fluent边界条件2

壁面边界条件用于限制流体和固体区域。在粘性流动中，壁面处默认为非滑移边界条件，但是你也可以根据壁面边界区域的平动或者转动来指定切向速度分量，或者通过指定剪切来模拟滑移壁面(你也可以在FLUENT中用对称边界类型来模拟滑移壁面，但是使用对称边界就需要在所有的方程中应用对称条件。详情请参阅对称边界条件一节)。

在当地流场的详细资料基础上可以计算出流体和壁面之间的剪应力和热传导。

壁面边界的输入 概述

壁面边界条件需要输入下列信息：  热边界条件（对于热传导计算）

 速度边界条件（对于移动或旋转壁面）  剪切（对于滑移壁面，此项可选可不选）

 壁面粗糙程度（对于湍流，此项可选可不选）  组分边界条件（对于组分计算）  化学反应边界条件（对于壁面反应）

 辐射边界条件(对于P-1模型、DTRM或者DO模型的计算)  离散相边界条件（对于离散相计算）

在壁面处定义热边界条件

如果你在解能量方程，你就需要在壁面边界处定义热边界条件。在FLUENT中有五种类型的热边界条件：  固定热流量  固定温度  对流热传导  外部辐射热传导

 外部辐射热传导和对流热传导的结合

如果壁面区域是双边壁面（在两个区域之间形成界面的壁面，如共轭热传导问题中的流/固界面）就可以得到这些热条件的子集，但是你也可以选择壁面的两边是否耦合。详情请参阅在壁面处定义热边界条件。

下面各节介绍了每一类型的热条件的输入。如果壁面具有非零厚度，你还应该设定壁面处薄壁面热阻和热生成的相关参数，详情请参阅在壁面处定义热边界条件。

热边界条件由壁面面板输入（Figure 1），它是从边界条件打开的（见设定边界条件一节）。

Figure 1:壁面面板

对于固定热流量条件，在热条件选项中选择热流量。然后你就可以在热流量框中设定壁面处热流量的适当数值。设定零热流量条件就定义了绝热壁，这是壁面的默认条件。

选择固定温度条件，在壁面面板中的热条件选项中选择温度选项。你需要指定壁面表面的温度。壁面的热传导可以用温度边界条件一节中的方程1或3来计算。

对于对流热传导壁面，在热条件中选择对流。输入热传导系数以及自有流温度，FLUENT就会用对流热传导边界条件中的方程1来计算壁面的热传导。

如果你所模拟的是从外界而来的辐射热传导，你可以在壁面面板中激活辐射选项，然后设定外部发射率以及外部辐射温度。

如果选择混合选项，你就可以选择对流和辐射结合的热条件。对于这种条件，你需要设定热传导系数、自由流温度、外部发射率以及外部辐射温度。

默认情况下壁面厚度为零。然而你可以结合任何的热条件来模拟两个区域之间材料的薄层。例如：你可以模拟两个流体区域之间的薄金属片的影响，固体区域上的薄层或者两个固体区域之间的接触阻力。FLUENT会解一维热传导方程来计算壁面所提供的热阻以及壁面内部的热生成。

在热传导计算中要包括这些影响，你就需要指定材料的类型，壁面的厚度以及壁面的热生成速度。在材料名字下拉菜单中选择材料类型，然后在壁面厚度框中指定厚度。壁面的热阻为D x/k，其中k是壁面材料的热传导系数，D x是壁面厚度。你所设定的热边界条件将在薄壁面的外部指定，如图2所示，其中T_b壁面处所指定的固定温度。

Figure 2: 热条件被指定在薄壁面的外侧

在热生成速度框中指定壁面内部热生成速度。这一选项是非常有用的，比方说，模拟已知电能分布的印刷电路板。

如果壁面区域的每一边是流体或者固体区域。当你具有这类壁面区域的网格读入到FLUENT，一个阴影区域会自动产生，以便于壁面的每一边都是清楚的壁面区域。在壁面区域面板中，阴影区域的名字将在阴影表面区域框中显示出来。你可以选择在每一个区域指定不同的热条件或者将两个区域耦合：

