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1、精品文檔精品文檔周期性邊界條件周期性邊界條件用來(lái)解決,物理模型和所期待的流動(dòng)的流動(dòng)/熱解具有周期性重復(fù)的特點(diǎn)。FLUENT提供了兩種類(lèi)型的周期性邊界條件。第一種類(lèi)型不允許通過(guò)周期性平面具有壓降(對(duì)于FLUENT4用戶來(lái)說(shuō):這一類(lèi)型的周期性邊界是指FLUENT4中的圓柱形邊界)。第二種類(lèi)型允許通過(guò)平移周期性邊界具有壓降,它是你能夠模擬完全發(fā)展的周期性流動(dòng)(在FLUENT4中是周期性邊界)。本節(jié)討論了無(wú)壓降的周期性邊界條件。在周期性流動(dòng)和熱傳導(dǎo)一節(jié)中,完全發(fā)展的周期性模擬能力得到了詳盡的描述。周期性邊界的例子周期性邊界條件用于模擬通過(guò)計(jì)算模型內(nèi)的兩個(gè)相反平面的流動(dòng)是相同的情況。下圖是周期性邊界條件
2、的典型應(yīng)用。 在這些例子中,通過(guò)周期性平面進(jìn)入計(jì)算模型的流動(dòng)和通過(guò)相反的 周期性平面流出流場(chǎng)的流動(dòng)是相同的。正如這些例子所示,周期性平面通常是成對(duì)使用的。4 la ng nllal InilciAcyclic baundjrlfii&Figure 1:在圓柱容器中使用周期性邊界定義渦流周期性邊界的輸入對(duì)于沒(méi)有任何壓降的周期性邊界,你只需要輸入一個(gè)東西, 那就是你的所模擬的幾何外形是旋轉(zhuǎn)性周期還是平移性周期。(對(duì)于有周期性壓降的周期流還要輸入其它的東西,請(qǐng)參閱周期性流動(dòng)和熱傳導(dǎo)一節(jié)。)旋轉(zhuǎn)性周期邊界是指關(guān)于旋轉(zhuǎn)對(duì)稱幾何外形中線形成了一個(gè)包括的角度。本節(jié)中的圖一就是旋轉(zhuǎn)性周期。平移性周期邊界是指在
3、直線幾何外形內(nèi)形成周期性邊界。下面兩圖是平移性周期邊界:Figure 1:物理區(qū)域periodic boundaryperiodic x imdaryFigure 2:所模擬的區(qū)域?qū)τ谥芷谛赃吔?,你需要在周期性面板(下圖)中指定平移性邊界還是旋轉(zhuǎn)性邊界,該面板 是從設(shè)定邊界條件菜單中打開(kāi)的。PeriodicZone Name|oeriodic-lCancelPeriodic Tvpe 事 Translationtd RotatianalHelpFigure 3:周期性面板(對(duì)于耦合解算器,周期性面板中將會(huì)有附加的選項(xiàng),這一選項(xiàng)允許你指定壓力跳躍,詳細(xì) 內(nèi)容請(qǐng)參閱周期性流動(dòng)和熱傳導(dǎo)一節(jié)。)如果區(qū)
4、域是旋轉(zhuǎn)性區(qū)域,請(qǐng)選擇旋轉(zhuǎn)性區(qū)域類(lèi)型。如果是平移性就選擇平移性區(qū)域類(lèi)型。于旋轉(zhuǎn)性區(qū)域,解算器會(huì)自動(dòng)計(jì)算通過(guò)周期性區(qū)域的旋轉(zhuǎn)角度。旋轉(zhuǎn)軸是為鄰近單元指定的旋轉(zhuǎn)軸。注意:對(duì)于使用旋轉(zhuǎn)周期性邊界來(lái)說(shuō),你不必指定鄰近單元區(qū)域?yàn)橐苿?dòng)的。例如,你能夠使用具有管的平切片的非旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系來(lái)模擬三維管流,管的切片需要具有旋轉(zhuǎn)性周期。你可以使用 Grid/Check菜單選項(xiàng)(參閱檢查網(wǎng)格一節(jié))來(lái)計(jì)算和顯示周期性邊界所有表面 的旋轉(zhuǎn)角度的最大值、最小值和平均值。如果最大值、最小值和平均值之間的差別可以忽略 那么網(wǎng)格有一個(gè)問(wèn)題:對(duì)于指定軸來(lái)說(shuō)網(wǎng)格幾何外形不是周期性的。周期性邊界的默認(rèn)設(shè)定默認(rèn)為平移周期性邊界條件周期性邊
5、界的計(jì)算程序FLUENT在周期性邊界處理流動(dòng)就像反向周期性平面是和前面的周期性邊界直接相鄰一樣, 因此,當(dāng)計(jì)算流過(guò)鄰近流體單元的周期性邊界時(shí),就會(huì)使用與反向周期性平面相鄰的流體單元的流動(dòng)條件。軸邊界的計(jì)算程序 軸邊界條件軸邊界類(lèi)型必須使用在對(duì)稱幾何外形的中線處(見(jiàn)下圖)。它也可以用在圓柱兩極的四邊形和六面體網(wǎng)格的中線上(比如:像FLUENT4之類(lèi)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成代碼所產(chǎn)生的網(wǎng)格)。在軸邊界處,你不必定義任何邊界條件。Figure 1:在軸對(duì)稱幾何外形的中線處軸邊界條件的使用軸邊界的計(jì)算程序要確定軸上特定點(diǎn)的適當(dāng)物理值,F(xiàn)LUENT使用鄰近單元中的單元值。流體條件流體區(qū)域是一組所有現(xiàn)行的方程都被解
