fluent基本物理模型介紹1

/基本物理模型本章介紹了FLUENT所提供的基本物理模型以與相關(guān)的定義和使用?；疚锢砟Ｐ透攀鯢LUENT提供了從不可壓到可壓、層流、湍流等很大范圍模擬能力。在FLUENT中,輸運(yùn)現(xiàn)象的數(shù)學(xué)模型與所模擬的幾何圖形的復(fù)雜情況是結(jié)合在一起的。FLUENT應(yīng)用的例子包括層流非牛頓流的模擬，渦輪機(jī)和汽車引擎的湍流熱傳導(dǎo)，鍋爐內(nèi)煤炭粉碎機(jī)的燃燒，可壓射流，空氣動(dòng)力外流，以與固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的可壓化學(xué)反應(yīng)流。為了與工業(yè)應(yīng)用相結(jié)合，F(xiàn)LUENT提供了很多有用的功能。如多孔介質(zhì)，塊參數(shù)（風(fēng)扇和熱交換），周期性流動(dòng)和熱傳導(dǎo)，渦流，以與移動(dòng)坐標(biāo)系模型。移動(dòng)參考系模型可以模擬單一或者多個(gè)參考系。FLUENT還提供了時(shí)間精度滑動(dòng)網(wǎng)格方法以與計(jì)算時(shí)間平均流動(dòng)流場的混合平面模型，滑動(dòng)網(wǎng)格方法在模擬渦輪機(jī)多重過程中很有用。FLUENT中另一個(gè)很有用的模型是離散相模型，這個(gè)模型何以用于分析噴霧和粒子流。，多項(xiàng)流模型可以用于預(yù)測(cè)射流的破散以與大壩塌陷之后流體的運(yùn)動(dòng)，氣穴現(xiàn)象，沉淀和分離。湍流模型是FLUENT中很重要的一部分，湍流會(huì)影響到其它的物理現(xiàn)象如浮力和可壓縮性。湍流模型提供了很大的應(yīng)用范圍，而不需要對(duì)特定的應(yīng)用做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，而且它涵括了其它物理現(xiàn)象的影響，如浮力和可壓縮性。通過使用擴(kuò)展壁面函數(shù)和區(qū)域模型，它可以對(duì)近壁面的精度問題有很好的考慮。各種熱傳導(dǎo)模式可以被模擬，其中包括具有或不具有其它復(fù)雜性如變化熱傳導(dǎo)的，多孔介質(zhì)的自然的、受迫的以與混合的對(duì)流。模擬相應(yīng)介質(zhì)的輻射模型與子模型的設(shè)定通?？梢詫⑷紵膹?fù)雜性考慮進(jìn)來。FLUENT一個(gè)最強(qiáng)大的功能就是它可以通過耗散模型或者和概率密度函數(shù)模型來模擬燃燒現(xiàn)象。對(duì)于燃燒應(yīng)用十分有用的其它模型也可以在FLUENT中使用，其中包括碳和液滴的燃燒以與污染形成模型。連續(xù)性和動(dòng)量方程對(duì)于所有的流動(dòng)，F(xiàn)LUENT都是解質(zhì)量和動(dòng)量守恒方程。對(duì)于包括熱傳導(dǎo)或可壓性的流動(dòng)，需要解能量守恒的附加方程。對(duì)于包括組分混合和反應(yīng)的流動(dòng)，需要解組分守恒方程或者使用PDF模型來解混合分?jǐn)?shù)的守恒方程以與其方差。當(dāng)流動(dòng)是湍流時(shí)，還要解附加的輸運(yùn)方程。本節(jié)所介紹的是層流流動(dòng)的守恒方程（在慣性（無加速度）的坐標(biāo)系中）。后面幾節(jié)將會(huì)討論熱傳導(dǎo)、湍流模擬以與組分輸運(yùn)的守恒方程。關(guān)于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的方程將在移動(dòng)區(qū)域的流動(dòng)中介紹。歐拉方程用于解決無粘流動(dòng)，將在無粘流動(dòng)一節(jié)中介紹質(zhì)量守恒方程質(zhì)量守恒方程又稱連續(xù)性方程：該方程是質(zhì)量守恒方程的一般形式，它適用于可壓流動(dòng)和不可壓流動(dòng)。源項(xiàng)S_m是從分散的二級(jí)相中加入到連續(xù)相的質(zhì)量（比方說由于液滴的蒸發(fā)），源項(xiàng)也可以是任何的自定義源項(xiàng)。二維軸對(duì)稱問題的連續(xù)性方程為： 具體各個(gè)變量的意義可以參閱相關(guān)的流體力學(xué)書籍，其中有具體而詳細(xì)地介紹。動(dòng)量守恒方程在慣性（非加速）坐標(biāo)系中i方向上的動(dòng)量守恒方程為[8]：其中p是靜壓，t_ij是下面將會(huì)介紹的應(yīng)力張量，rg_i和F_i分別為i方向上的重力體積力和外部體積力（如離散相相互作用產(chǎn)生的升力）。F_i包含了其它的模型相關(guān)源項(xiàng)，如多孔介質(zhì)和自定義源項(xiàng)。應(yīng)力張量由下式給出：上式的物理意義可以參閱流體力學(xué)教科書，其中會(huì)講得很清楚。對(duì)于二維軸對(duì)稱幾何外形，軸向和徑向的動(dòng)量守恒方程分別為：以與其中：w是漩渦速度（具體可以參閱模擬軸對(duì)稱渦流中漩渦和旋轉(zhuǎn)流動(dòng)的信息）熱傳導(dǎo)FLUENT允許在你模型的流體和/或固體區(qū)域包含熱傳導(dǎo)。本節(jié)中所介紹的物理模型和相關(guān)輸入可以處理從流體內(nèi)熱混合到復(fù)合固體的熱傳導(dǎo)等問題。自然對(duì)流問題會(huì)在浮力驅(qū)動(dòng)流動(dòng)一節(jié)介紹，自然對(duì)流與輻射模型將在輻射模擬一節(jié)介紹FLUENT可以預(yù)測(cè)周期性幾何外形的熱傳導(dǎo)，如密集的熱交換器，它只需要考慮單個(gè)的周期性模塊進(jìn)行分析。關(guān)于這樣流動(dòng)的處理，需要使用周期性邊界條件，具體可以參閱周期性流動(dòng)和熱傳導(dǎo)一節(jié)。在兩個(gè)分離的流動(dòng)區(qū)域解決熱傳導(dǎo)問題如果所模擬的流動(dòng)包括了兩個(gè)流體區(qū)域，其中被固體區(qū)域或者壁面分離開，如下圖所示，你需要更細(xì)心的定義問題。主要需要指定：兩個(gè)流體區(qū)域都不可以使用質(zhì)量出口邊界條件每一個(gè)流體區(qū)域可以選擇不同的流體材料。（然而對(duì)于組分計(jì)算，你只能在整個(gè)區(qū)域選擇唯一一種混合材料）Figure1:典型的逆流熱交換，在兩個(gè)流體區(qū)域包括了熱傳導(dǎo)理論能量方程FLUENT所解的能量方程的形式為其中k_eff是有效熱傳導(dǎo)系數(shù)（k+k_t,其中k_t是湍流熱傳導(dǎo)系數(shù)，根據(jù)所使用的湍流模型來定義），J_j^'是組分j^'的擴(kuò)散流量。上面方程右手邊的前三項(xiàng)分別描述了熱傳導(dǎo)、組分?jǐn)U散和粘性耗散帶來的能量輸運(yùn)。S_h包括了化學(xué)反應(yīng)熱以與其它用戶定義的體積熱源項(xiàng)。在上面的方程中：其中，理想氣體的顯焓定義為：對(duì)于可壓流為：在方程5和7中，m_j^'是組分j^'的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，而且其中T_ref為298.15K.PDF模型的能量方程當(dāng)激活非絕熱PDF燃燒模型時(shí)，F(xiàn)LUENT解總焓形式的能量方程：假定Lewis數(shù)為1，右手邊第一項(xiàng)表示傳導(dǎo)和組分?jǐn)U散項(xiàng)。非守恒形式的粘性擴(kuò)散項(xiàng)的貢獻(xiàn)由第二項(xiàng)描述?？傡蔋定義為：其中m_j^'為組分j^'的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，而且是在參考溫度T_ref,j^'下組分j^'的生成焓包括壓力作用和動(dòng)能項(xiàng)能量方程中的方程1包含了不可壓流動(dòng)中常常忽略的壓力作用和動(dòng)能項(xiàng)。因此，在默認(rèn)的情況下，分離解算器在解不可壓流動(dòng)時(shí)不考慮壓力作用和動(dòng)能項(xiàng)。如果你希望考慮這些作用，可以使用define/models/energy?文本命令將所需的項(xiàng)激活。模擬可壓流或者使用耦合解算器時(shí)，壓力作用和動(dòng)能項(xiàng)總是壓考慮的。包括粘性耗散項(xiàng)能量方程中的方程1和PDF模型的能量方程中的方程1包括了粘性耗散項(xiàng)，該項(xiàng)所描述的是粘性剪切所產(chǎn)生的熱能。使用分離解算器時(shí)，F(xiàn)LUENT默認(rèn)的能量方程不包括它（因?yàn)檎承詿峥梢院雎裕．?dāng)Brinkman數(shù)Br接近或者大于一，粘性熱將會(huì)很重要。其中：DT為系統(tǒng)溫度的差分。你需要考慮粘性耗散項(xiàng)并且使用分離解算器，你需要在粘性模型面板激活粘性熱項(xiàng)。對(duì)于可壓流動(dòng)一般有Br1。但是需要注意的是，當(dāng)使用分離解算器時(shí)，如果你定義了可壓流動(dòng)模型，F(xiàn)LUENT并不自動(dòng)激活粘性耗散項(xiàng)。當(dāng)使用耦合解算器時(shí)，所解的能量方程總會(huì)包含粘性耗散項(xiàng)。包括組分?jǐn)U散項(xiàng)能量方程一節(jié)中的方程1和PDF模型的能量方程一節(jié)中的方程1包括了由于組分?jǐn)U散而導(dǎo)致的焓的輸運(yùn)的影響。當(dāng)使用分離解算器時(shí)，在默認(rèn)情況下，會(huì)包含在能量方程一節(jié)的方程1中。如果你不想包括它，你可以在組分模型面板中關(guān)閉擴(kuò)散能量源項(xiàng)的選項(xiàng)。當(dāng)使用非絕熱PDF燃燒模型時(shí)，該項(xiàng)并不是顯式的出現(xiàn)在能量方程中，因?yàn)閷?duì)于PDF模型的能量方程一節(jié)中的方程1來說，該方程右手邊的第一項(xiàng)已經(jīng)包含了它。當(dāng)使用耦合解算器時(shí)，該項(xiàng)總是包含在能量方程中。