 要耦合壁面的两个边，在热条件选项中选择耦合选项(只有壁面是双边时这一选项才会

出现在壁面面板中)。不需要输入任何附加的热边界信息，因为解算器会直接从相邻单元的解中计算出热传导。然而你可以指定材料类型、壁面厚度以及热生成速度来计算壁面热阻，详情请参阅壁面处热边界条件的定义一节。注意，你所设定的壁面每一边的阻抗参数会自动分配给它的阴影壁面区域。指定壁面内的热生成速度是很有用的，比如，模拟已知电能分布但是不知道热流量或者壁面温度的印刷电路板。  要解耦壁面的两个边，并为每一个边指定不同的热条件，在热条件类型中选择温度或者

热流作为热条件类型(对于双边壁面，不应用对流和热辐射)。壁面和它的阴影之间的关系会被保留，以便于你在以后可以再次耦合它们。你需要设定所选的热条件的相关参数，前面对这方面的内容已经叙述过了不再重复。两个非耦合壁面具有不同的厚度，并且相互之间有效地绝缘。如果对于非耦合壁面指定非零厚度的壁面，你所设定的热边界条件就会在两个薄壁的外边的那个边指定，如图3所示，其中T_b1和T_b2分别是两个壁面的温度或者热流量。k_w1和k_w2时耦合薄壁面的热传导率。注意图3中两个壁面之间的缺口并不是模型的一部分，它只是在图形中用来表明每一个非耦合壁面的热边界条件在哪里应用。

Figure 3: 热条件在非耦合薄壁的外边指定

对移动壁面定义速度条件

如果你希望在计算中包括壁面的切向运动，你就需要定义平动或者转动速度。壁面速度条件在壁面面板的运动部分输入，在这里你可以激活面板底部的移动壁面选项来显示和编辑，此时壁面面板会扩大显示为下图：

Figure 1: 移动壁面的壁面面板

如果邻近壁面的单元区域是移动的，（比如你使用移动参考系或者滑动网格）你可以激活相对邻近单元区域选项来选择指定的相对移动区域的移动速度。如果指定相对速度，那么相对速度为零意味着在相对坐标系中壁面是静止的，因此在绝对坐标系中以相对于邻近单元的速度运行。如果选择绝对速度（激活绝对选项），速度为零就意味着避免在绝对坐标系中是静止的，而且以相对于邻近单元的速度以动，但是在相对坐标系中方向相反。

如果你使用一个或多个移动参考系、滑动网格或者混合平面，并且你希望壁面固定在移动参考系上。推荐你指定相对速度（默认）而不是绝对速度。然后，如果你修改邻近单元区域的速度，就像你指定绝对速度一样，你就不需要对壁面速度做任何改变。

注意：如果邻近单元不是移动的那么它和相对选项是等同的。

对于包括线性，壁面边界是平动的问题（如以移动带作为壁面的矩形导管），你可以激活平动选项，并指定壁面速度和方向(X,Y,Z矢量)。作为默认值，通过指定平动速度为零，壁面移动是未被激活的。

对于包括转动壁面运动的问题，你可以激活转动选项，并对指定的旋转轴定义旋转速度。要定义轴，请设定旋转轴方向和和旋转轴原点。这一轴和邻近单元区域所使用的旋转轴是无

关的，而且和其它的壁面旋转轴无关。对于三维问题旋转轴是通过指定坐标原点的矢量，它平行于在旋转轴方向框中指定的从(0,0,0)到(X,Y,Z)的矢量。对于二维问题，你只需要指定旋转轴起点，旋转轴是通过指定点的z向矢量。对于二维轴对称问题，你不必定义旋转轴：通常是绕x轴旋转，起点为(0,0)。

需要注意的是，只有在壁面限制表面的旋转时，模拟切向旋转运动才是正确的(比如圆环或者圆柱)。还要注意只有对静止参考系内的壁面才能指定旋转运动。

如定义壁面处热边界条件所讨论的，当你读入具有双边壁面的网格时（它在流/固区域形成界面），会自动形成阴影区域来区分壁面区域的每一边。对于双边壁面，壁面和阴影区域可能指定不同的运动，而不管它们耦合与否。然而需要注意的是，你不能指定邻近固体区域的壁面（或阴影）的运动。