6、出的單元。對(duì)于流體區(qū)域只需要輸入流體材料類(lèi)型。你必須指明流體區(qū)域內(nèi)包含哪種材料,以便于使用適當(dāng)?shù)牟牧蠈傩浴H绻隳M組分輸運(yùn)或者燃燒, 你就不必在這里選擇材料屬性, 當(dāng)你激活模型時(shí),組分 模型面板中會(huì)指定混合材料。 相似地,對(duì)于多相流動(dòng)你也不必指定材料屬性,當(dāng)你在多相流模型面板中激活模型時(shí),你會(huì)選擇它們??蛇x擇的輸入允許你設(shè)定熱、質(zhì)量、動(dòng)量、湍流、組分以及其它標(biāo)量屬性的源項(xiàng)。你也 可以為流體區(qū)域定義運(yùn)動(dòng)。如果鄰近流體區(qū)域內(nèi)具有旋轉(zhuǎn)周期性邊界,你就需要指定旋轉(zhuǎn)軸。如果你使用k-e模型或者Spalart-Allmaras模型來(lái)模擬湍流,你可以選擇定義流體區(qū)域?yàn)閷?流區(qū)域。如果你用DO模型模擬輻射,
7、你可以指定流體是否參加輻射。對(duì)于多孔區(qū)域的信息, 請(qǐng)參閱多孔介質(zhì)條件一節(jié)。流體區(qū)域的輸入在流體面板中(下圖),你需要設(shè)定所有的流體條件,該面板是從設(shè)定邊界條件菜單中打開(kāi) 的。Figure 1:流體面板定義流體材料要定義流體區(qū)域內(nèi)包含的材料,請(qǐng)?jiān)诓牧厦窒吕斜碇羞x擇適當(dāng)?shù)倪x項(xiàng)。這一列表中會(huì)包含所有已經(jīng)在使用材料面板中定義的流體材料(或者從材料數(shù)據(jù)庫(kù)中加載)。如果你模擬組分輸運(yùn)或者多相流, 在流體面板的下拉列表中不會(huì)出現(xiàn)材料名。 對(duì)于組分計(jì)算, 所有流體區(qū)域的混合材料將會(huì)是你在組分模型面板中所指定的材料。對(duì)于多相流,所有流體 區(qū)域的材料將會(huì)是你在多相流模型面板中所指定的材料。定義源項(xiàng)如果你希望在
8、流體區(qū)域內(nèi)定義熱、質(zhì)量、動(dòng)量、湍流、組分以及其它標(biāo)量屬性的源項(xiàng),你可 以激活源項(xiàng)選項(xiàng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。詳情請(qǐng)參閱定義質(zhì)量、動(dòng)量、能量和其它源項(xiàng)一節(jié)。指定層流區(qū)域如果你使用 k-e 模型或者 Spalart-Allmaras 模型來(lái)模擬湍流,在指定的流體區(qū)域關(guān)掉湍流模 擬是可能的(即:使湍流生成和湍流粘性無(wú)效,但是湍流性質(zhì)的輸運(yùn)仍然保持) 。如果你知 道在某一區(qū)域流動(dòng)是層流這一功能是很有用的。 比方說(shuō):如果你知道機(jī)翼上的轉(zhuǎn)唳點(diǎn)的位置, 你可以在層流單元區(qū)域邊界和湍流區(qū)域邊界創(chuàng)建一個(gè)層流/湍流過(guò)渡邊界。這一功能允許你模擬機(jī)翼上的湍流過(guò)渡。 要在流體區(qū)域內(nèi)取消湍流模擬, 請(qǐng)?jiān)诹黧w面板中打開(kāi)層流區(qū)域選項(xiàng)。指定旋
9、轉(zhuǎn)軸如果鄰近流體區(qū)域存在旋轉(zhuǎn)性周期邊界, 或者區(qū)域是旋轉(zhuǎn)的, 你必須指定旋轉(zhuǎn)軸。 要定 義旋轉(zhuǎn)軸, 請(qǐng)?jiān)O(shè)定旋轉(zhuǎn)軸方向和起點(diǎn)。 這個(gè)軸和任何鄰近壁面區(qū)域或任何其它單元區(qū)域所使 用的旋轉(zhuǎn)軸是獨(dú)立的。 對(duì)于三維問(wèn)題, 旋轉(zhuǎn)軸起點(diǎn)是從旋轉(zhuǎn)軸起點(diǎn)中輸入的起點(diǎn), 方向?yàn)樾?轉(zhuǎn)軸方向選項(xiàng)中輸入的方向。 對(duì)于二維非軸對(duì)稱問(wèn)題, 你只需要指定旋轉(zhuǎn)軸起點(diǎn), 方向就是 通過(guò)指定點(diǎn)的z方向。(z向是垂直于幾何外形平面的,這樣才能保證旋轉(zhuǎn)出現(xiàn)在該平面內(nèi))。對(duì)于二維軸對(duì)稱問(wèn)題,你不必定義軸,旋轉(zhuǎn)通常就是關(guān)于x 軸的,起點(diǎn)為 (0,0) 。定義區(qū)域運(yùn)動(dòng)對(duì)于旋轉(zhuǎn)和平移坐標(biāo)系要定義移動(dòng)區(qū)域,請(qǐng)?jiān)谶\(yùn)動(dòng)類(lèi)型下菜單 (如果你用滾動(dòng)條
10、向右滾動(dòng)到 旋轉(zhuǎn)軸起點(diǎn)和方向,就是可見(jiàn)的了)中選擇運(yùn)動(dòng)參考坐標(biāo)系。然后在面板的擴(kuò)展部分設(shè)定適當(dāng)?shù)膮?shù)。要對(duì)移動(dòng)或者滑移網(wǎng)格定義移動(dòng)區(qū)域, 在移動(dòng)類(lèi)型下拉列表中選擇移動(dòng)網(wǎng)格, 然后在擴(kuò)展面 板中設(shè)定適當(dāng)?shù)膮?shù)。詳情請(qǐng)參閱滑動(dòng)網(wǎng)格。對(duì)于包括線性、平移運(yùn)動(dòng)的流體區(qū)域問(wèn)題,通過(guò)設(shè)定X, Y, 和 Z 分量來(lái)指定平移速度。對(duì)于包括旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題,在旋轉(zhuǎn)速度中指定旋轉(zhuǎn)速度。旋轉(zhuǎn)軸的定義請(qǐng)參閱指定旋轉(zhuǎn)軸一節(jié)。 關(guān)于在移動(dòng)參考系中模擬流動(dòng)的詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參閱移動(dòng)區(qū)域的流動(dòng)一節(jié)。定義輻射參數(shù)如果你使用 DO 輻射模型, 你可以用參加輻射選項(xiàng)指定流體區(qū)域是否參加輻射的計(jì)算。詳情請(qǐng)參閱輻射邊界條件一節(jié)。固體條件固體區(qū)域