由于化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的能量源項(xiàng)能量方程一節(jié)中的方程1的能量源項(xiàng)S_h包括了由于化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的能量源項(xiàng)：其中h^o_j^'是組分j^'的生成焓，R_j^'是組分j^'的體積生成速度。非絕熱PDF燃燒模型的能量方程中，焓的定義已經(jīng)包括了能量的生成（見PDF模型的能量方程一節(jié)中的方程5，所以能量的反應(yīng)源項(xiàng)不包括在S_h中。.由于輻射產(chǎn)生的能量源項(xiàng)當(dāng)使用某一輻射模型時(shí)，能量方程一節(jié)中的方程1和PDF模型的能量方程一節(jié)中的方程1的S_h也包括了輻射源項(xiàng)。詳情參閱輻射模型一節(jié)。相間的能量源項(xiàng)需要注意的是，能量源項(xiàng)S_h還包括連續(xù)和離散相之間的熱傳導(dǎo)。在后面的離散與連續(xù)相耦合一節(jié)將會(huì)詳細(xì)討論。壁面處熱傳導(dǎo)的邊界條件壁面處熱傳導(dǎo)邊界條件在標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)一節(jié)中討論。固體區(qū)域的能量方程FLUENT所用的固體區(qū)域的能量輸運(yùn)方程的形式為：其中r =密度h = 顯焓（integral_T_ref^Tc_pdT）k = 傳導(dǎo)系數(shù)T = 溫度q(dot)^"' = 體積熱源方程1左手邊的第二項(xiàng)體現(xiàn)了由于固體的平移和旋轉(zhuǎn)而導(dǎo)致的能量對(duì)流熱傳導(dǎo)。速度場u_i由指定固體區(qū)域的運(yùn)動(dòng)計(jì)算出來（見固體條件一節(jié)）。方程1右手邊的項(xiàng)分別是固體內(nèi)部熱傳導(dǎo)流量和體積熱源的熱流量。固體的各向異性熱傳導(dǎo)當(dāng)使用分離解算器時(shí)，F(xiàn)LUENT允許你制定固體材料的各向異性熱傳導(dǎo)系數(shù)。固體的各向異性傳導(dǎo)項(xiàng)形式為：其中k_ij是熱傳導(dǎo)系數(shù)矩陣。關(guān)于固體材料的各向異性熱傳導(dǎo)系數(shù)的制定可以參閱固體的各向異性熱傳導(dǎo)系數(shù)一節(jié)。入口處的擴(kuò)散入口處能量的凈輸入既包括對(duì)流部分也包括擴(kuò)散部分。對(duì)流部分由你所指定的入口溫度確定。擴(kuò)散部分依賴于計(jì)算出溫度場的梯度。因此擴(kuò)散部分（相應(yīng)的凈入口輸運(yùn)）不是提前指定的。在某些情況下，你可能希望指定入口處的能量凈輸運(yùn)而不是入口溫度。如果你使用分離解算器，你可以通過取消入口能量擴(kuò)散來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。在默認(rèn)的情況下，F(xiàn)LUENT在入口處會(huì)考慮能量的擴(kuò)散流量。要關(guān)閉入口擴(kuò)散，可以使用文本命令：define/models/energy?。如果你使用耦合解算器，入口擴(kuò)散選項(xiàng)無法關(guān)閉。熱傳導(dǎo)所需的用戶輸入當(dāng)FLUENT模型包含了熱傳導(dǎo)，你需要激活相關(guān)的模型，提供熱邊界條件，并輸入控制熱傳導(dǎo)和/或隨溫度變化的材料屬性。本節(jié)將會(huì)介紹這些輸入。下面將會(huì)介紹熱傳導(dǎo)問題的設(shè)定步驟。（注意：本步驟只包括熱傳導(dǎo)模型設(shè)定的必須步驟，你還要設(shè)定其它的模型，邊界條件等。）要激活熱傳導(dǎo)的計(jì)算，請(qǐng)?jiān)谀芰棵姘逯写蜷_激活能量方程選項(xiàng)。菜單：Define/Models?Energy...。Figure1:能量面板2. (可選，只用于分離解算器)如果你模擬粘性流動(dòng)，而且希望在能量方程中包括粘性熱傳導(dǎo)項(xiàng)，請(qǐng)?jiān)谡承阅Ｐ兔姘逯写蜷_粘性熱傳導(dǎo)項(xiàng)。如包含粘性耗散一節(jié)中所述，當(dāng)使用分離解算器時(shí)，F(xiàn)LUENT在默認(rèn)的情況下會(huì)忽略能量方程中的粘性熱傳導(dǎo)項(xiàng)（如果使用耦合解散器，則會(huì)一直包含粘性熱傳導(dǎo)項(xiàng)。當(dāng)流體中的剪切應(yīng)力較大（如：潤滑問題）和/或速度較高、可壓流動(dòng)，就應(yīng)該激活粘性耗散項(xiàng)（見包含粘性耗散項(xiàng)一節(jié)中的方程1）。菜單Define/Models/Viscous...3. 在流動(dòng)入口、出口和壁面處定義熱邊界條件。菜單：Define/BoundaryConditions...。在流動(dòng)的出入口你需要設(shè)定溫度，在壁面處你可能需要設(shè)定下面的某一熱條件：指定熱流量指定溫度對(duì)流熱傳導(dǎo)外部輻射外部輻射和外部對(duì)流熱傳導(dǎo)的結(jié)合定義壁面處熱邊界條件一節(jié)詳細(xì)地介紹了控制熱邊界條件的模型輸入。入口處默認(rèn)的熱邊界條件為指定的溫度300K；壁面處默認(rèn)的條件為零熱流量（絕熱）。關(guān)于邊界條件的輸入請(qǐng)參閱邊界條件一章。4. 定義適合于熱傳導(dǎo)的材料屬性。菜單：Define/Materials...如物理屬性一節(jié)所述，必須定義熱容和熱傳導(dǎo)系數(shù)，而且你可以指定很多屬性為溫度的函數(shù)。溫度的上下限出于穩(wěn)定性考慮，F(xiàn)LUENT包括了預(yù)測(cè)溫度范圍的限制。設(shè)定溫度上下限的目的是為了提高計(jì)算的穩(wěn)定性，從物理意義上說，溫度應(yīng)該處于已知極限的范圍之內(nèi)。有時(shí)候方程中間解會(huì)導(dǎo)致溫度超出這些極限，此時(shí)就無法很好的定義屬性。溫度極限保證你的問題的溫度在期待的范圍之內(nèi)。如果計(jì)算的溫度超出最大極限，那么所存儲(chǔ)的溫度就會(huì)固定在最大值處。默認(rèn)的溫度上限是5000K。如果計(jì)算的溫度低于最小極限，那么存儲(chǔ)的溫度就會(huì)固定在最小值處。默認(rèn)的溫度下限是1K。如果你所預(yù)期的溫度超過5000K，你應(yīng)該使用解限制面板來增加最大溫度。菜單：Solve/Controls/Limits...。熱傳導(dǎo)的解過程雖然使用Fluent默認(rèn)的解參數(shù)可以成功的解決很多簡單的熱傳導(dǎo)問題，你還是可以使用本節(jié)所提供的指導(dǎo)方針來加速收斂速度和解的穩(wěn)定性。能量方程的亞松馳使用分離解算器時(shí)，F(xiàn)LUENT可以使用你在解控制面板所定義的亞松馳參數(shù)來處理亞松馳能量方程，具體可以參閱設(shè)定松弛因子一節(jié)所介紹的內(nèi)容。菜單：Solve/Controls/Solution...。如果使用非絕熱PDF模型，你需要像通常一樣設(shè)定能量亞松弛因子，但是你也可以設(shè)定溫度的亞松弛因子，其用法和解焓方程時(shí)溫度的亞松馳一節(jié)所介紹的一樣。FLUENT不會(huì)管所解能量方程是溫度還是焓形式，它都會(huì)設(shè)定默認(rèn)的亞松弛因子為1.0。在能量場影響流體流動(dòng)（通過溫度相關(guān)屬性或者焓）的問題中，你應(yīng)該是用較小的亞松弛因子，一般在0.8到1.0之間。當(dāng)流場和溫度場解耦時(shí)（沒有溫度相關(guān)屬性或者浮力），你可以保留松弛因子的默認(rèn)值1.0。解焓方程時(shí)溫度的亞松馳當(dāng)解焓形式的能量方程時(shí)（即當(dāng)你使用非絕熱PDF燃燒模型時(shí)），F(xiàn)LUENT也對(duì)溫度進(jìn)行亞松馳，也就是說，只是用焓（亞松馳）變化對(duì)應(yīng)的溫度變化的某一分?jǐn)?shù)來更新溫度場。當(dāng)你希望焓場變化較快時(shí)，二層的亞松馳很有用，只是溫度響應(yīng)比較之后，相應(yīng)的溫度對(duì)流場的影響也會(huì)滯后。FLUENT對(duì)于溫度的亞松馳默認(rèn)設(shè)定為1.0，此設(shè)定使用解控制面板來實(shí)現(xiàn)。屏蔽組分?jǐn)U散項(xiàng)如果使用分離解算器來解決組分輸運(yùn)，而且遇到了收斂困難，你應(yīng)該考慮在組分模型面板中關(guān)閉擴(kuò)散能量源項(xiàng)。菜單：Define/Models/Species...。當(dāng)改選項(xiàng)關(guān)閉時(shí)，F(xiàn)LUENT會(huì)忽略能量方程的組分?jǐn)U散影響。注意：當(dāng)使用耦合解算器時(shí)組分?jǐn)U散影響總會(huì)被考慮到的。步進(jìn)解最為有效的預(yù)測(cè)熱傳導(dǎo)策略是先計(jì)算等溫流動(dòng)然后加入能量方程的計(jì)算。步驟稍有不同，主要取決于流動(dòng)和熱傳導(dǎo)是否耦合。如果流動(dòng)和熱傳導(dǎo)是解耦的（沒有溫度相關(guān)屬性或浮力），你可以首先解等溫流動(dòng)（關(guān)閉能量方程）來產(chǎn)生收斂的流場解，然后單獨(dú)解能量輸運(yùn)方程。注意：因?yàn)轳詈辖馑闫骺偸且黄鸾饬鲃?dòng)和能量方程，所以單獨(dú)解能量方程只應(yīng)用于分離解算器。你可以在解控制面板中的方程列表中取消能量選項(xiàng)來臨時(shí)關(guān)閉流動(dòng)方程或者能量方程（請(qǐng)參閱步進(jìn)解一節(jié)）。菜單：Solve/Controls/Solution...。如果流動(dòng)和熱傳導(dǎo)是耦合的（也就是模型中包括溫度相關(guān)屬性或浮力），你可以在打開能量方程之前首先解流動(dòng)方程。一旦你有了收斂的流場解，你就可以打開能量選項(xiàng)然后同時(shí)解流動(dòng)和能量方程完成熱傳導(dǎo)的模擬。熱傳導(dǎo)的報(bào)告FLUENT為熱傳導(dǎo)模擬提供了附加的報(bào)告選項(xiàng)。