算或多相流计算中的流体不在这里定义，而是在Species Model（组元模型）面板中定义。

4. 在多孔区域上设置化学反应

在Fluid（流体）面板上选中Reaction（反应）选项，再从Reaction Mechanism（反应

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机制）中选择合适的反应就可以在多孔介质区域的计算中加入化学反应。

如果化学反应中包括表面反应，则需要设定Surface to V olume Ratio（面体比）。面体比是多孔介质单位体积上拥有的表面积，因此可以作为催化反应强度的度量。根据这个参数，FLUENT可以计算出体积单元上总的表面积。

5. 定义粘性和惯性阻力系数

粘性和惯性阻力系数的定义方式是相同的。在直角坐标系中定义阻力系数的办法是：在二维问题中定义一个方向矢量，或在三维问题中定义两个方向矢量，然后再在每个方向上定义粘性和惯性阻力系数。在二维计算中的第二个方向，即没有被显式定义的那个方向，是与被定义的方向矢量相垂直的方向。与此类似，在三维问题中的第三个方向为垂直于前两个方向矢量构成平面的方向。在三维问题中，被定义的两个方向矢量应该是相互垂直的，如果不垂直的话，FLUENT会将第二个方向矢量中与第一个方向矢量平行的分量删除，强制令二者保持垂直。因此第一个方向矢量必须准确定义。

用UDF也可以定义粘性和惯性阻力系数。在UDF被创建并调入FLUENT后，相关的用户定义选项就会出现在下拉列表中。需要注意的是，用UDF定义的系数必须使用DEFINE_PROPERTY宏。

如果计算的问题是轴对称旋转流，可以为粘性和惯性阻力系数定义一个附加的方向分量。这个方向应该与其他两个方向矢量相垂直。

在三维问题中，还允许使用圆锥（或圆柱）坐标系。需要提醒的是，多孔介质流中计算粘性或惯性阻力系数时采用的是名义速度。

6. 定义阻力的步骤

定义阻力系数的步骤如下：

（1）定义方向矢量。

1）如果采用直角坐标系，在二维计算中只要定义第一方向矢量（Direction-1 Vector）即可，在三维计算中则还要定义第二方向矢量（Direction-2 Vector）。矢量的起点都是（0,0）或（0,0,0），终点则用坐标（x,y）或（x,y,z）定义。

在无法确定多孔介质的方向矢量时，可以使用三维的平面工具或二维的线工具定义方向矢量：

在多孔介质边界上启动plane tool（面工具）或line tool（线工具）。

旋转面工具或线工具的轴，使之与多孔介质相吻合。

从Fluid（流体）面板中点击Update From Plane Tool（从面工具更新）或Update From Line Tool（从线工具更新），FLUENT就会将工具的红箭头方向设为第

一方向矢量。在三维问题中，同时将绿色箭头方向设为第二方向矢量。

2）在三维问题中还可以使用圆锥坐标系完成设置，具体步骤如下：

选择Conical（圆锥）选项。

定义Cone Axis Vector（圆锥轴矢量）和Point on Cone Axis（圆锥轴上的点）。

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圆锥轴矢量的方向由起点为（0,0,0）终点为（x,y,z ）的矢量确定。而圆锥轴

上的点则用于将阻力转换为直角坐标系中的值。

设置Cone Half Angle （半锥角）。如果使用的是圆柱坐标系，则将半锥角设为

零。在事先不知道圆锥轴的方向和锥面上一点坐标的时候，可以用面工具设

置圆锥轴矢量和锥面上一点的坐标。一种方法是：

（a ）在Snap to Zone （转换到区域）按钮旁边选择垂直于圆锥轴的边界区域。

（b ）点击转换到区域按钮，FLUENT 会自动将面工具设在边界上。同时设定

的有Cone Axis Vector （圆锥轴矢量）、Point on Cone Axis （圆锥轴上一点）和

半锥角。

另一种方法是：

（a ）将面工具设在多孔区域上。

（b ）转动、平移面工具的轴，使得红色箭头指向圆锥轴的方向，同时使面工

具的原点与圆锥轴的原点重合。

（c ）在二者的轴和原点全部重合后，点击Update From Plane Tool （从面工具

更新）按钮，FLUENT 就会自动设定圆锥轴矢量和圆锥上一点的坐标。 （2）在Viscous Resistance （粘性阻力）下，在每个方向上定义粘性阻力系数α/1，在Inertial Resistance （惯性阻力）下，在每个方向上定义惯性阻力系数2C 。如果使用圆锥定义方法，则方向一（Direction-1）为圆锥轴方向，方向二（Direction-2）为垂直于锥面的方向，对应于圆柱坐标系中的径向，方向三（Direction-3）为周向。

在三维问题中有三类系数，二维问题中则有两类：

1）在各向同性问题中，所有方向的阻力系数是相同的，比如海绵。在这类问题中，必须明确地将各方向的阻力系数设为同一个值。

2）在某个方向的阻力系数与其他方向有所不同时，应该谨慎设置阻力参数。比如，如果一个多孔介质区由圆柱形吸管组成，并且吸管的开口方向与流动方向平行，则流体会比较容易地流过吸管，但是在其他两个方向则不易流过。如果有一个与流动方向垂直的平板，则流体完全不能流过平板，而是沿平板向其他两个方向流动。

3）三维问题中另一种可能情况是所有三个方向都是不同的。比如，如果多孔介质区由不规则排列的物体组成，则流体在其中流过时在各个方向上的过程都是不同的。因此需要在各个方向上设置不同的系数。

7. 粘性和惯性阻力系数的推导

推导粘性和惯性阻力系数的方法如下：

（1）采用已知的压强损失，基于名义速度推导多孔介质参数。

使用多孔介质模型必须注意的是，FLUENT 中假设多孔介质单元是完全浸没在流体中的，而用户定义的ij α/1和ij C 2都是基于这个假设得出的。假定真实容器中的压强降与速度

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的关系是已知的，而其中的多孔介质却是部分浸没在流体中的。通过下面的练习可以掌握一种计算2C 的方法。

例题：一块多孔板有25％浸没在流体中，压强降为动压头的0.5倍，损失因子L K 的定义为：

??

????=Δ2%2521v K p L ρ （8-54） 因此L K 应该等于0.5，计算动压使用的速度是经过25％浸没在流体中的多孔介质上的速度。计算2C 时应该注意：

1）在假定多孔板100％浸没在流体中的前提下计算其速度。

2）损失系数必须被转化为单位长度上动压损失。

因此损失因子L K '适用于下面的公式：

??