模拟滑移壁面

作为默认，无粘流动的壁面是非滑移条件，但是在FLUENT中，你可以指定零或非零剪切来模拟滑移壁面。要指定剪切，在壁面面板中选择指定剪切应力项（见下图），然后你可以在剪切应力项中输入剪切的x, y, 和z分量指定剪切应力选项不是用壁面函数。

Figure 1: 滑移壁面的壁面面板

在湍流壁面限制的流动中模拟壁面粗糙度的影响

流过粗糙表面的流体会有各种各样的情况。比如流过机翼表面、船体、涡轮机、换热器以及管系统的流动，还有具有各种粗糙度的地面上的大气边界层。壁面粗糙度影响了壁面处的阻力、热传导和质量输运。

如果你是在模拟具有壁面限制的湍流流动，壁面粗糙度的影响是很大的，你可以通过修改壁面定律的粗糙度来考虑避免粗糙度影响。

粗糙管和隧道的实验表明了当用半对数规则画图时，近粗糙壁面的平均速度分布具有相同的坡度(1/k)但是具有不同的截止点(在对数定律中附加了常数B)。对于粗糙壁面，平均速度的壁面定律具有的形式为：

upu*wu*ypB lnE1其中u^* = C_m^1/4k^1/2；B是粗糙度函数，它衡量了由于粗糙影响而导致的截止点

的转移。一般说来，B依赖于粗糙的类型(相同的沙子、铆钉、螺纹、肋、铁丝网等)和尺寸。对于各种类型的粗糙情况没有统一而有效的公式。然而，对于沙粒粗糙情况和各种类型的统一粗糙单元，人们发现B和无量纲高度K_s ^+ = r K_s u^*/m具有很好的相关性，其中K_s 是物理粗糙高度u^* = C_m^1/4k^1/2。实验数据分析表明粗糙函数B并不是K_s^+的单值函数，而是依赖于K_s^+的值有不同的形式。观察表明有三种不同的类型：  液体动力光滑(K_s^+ < 3 ~ 5)  过渡区(3 ~ 5 < K_s^+ < 70 ~ 90)  完全粗糙(K_s^+ > 70 ~ 90)

根据上述数据，在光滑区域内粗糙度的影响可以忽略，但是在过渡区域就越来越重要了，在完全粗糙区域具有完全的影响。

在FLUENT中，整个粗糙区域分为三个区域。粗糙函数B的计算源于Nikuradse's数据[27]基础上的由Cebeci和Bradshaw提出的公式：

对于液体动力光滑区域(K_s^+ < 2.25)： B0

对于过渡区(2.25 < K_s^+ < 90)：

Ks2.25BlnCKsKssin0.4258lnKs0.81187.251

其中C_K_s为粗糙常数，依赖于粗糙的类型。 在完全粗糙区域(K_s^+ > 90)：

B1ln1CKsKs

在解算器中，给定粗糙参数之后，粗糙函数B(K_s^+)用相应的公式计算出来。方程1中的修改之后的壁面定律被用于估计壁面处的剪应力以及其它的对于平均温度和湍流量的壁面函数。

要模拟壁面粗糙的影响，你必须指定两个参数：粗糙高度K_s和粗糙常数C_K_s。默认的粗糙高度为零，这符合光滑壁面。对于产生影响的粗糙度，你必须指定非零的K_s。对于同沙粒粗糙情况，沙粒的高度可以简单的被看作K_s。然而，对于非同一沙粒平均直径(D_50)应该是最有意义的粗糙高度。对于其它类型的粗糙情况，需要用同等意义上的沙粒粗糙高度K_s。

适当的粗糙常数(C_K_s)主要由给定的粗糙情况决定。默认的粗糙常数(C_K_s = 0.5)是用来满足在使用k-e湍流模型时，它可以在具有同一沙粒粗糙的充满流体的管中再现Nikuradse's阻力数据。当你模拟和同一沙粒粗糙不同的情况时，你就需要调解粗糙常数了。例如，有些实验数据表明，对于非同一沙粒、肋和铁丝网，粗糙常数(C_K_s = 0.5 ~ 1.0)具有更高的值。不幸的是，对于任意类型的粗糙情况还没有一个清楚的选择粗糙常数C_K_s的指导方针。 需要注意的是，要求邻近壁面单元应该小于粗糙高度并不是物理意义上的问题。对于最好的结果来说，要保证从壁面到质心的距离要比K_s大。