你可以生成圖形或者報(bào)告下面的變量或函數(shù)：靜溫總溫焓相對(duì)總溫壁面溫度（內(nèi)部表面）壁面溫度（外部表面）總焓總焓誤差熵總能量內(nèi)能表面熱流量表面熱傳導(dǎo)系數(shù)表面努塞爾（Nusselt）數(shù)表面斯坦頓（Stanton）數(shù)上面所示的前11個(gè)變量包含在后處理面板中的變量選擇下拉列表的溫度類別中，剩下的變量在壁面流量類別中。關(guān)于它們的定義可以參閱流場函數(shù)定義一節(jié)。在報(bào)告和顯示中焓與能量的定義焓與能量報(bào)告值的定義是不同的，它取決于流動(dòng)可壓與否。完全的定義請(qǐng)參閱流場變量與其定義的列表。報(bào)告通過邊界的熱傳導(dǎo)你可以使用流量報(bào)告面板來計(jì)算通過每一個(gè)邊界的熱傳導(dǎo)或者將通過所有邊界的熱流量加起來來檢查熱平衡。菜單：Report/Fluxes...。推薦檢查熱平衡以確認(rèn)你的解是收斂的。關(guān)于流量報(bào)告的生成請(qǐng)參閱通過邊界的流量一節(jié)。報(bào)告通過表面的熱傳導(dǎo)你可以使用曲面積分面板（在曲面積分一節(jié)介紹）來計(jì)算通過任何邊界的熱傳導(dǎo)或者計(jì)算通過曲面的熱傳導(dǎo)，這個(gè)曲面可以在顯示和報(bào)告曲面數(shù)據(jù)一節(jié)中介紹的方法來創(chuàng)建。菜單：Report/SurfaceIntegrals...。要報(bào)告焓的流速在曲面積分面板選擇流動(dòng)速度選項(xiàng)，選擇焓（在溫度類別中）作為流場變量，然后選擇需要積分的一個(gè)或多個(gè)曲面。報(bào)告平均熱傳導(dǎo)系數(shù)曲面積分面板還可以報(bào)告在曲面上的平均熱傳導(dǎo)系數(shù)h，菜單：Report/SurfaceIntegrals...。在曲面積分面板中選擇平均選項(xiàng)，選擇曲面熱傳導(dǎo)系數(shù)（在壁面流量類別中）作為流場變量然后點(diǎn)擊相應(yīng)的曲面。浮力驅(qū)動(dòng)流動(dòng)和自然對(duì)流當(dāng)加熱流體，而且流體密度隨溫度變化是，流體會(huì)由于重力原因的而導(dǎo)致密度的變化。這種流動(dòng)現(xiàn)象被稱為自然對(duì)流（或者混合對(duì)流），F(xiàn)luent可以模擬這種流動(dòng)。理論可以用Grashof數(shù)Reynolds雷諾數(shù)的比值來度量浮力在混合對(duì)流中的作用：當(dāng)這個(gè)數(shù)接近或者超過一，你應(yīng)該考慮浮力對(duì)于流動(dòng)的貢獻(xiàn)。反之，你就可以忽略浮力的影響。在純粹的自然對(duì)流中，浮力誘導(dǎo)流動(dòng)由瑞利數(shù)（Rayleigh）度量：其中熱膨脹系數(shù)為：熱擴(kuò)散系數(shù)為：Rayleigh數(shù)小于10^8表明浮力誘導(dǎo)為層流流動(dòng)，當(dāng)瑞利數(shù)在10^8到10^10之間就開始過渡到湍流了。Boussinesq模型對(duì)于很多自然對(duì)流流動(dòng)，你可以用Boussinesq模型來得到更好的收斂速度，它要比設(shè)定密度為溫度的函數(shù)來解決問題收斂得快。除了動(dòng)量方程的浮力項(xiàng)之外，該模型在所有解決的方程中將密度看成常數(shù)。動(dòng)量方程為：其中r_0是流動(dòng)的常數(shù)密度，T_0是操作溫度，b是熱擴(kuò)散系數(shù)。上面的方程是通過Boussinesq近似等于r_0(1-bDT)來消除浮力項(xiàng)中的r得到的。只要真實(shí)密度變化很小，該近似是很精確的.使用Boussinesq模型的時(shí)機(jī)在封閉區(qū)域使用Boussinesq模型來計(jì)算時(shí)間相關(guān)自然對(duì)流是很必要的。假如溫度變化很小，該模型也可以用于定常問題。Boussinesq模型不能用于組分，燃燒和反應(yīng)流動(dòng)的計(jì)算。浮力驅(qū)動(dòng)流動(dòng)的用戶輸入在混合或自然對(duì)流中，你必須提供下面的輸入來考慮浮力問題：在能量面板中打開能量方程選項(xiàng)。菜單：Define/Models/Energy...。2. 在操作條件面板（下圖）中打開重力選項(xiàng)，并在每一個(gè)方向上輸入相應(yīng)的重力加速度數(shù)值。菜單：Define/OperatingConditionsFigure1:操作條件面板注意，F(xiàn)LUENT中默認(rèn)的重力加速度為零3. 如果使用不可壓理想氣體定律，要在操作條件面板中檢查操作壓力的數(shù)值（非零值）。4. 下面的選項(xiàng)取決于你是否使用Boussinesq近似：如果不使用Boussinesq模型，輸入如下：1. 必要的話在操作條件面板中激活操作密度選項(xiàng)，然后指定操作密度，詳細(xì)設(shè)置可以參閱定義操作密度一節(jié)。2. 定義流體密度為溫度的函數(shù)，具體可以參閱使用溫度相關(guān)函數(shù)和密度定義屬性一節(jié)。菜單：Define/Materials...。如果使用Boussinesq模型，輸入如下：1. 在操作條件面板中指定操作溫度（Boussinesq模型一節(jié)中方程1的T_0）2. 選擇Boussines方法來計(jì)算在使用材料面板中的密度（具體可以參閱使用溫度相關(guān)函數(shù)和密度定義屬性一節(jié)）。3. 還是在材料面板中，設(shè)定熱擴(kuò)散系數(shù)并指定常數(shù)密度。注意：如果模型包括多種材料，對(duì)于每一個(gè)材料你都可以選擇是否使用Boussinesq模型。因此你可以對(duì)某些材料使用Boussinesq模型其它的可以不使用。關(guān)于每一個(gè)材料的設(shè)定步驟都和上面所介紹的一樣。5. 在壓力入口和出口邊界處的你所輸入的邊界壓力是重新定義的壓力，該壓力由操作密度的定義一節(jié)中的方程3給出。一般說來，如果沒有外部強(qiáng)加的壓力梯度，F(xiàn)LUENT模型在入口和出口邊界處的壓力p^'應(yīng)該是相等的。菜單：Define/BoundaryConditions...。6. 在解控制面板中，選擇加權(quán)的體積力或者二階方法作為壓力的離散方法。菜單：Solve/Controls/Solution...。你需要在近壁面增加單元以解決邊界層問題。如果你使用四邊形或六面體網(wǎng)格并使用分離解算器，推薦選擇PRESTO!作為壓力的離散方法。也可以參閱熱傳導(dǎo)計(jì)算設(shè)定所需的用戶輸入。操作密度的定義當(dāng)不使用Boussinesq近似時(shí)，操作密度r_0在動(dòng)量方程中出現(xiàn)在體積力一項(xiàng)中：該種形式的體積力項(xiàng)遵從FLUEＮT中壓力的重定義：這樣，靜止流體可以保證靜壓平衡變成：因此，在所有的浮力驅(qū)動(dòng)流動(dòng)中，參考密度的定義都是很重要的。在默認(rèn)的情況下，F(xiàn)LUENT會(huì)通過對(duì)所有單元取平均來計(jì)算操作密度。在某些算例中如果你明確指定操作密度而不是讓解算器來計(jì)算密度，你可能會(huì)得到更好的結(jié)果。比方說，如果你用壓力邊界條件解自然對(duì)流問題，知道你所指定的壓力是方程３中的p_s^'是很重要的。。即使你知道真實(shí)壓力p_s，你還是需要知道操作密度r_0，以便于從p_s確定p_s^'。因此，你應(yīng)該明確定義操作密度而不使用計(jì)算的平均值。但無論如何你所指定的密度都應(yīng)該是對(duì)平均值的描述。在某些情況下，指定操作密度會(huì)提高解的收斂性而不會(huì)改善實(shí)際的結(jié)果。對(duì)于這種情況，使用近似bulk密度值作為操作密度，并保證你所選的值對(duì)于區(qū)域的特征溫度是合適的。注意：如果你使用Boussinesq近似，就不會(huì)使用操作密度了，所以你也不必指定它。浮力驅(qū)動(dòng)流動(dòng)的解策略對(duì)于高瑞利數(shù)流動(dòng)，你需要考慮下面的解決方針。除此之外，在解決其它熱傳導(dǎo)問題的處理過程中所介紹的指導(dǎo)原則也可以用于浮力驅(qū)動(dòng)流動(dòng)。但是，需要注意的是對(duì)于高瑞利數(shù)的某些層流流動(dòng)是沒有定常解存在的。解決高瑞利（Rayleigh）數(shù)流動(dòng)的方針對(duì)于高瑞利數(shù)流動(dòng)(Ra>10^8)，為了得到最好的結(jié)果你應(yīng)該遵循下面所介紹的某一處理程序：第一個(gè)程序使用定常狀態(tài)方法：1. 開始解決時(shí)使用較低的瑞利數(shù)（如：10^7），然后使用一階格式運(yùn)行直到收斂。2. 改變有效瑞利數(shù)，改變重力加速度的數(shù)值（如：從９．８改為０．０９８來使瑞利數(shù)減少兩個(gè)量級(jí)）．3. 使用上面的結(jié)果作為高瑞利數(shù)流動(dòng)的初始猜測(cè)，然后用一階格式開始高瑞利數(shù)流動(dòng)的計(jì)算。4. 用一階格式獲得解之后，你可以采用高階格式繼續(xù)計(jì)算。第二個(gè)程序使用時(shí)間相關(guān)方法來獲取定常解[62]：1. 使用相同或較低瑞利數(shù)時(shí)得到的定常狀態(tài)解開始計(jì)算。2. 估計(jì)時(shí)間常數(shù)為[14]：其中L和U分別是長度和速度。使用時(shí)間步長Dt：如果使用更大的時(shí)間步長Dt可能會(huì)導(dǎo)致發(fā)散。mp3. 當(dāng)頻率ft=0.05--0.09的振動(dòng)衰減之后，就達(dá)到了定常狀態(tài)。注意，t是方程１中估計(jì)的時(shí)間常數(shù)，ｆ是單位為Ｈｚ的振動(dòng)頻率。一般說來，要達(dá)到定常狀態(tài)一般要進(jìn)行５０００個(gè)時(shí)間步。注意：除非使用Boussinesq近似，否則非定常方法不能用于封閉區(qū)域。它總是用于具有入口和出口的區(qū)域。浮力驅(qū)動(dòng)流動(dòng)的后處理浮力驅(qū)動(dòng)流動(dòng)的后處理報(bào)告和其它熱傳導(dǎo)計(jì)算的報(bào)告一樣。詳情請(qǐng)參閱熱傳導(dǎo)的報(bào)告一節(jié)周期性流動(dòng)和熱傳導(dǎo)周期流是指流動(dòng)和熱的解具有周期性重復(fù)的特點(diǎn)。