11、是僅用來(lái)解決熱傳導(dǎo)問(wèn)題的一組區(qū)域。 作為固體處理的材料可能事實(shí)上是流體, 但是假定其中沒(méi)有對(duì)流發(fā)生。 固體區(qū)域僅需要輸入材料類(lèi)型。你必須表明固體區(qū)域包含哪種材料,以便于計(jì)算是使用適當(dāng)?shù)牟牧?。可選擇的輸入允許你設(shè)定體積熱生成速度(熱源)。你也可以定義固體區(qū)域的運(yùn)動(dòng)。如果在鄰近的固體單元內(nèi)有旋轉(zhuǎn)性周期邊界,你就需要指定旋轉(zhuǎn)軸。如果你模擬 DO輻射模型,你可以指定固體材料是否參加輻射的計(jì)算。固體區(qū)域的輸入 流體區(qū)域的輸入 在固體面板中(下圖),你需要設(shè)定所有的固體條件,該面板是從設(shè)定邊界條件菜單中打開(kāi) 的。Figure 1:固體面板定義流體材料要定義固體區(qū)域內(nèi)包含的材料,請(qǐng)?jiān)诓牧厦窒吕斜碇羞x擇適
12、當(dāng)?shù)倪x項(xiàng)。這一列表中會(huì)包含所有已經(jīng)在使用材料面板中定義的固體材料(或者從材料數(shù)據(jù)庫(kù)中加載)。定義熱源如果你希望在固體區(qū)域內(nèi)定義熱源項(xiàng),你可以激活源項(xiàng)選項(xiàng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。詳情請(qǐng)參閱定義質(zhì)量、動(dòng)量、能量和其它源項(xiàng)一節(jié)。指定旋轉(zhuǎn)軸如果鄰近固體區(qū)域存在旋轉(zhuǎn)性周期邊界,或者區(qū)域是旋轉(zhuǎn)的,你必須指定旋轉(zhuǎn)軸。要定義旋轉(zhuǎn)軸,請(qǐng)?jiān)O(shè)定旋轉(zhuǎn)軸方向和起點(diǎn)。 這個(gè)軸和任何鄰近壁面區(qū)域或任何其它單元區(qū)域所使用的旋轉(zhuǎn)軸是獨(dú)立的。 對(duì)于三維問(wèn)題, 旋轉(zhuǎn)軸起點(diǎn)是從旋轉(zhuǎn)軸起點(diǎn)中輸入的起點(diǎn), 方向?yàn)樾?轉(zhuǎn)軸方向選項(xiàng)中輸入的方向。 對(duì)于二維非軸對(duì)稱問(wèn)題, 你只需要指定旋轉(zhuǎn)軸起點(diǎn), 方向就是 通過(guò)指定點(diǎn)的z方向。(z向是垂直于幾何外形平面的,
13、這樣才能保證旋轉(zhuǎn)出現(xiàn)在該平面內(nèi))對(duì)于二維軸對(duì)稱問(wèn)題,你不必定義軸,旋轉(zhuǎn)通常就是關(guān)于x 軸的,起點(diǎn)為 (0,0) 。定義區(qū)域運(yùn)動(dòng)對(duì)于旋轉(zhuǎn)和平移坐標(biāo)系要定義移動(dòng)區(qū)域,請(qǐng)?jiān)谶\(yùn)動(dòng)類(lèi)型下菜單 (如果你用滾動(dòng)條向右滾動(dòng)到 旋轉(zhuǎn)軸起點(diǎn)和方向,就是可見(jiàn)的了)中選擇運(yùn)動(dòng)參考坐標(biāo)系。然后在面板的擴(kuò)展部分設(shè)定適當(dāng)?shù)膮?shù)。要對(duì)移動(dòng)或者滑移網(wǎng)格定義移動(dòng)區(qū)域, 在移動(dòng)類(lèi)型下拉列表中選擇移動(dòng)網(wǎng)格, 然后在擴(kuò)展面 板中設(shè)定適當(dāng)?shù)膮?shù)。詳情請(qǐng)參閱滑動(dòng)網(wǎng)格。對(duì)于包括線性、平移運(yùn)動(dòng)的流體(?原文是流體,按理說(shuō)應(yīng)該是固體)區(qū)域問(wèn)題,通過(guò) 設(shè)定 X, Y ,和 Z 分量來(lái)指定平移速度。對(duì)于包括旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題,在旋轉(zhuǎn)速度中指定旋轉(zhuǎn)速 度
14、。旋轉(zhuǎn)軸的定義請(qǐng)參閱指定旋轉(zhuǎn)軸一節(jié)。關(guān)于在移動(dòng)參考系中模擬流動(dòng)的詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參閱移動(dòng)區(qū)域的流動(dòng)一節(jié)。定義輻射參數(shù)如果你使用 DO 輻射模型,你可以用參加輻射選項(xiàng)指定固體區(qū)域是否參加輻射的計(jì)算。 詳情請(qǐng)參閱輻射邊界條件一節(jié)。多孔介質(zhì)條件多孔介質(zhì)模型可以應(yīng)用于很多問(wèn)題,如通過(guò)充滿介質(zhì)的流動(dòng)、通過(guò)過(guò)濾紙、穿孔圓盤(pán)、 流量分配器以及管道堆的流動(dòng)。 當(dāng)你使用這一模型時(shí), 你就定義了一個(gè)具有多孔介質(zhì)的單元 區(qū)域,而且流動(dòng)的壓力損失由多孔介質(zhì)的動(dòng)量方程中所輸入的內(nèi)容來(lái)決定。通過(guò)介質(zhì)的熱傳導(dǎo)問(wèn)題也可以得到描述, 它服從介質(zhì)和流體流動(dòng)之間的熱平衡假設(shè), 具體內(nèi)容可以參考多孔 介質(zhì)中能量方程的處理一節(jié)。多孔介質(zhì)的一