定义壁面的组分边界条件

FLUENT默认所有的组分在壁面处具有零梯度条件（除了参加表面化学反应的组分），但是可以指定壁面处的组分质量分数。也就是如同在入口处指定的Dirichlet边界条件，也可以用于壁面。

如果你希望保留默认的零梯度条件，你就不必输入任何东西了。如果你希望指定壁面处的组分质量分数，步骤如下：

1. 在壁面面板的组分边界条件中，选择组分名字右边的下拉列表指定的质量分数（而不是零梯度），此时面板会扩展为包含组分质量分数的对话框。

Figure 1: 组分边界条件输入的壁面面板 2. 输入相应的组分质量分数。

每一组分的边界条件类型是分别指定的，所以对于不同的组分你可以采用不同的方法。 注意：如果在湍流流动中你使用组分的Dirichle条件，FLUENT就不会是用壁面函数来计算壁面处的组分扩散流量。

定义壁面的反应边界条件

如果你在组分模型面板中激活了表面反应的模拟，你就可以表明在壁面处表面反应是否被激

活。激活或关闭表面反应，壁面面板就会相应地打开或关闭表面反应选项。 注意：组分在壁面处是假定为零梯度条件的，它不参加任何表面反应。

定义壁面的辐射边界条件

如果你打算使用P-1辐射模型、DTRM或者DO模型，你就需要设定壁面的（内部）发散率以及（可选）黑体温度。详情请参阅设定边界条件一节(Rosseland不需要任何边界条件的输入，因为FLUENT假定发射率为1，如果你使用DO模型你也要定义壁面为漫反射、镜面反射或者半透明，详情请参阅设定辐射边界条件)

定义壁面的离散相边界条件

如果你是在模拟粒子的离散相，你就可以在壁面处设定粒子轨道详情请参阅离散向模型的边界设定。

壁面边界的默认设定

默认热边界条件为固定的热流为零，壁面默认为不移动。

壁面处的剪应力计算程序

对于非滑移壁面条件，FLUENT使用邻近壁面或者流体边界的流动性质来预测壁面处流体的剪应力。在层流流动制，这一计算简单地依赖于壁面处的速度梯度，在湍流流动中则使用壁面限制湍流流动的近壁面处理方法。

对于指定剪切的壁面， FLUENT会在边界处计算切向速度。 如果是无粘流动，所有的壁面都使用滑移条件，所以它们是无摩擦的而且对邻近流体单元不施加剪应力。

层流中的剪应力计算

在层流流动中壁面剪应力和法向速度梯度的关系为：

wv n当壁面处的速度梯度很大时，你必须保证网格足够精细，这样才能解出边界层的精确结果。层流流动中近壁面节点放置的指导方针在节点密度和节点束中介绍。

湍流中的剪应力计算

湍流流动的壁面处理，在壁面限制的湍流流动的近壁面处理一节中叙述。

壁面边界的热传导计算

温度边界条件

当在壁面处应用固定温度条件，从流体单元到壁面的热传导，由下式计算：

 qhfTwTfqrad其中：

h_f =流体边界当地热传导系数 T_w =壁面表面温度 T_f =当地流体温度

q^\"=壁面处传来的对流热流量 q^\"_rad=辐射热流量

注意：流体边界热传导系数是基于当地流场条件计算得来的（比如说湍流层次、温度以及速度轮廓），请参阅流体边界热传导计算一节的方程1，以及标准壁面函数9。 从固体单元到壁面边界的热传导公式为： qkn TwTsqradn其中：