周期性流動(dòng)分兩種：一種是在周期性平面內(nèi)沒有壓降的周期流；第二種是流向周期流。本解討論流向周期流以與周期性熱傳導(dǎo)，關(guān)于沒有壓降的周期流請(qǐng)參閱周期性邊界條件一節(jié)。引言FLUENT提供流向周期流的計(jì)算。這種流動(dòng)具有廣泛的應(yīng)用，如熱交換管道以與通過水箱的管流。在這些流動(dòng)模式中，幾何外形沿流動(dòng)方向上具有重復(fù)性的特點(diǎn)，從而導(dǎo)致了周期性完全發(fā)展的流動(dòng)。這些周期性條件在足夠的入口長度后就會(huì)形成，具體與雷諾數(shù)和幾何外形有關(guān)。流向周期流會(huì)在足夠長度L之后形成，在流向的每一個(gè)重復(fù)流動(dòng)模式之間會(huì)有一個(gè)一定的壓降。下圖就是一例。Figure1:二維熱交換幾何外形的周期性流動(dòng)例子交換的幾何外形當(dāng)壁面是常溫或者熱流一定時(shí)會(huì)產(chǎn)生周期性熱條件。在這一問題中，溫度場是周期性發(fā)展的。至于周期性流動(dòng)，分析這類問題可以將數(shù)值模型限制為單一模塊或者周期性章度。使用流向周期性流動(dòng)和熱傳導(dǎo)的限制：流動(dòng)必須不可壓幾何外形必須是平移性的周期用耦合解你只能指定壓力跳躍，分離解可以指定壓力跳躍或者流速。在流動(dòng)入口和出口沒有質(zhì)量的增加，外部源項(xiàng)或者離散相源只能模擬出入口所包括的組分（沒有質(zhì)量的凈增加），不允許有反應(yīng)流不允許離散相和多項(xiàng)流模型周期性熱傳導(dǎo)的特殊限制：必須使用分離解熱邊界條件必須指定熱流或者壁面溫度常數(shù)。而且在特定的問題上這些邊界類型不能結(jié)合在一起：對(duì)于常溫算例，所有壁面溫度必須是相同的，在壁面流量中，不同的熱流必須區(qū)分為不同的壁面。在有固體的區(qū)域不可以橫跨周期性平面熱動(dòng)力學(xué)和流體的輸運(yùn)性質(zhì)（比熱容，熱傳導(dǎo)系數(shù)，粘性系數(shù)，密度）不能是溫度的函數(shù)，因此不可以模擬化學(xué)反應(yīng)流。然而輸運(yùn)性質(zhì)可能會(huì)以周期性的方式變化，這就允許你模擬周期性湍流，在這種周期性湍流流動(dòng)中，輸運(yùn)性質(zhì)（有效熱傳導(dǎo)系數(shù)，有效粘性系數(shù)）隨著湍流流場變化。周期流模擬程序概述考慮流向周期性流動(dòng)和熱傳導(dǎo)的典型計(jì)算分兩個(gè)部分。第一是不考慮溫度場的速度場計(jì)算，然后固定速度場來計(jì)算溫度場。步驟如下：設(shè)定流向周期性邊界條件網(wǎng)格 輸入熱力學(xué)常數(shù)和輸運(yùn)常數(shù)通過周期性邊界條件指定周期性壓力梯度以與凈質(zhì)量流速計(jì)算周期性流場，計(jì)算動(dòng)量方程、連續(xù)性方程以與湍流方程（可選）指定壁面熱邊界條件：溫度或熱流定義入口溫度解能量方程預(yù)測(cè)周期性溫度場下面詳細(xì)介紹流向周期性流動(dòng)理論對(duì)于位置矢量，周期性假定有如下形式其中L是所考慮區(qū)域的周期長度矢量在方程1中壓力不是周期性的。取而代之的是，模塊之間的壓降是周期性的：如果使用某一耦合解算器，Dp被指定為常值。對(duì)于分離解算器，區(qū)域內(nèi)每一位置的壓力梯度可以分解為兩個(gè)部分：周期性部分的梯度?p(r)，以與線性變化部分的梯度b(L/|L|)：周期性壓力(p(r))減去線性變化的壓力而得到的壓力。壓力的線性變化部分(b|r|)在動(dòng)量方程中對(duì)流體有一作用力。因?yàn)閎的值無法提前預(yù)知，所以必須迭代直到達(dá)到在計(jì)算模型中你所定義的質(zhì)量流速為止。B的修正是在SIMPLE,SIMPLEC,或PISO算法的修正步中實(shí)現(xiàn)的，其修正是基于所需質(zhì)量流和實(shí)際質(zhì)量流之間的差值的。你可以控制子迭代的次數(shù)來更新b，具體可以參閱使用分離解算器計(jì)算流向周期性流動(dòng)所需用戶輸入一節(jié)。使用分離解算器計(jì)算流向周期性流動(dòng)的用戶輸入如果使用分離解算器，為了計(jì)算出具有指定質(zhì)量流速和壓力導(dǎo)數(shù)的空間周期性流動(dòng)，你必須創(chuàng)建具有平移性周期邊界的網(wǎng)格，該網(wǎng)格中的單元相互平行且尺寸相等。你可以在周期性面板中指定平移性周期，具體可以參閱周期性邊界條件一節(jié)。（如果想要?jiǎng)?chuàng)建周期性邊界請(qǐng)參閱創(chuàng)建周期性區(qū)域一節(jié)）。讀入網(wǎng)格之后，你需要在周期性條件面板(Figure1)中完成下面的輸入。菜單：Define/PeriodicConditions...。Figure1:周期性條件面板1. 選擇指定質(zhì)量流速選項(xiàng)或者指定壓力梯度選項(xiàng)。對(duì)于大多數(shù)問題，通過周期性邊界的質(zhì)量流速是已知的，如果質(zhì)量流速未知，壓力梯度也將會(huì)是已知的量。2. 指定質(zhì)量流速和/或指定壓力梯度：如果指定質(zhì)量流速，請(qǐng)輸入相應(yīng)的數(shù)值。你還可以輸入出示壓力梯度的猜測(cè)值，但不是必需的。需要注意的是，對(duì)于軸對(duì)稱流動(dòng)，質(zhì)量流動(dòng)速度是每2p的質(zhì)量流速如果指定壓力梯度，請(qǐng)輸入壓力梯度的數(shù)值。3. 在流動(dòng)方向框中分別輸入X，Y和Z的值作為方向矢量。此是流動(dòng)就會(huì)從起始點(diǎn)沿著指定的方向到達(dá)指定點(diǎn)。流動(dòng)方向必須是平行于周期性平移方向或者反向。4. 如果在第一步中選擇質(zhì)量流速，請(qǐng)輸入計(jì)算b的相應(yīng)的參數(shù)。這些參數(shù)的輸入可以參閱使用分離解算器計(jì)算流向周期性流動(dòng)的用戶輸入一節(jié)。完成上述輸入之后，你就可以計(jì)算周期性速度場直到收斂了。如果指定質(zhì)量流速，F(xiàn)LUENT需要計(jì)算壓力梯度b的適當(dāng)值。你不可以通過指定松弛因子、迭代次數(shù)或壓力梯度初始猜測(cè)值來控制壓力梯度的計(jì)算。所有的這些輸入都在周期性條件面板中完成。迭代次數(shù)設(shè)定了壓力校正方程中校正b的子迭代次數(shù)。因?yàn)閎的值無法預(yù)先知道，所以在計(jì)算模型中，你必須在定義的質(zhì)量流速計(jì)算之后才會(huì)完成b的迭代。B的校正出現(xiàn)在SIPLE或者SIMPLEC算法的壓力校正步中。對(duì)b的當(dāng)前值的校正是基于預(yù)期質(zhì)量流速和實(shí)際質(zhì)量流速之間的差值的。此出涉與的子迭代是在壓力校正步中完成的，目的是為了提高在解校正方程獲得壓力（和速度）校正值之前提高b的校正質(zhì)量。默認(rèn)的子迭代次數(shù)為2，它可以滿足大多數(shù)問題，但是可以增加它以獲取快速的收斂。松弛因子在此處是壓松弛因子，它控制了迭代過程的收斂。你可以在壓力梯度框中輸入猜測(cè)的初始?jí)毫μ荻葋硖岣咧芷谛杂?jì)算的收斂速度。如果你完成了任何計(jì)算，這個(gè)框會(huì)顯示當(dāng)前的b值。要用當(dāng)前的數(shù)值更新壓力梯度框，你可以點(diǎn)擊更新按鈕。使用耦合解算器計(jì)算流向周期性流動(dòng)的用戶輸入如果你使用某一耦合解算器，為了計(jì)算具有指定壓力跳躍的空間周期性流場，你首先要?jiǎng)?chuàng)建具有平移性邊界條件的網(wǎng)格，這些網(wǎng)格相互平行，尺寸相等。（如果需要?jiǎng)?chuàng)建周期性邊界，請(qǐng)參閱創(chuàng)建周期性區(qū)域一節(jié)）。然后遵循如下步驟：1. 在邊界條件面板中打開周期性面板(Figure1)，選擇平移性周期（默認(rèn)）。菜單：Define/BoundaryConditions...。Figure1:周期性面板2. 在周期性面板中設(shè)定周期性壓力跳躍Dp。完成上述輸入可以開始計(jì)算直至收斂。檢測(cè)壓力梯度的值如果指定質(zhì)量流速，你可以在解的過程中監(jiān)視壓力梯度的數(shù)值。具體方法：打開靜態(tài)監(jiān)視面板，選擇per/pr-grad作為監(jiān)視變量。詳情請(qǐng)參閱靜態(tài)監(jiān)視一節(jié)。流向周期性流動(dòng)的后處理速度和壓力場的結(jié)果應(yīng)該完全是周期性的。如果用耦合解算器計(jì)算周期性流動(dòng)，壓力場的報(bào)告將是真實(shí)壓力p的報(bào)告。如果使用分離解算器，F(xiàn)LUENT所報(bào)告的壓力場將會(huì)是方程5中的周期性壓力場p(r)。下圖顯示的是概述一節(jié)中的幾何圖形中的周期性壓力場。如果指定質(zhì)量流量并要FLUENT計(jì)算壓力梯度，你可以在周期性條件面板中查找流向壓力梯度（b）的當(dāng)前值。Figure1:二維熱交換幾何圖形的周期性壓力場預(yù)測(cè)指定溫度邊界條件的周期性熱傳導(dǎo)FLUENT可以解決兩類熱傳導(dǎo)問題：與常數(shù)溫度壁面具有熱交換的流向周期性流動(dòng)是FLUENT可以解決的一種周期性熱傳導(dǎo)問題。另一種可以解決的是具有指定壁面熱流量的流動(dòng)，具體可以參閱具有指定熱流量條件的周期性熱傳導(dǎo)一節(jié)。注意：只有在使用分離解算器時(shí)才可以模擬周期性熱傳導(dǎo)。常數(shù)壁面溫度條件的周期性熱傳導(dǎo)方程對(duì)于常數(shù)壁面溫度，當(dāng)流體通過周期性區(qū)域時(shí)，其溫度接近壁面邊界的溫度。但是溫度可以用具有周期性行為來衡量。對(duì)于具有常數(shù)壁面溫度的周期性流動(dòng)，對(duì)溫度較合適的度量為[119]：體積溫度T_bulk,inlet定義為：其中積分是對(duì)整個(gè)入口周期性邊界（A）的積分。正是規(guī)定的溫度q服從通過長度為L的周期性條件。