????=Δ2%10021'v K p L ρ （8-55） 式中%100%254v v ×=，

8145.0'2

2%1002%25=??????×=×=v v K K L L （8-56） 根据第2）条要求，还需要将L K '转换为单位厚度多孔板上的损失系数。假定板的厚度为1mm ，则惯性损失因子为：

132800010

8'?=m K C L ＝＝厚度－ （8-57） 对各向异性介质，上述过程需要在各坐标方向上重复进行。

（2）用Ergun 方程计算充填床的多孔介质参数。

作为第二个例子，可以研究一下充填床问题。在湍流中，充填床的数学模型是用穿透率和惯性损失系数来定义的。计算相关常数的一种办法是使用半经验公式Ergun 方程，这个方程适用的雷诺数范围很广，同时也使用于多种填充物：

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18()()2332

2175.11150∞∞?+?=Δv D v D L p p p εερεεμ （8-58） 在计算层流时，（8-58）式中右端第二项可以被去掉，Ergun 方程随之简化为Blake-Kozeny 方程：

()∞?=Δv D L p p 32

21150εεμ （8-59） 在上述方程中μ为粘度，p D 为粒子的平均直径，L 为床的深度，ε为空腔比率，定义为空腔与填充床的体积比。对比方程（8-48）、（8-50）和（8-58）可知，各方向上的渗透率和惯性损失系数为：

()2

3

21150εεα?=p

D （8-60） ()3215.3εε?=p D C （8-61） （3）用经验公式推导穿过多孔板的流动参数

作为第三个例子，下面用Van Winkle 方程计算带方孔的多孔板上压强的损失。方程的提出者认为该方程适用于呈三角形分布的等距方孔板的湍流计算，具体形式如下： ()()()

2/1/2p f f A A p CA m ?Δ=ρ （8-62） 式中m 为通过板的质量流量，f A 为孔的总面积，p A 板的总面积（固体与孔的和），

t D /孔直径与板厚之比，C 是随雷诺数和t D /变化的系数，其值可以通过查表获得。在6.1/>D t ，且4000Re >时，C 近似等于0.98，其中雷诺数是用孔的直径做特征长，孔中流体的速度做特征速度求出的。

将方程p vA m

ρ= 代入（8-62），并除以板厚t x =Δ，可得： ()t A A C

v x p f p 1/121222???????=ΔΔρ （8-63） 其中v 是名义速度。与方程（8-50）对比后可以发现： ()t A A C C f p 1/1222?= （8-64）

（4）用表格数据计算流过纤维垫的多孔介质参数

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在计算流体流过纤维垫或过滤器这类问题时，除了Blake-Kozeny 方程外，还可以用试验数据进行计算，见下表：

表8-6 纤维计算试验数据表格 固体材料的体积比 纤维的无量纲渗透率B

0.262 0.25

0.258 0.26

0.221 0.40

0.218 0.41

0.172 0.80

表中2

/a B α=，a 为纤维直径。α的含义与（8-48）式中相同，对于给定纤维直径和体积比的多孔介质是容易求出的。

（5）用压强和速度的试验数据计算多孔介质系数

在已知多孔介质上的速度与压强降的试验数据时，可以通过插值求出多孔介质上的系数。下面通过一个例子说明这一点。假设试验数据如表8-7所示。

采用表8-7的数据可以拟合出一条“速度－压强降”曲线，其方程为： v v p 33539.428296.02?=Δ （8-65）

其中p Δ为压强降，v 为速度。这个方程等价于方程（8-46），形式上是速度v 的多项式，对比两个方程可知：

ρ2

128296.02C = （8-66） 表8-7 速度、压强降的试验数据

速度（m/s ） 压强降（Pa ） 20.0 78.0

50.0 487.0

80.0 1432.0

110.0 2964.0

在3

/225.1m kg =ρ时，惯性阻力因子462.02=C 。同样地， α

μ=?33539.4 （8-67） 在5107894.1?×=μ时，可知242282/1?=α。

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8. 采用指数律模型

如果采用指数律模型计算多孔介质的动量源项，则需要输入的系数只有0C 和1C 。在Fluid （流体）面板的Power Law Modal （指数律模型）下，输入0C 和1C 。

指数律可以与Darcy 和惯性模型同时使用，0C 必须使用国际单位制。

9. 定义多孔性

在Fluid （流体）面板中的Fluid Porosity （流体多孔率）下设置多孔率，即可定义计算中的多孔率参数。

定义多孔率的另一个方法是使用UDF 函数。在创建了相关函数并将其载入FLUENT 后就可以在计算中使用了。

10. 定义多孔介质材料

在Fluid （流体）面板中的Fluid Porosity （流体多孔率）下，选择Solid Material Name （固体材料名称），然后直接进行选择即可。如果固体材料的属性参数不符合计算要求，可以对其进行编辑，比如可以用UDF 函数编辑材料的各向异性导热率。

11. 定义源项

如果在计算中需要考虑多孔介质上的热量生成，可以开启Source Terms （源项）选项，并设置一个非零的Energy （能量）源项。求解器将把用户输入的源项值与多孔介质的体积相乘获得总的热量生成量。

12. 定义固定值

如果有些变量的值不需要由计算得出，就可以选择Fixed Values （固定值）选项，并认为设定这些参数。

13. 在多孔区域中取消湍流计算

在Fluid （流体）面板中，开启Laminar Zone （层流区）选项，就可以将湍流粘度设为零，从而使相关区域中的流动保持层流状态。

14. 定义旋转轴和区域运动

其方法与标准流体区域上的设置相同，这里不再重复。

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8.19.7 用物理速度定义多孔介质

在多孔介质的计算中，FLUENT 在缺省情况下用名义速度计算多孔介质区域的流动。名义速度可以在总体上保证流动的连续性，但是对于流动细节的考虑则不如物理速度，因此如果要更准确地计算多孔介质流动应该使用物理速度。名义速度与物理速度的关系如下：

物理名义＝v v G G γ （8-68）

在Solver （求解器）面板中的Porous Formulation （多孔介质公式）中可以定义物理速度。

采用物理速度公式，假定φ为通用的流体变量，则各向同性多孔介质的控制方程为：

()()()φγφγφγργρφS v t

+?Γ??=??+??G （8-69） 假定流动为单相流，则体积平均的质量和动量应满足的守恒型方程如下：

()()0=??+??v t

G γργρ （8-70） ()()()v v C B p v v t v f G G G G G G G ??

????+?+??+??=??+??22ραμγτγγγργρ （8-71） （8-71）式的最后一项是由多孔介质产生的粘性和惯性阻力项。

8.19.8 多孔介质流动的求解策略

在多数情况下，可以用标准的求解次序计算多孔介质流动，但是在计算过程中可以发现计算的收敛速度大大放慢，特别是通过多孔介质区的压强降很大时更是如此。收敛速度放慢的主要原因是多孔介质引起的压强降在动量方程中是作为一个源项出现的，而源项则可以看作对计算增加了一个扰动，使原有格式的收敛性有所降低。

解决收敛性问题的方法是提高初始流场的准确性，初始流场的准确性可以加速收敛过程。比如在多孔介质前后设置更接近真实压强值的压强条件，或者在计算中先用不带多孔介质模型的模型计算出初始流场，再把多孔介质模型设置到计算中，这样在一个更接近于最终结果的初始流场中开始的计算能够更快地收敛。

在各向异性多孔介质的计算中，如果某个方向上的阻力系数远远大于其他两个方向，也无需将阻力因子设置成很大的值，而最好是将它限制在其他两个方向的阻力系数的2、3个量级以内。比如多孔介质的一个方向上的阻力系数可能是无穷大，但是在计算中不要将阻力系数设置成无穷大，而是需要将它限制在主流方向阻力系数的1000倍以内。

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8.19.9 多孔介质的后处理

能够反映多孔介质流动特点的参数是速度和压强。这两个参数在FLUENT 内建的后处理模块中都可以找到，并很容易进行图形显示等操作。

需要注意的是多孔介质的热力学变量的计算结果不能反映固体介质的性质。报告中显示的密度、热容、热导率和焓，都是多孔介质区域中流体的属性，与固体介质无关。

如果多孔介质流动计算中存在表面化学反应，可以用Reactions...（反应）项中的Arrhenius Rate of Reaction-n （第n 个反应的Arrhenius 反应速率）来表示。