k_s =固体的热传导率 T_s =当地固体温度

D n =壁面表面和固体单元中心的距离。

热流边界条件

当你在壁面处定义热流边界条件时，你需要在壁面表面指定热流量。FLUENT使用温度边界条件中的方程1，然后你就可以输入热流量来确定邻近流体单元的壁面表面温度：

TwqqradTf hf其中，流体边界热传导系数已经在温度边界条件中叙述了，它是基于当地流场条件计算得到的。当壁面和固体区域交界时，壁面表面的温度为：

TwnqqradT

kns上述两式的变量请参阅温度边界条件一节。

对流热传导边界条件

当你在壁面处指定对流热传导系数作为边界条件时，FLUENT使用你所输入的外部热传导系数以及外部热沉（heat sink）温度来计算到壁面的热流量：

hextTextTw qhfTwTsqrad其中：

h_ext =你所定义的外部热传导系数 T_ext =你所定义的外部热沉温度 q^\"_rad =辐射热流量

上述方程假定壁面零厚度。

外部辐射边界条件

当使用外部辐射条件时，流入壁面的热流量为：

44estT qhfTwTsqradTw其中：

e_ext=你所定义的外部壁面表面的发射率 s=Stefan-Boltzmann常数 T_w =壁面的表面温度

T_?=区域外部的温度的辐射源或者消失（sink）处 q^\"_rad=从内部去向壁面辐射的热流量 Equation 1假定壁面厚度为零。

外部对流和辐射结合的边界条件

当你选择组合的外部热传导方程条件时，到壁面的热流量为：

44hestTextTwextT qhfTwTfqradTw其中的变量已经在对流热传导边界条件和外部辐射边界条件中定义了。Equation 1假定壁面

厚度为零。

流动边界热传导系数的计算

在层流流动中，壁面处流体边界热传导是用应用于壁面的Fourier定律计算得到的，FLUENT使用它的离散格式为： qkfTn

wall其中n是垂直于壁面的当地坐标。

对于湍流流动，FLUENT对于从热和动量迁移中类比得到的温度使用壁面定律[93]。详细内容请参阅标准壁面函数。

对称边界条件

对称边界条件用于所计算的物理外形以及所期望的流动/热解具有镜像对称的特征的情况中。也可以用它们来模拟粘性流动的滑移壁面。本节描述了对称平面内流动的处理，并提供了一些使用对称边界的例子。在对称边界条件中你不需要定义任何边界条件，但是你必须谨慎地定义对称边界的位置。 在对称外形的中线处，你应该使用轴边界类型而不是对称边界类型，如轴边界条件一节中的的图1，详细内容请参阅轴边界条件。

对称边界的计算程序

FLUENT假定所有量通过对称边界的流量为零。经过对称平面的对流流量为零，因此对称边界的法向速度为零。通过对称平面没有扩散流量：因此所有流动变量的法向梯度在对称平面内为零。因此对称边界条件可以总结如下：

 对称平面内法向速度为零

 对称平面内所有变量的法向梯度为零 如上所述，对称的定义要求这些条件决定流过对称平面的流量为零。因为对称边界的剪应力为零，所以在粘性流动计算中它也可以用滑移壁面来解释。

对称边界的例子

对称边界用于减少计算模拟的范围，它只需要模拟所有物理系统的一个对称子集。下面两个图是通过该种方法使用对称边界的例子。

Figure 1:使用对称边界模拟三维管道的四分之一

Figure 2: 使用对称边界模拟圆形截面的四分之一

下面的图则是误用对称平面的两个例子，在这两个例子中，虽然几何外形是对称的，但是流动本身却不符合对称边界条件的要求。在第一个例子中浮力产生了非对称流动。在第二个例子中，流动中的涡流产生了一个垂直于应该是对称平面的流动。。需要注意的是，这两个粒子都要使用旋转周期性边界（请参阅周期性边界一节的图一）

Figure 3: 对称的误用

周期性边界条件

周期性边界条件用来解决，物理模型和所期待的流动的流动/热解具有周期性重复的特点。FLUENT提供了两种类型的周期性边界条件。第一种类型不允许通过周期性平面具有压降（对于FLUENT4用户来说：这一类型的周期性边界是指FLUENT4中的圆柱形边界）。第二种类型允许通过平移周期性边界具有压降，它是你能够模拟完全发展的周期性流动（在FLUENT4中是周期性边界）。