常數(shù)壁面溫度周期性熱傳導(dǎo)的用戶輸入為了模擬周期性熱傳導(dǎo)，你需要參照使用分離解算器模擬流向周期流動(dòng)所需用戶輸入一節(jié)所介紹的方法來設(shè)定你的周期性模型，同時(shí)要注意概述中所提出的限制。除此之外，你需要提供如下與熱傳導(dǎo)模型相關(guān)的信息：1. 在能量面板中激活能量方程解。菜單：Define/Models/Energy...。2. 在各自的壁面面板為每一個(gè)壁面邊界設(shè)定邊溫度T_wall。注意：所有的壁面邊界必須分配相同的溫度，而且整個(gè)流場（除了周期性邊界）必須由固定溫度條件或者對(duì)稱或零熱流量邊界來封閉不同的壁面邊界。菜單：Define/BoundaryConditions...3. 合適的話，定義固體區(qū)域。假如在區(qū)域的周邊由固定溫度條件封閉，你可以在區(qū)域內(nèi)使用傳導(dǎo)性固體區(qū)域。當(dāng)你使用固定溫度條件解周期性熱傳導(dǎo)時(shí)，固體區(qū)域內(nèi)不可以有熱生成。菜單：Define/BoundaryConditions...4. 設(shè)定常數(shù)流體屬性（密度，熱容，粘性，熱傳導(dǎo)系數(shù)，而不是在使用材料面板的1中定義溫度相關(guān)流體屬性）。菜單：Define/Materials...5. 在周期性面板中指定逆流體積溫度。（體積溫度不能等于壁面溫度，因?yàn)樗鼤?huì)給出常數(shù)溫度在任何位置的價(jià)值不高的解。）菜單：Define/PeriodicConditions...。周期性熱傳導(dǎo)的解策略完成了周期性熱傳導(dǎo)常數(shù)壁面溫度的用戶輸入之后，你就可以解決流動(dòng)和熱傳導(dǎo)問題直至收斂。最為有效的解決方法是首先解沒有熱傳導(dǎo)的周期性流動(dòng)，然后不改變流場來解熱傳導(dǎo)問題，具體步驟如下：在解控制面板中關(guān)閉能量方程選項(xiàng)。菜單：Solve/Controls/Solution...。2. 解剩下的方程（連續(xù)性，動(dòng)量以與湍流參數(shù)（可選））來獲取收斂的周期性流動(dòng)的流場解。注意，當(dāng)你在開始計(jì)算之前初始化流場時(shí)，請(qǐng)使用入口體積溫度和壁面溫度的平均值作為流場的初始溫度。3. 回到解控制面板，關(guān)閉流動(dòng)方程打開能量方程。4. 解能量方程直至收斂獲取周期性溫度場。當(dāng)同時(shí)考慮流動(dòng)和熱傳導(dǎo)來解決周期性流動(dòng)和熱傳導(dǎo)問題時(shí)，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)上面所介紹的方法相當(dāng)有效。監(jiān)視收斂性為了保證得到收斂解，你可以監(jiān)測(cè)體積溫度比的值：在計(jì)算過程中，打開靜態(tài)監(jiān)測(cè)面板，選擇per/bulk-temp-ratio作為監(jiān)測(cè)變量。詳情請(qǐng)參閱靜態(tài)監(jiān)測(cè)一節(jié)。固定溫度條件的周期性熱傳導(dǎo)的后處理在周期性模型中，由FLUENT所計(jì)算出的溫度常將不會(huì)是周期性的，而且在后處理中察看溫度結(jié)果時(shí)，F(xiàn)LUENT會(huì)顯示常數(shù)壁面溫度度條件下周期性熱傳導(dǎo)方程1中的真實(shí)溫度場。所顯示的溫度可能會(huì)超出入口體積溫度和壁面溫度定義的范圍。這種情況是允許的，因?yàn)樵谌肟谥芷谛员砻嫣幍恼鎸?shí)溫度輪廓可能會(huì)不等于入口體積溫度。在后處理面板中，我們可以在變量選擇下拉列表的溫度類別中找到靜溫選項(xiàng)：下圖所示為周期性熱交換器的溫度常。Figure1:具有固定溫度邊界條件的二維熱交換器的溫度場指定熱流量條件的周期性熱傳導(dǎo)當(dāng)指定熱流量條件時(shí)，我們可以獲得周期性完全發(fā)展的溫度場。在這種情況下，周期性邊界之間的溫度交換變成了常數(shù)，而且從邊界處獲取的熱量的凈增量有關(guān)。這個(gè)邊界是指本節(jié)所介紹的邊界。只有在使用分離解算器時(shí)才可以模擬周期性熱傳導(dǎo)。指定熱流量條件的周期性熱傳導(dǎo)方程當(dāng)考慮具有熱流量條件的周期性熱傳導(dǎo)，非按尺度增加的溫度場的形式變得和周期性流動(dòng)的壓力場相似其中L是區(qū)域內(nèi)周期性長度矢量。溫度梯度s與區(qū)域內(nèi)部總的熱量增加Q的關(guān)系為：其中m(dot)是指定的或者計(jì)算的質(zhì)量流速。指定熱流量周期性熱傳導(dǎo)的用戶輸入為了模擬周期性熱傳導(dǎo)，你需要遵照使用分離解算器計(jì)算流向周期性流動(dòng)所需用戶輸入一節(jié)中介紹的方法來設(shè)定周期性模型，只是要注意一下引言中所討論的限制條件。除此之外，你需要為熱傳導(dǎo)模型提供下面的相關(guān)輸入：1. 在能量面板中激活能量方程解。菜單：Define/Models/Energy...。2. 在壁面面板為每一個(gè)壁面設(shè)定熱流量。不同的壁面邊界可以定義不同的熱流量值，待是在該區(qū)域內(nèi)部不可以有其它的熱邊界條件。菜單：Define/BoundaryConditions...3. 合適的話，定義固體區(qū)域。你可以在區(qū)域內(nèi)任何位置定義傳導(dǎo)性固體區(qū)域，需要的話還可以包括固體內(nèi)部體積熱的增加。菜單：Define/BoundaryConditions...4. 設(shè)定常數(shù)流體屬性（密度，熱容，粘性，熱傳導(dǎo)系數(shù)，而不是在使用材料面板的1中定義溫度相關(guān)流體屬性）。菜單：Define/Materials...5. 在周期性面板中指定逆流體積溫度。菜單：Define/PeriodicConditions...。解決周期性熱傳導(dǎo)問題完成上面的輸入之后，你就可以解決流動(dòng)和熱傳導(dǎo)問題直至收斂。然而最為有效的解決方法應(yīng)該遵循：首先解沒有熱傳導(dǎo)的周期性流動(dòng)，然后不改變流場來解熱傳導(dǎo)。這一步驟的具體介紹可以參閱周期性熱傳導(dǎo)的解策略一節(jié)。指定流量條件的周期性熱傳導(dǎo)的后處理具有指定熱流量的周期性流動(dòng)的后處理和指定溫度條件的周期性流動(dòng)的后處理相同。具體可以參閱固定溫度的周期性熱傳導(dǎo)的后處理一節(jié)。渦流和旋轉(zhuǎn)流動(dòng)在許多重要的工程問題中都包括渦流和旋轉(zhuǎn)，F(xiàn)LUENT很適合模擬這些流動(dòng)。在燃燒中渦流是很常見的，為了增加滯留時(shí)間和流動(dòng)模式的穩(wěn)定性，在噴嘴和燃燒室中需要誘導(dǎo)渦流。在渦輪機(jī)，混合箱和各種各樣的其它應(yīng)用中都存在旋轉(zhuǎn)流動(dòng)問題。在對(duì)渦流和旋轉(zhuǎn)流動(dòng)分析之前，你首先要對(duì)所解決的問題進(jìn)行大致的分類，一般有如下五種流動(dòng)類別：渦流和旋轉(zhuǎn)流的軸對(duì)稱流動(dòng)完全的三維渦流或旋轉(zhuǎn)流動(dòng)需要旋轉(zhuǎn)參考系的的流動(dòng)需要多重旋轉(zhuǎn)參考系或混合平面的流動(dòng)需要滑動(dòng)網(wǎng)格的流動(dòng)本節(jié)將會(huì)介紹前兩類問題的模擬和解決過程。剩下的問題都包括移動(dòng)壁面問題，我們將會(huì)在移動(dòng)壁面中的流動(dòng)一節(jié)討論。旋轉(zhuǎn)流動(dòng)和渦流的概述渦流和旋轉(zhuǎn)流動(dòng)的軸對(duì)稱流動(dòng)你的問題可能是關(guān)于幾何圖形與邊界條件為軸對(duì)稱的，但是仍然包括旋轉(zhuǎn)和渦流。在這種情況下，你可以在模擬二維流動(dòng)（即解決軸對(duì)稱問題），并包括圓周速度（或渦流）的預(yù)測(cè)。需要注意的是，軸對(duì)稱假定隱含了流動(dòng)中沒有周向梯度，但是仍然有非零的渦流速度。二維渦流的切向動(dòng)量方程為：其中x是坐標(biāo)軸，r是徑向坐標(biāo)，u是軸向速度，v是徑向速度，w是漩渦速度。三維渦流當(dāng)幾何圖形有變化和/或具有周向流動(dòng)梯度時(shí)，你需要用三維模型預(yù)測(cè)漩渦流動(dòng)。如果你使用的三維模型中包括了渦流和旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，你必須注意坐標(biāo)系限制。除此之外你可能還會(huì)考慮將問題簡化為一個(gè)等價(jià)的軸對(duì)稱問題，尤其是對(duì)初始的模擬計(jì)算。初始的二維研究可以很快確定各種模擬和設(shè)計(jì)的選項(xiàng)的影響，所以它對(duì)我們模擬渦流的復(fù)雜性很有幫助。對(duì)于包含渦流和旋轉(zhuǎn)的三維問題，在問題的設(shè)定過程中沒有什么特別需要輸入的內(nèi)容，也沒有特別的解的程序。但是需要注意的是，在定義速度入口邊界條件的輸入時(shí)，你可能需要使用柱坐標(biāo)系，具體可以參閱定義速度一節(jié)。而且你會(huì)發(fā)現(xiàn)在解的過程中旋轉(zhuǎn)速度（設(shè)定為壁面或入口邊界條件）的緩慢增加是非常有用的。在軸對(duì)稱渦流的解策略一節(jié)中，描述了軸對(duì)稱渦流的這方面內(nèi)容。需要旋轉(zhuǎn)參考系的流動(dòng)如果你的流動(dòng)包括了通過流體的旋轉(zhuǎn)邊界（如螺旋槳葉片或者溝槽或者鋸齒狀曲面），你就需要使用旋轉(zhuǎn)參考系來模擬這類問題。旋轉(zhuǎn)參考系中的流動(dòng)一節(jié)詳細(xì)介紹了這方面的應(yīng)用。如果有不止一個(gè)旋轉(zhuǎn)邊界（比如說有一排螺旋槳），你可以使用多重參考系（MRF）或者混合平面。多重參考系模型一節(jié)介紹了多重參考系的相關(guān)內(nèi)容，混合平面模型一節(jié)介紹了混合平面的相關(guān)內(nèi)容。渦流和旋轉(zhuǎn)流動(dòng)的物理描述在渦流中，角動(dòng)量守恒(rworr^2W=constant)往往導(dǎo)致了新的自由渦流動(dòng)的產(chǎn)生，在自由渦流動(dòng)中，周向速度w隨著半徑r的減小而急劇增加，在半徑為零的附近由于粘性力占主導(dǎo)地位，w減小到零。