15、維化簡(jiǎn)模型,被稱為多孔跳躍,可用于模擬具有已知速度/壓降特征的薄膜。多孔跳躍模型應(yīng)用于表面區(qū)域而不是單元區(qū)域, 并且在盡可能的情況下被使用 (而不是 完全的多孔介質(zhì)模型) ,這是因?yàn)樗哂懈玫聂敯粜?,并具有更好的收斂性。詳?xì)內(nèi)容請(qǐng) 參閱多孔跳躍邊界條件。多孔介質(zhì)模型的限制如下面各節(jié)所述,多孔介質(zhì)模型結(jié)合模型區(qū)域所具有的阻力的經(jīng)驗(yàn)公式被定義為“多 孔”。事實(shí)上多孔介質(zhì)不過(guò)是在動(dòng)量方程中具有了附加的動(dòng)量損失而已。因此,下面模型的 限制就可以很容易的理解了。流體通過(guò)介質(zhì)時(shí)不會(huì)加速, 因?yàn)槭聦?shí)上出現(xiàn)的體積的阻塞并沒(méi)有在模型中出現(xiàn)。 這對(duì)于 過(guò)渡流是有很大的影響的,因?yàn)樗馕吨?FLUENT 不會(huì)正確
16、的描述通過(guò)介質(zhì)的過(guò)渡時(shí) 間。多孔介質(zhì)對(duì)于湍流的影響只是近似的。詳細(xì)內(nèi)容可以參閱湍流多孔介質(zhì)的處理一節(jié)。多孔介質(zhì)的動(dòng)量方程 多孔介質(zhì)的動(dòng)量方程具有附加的動(dòng)量源項(xiàng)。源項(xiàng)由兩部分組成,一部分是粘性損失項(xiàng) (Darcy),另一個(gè)是內(nèi)部損失項(xiàng):331S Dij 7 Cij - Vj Vjj 1j:-2其中S_i是i向(x, y, or z)動(dòng)量源項(xiàng),D和C是規(guī)定的矩陣。在多孔介質(zhì)單元中,動(dòng)量損 失對(duì)于壓力梯度有貢獻(xiàn),壓降和流體速度(或速度方陣)成比例。對(duì)于簡(jiǎn)單的均勻多孔介質(zhì):-SVi C2 2 W Vj其中a是滲透性,C_2時(shí)內(nèi)部阻力因子,簡(jiǎn)單的指定D和C分別為對(duì)角陣1/a和C_2其它項(xiàng)為零。FLUEN
17、T還允許模擬的源項(xiàng)為速度的幕率:S =Co Vj 1 =Co v & Vi其中C_0和C_1為自定義經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。注意:在幕律模型中,壓降是各向同性的,C_0的單位為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)單位。多孔介質(zhì)的Darcy定律C_2可以考慮為零。忽略對(duì)流加速通過(guò)多孔介質(zhì)的層流流動(dòng)中,壓降和速度成比例,常數(shù) 以及擴(kuò)散,多孔介質(zhì)模型簡(jiǎn)化為Darcy定律: p = - 一 :a在多孔介質(zhì)區(qū)域三個(gè)坐標(biāo)方向的壓降為:3卩Px二 Vj嘰jjyjLPz八Vj6jazj其中1/a_ij為多孔介質(zhì)動(dòng)量方程 1中矩陣D的元素v_j為三個(gè)方向上的分速度,D n_x、 Dn_y、以及D n_z為三個(gè)方向上的介質(zhì)厚度。在這里介質(zhì)厚度其實(shí)就是模型
18、區(qū)域內(nèi)的多孔區(qū)域的厚度。因此如果模型的厚度和實(shí)際厚度不同,你必須調(diào)節(jié) 1/a_ij的輸入。.多孔介質(zhì)的內(nèi)部損失在高速流動(dòng)中,多孔介質(zhì)動(dòng)量方程1中的常數(shù)C_2提供了多孔介質(zhì)內(nèi)部損失的矯正。這一常數(shù)可以看成沿著流動(dòng)方向每一單位長(zhǎng)度的損失系數(shù),因此允許壓降指定為動(dòng)壓頭的函數(shù)。如果你模擬的是穿孔板或者管道堆,有時(shí)你可以消除滲透項(xiàng)而只是用內(nèi)部損失項(xiàng),從而得到F面的多孔介質(zhì)簡(jiǎn)化方程:寫(xiě)成坐標(biāo)形式為:3=Px = C2xj1nx1 Pvi Vix2 j j31Py =瓦 CzyjMx; PVj Vj j三h_f=流體的焓 h_s=固體介質(zhì)的焓f=介質(zhì)的多孔性 k_eff=介質(zhì)的有效熱傳導(dǎo)系數(shù) Ah_f=流體
19、焓的源項(xiàng)SAh_s=固體焓的源項(xiàng)多孔介質(zhì)的有效傳導(dǎo)率多孔區(qū)域的有效熱傳導(dǎo)率k_eff是由流體的熱傳導(dǎo)率和固體的熱傳導(dǎo)率的體積平均值計(jì)算得到:keff = kf 1 - ks其中:31Pz =送 C2zQnx 石 V Vj j m2多孔介質(zhì)中能量方程的處理對(duì)于多孔介質(zhì)流動(dòng),F(xiàn)LUENT仍然解標(biāo)準(zhǔn)能量輸運(yùn)方程,只是修改了傳導(dǎo)流量和過(guò)度項(xiàng)。 在多孔介質(zhì)中,傳導(dǎo)流量使用有效傳導(dǎo)系數(shù),過(guò)渡項(xiàng)包括了介質(zhì)固體區(qū)域的熱慣量: 4 1.6和Re 4000,系數(shù)C近似為0.98,其中雷諾數(shù)是基于洞的直徑與速度的 使用下式整理方程 17:m = Q.Ap除以圓盤(pán)的厚度D x = t有:31 甘1 (Ap A 2 1
20、x _ 2 C2 t其中v是表面速度而不是洞內(nèi)的速度。與多孔介質(zhì)內(nèi)部損失系數(shù)中的方程1比較可以看出,對(duì)于垂直于圓盤(pán)方向,常數(shù)C_2可由下式計(jì)算:1 Ap Af 2-1C2P t考慮通過(guò)由隨機(jī)方向的纖維或者玻璃材料組成的墊子或者過(guò)濾器的層流。對(duì)于可以二選一的方程Blake-Kozeny(方程11),我們可能會(huì)選擇將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列成表。很多類(lèi)型的纖維都由這一類(lèi)相關(guān)的數(shù)據(jù)70。固體體積分?jǐn)?shù)f玻璃絲織品的無(wú)量綱滲透性Q0.250.260.400.410.800.2620.2580.2210.2180.172其中Q = :Ja2,a為纖維直徑。使用多孔介質(zhì)的Darcy定律中的方程1可以很容易從給定的纖維直徑