本节讨论了无压降的周期性边界条件。在周期性流动和热传导一节中，完全发展的周期性模拟能力得到了详尽的描述。

周期性边界的例子

周期性边界条件用于模拟通过计算模型内的两个相反平面的流动是相同的情况。下图是周期性边界条件的典型应用。在这些例子中，通过周期性平面进入计算模型的流动和通过相反的周期性平面流出流场的流动是相同的。正如这些例子所示，周期性平面通常是成对使用的。

Figure 1: 在圆柱容器中使用周期性边界定义涡流

周期性边界的输入

对于没有任何压降的周期性边界，你只需要输入一个东西，那就是你的所模拟的几何外形是旋转性周期还是平移性周期。（对于有周期性压降的周期流还要输入其它的东西，请参阅周期性流动和热传导一节。）

旋转性周期边界是指关于旋转对称几何外形中线形成了一个包括的角度。本节中的图一就是旋转性周期。平移性周期边界是指在直线几何外形内形成周期性边界。下面两图是平移性周期边界：

Figure 1: 物理区域

Figure 2: 所模拟的区域

对于周期性边界，你需要在周期性面板（下图）中指定平移性边界还是旋转性边界，该面板是从设定边界条件菜单中打开的。

Figure 3: 周期性面板

(对于耦合解算器，周期性面板中将会有附加的选项，这一选项允许你指定压力跳跃，详细内容请参阅周期性流动和热传导一节。)

如果区域是旋转性区域，请选择旋转性区域类型。如果是平移性就选择平移性区域类型。对于旋转性区域，解算器会自动计算通过周期性区域的旋转角度。旋转轴是为邻近单元指定的旋转轴。

注意：对于使用旋转周期性边界来说，你不必指定邻近单元区域为移动的。例如，你能够使用具有管的平切片的非旋转坐标系来模拟三维管流，管的切片需要具有旋转性周期。

你可以使用Grid/Check菜单选项（参阅检查网格一节）来计算和显示周期性边界所有表面的旋转角度的最大值、最小值和平均值。如果最大值、最小值和平均值之间的差别可以忽略 ，那么网格有一个问题：对于指定轴来说网格几何外形不是周期性的。

周期性边界的默认设定

默认为平移周期性边界条件

周期性边界的计算程序

FLUENT在周期性边界处理流动就像反向周期性平面是和前面的周期性边界直接相邻一样，因此，当计算流过邻近流体单元的周期性边界时，就会使用与反向周期性平面相邻的流体单元的流动条件。

轴边界的计算程序

轴边界条件

轴边界类型必须使用在对称几何外形的中线处（见下图）。它也可以用在圆柱两极的四边形和六面体网格的中线上（比如：像FLUENT4之类的结构网格生成代码所产生的网格）。在轴边界处，你不必定义任何边界条件。

Figure 1: 在轴对称几何外形的中线处轴边界条件的使用

轴边界的计算程序

要确定轴上特定点的适当物理值，FLUENT使用邻近单元中的单元值。

流体条件

流体区域是一组所有现行的方程都被解出的单元。对于流体区域只需要输入流体材料类型。你必须指明流体区域内包含哪种材料，以便于使用适当的材料属性。

如果你模拟组分输运或者燃烧，你就不必在这里选择材料属性，当你激活模型时，组分模型面板中会指定混合材料。相似地，对于多相流动你也不必指定材料属性，当你在多相流模型面板中激活模型时，你会选择它们。

可选择的输入允许你设定热、质量、动量、湍流、组分以及其它标量属性的源项。你也可以为流体区域定义运动。如果邻近流体区域内具有旋转周期性边界，你就需要指定旋转轴。如果你使用k-e模型或者Spalart-Allmaras模型来模拟湍流，你可以选择定义流体区域为层流区域。如果你用DO模型模拟辐射，你可以指定流体是否参加辐射。对于多孔区域的信息，请参阅多孔介质条件一节。

流体区域的输入

在流体面板中（下图），你需要设定所有的流体条件，该面板是从设定边界条件菜单中打开的。

Figure 1: 流体面板

定义流体材料

要定义流体区域内包含的材料，请在材料名字下拉列表中选择适当的选项。这一列表中会包含所有已经在使用材料面板中定义的流体材料（或者从材料数据库中加载）。 如果你模拟组分输运或者多相流，在流体面板的下拉列表中不会出现材料名。对于组分计算，所有流体区域的混合材料将会是你在组分模型面板中所指定的材料。对于多相流，所有流体区域的材料将会是你在多相流模型面板中所指定的材料。