龍卷風(fēng)就是自由渦的一個(gè)典型例子。下圖是一個(gè)自由渦周向速度和半徑r的關(guān)系圖。Figure1:TypicalRadialDistributionofwinaFreeVortex可以看出，對(duì)于理想自由渦流動(dòng)，有圓周運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的離心力和徑向壓力梯度是平衡的。在非理想渦角動(dòng)量分布變化時(shí)，徑向壓力梯度也會(huì)相應(yīng)的變化，從而驅(qū)動(dòng)徑向和軸向流動(dòng)來響應(yīng)梯度變化所導(dǎo)致的非同一壓力。因此當(dāng)你計(jì)算FLUENT模型中的渦流的分布時(shí)，你還要注意靜壓分布的變化以與相應(yīng)的軸向和徑向流動(dòng)速度的變化。渦流和壓力場之間的高度耦合時(shí)的渦流的模擬相當(dāng)?shù)膹?fù)雜。在壁面旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的流動(dòng)中，壁面的運(yùn)動(dòng)常常會(huì)造成流體的受迫的渦運(yùn)動(dòng)，其中的w/r或者W為常數(shù)。這種流動(dòng)最重要的特征就是流體傾向于具有很高的角動(dòng)量（如：近壁面的流動(dòng)）而被沿徑向甩出（Figure2）。因?yàn)樾D(zhuǎn)壁面將流體沿徑向向外抽吸，所以這種現(xiàn)象常被稱為“徑向抽吸”。Figure2:空腔內(nèi)旋轉(zhuǎn)流動(dòng)流函數(shù)的等值線（具有旋轉(zhuǎn)或渦流的軸對(duì)稱流動(dòng)一節(jié)中Figure1的幾何圖形）渦流中的湍流模型如果模擬具有大量漩渦的湍流流動(dòng)（如：氣旋流動(dòng)，漩渦射流），你應(yīng)該使用某一種高級(jí)湍流模型：RNGk-e模型，可實(shí)行的k-e模型或者雷諾應(yīng)力模型。選擇哪種模型依賴于渦的強(qiáng)度，它可以用漩渦的數(shù)量來度量。漩渦數(shù)量定義為角動(dòng)量軸向流量與軸向流量動(dòng)量的比值：其中，R(bar)是水力學(xué)半徑。對(duì)于較弱的中等渦流（S<0.5），RNGk-e模型和可實(shí)行的k-e模型比標(biāo)準(zhǔn)k-e要好一些。這些方法的詳細(xì)描述可以參閱可實(shí)行的k-e模型和渦流修改一節(jié)。 對(duì)于強(qiáng)度較高的漩渦流動(dòng)（S>0.5），推薦使用雷諾應(yīng)力（RSM）模型。高強(qiáng)度湍流的各項(xiàng)異性的影響只需要用RSM中采用的二動(dòng)量閉合就可以嚴(yán)格模擬。關(guān)于本模型的詳細(xì)設(shè)定請(qǐng)參閱雷諾應(yīng)力模型和湍流流動(dòng)問題的設(shè)定一節(jié)。對(duì)于裝置中遇到的渦流，如氣旋分離器和漩渦燃燒室，近壁面湍流模擬常常是次要的問題。在這些算例中問題的可信度主要由核心區(qū)域湍流模型的的精度決定。但是在對(duì)于壁面在渦的生成過程中作用較大時(shí)（即：次要的流動(dòng)和渦流是由壓力產(chǎn)生時(shí)），非平衡壁面函數(shù)常?？梢蕴岣哳A(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度，其原因在于它使用對(duì)壓力敏感的平均速度的壁面定律。具體可以參閱壁面限制湍流流動(dòng)的壁面處理中有關(guān)湍流近壁面處理的內(nèi)容。渦流和旋轉(zhuǎn)流動(dòng)的網(wǎng)格設(shè)定坐標(biāo)系的限制大家應(yīng)該還記得，對(duì)于軸對(duì)稱問題，旋轉(zhuǎn)軸必須是x軸，網(wǎng)格必須在直線y=0上或上方。具體可以參閱網(wǎng)格一章。渦流和旋轉(zhuǎn)流動(dòng)的網(wǎng)格敏感性除了坐標(biāo)系限制之外，你還要注意在解決包括渦流和旋轉(zhuǎn)的問題時(shí)你的網(wǎng)格應(yīng)該有足夠的分辨率。最為典型的就是旋轉(zhuǎn)邊界層，它會(huì)特別薄，因此你的FLUENT模型需要在旋轉(zhuǎn)壁面處有相當(dāng)精細(xì)的網(wǎng)格。除此之外，渦流的周向速度通常有很大的梯度（比如說自由渦流動(dòng)接近中線的區(qū)域），此時(shí)也需要網(wǎng)格具有很高的分辨率。具有渦流或旋轉(zhuǎn)流動(dòng)的軸對(duì)稱流動(dòng)如旋轉(zhuǎn)和渦流概述一節(jié)所討論的，你可以解包括圓周和渦流速度預(yù)測(cè)的二維軸對(duì)稱問題。軸對(duì)稱假設(shè)暗含了流動(dòng)沒有周向梯度，但是可能有非零的周向速度。下面兩個(gè)圖就是包含渦流或者旋轉(zhuǎn)的軸對(duì)稱流動(dòng)的例子：Figure1:空腔內(nèi)的旋轉(zhuǎn)流動(dòng)Figure2:氣體燃燒室內(nèi)的渦流軸對(duì)稱渦流的問題的設(shè)定對(duì)于軸對(duì)稱問題，你需要在問題設(shè)定時(shí)執(zhí)行下面的步驟（其它的與軸對(duì)稱渦流或旋轉(zhuǎn)流動(dòng)無關(guān)步驟和其它的問題設(shè)定一樣）：1. 在解面板中打開軸對(duì)稱渦流選項(xiàng)，激活圓周方向的動(dòng)量方程解。菜單Define/Models?Solver...2. 在入口或壁面處定義速度的旋轉(zhuǎn)或渦流分量rW。菜單：Define/BoundaryConditions...注意：對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸要記住所使用的軸邊界類型。在移動(dòng)壁面處定義速度和定義速度條件一節(jié)將會(huì)詳細(xì)介紹在入口處和壁面處旋轉(zhuǎn)速度輸入的步驟。軸對(duì)稱渦流的解策略與解渦流和旋轉(zhuǎn)流動(dòng)相關(guān)的困難就是動(dòng)量方程的高度耦合性，它是旋轉(zhuǎn)項(xiàng)的影響過大所致。高度的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致了驅(qū)動(dòng)軸向和徑向流動(dòng)的較大徑向壓力梯度。這按順序確定了流場的渦流和旋轉(zhuǎn)。耦合可能會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)解的不穩(wěn)定，所以為了獲取收斂解需要采用特定的技巧。下面是解渦流和旋轉(zhuǎn)流動(dòng)的解技巧：（只用于分離解算器）如果使用四邊形或六面體網(wǎng)格，你需要使用PRESTO!格式（在解控制面板的離散的壓力列表中），它很適合于解決渦流中具有很大壓力梯度的流動(dòng)。確保網(wǎng)格在壓力和漩渦速度較大梯度的地方具有足夠的解析度。（只用于分離解算器）改變速度的亞松馳參數(shù)，對(duì)于旋轉(zhuǎn)流動(dòng)可能是0.3--0.5，對(duì)于渦流可能是0.8--1.0。（只用于分離解算器）使用順序的或者步進(jìn)解，在這些解法中有些方程暫時(shí)是未被激活的（請(qǐng)參閱軸對(duì)稱渦流的解策略一節(jié)）。必要的話，開始計(jì)算時(shí)采用較低的旋轉(zhuǎn)速度或渦流速度，然后逐漸增加直至所需要的操作條件（請(qǐng)參閱軸對(duì)稱渦流的解策略一節(jié)）。關(guān)于解參數(shù)的改變請(qǐng)參閱使用解算器一章。下面詳細(xì)介紹了步進(jìn)程序和旋轉(zhuǎn)速度逐漸增加的方法。一般說來，如果你使用下面的步進(jìn)解方法很容易解高度的渦流和旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，在步進(jìn)解中的每一步只有所選的方程是被激活的。該方法允許你建立角動(dòng)量場，然后在更新速度場時(shí)固定角動(dòng)量場，最后同時(shí)解所有的方程將兩個(gè)場耦合。注意：因?yàn)轳詈辖馑闫魍瑫r(shí)解所有的方程，所以下面的方法只應(yīng)用于分離解算器。在這些方法中，你需要使用解控制面板中的方程列表來打開和關(guān)閉個(gè)別的輸運(yùn)方程。1. 如果你的問題包括質(zhì)量流入和/或流出，首先開始計(jì)算沒有旋轉(zhuǎn)和渦流影響的流動(dòng)。也就是說在解控制面板中激活軸對(duì)稱選項(xiàng)而不是軸對(duì)稱渦流選項(xiàng)，然后不設(shè)定任何旋轉(zhuǎn)邊界條件。所得的流場數(shù)據(jù)結(jié)果可用于完全問題的初始猜測(cè)。2. 激活軸對(duì)稱渦流選項(xiàng)，然后設(shè)定所有的旋轉(zhuǎn)/渦流邊界條件。3. 首先只解描述圓周速度的動(dòng)量方程來預(yù)測(cè)旋轉(zhuǎn)/渦流流動(dòng)。該項(xiàng)列于解控制面板的方程列表中的旋轉(zhuǎn)速度選項(xiàng)。在邊界條件輸入的基礎(chǔ)上讓旋轉(zhuǎn)在整個(gè)流場“擴(kuò)散”。在湍流模擬中，你可能還要在這一步中讓湍流方程也激活。這一步在整個(gè)流場中建立了旋轉(zhuǎn)場。4. 關(guān)閉描述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（渦流速度）的動(dòng)量方程。固定周向速度，在其它坐標(biāo)方向上解動(dòng)量和連續(xù)性（壓力）方程（解控制面板的方程列表中的流動(dòng)）。這一步將會(huì)建立流場中由于旋轉(zhuǎn)而導(dǎo)致的軸向和徑向速度。如果你的問題還包括湍流流動(dòng)，在這一步計(jì)算時(shí)你要保持激活湍流方程。5. 同時(shí)打開所有的方程獲取完全的耦合解。要注意軸對(duì)稱渦流解策略中關(guān)于亞松馳控制的介紹。除了上述步驟之外，在增加熱傳導(dǎo)之前，你可能需要通過解等溫流動(dòng)來簡化你的計(jì)算，在增加湍流模型之前時(shí)，你可能需要先解層流流動(dòng)。這兩種方法可以用于任何解算器（分離解算器、耦合解算器）。