8.20 风扇边界条件

在已知风扇几何特征和流动特征的条件下，风扇的这些特征可以被参数化用于计算风扇风扇对流场的影响。在风扇边界条件中可以输入一条确定风扇前后压力头与速度关系的经验曲线。同时可以确定的量还包括风扇旋转速度的径向与周向速度分量。风扇模型不是绕风扇流动的精确模型，但是它可以计算流过风扇的流量。风扇可以与其他类型的源项共同使用，也可以作为唯一的源项使用。在作为唯一源项时，系统流量的计算是在考虑系统损失和前面提到的风扇曲线的前提下完成的。

8.20.1 风扇方程

1. 经过风扇的压强跃升模型

风扇的物理模型是一个无限薄的面，压强在经过这个面时出现跃升，而跃升的值是速度的函数。

在函数关系取为多项式的情况下，压强跃升函数的形式为：

∑=?=ΔN

n n n v f p 11 （8-72）

式中p Δ为压强跃升量，n f 为多项式系数，v 为速度。需要注意的是在这个关系式中，速度v 的值应该保持为正值，因为这代表流体是向前流过风扇，所以才会产生压强跃升。另一个确定压强跃升的方法是用垂直于风扇的质量平均速度作为计算压强跃升的速度，算出风扇区域的压强跃升。

18.3.6 连接多相的UDFs到FLUENT

1．DEFINE_CAVITATION_RATE

一旦通译或编译了DEFINE_CA VITATION_RATE UDF，函数的名字将会在FLUENT的User-Defined Function Hooks面板（如图18.3.6.1所示）中变地可视与可选。请注意，气蚀率的UDFs仅适用于混合物的多相模型。

要连接UDF到FLUENT中，首先，在Multiphase Model面板（如图18.3.6.2）中激活Mixture（混合物）模型，然后在Interphase Mass Transfer下面选择Cavitation。

Define Models Multiphase…

下一步，打开User-Defined Function Hooks面板，

Define User-Defined Function Hooks…

图18.3.6.1：User-Defined Function Hooks面板

图18.3.6.2：Multiphase Model面板

在Cavitatin Mass Rate Function的下拉菜单中选择函数的名字（例如，user_cavitation_rate），然后点击OK。

2．DEFINE_EXCHANGE_PROPERTY

一旦通译或编译了DEFINE_EXCHANGE_PROPERTY UDF，函数的名字将会在FLUENT的User-Defined Function面板（如图18.3.6.4所示）中变地可视与可选。

用户化的质量输运UDFs可以用于VOF，混合物和Eulerian多相模型。阻力系数UDFs 可以用于混合物和Eulerian模型，而热传递和升力系数UDFs仅适用于Eulerian模型。在连接函数之前需要激活多相模型。

要连接一个交换特性的UDF到FLUENT，首先需要在Phases面板中通过点击Interactions...打开Phase Interaction面板（如图18.3.6.3所示）。

Define Phases…

下一步，在Phase Interaction面板中点击合适的标签（如，Drag），然后从所需要的相应交换特性（如，Drag Coefficient）的下拉菜单中选择user-defined。这样将打开User-Defined Functions面板。

Define Dynamic Mesh Parameters…

图18.3.5.3：Phase Interaction面板

图18.3.5.4：User-Defined Functions面板

！为了显示关于混合物模型的阻力系数，务必在Multiphase Model面板中的Mixture Parameters下面选择Slip Velocity。

最后，从显示在User-Defined Function面板中的UDFs列中选择函数名（如，drag），点击OK。那么函数名（如，drag）将会显示于Phase Interaction面板的关于Drag Coefficient 的user-defined函数的下面。

3．DEFINE_VECTOR_EXCHANGE_PROPERTY

一旦通译或编译了DEFINE_VECTOR_EXCHANGE_PROPERTY UDF，函数名将会在FLUENT的User-Defined Functions面板（如图18.3.6.6所示）中变地可视与可选。

要连接UDF到FLUENT，首先，通过点击Phases面板中Interactions…打开Phase Interaction面板（如图18.3.6.5所示）。

Define Phases…

图18.3.5.5：Phase Interaction面板

下一步，在Phase Interaction面板中点击Slip标签，然后在关于Slip Velocity的下拉菜单中选择user-defined。这样将打开User-Defined Functions面板。

图18.3.5.6：User-Defined Functions面板

！滑动速度的UDFs仅适用于多相混合物模型。

最后，从显示在User-Defined Function面板（如图18.3.6.4所示）上的UDFs列中选择函数名（如，custom_slip），点击OK。

8.4.7 连接动态网格的UDF到FLUENT

1．DEFINE_CG_MOTION

一旦通译或编译了DEFINE_CG_MOTION UDF，函数名将会在FLUENT的Dynamic Zones面板（如图18.3.7.1所示）中变地可视与可选。

要连接UDF到FLUENT，首先需要激活动态网格模型。

Define Dynamic Mesh Parameters…

选择Model下面的Dynamic Mesh，点击OK。

！仅当在Solver面板中选择了Unsteady时，Dynamic Mesh面板才可被访问。

其次，打开Dynamic Zone面板。

Define Dynamic Mesh Zones…

图18.3.7.1：Dynamic Zones面板

在Dynamic Zones面板（如图18.7.1所示）中的Type的下面选择Rigid Body，点击Motion Attributes标签。最后，从Motion UDF/Profile的下拉菜单中选择函数名（如，piston），然后点击Create，再点击Close。

2．DEFINE_GEOM

一旦通译或编译了DEFINE_GEOM UDF，函数名将会在FLUENT的Dynamic Zones 面板（如图18.3.7.3所示）中变地可视与可选。

连接DEFINE_GEOM UDF到FLUENT的步骤与DEFINE_GEOM UDF的相同，所不同的是，在Dynamic Zones面板（如图18.3.7.2所示）中的Type的下面选择Deforming，点击Geometry Definition标签。从Definition下面的下拉菜单中选择user-defined，Geometry UDF的下拉菜单中选择函数名（如，parabola）。

多孔介质在fluent中的操作方法 网络上传版本

如何在Fluent中实现多孔介质双能量方程(LNTE) How to use Non-equilibrium Thermal equation (LNTE) model for Porous media in Fluent Software ●请参照本人发表的文章： ●Please refer to the following papers： 1)Wang Fu–Qiang*，Shuai Yong*，Wang Zhi–Q iang，Leng Yu，Tan He–Ping. Thermal and chemical reaction performance analyses of steam methane reforming in porous media solar thermochemical reactor，International Journal of Hydrogen Energy，39(2)：718-730，2014 关键词：Porous, Solar, Hydrogen, Methane, Reforming, P1 approximation, radiative heat transfer 2)Wang Fu–Qiang*，Shuai Yong*，Tan He–Ping，Zhang Xiao-Feng，Mao Qian-Jun，Heat transfer analyses of porous media receiver with multi–dish collector by coupling MCRT and FVM method，Solar Energy，93：158–168，2013 关键词：Solar, Porous, dish concentrator, Receiver, Monte Carlo 3)Wang Fu–Qiang*，Shuai Yong*，Tan He–Ping，Yu Chun–Liang，Thermal Performance Analysis of Porous Media Receiver with Concentrated Solar Irradiation，International Journal of Heat and Mass Transfer，62：247–254，2013 关键词：Solar, Porous, dish concentrator, Receiver, Monte Carlo