定义源项

如果你希望在流体区域内定义热、质量、动量、湍流、组分以及其它标量属性的源项，你可以激活源项选项来实现。详情请参阅定义质量、动量、能量和其它源项一节。

指定层流区域

如果你使用k-e模型或者Spalart-Allmaras模型来模拟湍流，在指定的流体区域关掉湍流模拟是可能的（即：使湍流生成和湍流粘性无效，但是湍流性质的输运仍然保持）。如果你知道在某一区域流动是层流这一功能是很有用的。比方说：如果你知道机翼上的转唳点的位置，你可以在层流单元区域边界和湍流区域边界创建一个层流/湍流过渡边界。这一功能允许你模拟机翼上的湍流过渡。要在流体区域内取消湍流模拟，请在流体面板中打开层流区域选项。

指定旋转轴

如果邻近流体区域存在旋转性周期边界，或者区域是旋转的，你必须指定旋转轴。要定义旋转轴，请设定旋转轴方向和起点。这个轴和任何邻近壁面区域或任何其它单元区域所使用的旋转轴是独立的。对于三维问题，旋转轴起点是从旋转轴起点中输入的起点，方向为旋转轴方向选项中输入的方向。对于二维非轴对称问题，你只需要指定旋转轴起点，方向就是通过指定点的z方向。（z向是垂直于几何外形平面的，这样才能保证旋转出现在该平面内）。对于二维轴对称问题，你不必定义轴，旋转通常就是关于x轴的，起点为(0,0)。

定义区域运动

对于旋转和平移坐标系要定义移动区域，请在运动类型下菜单(如果你用滚动条向右滚动到旋转轴起点和方向，就是可见的了)中选择运动参考坐标系。然后在面板的扩展部分设定适当的参数。

要对移动或者滑移网格定义移动区域，在移动类型下拉列表中选择移动网格，然后在扩展面板中设定适当的参数。详情请参阅滑动网格。

对于包括线性、平移运动的流体区域问题，通过设定X, Y,和Z分量来指定平移速度。对于包括旋转运动的问题，在旋转速度中指定旋转速度。旋转轴的定义请参阅指定旋转轴一节。 关于在移动参考系中模拟流动的详细内容请参阅移动区域的流动一节。

定义辐射参数

如果你使用DO辐射模型，你可以用参加辐射选项指定流体区域是否参加辐射的计算。详情请参阅辐射边界条件一节。

固体条件

固体区域是仅用来解决热传导问题的一组区域。作为固体处理的材料可能事实上是流体，但是假定其中没有对流发生。固体区域仅需要输入材料类型。你必须表明固体区域包含哪种材料，以便于计算是使用适当的材料。可选择的输入允许你设定体积热生成速度（热源）。你也可以定义固体区域的运动。如果在邻近的固体单元内有旋转性周期边界，你就需要指定旋转轴。如果你模拟DO辐射模型，你可以指定固体材料是否参加辐射的计算。

固体区域的输入

流体区域的输入

在固体面板中（下图），你需要设定所有的固体条件，该面板是从设定边界条件菜单中打开的。

Figure 1: 固体面板

定义流体材料

要定义固体区域内包含的材料，请在材料名字下拉列表中选择适当的选项。这一列表中会包含所有已经在使用材料面板中定义的固体材料（或者从材料数据库中加载）。

定义热源

如果你希望在固体区域内定义热源项，你可以激活源项选项来实现。详情请参阅定义质量、动量、能量和其它源项一节。

指定旋转轴

如果邻近固体区域存在旋转性周期边界，或者区域是旋转的，你必须指定旋转轴。要定义旋转轴，请设定旋转轴方向和起点。这个轴和任何邻近壁面区域或任何其它单元区域所使用的旋转轴是独立的。对于三维问题，旋转轴起点是从旋转轴起点中输入的起点，方向为旋转轴方向选项中输入的方向。对于二维非轴对称问题，你只需要指定旋转轴起点，方向就是通过指定点的z方向。（z向是垂直于几何外形平面的，这样才能保证旋转出现在该平面内）。对于二维轴对称问题，你不必定义轴，旋转通常就是关于x轴的，起点为(0,0)。