因?yàn)檫吔鐥l件中定義的旋轉(zhuǎn)或渦流會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)中出現(xiàn)較大的較復(fù)雜的力，所以當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度或者渦流角度增加時(shí)，你的FLUENT計(jì)算可能穩(wěn)定性會(huì)變差。因此，解決這類問題最為行之有效的方法就是，在開始的時(shí)候用較低的旋轉(zhuǎn)速度或者漩渦速度解決問題，然后逐漸增加它們的大小直至所需要的標(biāo)準(zhǔn)。具體做法如下：在邊界條件的設(shè)定中，用較低的旋轉(zhuǎn)速度或渦流速度設(shè)定問題。在第一次嘗試時(shí)，旋轉(zhuǎn)和渦流一般選定為真實(shí)操作條件的10%。在這些條件下解決問題。此時(shí)可能要使用軸對(duì)稱渦流解策略一節(jié)中介紹的步進(jìn)解方法。保存初始解數(shù)據(jù)。修改輸入（邊界條件）。增加旋轉(zhuǎn)速度，可能用雙倍的速度。用第三步得到的解重新開始計(jì)算。保存新的數(shù)據(jù)。繼續(xù)增加旋轉(zhuǎn)速度，重復(fù)第四第五步直到達(dá)到所需的操作條件。軸對(duì)稱渦流的后處理軸對(duì)稱流動(dòng)結(jié)果的報(bào)告和其它流動(dòng)一樣。當(dāng)激活軸對(duì)稱渦流時(shí)，在后處理過程中可以處理下面的附加變量：漩渦速度（在速度類別中）。漩渦壁面剪切應(yīng)力（在壁面流量類別中）可壓流動(dòng)在高速流動(dòng)或者壓力變化劇烈的流動(dòng)中會(huì)遇到壓縮性影響。當(dāng)流體流動(dòng)速度接近或者大于氣體的聲速時(shí)或者系統(tǒng)的壓力變化Dp/p較大時(shí)，氣體隨壓力變化密度會(huì)對(duì)流動(dòng)速度、溫度有較大的影響?？蓧嚎s性流動(dòng)具有獨(dú)特的物理性質(zhì)，本節(jié)將會(huì)介紹載客壓縮性流動(dòng)中你必須注意的特定的輸入和解的技巧。下面兩個(gè)圖是用FLUENT計(jì)算的兩個(gè)可壓縮流動(dòng)的例子。Figure1:收縮擴(kuò)張噴管的跨聲速流動(dòng)Figure2:二維管道上突起的馬赫數(shù)為0.675的流動(dòng)可壓縮性流動(dòng)可以用馬赫數(shù)來表征其中c是氣體的聲速其中c是氣體的比熱比c_p/c_v馬赫數(shù)小于一為亞聲速。當(dāng)馬赫數(shù)遠(yuǎn)小于一時(shí)（M<0.1），可壓縮性影響可以忽略，在模擬中氣體密度隨壓力的變化可以忽略。當(dāng)馬赫數(shù)接近一時(shí)（被稱為跨聲速流動(dòng)區(qū)域），可壓縮性影響變得越來越重要了。當(dāng)馬赫數(shù)達(dá)于一時(shí)，稱為超聲速流動(dòng)，其中可能會(huì)包含激波或者膨脹波，它們會(huì)對(duì)流動(dòng)有較大的影響。FLUENT可以模擬壓聲速，跨聲速和超聲速流動(dòng)的很大范圍內(nèi)的可壓縮流動(dòng)?？蓧毫鲃?dòng)的物理描述可壓縮性流動(dòng)最為典型的是使用總壓p_0和總溫T_0來描述。對(duì)于理想氣體，總壓、總溫和靜壓、靜溫的關(guān)系為：這些關(guān)系是表示在等熵條件下流動(dòng)的靜壓和靜溫和流動(dòng)速度（馬赫數(shù)）的變化關(guān)系。比方說：給定入口和出口的壓力比（總壓除以靜壓），上面的方程1可用于估計(jì)一維等熵流的出口馬赫數(shù)。對(duì)于空氣來說，方程1預(yù)測(cè)阻賽流動(dòng)（馬赫數(shù)為一處）的等熵壓力比p_s/p_0為0.5283。阻賽流動(dòng)條件出現(xiàn)在流動(dòng)截面最小的點(diǎn)處（比方說：噴管的喉部）。在后面的擴(kuò)張流動(dòng)中，如果是超音速流，流動(dòng)速度會(huì)加快，壓力繼續(xù)下降，如果是亞聲速流動(dòng)，流動(dòng)速度會(huì)減慢并伴隨著壓力的升高。如果超聲速流動(dòng)受到壓力升高的阻礙就會(huì)產(chǎn)生激波，通過激波之后壓力會(huì)有很大的下降?？蓧毫鲃?dòng)的基本方程可壓縮性流動(dòng)用Fluent所解的標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)性和動(dòng)量方程來描述，你不必設(shè)定任何特殊的物理模型（除了氣體定律的可壓縮性形式一節(jié)中介紹的密度的可壓縮性處理。FLUENT所解的能量方程很好的處理了流動(dòng)速度和靜溫之間的耦合，不管你什么時(shí)候解可壓縮性流動(dòng)都必須激活能量方程。除此之外，如果你使用分離解算器，你需要激活能量方程一節(jié)中方程1的粘性耗散項(xiàng)，該項(xiàng)在高馬赫數(shù)流動(dòng)中會(huì)變得很重要。氣體定律的可壓形式對(duì)于可壓縮性流動(dòng)，理想氣體定律的形式為：其中p_op是操作條件面板中定義的操作壓力，p是相對(duì)于操作壓力的當(dāng)?shù)仂o壓。氣體常數(shù)從你所輸入的分子量計(jì)算出來，溫度T_s從能量方程中計(jì)算出來?？蓧毫鲃?dòng)所需的模型輸入在FLUENT中設(shè)定可壓流動(dòng)步驟如下：1. 在操作條件面板中設(shè)定操作壓力。菜單：Define/OperatingConditions...。（你可以認(rèn)為p_op為流動(dòng)中標(biāo)準(zhǔn)壓力p為零的點(diǎn)處的絕對(duì)靜壓。）2. 在能量面板中激活能量方程的解。菜單：Define/Models?Energy...。3. （只用于分離解算器）如果模擬湍流流動(dòng)，請(qǐng)?jiān)谡承悦姘宕蜷_粘性熱傳導(dǎo)來激活能量方程的粘性耗散項(xiàng)。這些項(xiàng)在高速流動(dòng)中可能會(huì)十分重要。菜單：Define/Models/Viscous...。！如果使用耦合解算器這一步就不必要了，因?yàn)轳詈辖馑闫髟谀芰糠匠讨锌偸前承院纳㈨?xiàng)。4. 在使用材料面板中設(shè)定下面幾項(xiàng)。菜單：Define/Materials...1. 在密度后面的下拉菜單中選擇理想氣體2. 定義所有的相關(guān)屬性（比熱，分子量，熱傳導(dǎo)系數(shù)等）。5. 設(shè)定邊界條件，要確保邊界條件與流動(dòng)區(qū)域很好的結(jié)合。詳情請(qǐng)參閱可壓流動(dòng)的邊界條件一節(jié)。必須記住，所有的壓力輸入（總壓或靜壓）都必須是相對(duì)于操作壓力而言的，入口處的溫度必須是總溫（駐點(diǎn)溫度）而不是靜溫。菜單：Define/BoundaryConditions...這些輸入應(yīng)該能夠較好的描述可壓縮流動(dòng)問題。在計(jì)算之前你可能要考慮特定的解的參數(shù)的設(shè)定，具體可以參閱可壓流動(dòng)的解策略一節(jié)?？蓧毫鲃?dòng)的邊界條件可壓流動(dòng)入口處口邊界條件的提法如下：對(duì)流動(dòng)入口：壓力入口：入口總溫和入口總壓，如果是超聲速入口還有靜壓。質(zhì)量入口：入口質(zhì)量流動(dòng)和總溫對(duì)流動(dòng)出口：壓力出口：出口靜壓（如果是超聲速流動(dòng)此項(xiàng)忽略）一定要記住，邊界條件的壓力輸入（總壓或靜壓）必須是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)壓力，也就是操作條件面板中定義的操作壓力來設(shè)定的。具體可以參閱可壓流動(dòng)建模所需要的輸入一節(jié)。入口處的所有溫度輸入都必須是總溫（駐點(diǎn)溫度）而不是靜溫?？蓧毫鲃?dòng)的解策略解決可壓縮流動(dòng)主要難點(diǎn)在于速度、密度、壓力和能量之間的高度耦合。耦合可能會(huì)導(dǎo)致解的不穩(wěn)定，所以為了得到收斂解需要特定解決技巧。除此之外，激波（間斷面）的產(chǎn)生可能會(huì)導(dǎo)致計(jì)算中出現(xiàn)其它的不穩(wěn)定性問題。下面介紹一下可能會(huì)對(duì)計(jì)算有幫助的幾個(gè)技巧：（只用于分離解算器）對(duì)速度使用守恒的亞松馳參數(shù)，大約為0.2或者0.3。（只用于分離解算器）設(shè)定壓力的亞松馳約為0.1并使用SIMPLE算法。一定要注意對(duì)于可壓縮流動(dòng)不能使用SIMPLEC或者PISO算法。在解限制面板中設(shè)定溫度和壓力的極限以避免解的發(fā)散，尤其是初始解的發(fā)散。如果FLUENT的消息輸出被限制的溫度或者壓力作為接近收斂的解，那么你就需要改變限制的范圍，因?yàn)檩^高或較低的計(jì)算值可能是物理解。如果需要的話，開始解決問題時(shí)在邊界處使用減小的壓力比，然后增加壓力比直至達(dá)到所需的操作條件。雖然不可壓流動(dòng)解在某些情況下可能是對(duì)可壓流動(dòng)較差的猜測(cè)，你還是可以考慮從不可壓流動(dòng)解開始計(jì)算可壓流動(dòng)解。在某些情況下從無粘流動(dòng)開始計(jì)算可能很有幫助。關(guān)于這些解參數(shù)的具體的改變步驟的詳細(xì)介紹可以參閱解算器使用一章?？蓧毫鲃?dòng)結(jié)果的報(bào)告你可以使用和不可壓流動(dòng)一樣的方式來顯示可壓流動(dòng)的計(jì)算結(jié)果。當(dāng)模擬可壓流動(dòng)時(shí)，下面的變量尤為重要：總溫總壓馬赫數(shù)在后處理面板的變量選擇下拉列表中包含了這些變量。總溫在溫度類別中，總壓在壓力類別中，馬赫數(shù)在速度類別中。關(guān)于它們的定義可以參閱流場函數(shù)定義一節(jié)。無粘流動(dòng)無粘流動(dòng)分析不考慮粘性影響，而且很適合于處理高雷諾數(shù)應(yīng)用問題中慣性力由區(qū)域粘性力主導(dǎo)的情況。高速導(dǎo)彈氣動(dòng)分析就是較為合適的無粘流動(dòng)的例子。像這樣的例子物體上壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于粘性力。因此，無粘流動(dòng)分析可以很快的給出作用于物體上的力的初步估計(jì)。