21、和體積分?jǐn)?shù)種計(jì)算出:o 使用幕律模型對(duì)于多孔介質(zhì)動(dòng)量源項(xiàng)(多孔介質(zhì)動(dòng)量方程中的方程5),如果你使用幕律模型近似,你只要在流體面板的幕律模型中輸入系數(shù)C_0和C_1就可以了。如果C_0或C_1為非零值,解算器會(huì)忽略面板中除了多孔介質(zhì)幕律模型之外的所有輸入。定義熱傳導(dǎo)如果你選擇在多孔介質(zhì)中模擬熱傳導(dǎo),你必須指定多孔介質(zhì)中的材料以及多孔性。要 定義多孔介質(zhì)的材料, 向下拉流體面板中阻力輸入下面的滾動(dòng)條,然后在多孔熱傳導(dǎo)的固體材料下拉列表中選中適當(dāng)?shù)墓腆w。然后在多孔熱傳導(dǎo)下設(shè)定多孔性。多孔性f是多孔介質(zhì)中流體的體積分?jǐn)?shù)(即介質(zhì)的開(kāi)放體積分?jǐn)?shù))。多孔性用于介質(zhì)中的熱傳導(dǎo)預(yù)測(cè),處理方法請(qǐng)參閱多孔介質(zhì)能量方
22、程的處 理一節(jié)。它還對(duì)介質(zhì)中的反應(yīng)源項(xiàng)和體力的計(jì)算有影響。這個(gè)源項(xiàng)和介質(zhì)中流體的體積成比例。如果你想要模擬完全開(kāi)放的介質(zhì)(固體介質(zhì)沒(méi)有影響),你應(yīng)該設(shè)定多孔性為 1.0o當(dāng)多孔性為 1.0 時(shí),介質(zhì)的固體部分對(duì)于熱傳導(dǎo)和(或)熱源項(xiàng)/反應(yīng)源項(xiàng)沒(méi)有影響。注意:多孔性永遠(yuǎn)不會(huì)影響介質(zhì)中的流體速度, 這已經(jīng)在多孔介質(zhì)的動(dòng)量方程一節(jié)中介紹了。 不管你將 多孔性設(shè)定為何值, , FLUENT 所預(yù)測(cè)的速度都是介質(zhì)中的表面速度。定義源項(xiàng)如果你想在多孔流動(dòng)的能量方程中包括熱的影響,請(qǐng)激活源項(xiàng)選項(xiàng)并設(shè)定非零的能量 源項(xiàng)。 FLUENT 會(huì)計(jì)算多孔區(qū)域所生成的能量,該能量為能量源項(xiàng)值乘以組成多孔區(qū)域的 單元所有
23、體積值。你也可以定義質(zhì)量、動(dòng)量、湍流、組分或者其它標(biāo)量的源項(xiàng),詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng) 參閱、質(zhì)量、動(dòng)量、能量和其它源項(xiàng)的定義。在多孔區(qū)域內(nèi)壓制湍流源項(xiàng)如多孔介質(zhì)的湍流處理中所討論的,湍流在多孔介質(zhì)中的計(jì)算和大量(bulk )流體流動(dòng)是一樣的。如果你使用 k-e 模型或者 Spalart-Allmaras 模型,你想要壓制湍流在多孔區(qū)域 的影響可以打開(kāi)流體區(qū)域面板中的層流區(qū)域選項(xiàng)(從而使得多孔區(qū)域的湍流生成為零) 。指定旋轉(zhuǎn)軸并定義區(qū)域運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸和區(qū)域運(yùn)動(dòng)的輸入和標(biāo)準(zhǔn)流體區(qū)域的輸入是相同的,詳細(xì)情況可以參閱流體區(qū) 域的輸入一節(jié)。多孔介質(zhì)的解策略 一般說(shuō)來(lái),在模擬多孔介質(zhì)時(shí),你可以使用標(biāo)準(zhǔn)的解算步驟以及解參數(shù)
24、的設(shè)置。然而你會(huì)發(fā)現(xiàn)如果多孔區(qū)域在流動(dòng)方向上壓降相當(dāng)大(比如:滲透性 a 很低或者內(nèi)部因子 C_2 很大) 的話,解的收斂速度就會(huì)變慢。這就表明由于動(dòng)量源項(xiàng)中出現(xiàn)了多孔介質(zhì)的壓降(方程的矩陣不再是對(duì)角占優(yōu)了) ,收斂性問(wèn)題就出現(xiàn)了。解決多孔介質(zhì)區(qū)域收斂性差最好的補(bǔ) 救辦法就是對(duì)于通過(guò)介質(zhì)的流向壓降有一個(gè)很好初始預(yù)測(cè)。 猜測(cè)的辦法之一就是, 在介質(zhì)流 體單元的上游或者下游補(bǔ)償一個(gè)壓力值, 詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參閱所選單元的補(bǔ)償值一節(jié)。 必須記住 的是,當(dāng)補(bǔ)償壓力時(shí),你所輸入的壓力可以定義為解算器所使用的gauge壓力(即在操作條件面板中定義的相對(duì)于操作壓力的壓力) 。另一個(gè)處理收斂性差的方法是臨時(shí)取消多孔
25、介質(zhì)模型(在流體面板中關(guān)閉多孔區(qū)域) 然后獲取一個(gè)不受多孔區(qū)域影響的初始流場(chǎng)。取消多孔區(qū)域后,F(xiàn)LUENT 會(huì)將多孔區(qū)域處理為流體區(qū)域并按相應(yīng)的流體區(qū)域來(lái)計(jì)算。 一旦獲取了初始解, 或者計(jì)算很容易收斂, 你就 可以激活多孔模型繼續(xù)計(jì)算包含多孔區(qū)域的流場(chǎng) (對(duì)于大阻力多孔介質(zhì)不推薦使用該方法) 。對(duì)于高度各向異性的多孔介質(zhì),有時(shí)會(huì)造成收斂性的麻煩。對(duì)于這些問(wèn)題你可以將多 孔介質(zhì)的各向異性系數(shù)( 1/a_ij 和 C_2_i,j )限制在二階或者三階的量級(jí)。即使在某一方向上 介質(zhì)的阻力為無(wú)窮大,你也不需要將它設(shè)定超過(guò)初始流動(dòng)方向上的1000 倍。多孔介質(zhì)的后處理可以通過(guò)檢查速度分量和壓力值來(lái)確定多