FLUENT帮助里自带的多孔介质算例-经典资料

Tutorial 7. Modeling Flow Through Porous Media Introduction Many industrial applications involve the modeling of ow through porous media, such as _lters, catalyst beds, and packing. This tutorial illustrates how to set up and solve a problem involving gas ow through porous media. The industrial problem solved here involves gas ow through a catalytic converter. Catalytic converters are commonly used to purify emissions from gasoline and diesel engines by converting environmentally hazardous exhaust emissions to acceptable substances. Examples of such emissions include carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NOx), and unburned hydrocarbon fuels. These exhaust gas emissions are forced through a substrate, which is a ceramic structure coated with a metal catalyst such as platinum or palladium. The nature of the exhaust gas ow is a very important factor in determining the performance of the catalytic converter. Of particular importance is the pressure gradient and velocity distribution through the substrate. Hence CFD analysis is used to designe_cient catalytic converters: by modeling the exhaust gas ow, the pressure drop and the uniformity of ow through the substrate can be determined. In this tutorial, FLUENT is used to model the ow of nitrogen gas through a catalytic converter geometry, so that the ow _eld structure may be analyzed. This tutorial demonstrates how to do the following: _ Set up a porous zone for the substrate with appropriate resistances. _ Calculate a solution for gas ow through the catalytic converter using the pressurebased solver. _ Plot pressure and velocity distribution on speci_ed planes of the geometry. _ Determine the pressure drop through the substrate and the degree of non-uniformity of ow through cross sections of the geometry using X-Y plots and numerical reports. 许多工业应用都涉及通过多孔介质（如过滤器，催化剂床和填料）的流动模型。本教程说明如何建立和解决涉及气体通过多孔介质的问题。 这里解决的工业问题涉及通过催化转换器的气体流量。催化转化器通常用于通过将对环境有害的废气排放物转化为可接受的物质来净化汽油和柴油发动机的排放物。 这种排放的例子包括一氧化碳（CO），氮氧化物（NOx）和未燃烧的碳氢化合物燃料。这些废气排放物被迫通过衬底，该衬底是涂覆有诸如铂或钯的金属催化剂的瓷结构。 排气流量的性质是决定催化转化器性能的一个非常重要的因素。特别重要的是通过基底的压力梯度和速度分布。因此，使用CFD分析来设计催化转换器：通过对排气流量进行建模，可以确定通过基板的流量的压降和流量的均匀性。在本教程中，FLUENT 用于模拟通过催化转化器几何形状的氮气流量，从而可以分析流量结构。 本教程演示了如何执行以下操作： _设置具有适当阻力的基材的多孔区域。 _使用基于压力的解算器计算通过催化转化器的气体流量的解决方案。 _绘制几何体特定平面上的压力和速度分布。 _确定通过基材的压降和不均匀的程度 通过使用X-Y图和数字报告的几何横截面的流量。 Prerequisites This tutorial assumes that you are familiar with the menu structure in FLUENT and that you have completed Tutorial 1. Some steps in the setup and solution procedure will not be shown explicitly. 本教程假设您熟悉FLUENT中的菜单结构您已完成教程1.设置和解决方案过程中的某些步骤不会明确显示。

第一阶段：多孔介质

第一阶段：多孔介质 在这个教程中，我们分析汽车排气管某一管段的流动，这个排气流动受到两个用于将有害一氧化碳转变成二氧化碳的多孔介质阻碍。当设计汽车的催化转化器时，工程师要在最大化催化器内部表面的同时尽量减小催化器的排气阻力与排气和表面接触持续时间两者之间寻求最佳点。因此，排出气流质量流量在整个催化器截面上更为均匀的分布有助于它的使用性。EFD.Pro 中多孔介质的可以仿真每一种催化器，允许你对催化器所占据的空间以分布式的阻力进行仿真，而不是对催化剂内所有独立通道进行分别仿真，因为这种方式是不符合实际情况甚至是不可能存在的。在这个EFD.Pro 教程例子中我们考虑了催化剂多孔介质渗透类型（对于流动方向上等向性或非等向性的阻力）对整个催化器截面上排出气体质量流量的影响。我们会观察到在排气后部的流动迹线分布比模型的入口处和穿过多孔介质时来的均匀。此外，依据流体速度对流动迹线赋予颜色，排出流体在多孔催化剂中的阻力可以得到估计，从催化器的效率而言这一点也是很重要的。

打开模型 1. 复制First Steps - Porous Media文件夹进入到你的工作目 录，此外由于EFD.pro 在运行时会 对其输入的数据进行存储，所以必 须确保文件处于非只读状态。运行 EFD.Pro。点击File，Open。 2. 在File Open对话框，浏览 located in the First Steps - Porous Media文件夹并且找到 catalyst.asm assembly点击 Open (或者双击这个assembly)。 创建EFD.Pro 项目 1. 点击Flow Analysis，Project， Wizard。如果已经在向导状态，直接选 Create new以便创建一个新的 assembly 并且命名为ISOTROPIC。 这个项目向导会指导你一步一步完成整个项目的特性定义。除了其中两步（定义项目流体和默认固体），其他的每一步都是预先的定义值，所以你可以接受这些默认值（跳过这一步可以直接点击Next）或者进行相应的修改。 这些预先设定的值是: 单位系统–SI， 分析类型–内部，无附加的物理特性， 壁面状况–绝热壁面， 初始条件–压力- 1 atm，温度- 293.2 K， 结果和几何求解– level 3， 对于这个项目所有的这些设置都是合适的，我们所要做的仅仅是将空气作为项目的流体。为了避免经过每一个向导截面，我们将使用Navigator面板，它可以使我们快速的访问向导页。 2. 点击右侧的箭头。

FLUENT多孔介质中平面面板(plane surface)工具的使用

1、输出grid图形 2、选择surface---plane,打开plane surface面板 3、通过确定三个点来确定平面位置。单击slect point，出现提示，不点选cancel.在grid 图形的多孔介质区域任意位置右键点选3个点。 4、回到plane surface面板，勾选plane tool，则在grid图形的多孔介质区域出现一个平面。

若出现的平面与我们的预期相差比较大的话，可以单击reset points,可以获得一个特殊位置的平面。 5、打开多孔介质的控制面板，选择porou zone标签，点击update from plane tool按钮，获得方向矢量1，和方向矢量2的原始值，并与左下角的坐标系统比较，确定我们大概的旋转方向。 6、对比grid图形左下角的坐标系统，红线和红色箭头代表的是方向矢量1，绿线和绿色箭头代表的是方向矢量2 应该使红线和X正方向平行，绿线和Y正方向平行。具体的操作应该是： 一：先单击白线的蓝色箭头，固定了该方向在旋转过程中不变，可以保证在旋转的过程比较有规律，然后右键点选白线的红色箭头旋转红线的红色箭头到X的正轴； 二: 接下来应该是单击白线的红色箭头，固定该方向不变，单击白线的蓝色箭头，旋转绿线的绿色箭头指向Y的正轴。（所以多孔介质区域我们一般是设置在坐标系统里面，轴线等 与坐标系统无非直角角度关系）。把平面移动到图形外有利于旋转，比较清楚。平面

法线方向的移动是用鼠标右键单击平面阴影部分并拖动，横向移动则需按下shift并进行如上操作。 7、旋转到适当的位置后（鼠标右键拖动箭头），再次点击update from plane tool按钮，获得方向矢量1，和方向矢量2。 得到的数值很可能不是整数，这个时候我们可以把他简化为整数。例如：0.9123可以简化为1，0.01245可以简化为0，以此类推。