當(dāng)改變物體外形來最小化升力或者阻力，你就可以考慮在升力和阻力中流體粘性和湍流粘性的影響來進(jìn)行粘性分析。無粘流動(dòng)另一個(gè)常用的領(lǐng)域是，對(duì)包含復(fù)雜物理現(xiàn)象或者復(fù)雜流動(dòng)幾何外形流動(dòng)進(jìn)行分析，從而給出初始解。在這種情況下，粘性力是很重要的，但是在初期計(jì)算時(shí)會(huì)忽略動(dòng)量方程粘性項(xiàng)。一旦計(jì)算已經(jīng)開始而且殘差開始減小，你就可以打開粘性項(xiàng)（通過激活層流或湍流流動(dòng)）繼續(xù)計(jì)算直至收斂。對(duì)于一些復(fù)雜流動(dòng)，這是唯一可以開始計(jì)算的方法。歐拉方程對(duì)于無粘流，F(xiàn)LUENT解歐拉方程。質(zhì)量守恒方程和層流流動(dòng)的一樣，但是動(dòng)量方程和能量方程因?yàn)楹雎粤朔肿訑U(kuò)散項(xiàng)而得到化簡。本節(jié)的無粘流動(dòng)方程是在慣性（無旋轉(zhuǎn)）參考系中的。后面幾節(jié)將會(huì)介紹組分輸運(yùn)和其它模型相關(guān)的守恒方程。對(duì)于非慣性系的應(yīng)用請(qǐng)參閱移動(dòng)區(qū)域中的流動(dòng)一章。質(zhì)量守恒方程質(zhì)量守恒或者連續(xù)性方程可以寫成：該方程是質(zhì)量守恒方程的一般形式，適用于不可壓流和可壓流。源項(xiàng)S_m是從散布的二級(jí)相加入到連續(xù)相中的質(zhì)量（如：液滴的蒸發(fā)）以與自定義的源項(xiàng)。對(duì)于二維軸對(duì)稱問題，連續(xù)性方程由下式給出：其中x是軸坐標(biāo)，r是徑坐標(biāo)，u是軸向速度，v是徑向速度。動(dòng)量守恒方程i向動(dòng)量守恒方程為：其中p是靜壓，rg_i和F_i分別是i向的重力體積力和外部體積力（如離散相之間的相互作用而產(chǎn)生的力）。F_i還包括其它的模型相關(guān)源項(xiàng)，比如多孔介質(zhì)或者自定義源項(xiàng)。對(duì)于二維軸對(duì)稱幾何圖形，軸向和徑向動(dòng)量守恒方程分別為：以與:其中：能量守恒方程設(shè)定無粘流動(dòng)的模型對(duì)于無粘流動(dòng)，在問題設(shè)定過程中你需要執(zhí)行如下步驟（只列出與無粘流動(dòng)相關(guān)的設(shè)定，其它的問題你還要進(jìn)行相關(guān)設(shè)定。1. 在粘性模型面板中選擇無粘來激活無粘流動(dòng)的計(jì)算。菜單：Define/Models/Viscous...。2. 設(shè)定邊界條件和流動(dòng)屬性。菜單：Define/BoundaryConditions...以與Define/Materials...。3. 解決問題并檢查結(jié)果。解決無粘流動(dòng)模型的解策略因?yàn)闊o粘流動(dòng)中通常包括高速流動(dòng)，所以，如果你使用分離解算器，你需要減小動(dòng)量的亞松馳因子；如果你使用耦合解算器，為了開始解算你還要設(shè)定Courant數(shù)。一旦開始計(jì)算，并且殘差開始減少，你就可以逐漸將亞松馳因子或Courant數(shù)恢復(fù)到默認(rèn)值。亞松馳因子和Courant數(shù)的修改可以在解控制面板中進(jìn)行。菜單：Solve/Controls/Solution...?？蓧毫鲃?dòng)的解策略也要用到無粘流動(dòng)中。具體可以參閱可壓流動(dòng)的解策略一節(jié)。無粘流動(dòng)的后處理如果你對(duì)作用于模型上的升力和阻力感興趣，你可以使用力報(bào)告面板來計(jì)算它們。詳情請(qǐng)參閱邊界處的力一節(jié)。時(shí)間相關(guān)模擬FLUENT可以解決質(zhì)量、動(dòng)量、能量、組分與其它標(biāo)量的守恒方程的時(shí)間相關(guān)形式。它可以解決很大范圍的時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象，如：渦的脫落和其它時(shí)間相關(guān)現(xiàn)象壓縮注入和傾倒問題瞬時(shí)熱傳導(dǎo)瞬時(shí)的化學(xué)混合與反應(yīng)下面兩個(gè)圖是圓柱繞流尾跡的時(shí)間相關(guān)渦的脫落的圖案：Figure1:Time=3.66secFigure2:Time=41.6sec當(dāng)解決區(qū)域不穩(wěn)定的定常狀態(tài)問題（如：雷諾數(shù)接近過渡區(qū)域的自然對(duì)流問題），激活時(shí)間相關(guān)通常是很有幫助的。通過積分時(shí)間相關(guān)方程在很多情況下都可以獲得定常解。時(shí)間離散在FLUENT中時(shí)間相關(guān)方程必須在時(shí)間和空間中離散。時(shí)間相關(guān)方程的空間離散和定常狀態(tài)（見離散一節(jié)）的離散是一樣的。時(shí)間離散包括微分方程中每一項(xiàng)關(guān)于時(shí)間步Dt的積分。瞬時(shí)項(xiàng)的積分是很簡單的，如下所示：變量f隨時(shí)間變化的一半表達(dá)式為：其中函數(shù)F為任何空間離散的合并。如果用后向差分來離散時(shí)間導(dǎo)數(shù)，一階精度的時(shí)間離散為：二階離散為：其中f = 標(biāo)量n+1 = 下一個(gè)時(shí)間步（t+Dt）的值n = 當(dāng)前時(shí)間（t）的值n-1 = 上一個(gè)時(shí)間步（t-Dt）的值一旦時(shí)間導(dǎo)數(shù)被離散，還需要選擇F(f)的估值：尤其是在估計(jì)F(f)時(shí)要用到時(shí)間步中的f值的情況隱式時(shí)間積分一個(gè)方法就是在將來時(shí)間步中估計(jì)F(f)的值：因?yàn)樵诮o定單元中的f^n+1和通過F(f^n+1)的鄰近單元的f^n+1有關(guān)，所以它被稱為隱式積分：該隱式方程可以通過重復(fù)的初始化f^i到f^n并迭代下面的方程直至f^i不再變化（即：收斂f^n+1=f^i）而解出：此格式為一階格式此格式為二階隱式格式。全隱格式的優(yōu)點(diǎn)是它關(guān)于時(shí)間步無條件穩(wěn)定。顯式時(shí)間積分當(dāng)使用耦合顯式解算器時(shí)可以用二階方法。該方法在當(dāng)前的時(shí)間步中估計(jì)F(f)的值：它被稱為顯式積分，這是因?yàn)閒^n+1可以根據(jù)已有的解f^n來明確表示：（該方法和RAMPANT中的全局時(shí)間步方法等價(jià)。）在這里，時(shí)間步Dt受到解算器穩(wěn)定性極限的限制（即：時(shí)間步對(duì)應(yīng)的courant數(shù)近似為1）。為了保證時(shí)間精度，區(qū)域內(nèi)所有的單元都必須使用相同的時(shí)間步。出于穩(wěn)定性考慮，時(shí)間步必須是區(qū)域內(nèi)所有當(dāng)?shù)貢r(shí)間步的最小值。顯式時(shí)間步的使用時(shí)有很多限制的。它主要用于捕捉移動(dòng)波（如激波）的過渡行為，這是因?yàn)樵谶@種情況下，它比隱式時(shí)間步更精確也更省時(shí)。在下面的幾種情況中，你不可以使用顯式時(shí)間步進(jìn)：使用分離或者耦合隱式解算器時(shí)。顯式時(shí)間步形式只能用在耦合顯式解算器中。不可壓流動(dòng)。顯式時(shí)間步不能用于計(jì)算時(shí)間精度不可壓流動(dòng)（即：除了理想氣體的氣體定律）。在每一個(gè)時(shí)間步內(nèi)，不可壓解必須迭代直至收斂。收斂加速。FAS多重網(wǎng)格和殘差光滑不能用于顯式時(shí)間步進(jìn)，這是因?yàn)樗鼈兤茐牧私馑闫鞯臅r(shí)間精度。時(shí)間相關(guān)問題的用戶輸入要解決時(shí)間相關(guān)問題，請(qǐng)遵循下面的步驟：1. 在解面板中激活非定常選項(xiàng)（下圖），并指定所需要的非定常形式。菜單：Define/Models/Solver...。Figure1:非定常計(jì)算的解算器面板一階隱式格式對(duì)于大多數(shù)問題已經(jīng)足夠了。顯式形式只有在面板頂部的解算器和形式選項(xiàng)下面選擇耦合顯式解算器時(shí)才可以使用。顯式形式主要用于解決捕捉諸如激波之類的運(yùn)動(dòng)波的過渡問題。詳細(xì)內(nèi)容可以參閱時(shí)間離散一節(jié)。2. 定義所有相關(guān)模型和邊界條件。注意：任何用自定義函數(shù)指定的任何邊界條件可以在時(shí)間中改變。詳細(xì)內(nèi)容清參閱UDF一章。3. 如果你使用分離解算器，在解控制面板中的離散選項(xiàng)下選擇PISO作為壓力速度耦合格式。菜單：Solve/Controls/Solution...。一般說來，你不需要改變PISO參數(shù)的默認(rèn)值。關(guān)于PISO的更多信息請(qǐng)參閱PISO一節(jié)。4. （此步可選，但是在顯式非定常形式中推薦使用）使用統(tǒng)計(jì)監(jiān)視面板激活每一次迭代重當(dāng)前時(shí)間的輸出選項(xiàng)。菜單：Solve/Monitors/Statistic...。在統(tǒng)計(jì)列表中選擇時(shí)間并打開打印選項(xiàng)，當(dāng)FLUENT在每一步迭代中將殘差打印到控制臺(tái)窗口時(shí)，還會(huì)打印一欄當(dāng)前的時(shí)間。5. （此步可選）使用力監(jiān)視面板或者曲面監(jiān)視面板來監(jiān)視（和/或保存到一個(gè)文件）隨時(shí)間變化各力的系數(shù)值或者在曲面上隨時(shí)間變化的變量或者函數(shù)的平均值、質(zhì)量平均、積分或者流量。詳細(xì)內(nèi)容可以參閱監(jiān)視解的收斂性一節(jié)。6. 使用解初始化面板設(shè)定初始條件（在時(shí)間t=0時(shí)）。菜單：Solve/Initialize/Initialize...。你也可以讀入一個(gè)定常數(shù)據(jù)文件作為初始條件設(shè)定。菜單：...。7. （此步可選）在解的過程中使用自動(dòng)保存功能來指定需要保存文件的名