26、孔區(qū)域?qū)τ诹鲌?chǎng)的影響。你可能對(duì)下列變量 或函數(shù)的圖形( XY 圖,等值線圖或者矢量圖)或者文檔報(bào)告感興趣:X,Y ,Z 速度(在速度類(lèi)別中)靜壓(在壓力類(lèi)別中)這些變量會(huì)在后處理面板的變量選擇下拉菜單制定類(lèi)別中出現(xiàn)。需要注意的是多孔區(qū)域的熱報(bào)告不影響固體介質(zhì)的屬性。所報(bào)告的多孔區(qū)域內(nèi)的熱 容、傳導(dǎo)率以及焓是流體的屬性不包括固體介質(zhì)的影響。排氣扇邊界條件排氣扇模型是集總模型,可用于確定具有已知特征的排氣扇對(duì)于大流域流場(chǎng)的影響。排氣扇邊界類(lèi)型允許你輸入控制通過(guò)排氣扇單元頭部(壓升)和流動(dòng)速率(速度)之間關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)曲線。你也可以制定排氣扇旋轉(zhuǎn)速度的徑向和切向分量。 排氣扇模型并精確模擬經(jīng)過(guò) 排氣扇葉
27、片的詳細(xì)流動(dòng)。它所預(yù)測(cè)的是通過(guò)排氣扇的流量。 排氣扇的使用可能和其它流動(dòng)源 項(xiàng)關(guān)聯(lián),或作為模擬中流動(dòng)的唯一源項(xiàng)。 在后面的算例中,系統(tǒng)的流動(dòng)速度由系統(tǒng)的損失和 排氣扇曲線之間的相互平衡決定。FLUENT還提供了與用戶自定義模型之間的連接,這個(gè)模型在計(jì)算時(shí)更新了壓力跳躍函數(shù)。該功能在自定義排氣扇模型一節(jié)介紹。排氣扇方程模擬通過(guò)排氣扇的壓升在FLUENT的排氣扇模型中,排氣扇被看成無(wú)限薄,通過(guò)排氣扇的不連續(xù)壓升被指定 為通過(guò)排氣扇速度的函數(shù)。它們之間的關(guān)系可能是常數(shù), 多項(xiàng)式、分段線性函數(shù)或者分段多 項(xiàng)式函數(shù),也可以是自定義函數(shù)。多于多項(xiàng)式情況,關(guān)系式為:N卩八fnVn壬其中D p為壓力升高(單位
28、:Pa),f_ n為壓力跳躍多項(xiàng)式系數(shù),v垂直于排氣扇的當(dāng)?shù)亓黧w速度。速度v既可以是正也可以是負(fù)。 你必須正確的模擬排氣扇以保證從排氣扇流過(guò) 之后流體有個(gè)壓力升高的現(xiàn)象。對(duì)于排氣扇區(qū)域內(nèi)所有表面,你可以選擇使用垂直于排氣扇的質(zhì)量平均速度來(lái)確定單 獨(dú)的壓力跳躍值。模擬排氣扇漩渦速度對(duì)于三維問(wèn)題,對(duì)流的切向何徑向速度值可以加到排氣扇表面來(lái)產(chǎn)生渦流。這些速度可以指定為到排氣扇中心的徑向距離的函數(shù)。它們之間的關(guān)系可以是常數(shù)、多項(xiàng)式函數(shù)或者自定義函數(shù)。注意:所有渦流速度輸入都使用國(guó)際單位。對(duì)于多項(xiàng)式函數(shù),切向何徑向速度公式為:NUfnvn;T 豈 N 6n =1NU八 gnVn;-仁 N 心Max 曹汕
29、ckl(slvProfile Specific Atiao af Taimcntidil Vdactt丫別 gmtidd Vtldcityi PalystQHiid Coefficiemtafruf lJ* Spu切愴叔w wf RLd!d VelAEilyRAdtAi-Velocity 卩機(jī)丫腫刪初 CeffKieikt?Cdcidrtle Pressure Jump rrui Awirro CukuMOizmIMpFigure 1:排氣扇面板對(duì)于排氣扇,需要輸入如下:1. 確定排氣扇區(qū)域2. 定義通過(guò)排氣扇的壓力跳躍3. 為排氣扇定義離散相邊界條件(對(duì)于離散相計(jì)算)4. 需要的話,定義漩渦
30、速度(只用于三維)確定排氣扇區(qū)域因?yàn)榕艢馍缺欢x為無(wú)限薄,所以它必須被模擬為單元之間的界面而不是單元區(qū)域。因此排氣扇區(qū)域是內(nèi)部表面區(qū)域類(lèi)型(其中表面是是二維中的線段或者三維中的三角形/四邊形)。當(dāng)你將網(wǎng)格讀入到 FLUENT中時(shí),如果排氣扇區(qū)域被確定為內(nèi)部區(qū)域,請(qǐng)使用邊界 條件(見(jiàn)改變邊界區(qū)域類(lèi)型)將適當(dāng)?shù)膬?nèi)部區(qū)域改變?yōu)榕艢馍葏^(qū)域。菜單:Defin e/Bou ndaryConditions。內(nèi)部區(qū)域改變?yōu)榕艢馍葏^(qū)域后,你可以打開(kāi)排氣扇面板并指定壓力跳躍,以 及(可選)漩渦速度。定義壓力跳躍要定義壓力跳躍,你需要指定速度的多項(xiàng)式函數(shù)、分段線性函數(shù)、分段多項(xiàng)式函數(shù)或 者常數(shù),也可以是自定義函數(shù)。