多孔介质讲解

多孔介质条件 多孔介质模型可以应用于很多问题，如通过充满介质的流动、通过过滤纸、穿孔圆盘、流量分配器以及管道堆的流动。当你使用这一模型时，你就定义了一个具有多孔介质的单元区域，而且流动的压力损失由多孔介质的动量方程中所输入的内容来决定。通过介质的热传导问题也可以得到描述，它服从介质和流体流动之间的热平衡假设，具体内容可以参考多孔介质中能量方程的处理一节。 多孔介质的一维化简模型，被称为多孔跳跃，可用于模拟具有已知速度/压降特征的薄膜。多孔跳跃模型应用于表面区域而不是单元区域，并且在尽可能的情况下被使用（而不是完全的多孔介质模型），这是因为它具有更好的鲁棒性，并具有更好的收敛性。详细内容请参阅多孔跳跃边界条件。 多孔介质模型的限制 如下面各节所述，多孔介质模型结合模型区域所具有的阻力的经验公式被定义为“多孔”。事实上多孔介质不过是在动量方程中具有了附加的动量损失而已。因此，下面模型的限制就可以很容易的理解了。 ● 流体通过介质时不会加速，因为事实上出现的体积的阻塞并没有在模型中出现。这对于过渡流是有很大的影响的，因为它意味着FLUENT 不会正确的描述通过介质的过渡时间。 ● 多孔介质对于湍流的影响只是近似的。详细内容可以参阅湍流多孔介质的处理一节。 多孔介质的动量方程 多孔介质的动量方程具有附加的动量源项。源项由两部分组成，一部分是粘性损失项 (Darcy)，另一个是内部损失项： ∑∑==+=31312 1j j j j ij j ij i v v C v D S ρμ 其中S_i 是i 向(x, y, or z)动量源项，D 和C 是规定的矩阵。在多孔介质单元中，动量损失对于压力梯度有贡献，压降和流体速度（或速度方阵）成比例。 对于简单的均匀多孔介质： j j i i v v C v S ραμ2 12+= 其中a 是渗透性，C_2时内部阻力因子，简单的指定D 和C 分别为对角阵1/a 和C_2其它项为零。 FLUENT 还允许模拟的源项为速度的幂率： ()i C C j i v v C v C S 10011-== 其中C_0和C_1为自定义经验系数。 注意：在幂律模型中，压降是各向同性的，C_0的单位为国际标准单位。

(整理)多孔介质-Fluent模拟

7.19多孔介质边界条件 多孔介质模型适用的范围非常广泛，包括填充床，过滤纸，多孔板，流量分配器，还有管群，管束系统。当使用这个模型的时候，多孔介质将运用于网格区域，流场中的压降将由输入的条件有关，见Section 7.19.2.同样也可以计算热传导，基于介质和流场热量守恒的假设，见Section 7.19.3. 通过一个薄膜后的已知速度/压力降低特性可以简化为一维多孔介质模型，简称为“多孔跳跃”。多孔跳跃模型被运用于一个面区域而不是网格区域，而且也可以代替完全多孔介质模型在任何可能的时候，因为它更加稳定而且能够很好地收敛。见Section 7.22. 7.19.1 多孔介质模型的限制和假设 多孔介质模型就是在定义为多孔介质的区域结合了一个根据经验假设为主的流动阻力。本质上，多孔介质模型仅仅是在动量方程上叠加了一个动量源项。这种情况下，以下模型方面的假设和限制就可以很容易得到： ?因为没有表示多孔介质区域的实际存在的体，所以fluent默认是计算基于连续性方程的虚假速度。做为一个做精确的选项，你可以适用fluent 中的真是速度，见section7.19.7。 ?多孔介质对湍流流场的影响，是近似的，见7.19.4。 ?当在移动坐标系中使用多孔介质模型的时候，fluent既有相对坐标系也可以使用绝对坐标系，当激活相对速度阻力方程。这将得到更精确的源项。 相关信息见section7.19.5和7.19.6。 ?当需要定义比热容的时候，必须是常数。 7.19.2 多孔介质模型动量方程 多孔介质模型的动量方程是在标准动量方程的后面加上动量方程源项。源项包含两个部分：粘性损失项（达西公式项，方程7.19-1右边第一项），和惯性损失项（方程7.19-1右边第二项） (7.19-1)

FLUENT多孔介质数值模拟设置

FLUENT多孔介质数值模拟设置 多孔介质条件 多孔介质模型可以应用于很多问题，如通过充满介质的流动、通过过滤纸、穿孔圆盘、流量分配器以及管道堆的流动。当你使用这一模型时，你就定义了一个具有多孔介质的单元区域，而且流动的压力损失由多孔介质的动量方程中所输入的内容来决定。通过介质的热传导问题也可以得到描述，它服从介质和流体流动之间的热平衡假设，具体内容可以参考多孔介质中能量方程的处理一节。 多孔介质的一维化简模型，被称为多孔跳跃，可用于模拟具有已知速度/压降特征的薄膜。多孔跳跃模型应用于表面区域而不是单元区域，并且在尽可能的情况下被使用（而不是完全的多孔介质模型），这是因为它具有更好的鲁棒性，并具有更好的收敛性。详细内容请参阅多孔跳跃边界条件。 多孔介质模型的限制 如下面各节所述，多孔介质模型结合模型区域所具有的阻力的经验公式被定义为“多孔”。事实上多孔介质不过是在动量方程中具有了附加的动量损失而已。因此，下面模型的限制就可以很容易的理解了。 流体通过介质时不会加速，因为事实上出现的体积的阻塞并没有在模型中出现。这对于过渡流是有很大的影响的，因为它意味着FLUENT不会正确的描述通过介质的过渡时间。 多孔介质对于湍流的影响只是近似的。详细内容可以参阅湍流多孔介质的处理一节。 多孔介质的动量方程 多孔介质的动量方程具有附加的动量源项。源项由两部分组成，一部分是粘性损失项 (Darcy)，另一个是内部损失项： 其中S_i是i向(x, y, or z)动量源项，D和C是规定的矩阵。在多孔介质单元中，动量损失对于压力梯度有贡献，压降和流体速度（或速度方阵）成比例。 对于简单的均匀多孔介质： 其中a是渗透性，C_2时内部阻力因子，简单的指定D和C分别为对角阵1/a 和C_2其它项为零。 FLUENT还允许模拟的源项为速度的幂率： 其中C_0和C_1为自定义经验系数。 注意：在幂律模型中，压降是各向同性的，C_0的单位为国际标准单位。 多孔介质的Darcy定律 通过多孔介质的层流流动中，压降和速度成比例，常数C_2可以考虑为零。忽略对流加速以及扩散，多孔介质模型简化为Darcy定律： 在多孔介质区域三个坐标方向的压降为：

完整word版,fluent中多孔介质设置问题和算例

经过痛苦的一段经历，终于将局部问题真相大白，为了使保位同仁不再经过我之痛苦，现在将本人多孔介质经验公布如下，希望各位能加精： 1。Gambit中划分网格之后，定义需要做为多孔介质的区域为fluid,与缺省的fluid分别开来，再定义其名称，我习惯将名称定义为porous; 2。在fluent中定义边界条件define-boundary condition-porous(刚定义的名称)，将其设置边界条件为fluid,点击set按钮即弹出与fluid边界条件一样的对话框，选中porous zone与laminar复选框,再点击porous zone标签即出现一个带有滚动条的界面；

3。porous zone设置方法： 1）定义矢量：二维定义一个矢量，第二个矢量方向不用定义，是与第一个矢量方向正交的；

三维定义二个矢量，第三个矢量方向不用定义，是与第一、二个矢量方向正交的； （如何知道矢量的方向：打开grid图，看看X,Y,Z的方向，如果是X向，矢量为1,0,0,同理Y向为0,1,0，Z向为0,0,1,如果所需要的方向与坐标轴正向相反，则定义矢量为负） 圆锥坐标与球坐标请参考fluent帮助。 2）定义粘性阻力1/a与内部阻力C2：请参看本人上一篇博文“终于搞清fluent中多孔粘性阻力与内部阻力的计算方法”，此处不赘述；

3）如果了定义粘性阻力1/a与内部阻力C2,就不用定义C1与C0，因为这是两种不同的定义方法，C1与C0只在幂率模型中出现，该处保持默认就行了； 4）定义孔隙率porousity，默认值1表示全开放，此值按实验测值填写即可。 完了，其他设置与普通k-e或RSM相同。总结一下，与君共享!