31、你還應(yīng)該檢查區(qū)域平均方向矢量,保證流過(guò)排氣扇有個(gè)壓力升高。由解算器計(jì)算的區(qū)域平均方向是排氣扇區(qū)域的表面平均方向矢量。如果這個(gè)方向指向和排氣扇吹的方向一致就不用選擇排氣扇翻轉(zhuǎn)方向了,否則選擇排氣扇翻轉(zhuǎn)方向。對(duì)于壓力跳躍,請(qǐng)遵循下面的步驟定義多項(xiàng)式函數(shù)、分段線性函數(shù)、分段多項(xiàng)式函數(shù):1. 檢查排氣扇面板,其中的壓力跳躍輪廓指定選項(xiàng)是關(guān)閉的。2. 在壓力跳躍右邊的下拉菜單中選擇多項(xiàng)式、分段線性或者分段多項(xiàng)式(如果所所要選擇的類(lèi)型已被選中,你就可以點(diǎn)擊編輯按鈕打開(kāi)定義函數(shù)的面板了)。3. 在定義壓力跳躍函數(shù)的面板中(如下圖)輸入適當(dāng)?shù)臄?shù)值。這些輪廓輸入面板和溫度相 關(guān)屬性的輪廓輸入面板用法相同。請(qǐng)參閱
32、使用溫度相關(guān)函數(shù)定義屬性來(lái)查看如何使用它。Figure 1:壓力跳躍定義的多項(xiàng)式輪廓面板4.設(shè)定下面所述的任何可選參數(shù)(此步可選) 。當(dāng)你用這些函數(shù)的任何類(lèi)型來(lái)定義壓力跳躍時(shí),你可以限定計(jì)算壓力跳躍的速度值的 最大和最小極限。打開(kāi)多項(xiàng)式速度范圍極限選項(xiàng)就可以設(shè)定速度范圍的最大最小值了。如果計(jì)算的法向速度范圍超出了你所指定的最大/最小速度范圍,那么解算器就會(huì)用極限值來(lái)替換它。你也可以選用垂直于風(fēng)扇的質(zhì)量平均速度來(lái)確定風(fēng)扇區(qū)域內(nèi)所有表面的單一的壓力 跳躍值。打開(kāi)從平均條件計(jì)算壓力跳躍可以激活這個(gè)選項(xiàng)。要定義常數(shù)壓力跳躍,請(qǐng)遵循如下步驟:1. 在排氣扇面板中打開(kāi)指定壓力跳躍輪廓選項(xiàng)。2. 在壓力跳躍
33、右邊的下拉菜單中選擇常數(shù)。3. 輸入壓力跳躍場(chǎng)中的 D p值。如果更方便的話,你也可以使用如下步驟:1. 打開(kāi)壓力跳躍的輪廓指定選項(xiàng)。2. 在壓力跳躍輪廓下面的下拉菜單中選擇常數(shù),然后輸入壓力跳躍輪廓場(chǎng)的D p值。對(duì)于自定義壓力跳躍函數(shù)或者邊界輪廓中定義的函數(shù),請(qǐng)遵循如下步驟:1. 打開(kāi)壓力跳躍的輪廓指定選項(xiàng)。2. 在壓力跳躍輪廓下面的下拉菜單中選擇適當(dāng)?shù)暮瘮?shù),然后輸入壓力跳躍輪廓場(chǎng)的D p值。關(guān)于自定義函數(shù)的信息請(qǐng)參閱自定義函數(shù)一節(jié),關(guān)于邊界輪廓文件的信息請(qǐng)參閱邊界輪廓一節(jié)。下面的例子告訴了我們?nèi)绾未_定壓力跳躍的函數(shù)??紤]簡(jiǎn)單的二維管流(如圖2)。進(jìn)入長(zhǎng)2.0m寬0.4m的導(dǎo)管的常密度空氣的
34、速度為15 m/s。管的中心是個(gè)排氣扇。nZ/Z/ZZZ/ZZ/Figure 2:定位于二維導(dǎo)管的排氣扇當(dāng)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速是 2000rpm時(shí),假定風(fēng)扇的特征如下:Q (mA3 D p (Pa)250.020175153501052557000875其中Q時(shí)通過(guò)風(fēng)扇的流動(dòng),Dp時(shí)通過(guò)風(fēng)扇的壓升。在本例中,風(fēng)扇的特征為壓力升高和速度呈線性關(guān)系。要將這些特征轉(zhuǎn)換為壓力和速度的關(guān)系,必須知道風(fēng)扇的截面信息。在本例中,假定導(dǎo)管是1.0米深,面積為0.4平方米。相應(yīng)的速度值如下:v (m/s)D p (Pa)62.50.050.017537.535025.052512.57000875下面的對(duì)于一條線的方程是
35、關(guān)系的多項(xiàng)式形式:=p =875 -14v為風(fēng)扇定義離散相邊界條件如果你是模擬粒子的離散相問(wèn)題,你可以設(shè)定粒子在風(fēng)扇處的軌跡。關(guān)于邊界條件的設(shè)定清參閱離散相邊界條件一節(jié)。定義排氣扇旋轉(zhuǎn)速度如果你想在風(fēng)扇表面設(shè)定切向和徑向速度來(lái)產(chǎn)生三維問(wèn)題中的渦流,步驟如下:1. 在排氣扇面板打開(kāi)漩渦速度指定選項(xiàng)。2. 定義軸的起始點(diǎn)(風(fēng)扇的起始點(diǎn))和方向矢量(風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)軸)來(lái)指定風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)軸。63. 設(shè)定風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)軸的半徑值。默認(rèn)為 1 10以避免多項(xiàng)式中出現(xiàn)除零問(wèn)題。4. 設(shè)定切向和徑向速度為半徑的多項(xiàng)式函數(shù),常數(shù)值或者自定義函數(shù)。注意:渦流的速度輸入必須是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)單位。要定義切向和徑向速度的多項(xiàng)式函數(shù),步驟
36、如下:1. 在排氣扇面板中,檢查切向速度的輪廓指定或者徑向速度的輪廓指定選項(xiàng)是關(guān)閉的。2. 輸入模擬排氣扇渦流中的方程1的系數(shù)f_n,或者在切向或徑向速度多項(xiàng)式系數(shù)框中模擬風(fēng)扇漩渦速度的方程 3的g_n。首先輸入f_-1然后是f_0等。記住用空格符將每一個(gè) 系數(shù)分開(kāi),第一個(gè)系數(shù)是(1/r)。要定義常數(shù)切向或者徑向速度,步驟如下:1. 在排氣扇面板中打開(kāi)切向速度或者徑向速度的輪廓指定選項(xiàng)。2. 在切向或者徑向速度輪廓中選擇常數(shù)。3. 在切向或者徑向速度輪廓中輸入相應(yīng)的U_q或者U_r值。如果更方便的話,你可以遵照如下步驟:1. 在排氣扇面板中打開(kāi)切向速度或者徑向速度輪廓指定選項(xiàng)。2. 在切向或者