多孔介质模拟简介

FLUENT多孔介质数值模拟设置 FLUENT专题2009-08-18 21:54:19 阅读871 评论5字号：大中小 多孔介质条件 多孔介质模型可以应用于很多问题，如通过充满介质的流动、通过过滤纸、穿孔圆盘、流量分配器以及管道堆的流动。当你使用这一模型时，你就定义了一个具有多孔介质的单元区域，而且流动的压力损失由多孔介质的动量方程中所输入的内容来决定。通过介质的热传导问题也可以得到描述，它服从介质和流体流动之间的热平衡假设，具体内容可以参考多孔介质中能量方程的处理一节。 多孔介质的一维化简模型，被称为多孔跳跃，可用于模拟具有已知速度/压降特征的薄膜。多孔跳跃模型应用于表面区域而不是单元区域，并且在尽可能的情况下被使用（而不是完全的多孔介质模型），这是因为它具有更好的鲁棒性，并具有更好的收敛性。详细内容请参阅多孔跳跃边界条件。 多孔介质模型的限制 如下面各节所述，多孔介质模型结合模型区域所具有的阻力的经验公式被定义为“多孔”。事实上多孔介质不过是在动量方程中具有了附加的动量损失而已。因此，下面模型的限制就可以很容易的理解了。 ●流体通过介质时不会加速，因为事实上出现的体积的阻塞并没有在模型中出现。这对于 过渡流是有很大的影响的，因为它意味着FLUENT不会正确的描述通过介质的过渡时间。 ●多孔介质对于湍流的影响只是近似的。详细内容可以参阅湍流多孔介质的处理一节。 多孔介质的动量方程

多孔介质的动量方程具有附加的动量源项。源项由两部分组成，一部分是粘性损失项(Darcy)，另一个是内部损失项： 其中S_i是i向(x, y, or z)动量源项，D和C是规定的矩阵。在多孔介质单元中，动量损失对于压力梯度有贡献，压降和流体速度（或速度方阵）成比例。 对于简单的均匀多孔介质： 其中a是渗透性，C_2时内部阻力因子，简单的指定D和C分别为对角阵1/a和C_2其它项为零。 FLUENT还允许模拟的源项为速度的幂率： 其中C_0和C_1为自定义经验系数。 注意：在幂律模型中，压降是各向同性的，C_0的单位为国际标准单位。 多孔介质的Darcy定律 通过多孔介质的层流流动中，压降和速度成比例，常数C_2可以考虑为零。忽略对流加速以及扩散，多孔介质模型简化为Darcy定律： 在多孔介质区域三个坐标方向的压降为： 其中为多孔介质动量方程1中矩阵D的元素v j为三个方向上的分速度，D n_x、D n_y、以及D n_z为三个方向上的介质厚度。 在这里介质厚度其实就是模型区域内的多孔区域的厚度。因此如果模型的厚度和实际厚

Fluent计算多孔介质模型资料

广东省深圳市宝安区沙井辛养社区西部工业园 TEL:+86-755-3366-8888 FAX:+86-755-3366-0612 Fluent计算多孔介质模型资料 这是一个多孔介质例子，进口速度为0.01m/s,组份为液态水和氧气，其中氧气从多孔介质porous jump 渗透过去，如何看氧气在tissue中扩散的。 porous jump的face permeability1 a=e-8 m_2 thickness 设为0.0001 pressure jump coefficient为默认 porous zone设置如下： direction vector 1, 1, viscous resistance 100 each inertial resistance 100 each porosity 0.1 边界条件设置如下： Ab – wall - default Bc – wall – default Be – porous jump – face permeability 1e-8, porous medium thickness 0.0001 Cd – outflow rating – 0.5 De – wall – default Default interior – interior Default interior001 – interior Default interior019 – interior Ef – wall - default Fg – outflow rating – 1 Fluid - porous zone - direction vector 1, 1, viscous resistance 100 each, inertial resistance 100 each, porosity 0.1 Gh- wall - default Hi – wall - default Hk - porous jump same conditions as other Ij – outflow – 0.5 Jk – wall – default Kl – wall – default

多孔介质的网络模型构建-宫法明

2012年齐鲁大学生软件设计大赛命题 多孔介质的网络模型构建 （中国石油大学宫法明） 一、课题背景简介 多孔介质是指内部含有大量空隙（void）的固体，固体骨架遍及多孔介质所占据的体积空间。多孔介质内部的空隙极其微小。储集石油和天然气的砂岩地层的空隙直径大多在不足1微米到500微米之间；毛细血管内径一般为5～15微米；肺泡-微细支气管系统的空隙直径一般为200微米左右或更小；植物体内输送水分和糖分的空隙直径一般不大于40微米。 一般多孔介质的空隙都是相通的，也可能是部分连通、部分不连通的。由于多孔介质本身的不均匀性、随机性和几何拓扑结构的复杂性，其内部渗透特性、流体传递过程等难以实测。因此，利用计算机对多孔介质进行微观建模，通过计算获取多孔介质的相关构造参数具有重要的研究价值。 注：本竞赛题目来自目前在研的一项国家科技重大专项课题，是其中的一部分，属于比较关键的基础研究，选报本题目的参赛选手在锻炼自己的同时，取得的任何一点成果，都很有可能会为国家做出重要的贡献。 二、课题研究的基本思路及环节 用计算机对多孔介质进行相关研究的基本思路及环节是： ①借助工业用微焦点CT 系统（目前已在使用纳米测量技术，数据更丰富，精度更准确），获取一系列能够真实描述多孔介质的微观空隙结构的CT 切片图像；图1所示为其中一张：

图1：CT切片图像 ②对每幅CT图像进行分割，找到空隙和固体骨架之间的边界，从而可以将固体部分剔除，只留下空隙部分所占据的平面区域；图2所示为分割结果（一个矩形的部分区域）中的一张（黑色 部分为空隙）： 图2：分割结果

③将一系列CT图像中空隙部分所占据的区域叠加在一起，便构成了整个体积空间中所有空隙构成的一个三维体，从而可以用三维显示技术将空隙空间显示出来；如图3所示： 图3：空隙的三维体数据 ④上述步骤产生的空隙体数据一般数据量较大，影响显示的实时性，且大量空隙相互遮挡，不利观察，也不利于后续的各种参数计算，因此需要构建空隙空间的几何模型，通俗的说，就是在空隙体数据外围包上一层皮（一般是网状的，如四边形网格或三角网格），对这个“皮”进行材质、光照等设置之后显示出来，效果就有了较真实的展示。如图4所示：

COMSOL Multiphysics模拟多孔介质流动

COMSOL Multiphysics多孔介 质流动: 裂隙流 中仿科技技术部 中仿科技---专业信息化软件及技术咨询公司https://www.wendangku.net/doc/e111862035.html,