37、徑向多項(xiàng)式速度系數(shù)中輸入U(xiǎn)_q或者U_r的值。對(duì)于自定義切向或者徑向速度函數(shù)或者包括邊界輪廓的文件的函數(shù),步驟如下:1. 打開(kāi)切向速度或者徑向速度的輪廓指定選項(xiàng)。2. 在切向或者徑向速度輪廓下拉列表中選擇適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)。如果你是自定義函數(shù)的信息,請(qǐng)參閱自定義函數(shù)一節(jié),關(guān)于邊界輪廓的信息請(qǐng)參閱邊 界輪廓文件一節(jié)。排氣扇的后處理報(bào)告通過(guò)排氣扇的壓升你可以使用表面整合面板報(bào)告通過(guò)排氣扇的壓升,具體請(qǐng)參閱表面整合一節(jié)。共有兩步:1. 在風(fēng)扇區(qū)域的每一邊創(chuàng)建一個(gè)界面。使用變形界面面板(參閱變形表面一節(jié))分別向上和向下稍微平移一下風(fēng)扇區(qū)域,從而創(chuàng)建兩個(gè)新的界面。2. 在界面整合面板中,報(bào)告上游和下游界面的平均
38、整合壓力(使用平均選項(xiàng))。這樣你就可以計(jì)算通過(guò)風(fēng)扇的壓力變化了。圖形繪制圖形繪制報(bào)告對(duì)風(fēng)扇所感興趣的是:1. 靜壓和靜溫的輪廓或等值線圖。2. 靜壓和靜溫的XY圖與位置的比較。圖形和可視化一章解釋了如何產(chǎn)生數(shù)據(jù)的圖形顯示。注意:生成這些圖形時(shí)要保證關(guān)閉所有節(jié)點(diǎn)值的顯示,以便于你在風(fēng)扇的每一個(gè)邊可 以看到不同的值。(如果你顯示節(jié)點(diǎn)值,風(fēng)扇兩邊的單元值會(huì)被取平均來(lái)獲取節(jié)點(diǎn)值,這樣 你就看不到通過(guò)風(fēng)扇的壓力跳躍和其它現(xiàn)象了。輻射邊界條件FLUENT中有熱交換單元(如散熱器和冷凝器)的集總參數(shù)模型。散熱器邊界類(lèi)型允 許你指定壓降和熱傳導(dǎo)系數(shù)為垂直于散熱器的速度的函數(shù)。關(guān)于FLUENT所提供的熱交換模型
39、的更多詳細(xì)信息,請(qǐng)參閱熱交換模型一節(jié)。散熱器方程模擬通過(guò)散熱器的壓力損失FLUENT中所模擬的散熱器被認(rèn)為是無(wú)限薄,通過(guò)散熱器的壓降假定與流體的動(dòng)壓頭 成比例,并具有你所提供的損失系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式。也就是說(shuō),壓降Dp與通過(guò)散熱器的法向速度v分量的關(guān)系為:1 2:p =kLv2其中r為流體密度,k_L為無(wú)量綱損失系數(shù),它可以指定為多項(xiàng)式函數(shù)、分段線性函數(shù)或者 分段多項(xiàng)式函數(shù)。對(duì)于多項(xiàng)式函數(shù),有下式:Nn丄k l 二rnVn =1其中r_n為多項(xiàng)式系數(shù),v為垂直于散熱器的當(dāng)?shù)亓黧w速度的大小。模擬通過(guò)散熱器的熱傳導(dǎo)從散熱器到周?chē)黧w的熱流量為:q = h THX Texit其中q為熱流量,T_HX為熱
40、交換器(散熱器)溫度, T_exit為流出流體的溫度。對(duì)流 熱傳導(dǎo)系數(shù)h可以指定為常數(shù)、多項(xiàng)式函數(shù)、分段線性函數(shù)或者分段多項(xiàng)式函數(shù)。對(duì)于多項(xiàng)式,關(guān)系式的形式如下:Nh =為 hnvn;O 乞 N 遼7n h_n為多項(xiàng)式系數(shù),v為垂直于散熱器的當(dāng)?shù)亓黧w速度的大小(單位m/s )。實(shí)際的熱流量(q)或者熱傳導(dǎo)系數(shù)和散熱器溫度(h, T_HX )都可以指定。q (可以是輸入值也可以是用方程 1計(jì)算出的值)為熱流在整個(gè)散熱器表面的積分。要模擬散熱器的熱行為, 你必須提供熱傳導(dǎo)系數(shù) h的詳細(xì)表達(dá)式,它是通過(guò)散熱器的流體速度v。要獲取這個(gè)表達(dá)式考慮熱平衡方程:mcTq P h Thx -TexitA其中q
41、=熱流量(W/mA2)m(dot)=流體質(zhì)量流速(kg/s) c_p=指定的流體比熱容(J/kg-K) 山=經(jīng)驗(yàn)熱傳導(dǎo)系數(shù)(W/mA2K)T_exit=出口流體溫度(K)T_HX=熱交換器(如水邊)溫度(K)A=熱交換器前緣面積(口人2) 方程5可以寫(xiě)成:mCp Texit - Tinlet qhTHX -TexitA因此,熱傳導(dǎo)系數(shù) h可以計(jì)算為:.mCp Oexit Tinlet )h 二A THX -Texit或者根據(jù)流體速度:it TinletThx-Texit散熱器需要的輸入概述一旦在邊界條件面板中確定了散熱器區(qū)域, 你就該在散熱器面板(下圖)中為散熱器模 型的各項(xiàng)設(shè)定輸入相應(yīng)內(nèi)容了。 該面板是從邊界條件菜單中打開(kāi)的, 詳細(xì)情況請(qǐng)參閱設(shè)定邊 界條件一節(jié)。JRadiatorZone Nameradiator-
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