模型背景 在多孔介质的裂缝中，流体流动得较快，而在周围的多孔介质岩体当 中，流体也会进入微孔，尽管速度非常慢。由于裂缝和岩体之间存在 着流体的传质，所以在裂缝和岩体的界面上压强是连续的。精确模拟 岩体和裂缝中的流动在一些案例中是很有关键的，例如估计井的流 率，描述污染物的迁移，设计污染物清除策略等。 本算例说明了联合求解裂缝和岩体流动的一种高效而精确的方法。模 型建立为一个立方体岩体，它的内部边界为裂缝。Darcy定律是岩体 中速度的控制方程，裂缝中的流动设定与裂缝厚度有关。将裂缝定义 为内部边界是一种高效的方法，因为这样就不需要为狭窄的裂缝体积 来建立面积-厚度比非常高的精细网格。 中仿科技---专业信息化软件及技术咨询公司https://www.wendangku.net/doc/e111862035.html,

模型几何、控制方程及边界条件 流体流动—岩体 流体流动—裂缝 几何体为一块断裂多孔介质立方体，边长1m。裂缝对流体的透过性远好于岩体，而厚度为0.0001m， 也比岩体的尺度小得多。除了裂缝的边界之外，立方体的其它边界都是不可穿透的。流体在岩体内 从左至右流动，从下表面进入裂缝，从上表面流出。初始时，岩体内的流体并不流动。在模拟过程 中进口边界的压强保持不变，出口边界的压强随着时间降低。模拟时间为1000s。结束模拟之后会做 出数据列表。 中仿科技---专业信息化软件及技术咨询公司https://www.wendangku.net/doc/e111862035.html,

模型数据 Variable Units Description Value θs m3/m3Porosity of matrix blocks0.3 χf s2·m/kg Compressibility of the fluid 4.4·10-10 χs s2·m/kg Compressibility of the fluid10-8 κm m2Permeability of matrix blocks10-11 df m Thickness of the fracture0.0001 Sf s2·m/kg Storage coefficient of the fractureχf κf m2Permeability of fracture10-7 ηkg/m·s Viscosity0.001 gr m/s2Gravity9.82 ρf kg/m3Fluid density1000 pinlet kg/m·s2Pressure at the fracture inlet10e5 poutlet kg/m·s2Pressure at the fracture outlet p0 ?10t p0kg/m·s2Initial pressure distribution10e5 中仿科技---专业信息化软件及技术咨询公司https://www.wendangku.net/doc/e111862035.html,

多孔介质

fluent边界条件3 CFD专业知识2009-04-29 17:34:55 阅读244 评论0 字号：大中小 多孔介质条件 多孔介质模型可以应用于很多问题，如通过充满介质的流动、通过过滤纸、穿孔圆盘、流量分配器以及管道堆的流动。当你使用这一模型时，你就定义了一个具有多孔介质的单元区域，而且流动的压力损失由多孔介质的动量方程中所输入的内容来决定。通过介质的热传导问题也可以得到描述，它服从介质和流体流动之间的热平衡假设，具体内容可以参考多孔介质 中能量方程的处理一节。 多孔介质的一维化简模型，被称为多孔跳跃，可用于模拟具有已知速度/压降特征的薄膜。 多孔跳跃模型应用于表面区域而不是单元区域，并且在尽可能的情况下被使用（而不是完全的多孔介质模型），这是因为它具有更好的鲁棒性，并具有更好的收敛性。详细内容请参阅 多孔跳跃边界条件。 多孔介质模型的限制 如下面各节所述，多孔介质模型结合模型区域所具有的阻力的经验公式被定义为"多孔"。事实上多孔介质不过是在动量方程中具有了附加的动量损失而已。因此，下面模型的限制就可 以很容易的理解了。 l 流体通过介质时不会加速，因为事实上出现的体积的阻塞并没有在模型中出现。这 对于过渡流是有很大的影响的，因为它意味着FLUEN T不会正确的描述通过介质的过渡时间。 l 多孔介质对于湍流的影响只是近似的。详细内容可以参阅湍流多孔介质的处理一节 。 多孔介质的动量方程 多孔介质的动量方程具有附加的动量源项。源项由两部分组成，一部分是粘性损失项(Darc y)，另一个是内部损失项： 其中S_i是i向(x, y, or z)动量源项，D和C是规定的矩阵。在多孔介质单元中，动量损失对于压力梯度有贡献，压降和流体速度（或速度方阵）成比例。 对于简单的均匀多孔介质： 其中a是渗透性，C_2时内部阻力因子，简单的指定D和C分别为对角阵1/a 和C_2其它项为零 。 FLUENT还允许模拟的源项为速度的幂率： 其中C_0和C_1为自定义经验系数。 注意：在幂律模型中，压降是各向同性的，C_0的单位为国际标准单位。 多孔介质的Darcy定律

Fluent建模教程

目录 1.理论知识 1.1Gambit软件的介绍 1.2Fluent软件的介绍 1.3Exceed.13+Gambit.V 2.4.06+Fluent.6.3安装介绍 2.建模过程 2.1Gambit 启动 2.2建立几何模型 3.网格划分 3.1划分网格 3.2检查网格划分情况 3.3设置边界类型 3.4输出网格文件 4.计算求解 4.1检查网格并定义长度单位 4.2设置计算模型 4.3设置流体材料属性 4.4设置边界条件 4.5求解初始化 4.6设置残差监视 4.7保存case文件 4.8求解计算 4.9保存计算结果 5.后期处理 5.1读入case和data文件 5.2显示网格 5.3创建相关面 5.4计算各单电池获得的质量流率 5.5绘制图表 6.参考链接

第一章理论知识 1.1Gambit软件的介绍 GAMBIT是为了帮助分析者和设计者建立并网格化计算流体力学（CFD）模型和其它科学应用而设计的一个软件包。GAMBIT通过它的用户界面（GUI）来接受用户的输入。GAMBIT GUI简单而又直接的做出建立模型、网格化模型、指定模型区域大小等基本步骤，然而这对很多的模型应用已是足够了。 面向CFD分析的高质量的前处理器，其主要功能包括几何建模和网格生成。由于GAMBIT本身所具有的强大功能，以及快速的更新，在目前所有的CFD前处理软件中，GAMBIT稳居上游。 GAMBIT软件具有以下特点： ☆ACIS内核基础上的全面三维几何建模能力，通过多种方式直接建立点、线、面、体，而且具有强大的布尔运算能力，ACIS内核已提高为ACIS R12。该功能大大领先于其它CAE软件的前处理器； ☆可对自动生成的Journal文件进行编辑，以自动控制修改或生成新几何与网格； ☆可以导入PRO/E、UG、CATIA、SOLIDWORKS、ANSYS、PATRAN等大多数CAD/CAE软件所建立的几何和网格。导入过程新增自动公差修补几何功能，以保证GAMBIT与CAD软件接口的稳定性和保真性，使得几何质量高，并大大减轻工程师的工作量； ☆新增PRO/E、CATIA等直接接口，使得导入过程更加直接和方便； ☆强大的几何修正功能，在导入几何时会自动合并重合的点、线、面；新增几何修正工具条，在消除短边、缝合缺口、修补尖角、去除小面、去除单独辅助线和修补倒角时更加快速、自动、灵活，而且准确保证几何体的精度； ☆G/TURBO模块可以准确而高效的生成旋转机械中的各种风扇以及转子、定子等的几何模型和计算网格； ☆强大的网格划分能力，可以划分包括边界层等CFD特殊要求的高质量网格。GAMBIT中专用的网格划分算法可以保证在复杂的几何区域内直接划分出高质量的四面体、六面体网格或混合网格； ☆先进的六面体核心(HEXCORE)技术是GAMBIT所独有的，集成了笛卡尔网格和非结构网格的优点，使用该技术划分网格时更加容易，而且大大节省网格数量、提高网格质量； ☆居于行业领先地位的尺寸函数（Size function）功能可使用户能自主控制网格的生成过程以及在空间上的分布规律，使得网格的过渡与分布更加合理，最大限度地满足CFD分析的需要；

多孔介质-Fluent模拟

多孔介质-Fluent模拟 7.19多孔介质边界条件 多孔介质模型适用的范围非常广泛，包括填充床，过滤纸，多孔板，流量分配器，还有管群，管束系统。当使用这个模型的时候，多孔介质将运用于网格区域，流场中的压降将由输入的条件有关，见Section 7.19.2.同样也可以计算热传导，基于介质和流场热量守恒的假设，见Section 7.19.3. 通过一个薄膜后的已知速度/压力降低特性可以简化为一维多孔介质模型，简称为“多孔跳跃”。多孔跳跃模型被运用于一个面区域而不是网格区域，而且也可以代替完全多孔介质模型在任何可能的时候，因为它更加稳定而且能够很好地收敛。见Section 7.22. 7.19.1 多孔介质模型的限制和假设 多孔介质模型就是在定义为多孔介质的区域结合了一个根据经验假设为主的流动阻力。本质上，多孔介质模型仅仅是在动量方程上叠加了一个动量源项。这种情况下，以下模型方面的假设和限制就可以很容易得到: , 因为没有表示多孔介质区域的实际存在的体，所以fluent默认是计算基于连续性方程的虚假速度。做为一个做精确的选项，你可以适用fluent 中的真是速度，见section7.19.7。 , 多孔介质对湍流流场的影响，是近似的，见7.19.4。 , 当在移动坐标系中使用多孔介质模型的时候，fluent既有相对坐标系也 可以使用绝对坐标系，当激活相对速度阻力方程。这将得到更精确的源项。 相关信息见section7.19.5和7.19.6。 , 当需要定义比热容的时候，必须是常数。 7.19.2 多孔介质模型动量方程

多孔介质模型的动量方程是在标准动量方程的后面加上动量方程源项。源项包含两个部分:粘性损失项(达西公式项，方程7.19-1右边第一项)，和惯性损失项(方程7.19-1右边第二项) (7.19-1) 式中，si是i(x，y，z)动量方程的源项，是速度大小，D和C是矩阵。动量源项对多孔介质区域的压力梯度有影响，生成一个与速度大小(速度平方)成正比的压降。 对于各向同性多孔介质简单情况下: (7.19-2) 式中是渗透性系数，是惯性阻力系数，也就是将D,C矩阵简化为对角矩阵，对角上的系数分别为和，其它元素都是0. 同样fluent也可以将源项设定为速度的幂函数型: (7.19-3) 式中and 是用户自定义的经验系数。. 在幂函数型模型中，压降是均匀的，的单位是国际单位制。多孔介质中的达西定律

微通道多孔介质模型分析解析

微通道热沉的一种改进多孔介质模型 Baoqing Deng , Yinfeng Qiu , Chang Nyung Kim Applied Thermal Engineering 30 (2010) 2512-2517 摘要 在本文中，将会推出微通道热沉的一种新型多孔介质模型。在温度方程中考虑到基板，因此，避免了微通道底部的近似边界条件。由流体力学和微通道换热流动充分发展，得到解析解。将本文解析解所得的无量纲温度与三维数值模拟及以往多孔介质模型相比较。本模型和数值模拟正确再现以往多孔介质模型在基板和通道底部附近区域不能描述的温度分布。由于已经考虑基板，本模型计算而得对流传热阻值与数值模拟显示出良好的一致性而无需任何附加修正。随着通道高度增加，数值模拟和多孔介质模型之间的差异也会增加。纵横比较大的情况更应该注意。 关键词：微通道热沉多孔介质基板 1 前言 自从Tuckerman和Pease[1]提出了用于大功率密度电子设备冷却的微通道热沉概念后，微通道热沉备受关注。有关微通道热沉建模方法的研究有很多。最简单的建模方法是使用翅片模型[2]，即将通道内的三维流动和传热简化为沿流动方向的一维问题。然而，翅片模型模拟纵横比较大的微通道热沉[3-8]时，误差可能较大。另一种方法是通过计算流体力学（CFD）[9-11]，模拟单个三维通道内的流动和传热。CFD可以提供通道内速度场和温度场的的信息。当然，这需要大量精力和计算时间。多孔介质的方法是这两种方法的综合，即将微通道热沉视为充满冷却剂的虚拟多孔介质。自从Koh和Colony[5]提出了这个概念，应用多孔介质的方法[3,4,12]研究微通道热沉的作品有很多。这些作品考虑了通道和翅片内部的温度分布，但没有考虑到基板内部的温度分布。对于微通道热沉，通常假定基板底部的热流密度是均匀的。由于以往多孔介质模型并未包含基板，在Kim和Kim等人[13]的模型的通道和肋片底部，必须给出近似边界条件，他们假定通道和肋片底部的无量纲温度为零。据作者所知，到现在还没有有关基板分析的作品。另一方面，忽略基片将导致对流传热阻值的计算出现误差，因为最高温度存在于基板底部，而不是通道底部。在本文中，多孔介质模型拓展到通道下面的基板，由流体力学和换热充分发展流动，求得解析解，微通道热沉的几何参数对温度分布和热阻的的影响也将进行详细的讨论。 2 分析模型 本文考虑微通道热沉强制对流的问题。如图1所示，通道顶部是绝热的，底部是等温的或具有恒定的热流密度。水流过微通道带走热量。

FLUENT多孔介质数值模拟设置

C=对于不同D/t的不同雷诺数范围被列成不同的表的系数 A_p=圆盘的面积（固体和洞) 如果你选择在多孔介质中模拟热传导，你必须指定多孔介质中的材料以及多孔性。要定义多孔介质的材料，向下拉流体面板中阻力输入底下的滚动条，然后在多孔热传导的固体材料下拉列表中选中适当的固体。 另一个处理收敛性差的要领是临时取消多孔介质模型（在流体面板中关闭多孔区域）然后获取一个不受多孔区域影响的初始流场。取消多孔区域后，FLUEＮT会将多孔区域处理为流体区域并按响应的流体区域来计算。一旦获取了初始解，或者计算很容易收敛，你就可以激活多孔模型继续计算包罗多孔区域的流场（对于大阻力多孔介质不保举使用该要领）。 这些变量会在后处理面板的变量选择下拉菜谱制定类别中出现。 然后在多孔热传导下设定多孔性。多孔性f是多孔介质中流体的体积分数（即介质的开放体积分数）。多孔性用于介质中的热传导预测，处理要领请参阅多孔介质能量方程的处理一节。它还对介质中的反应源项和体力的计算有影响。这个源项和介质中流体的体积成比例。如果你想要模拟完全开放的介质（固体介质没有影响），你应该设定多孔性为1.0。当多孔性为1.0时，介质的固体部门对于热传导和（或）热源项/反应源项没有影响。注意：多孔性永远不会影响介质中的流体速率，这已经在多孔介质的动量方程一节中介绍了。不管你将多孔性设定为何值，，FLUEＮT所预测的速率都是介质中的外貌速率。 对于多孔介质动量源项（多孔介质动量方程中的方程5），如果你使用幂律模型近似，你只要在流体面板的幂律模型中输入系数C_0和C_1就可以了。如果C_0或C_1为非零值，解算器会忽略面板中除了多孔介质幂律模型之外的所有输入。 定义源项