定义区域运动

对于旋转和平移坐标系要定义移动区域，请在运动类型下菜单(如果你用滚动条向右滚动到旋转轴起点和方向，就是可见的了)中选择运动参考坐标系。然后在面板的扩展部分设定适当的参数。

要对移动或者滑移网格定义移动区域，在移动类型下拉列表中选择移动网格，然后在扩展面板中设定适当的参数。详情请参阅滑动网格。

对于包括线性、平移运动的流体（原文是流体，按理说应该是固体）区域问题，通过设定X, Y,和Z分量来指定平移速度。对于包括旋转运动的问题，在旋转速度中指定旋转速度。旋转轴的定义请参阅指定旋转轴一节。

关于在移动参考系中模拟流动的详细内容请参阅移动区域的流动一节。

定义辐射参数

如果你使用DO辐射模型，你可以用参加辐射选项指定固体区域是否参加辐射的计算。详情请参阅辐射边界条件一节。

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：

SiDijvjCijj1j1331vjvj 2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：

Si1viC2vjvj 2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：

SiC0vjC1C0vC11vi

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：

p

在多孔介质区域三个坐标方向的压降为：

3px3vjnx j1xjpypz3vjny j1yjvjnz j1zj其中1/a_ij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度不同，你必须调节1/a_ij的输入。.

多孔介质的内部损失

在高速流动中，多孔介质动量方程1中的常数C_2提供了多孔介质内部损失的矫正。这一常数可以看成沿着流动方向每一单位长度的损失系数，因此允许压降指定为动压头的函数。

如果你模拟的是穿孔板或者管道堆，有时你可以消除渗透项而只是用内部损失项，从而得到下面的多孔介质简化方程：

3p1C2ijvjvj xij12写成坐标形式为：

pxC2xjnxj1331vjvj 21vjvj 2pyC2yjnxj13pzC2zjnxj11vjvj 2

多孔介质中能量方程的处理

对于多孔介质流动，FLUENT仍然解标准能量输运方程，只是修改了传导流量和过度项。在多孔介质中，传导流量使用有效传导系数，过渡项包括了介质固体区域的热惯量：

Tfhf1shsfuihfkefftxixixixiuikiSh1SshfxkhjJjjDpDt

其中：

h_f=流体的焓

h_s=固体介质的焓 f=介质的多孔性

k_eff=介质的有效热传导系数 S^h_f=流体焓的源项 S^h_s=固体焓的源项

多孔介质的有效传导率

多孔区域的有效热传导率k_eff是由流体的热传导率和固体的热传导率的体积平均值计算得到：

keffkf1ks

其中：

f=介质的多孔性

k_f=流体状态热传导率（包括湍流的贡献k_t） k_s=固体介质热传导率

如果得不到简单的体积平均，可能是因为介质几何外形的影响。有效传导率可以用自定义函数来计算。然而，在所有的算例中，有效传导率被看成介质的各向同性性质。

多孔介质中的湍流处理

在多孔介质中，默认的情况下FLUENT会解湍流量的标准守恒防城。因此，在这种默认的方法中，介质中的湍流被这样处理：固体介质对湍流的生成和耗散速度没有影响。如果

介质的渗透性足够大，而且介质的几何尺度和湍流涡的尺度没有相互作用，这样的假设是合情合理的。但是在其它的一些例子中，你会压制了介质中湍流的影响。

如果你使用k-e模型或者Spalart-Allmaras模型，你如果设定湍流对粘性的贡献m_t为零，你可能会压制了湍流对介质的影响。当你选择这一选项时，FLUENT会将入口湍流的性质传输到介质中，但是它对流动混合和动量的影响被忽略了。除此之外，在介质中湍流的生成也被设定为零。要实现这一解策略，请在流体面板中打开层流选项 。激活这个选项就意味着多孔介质中的m_t为零，湍流的生成也为零。如果去掉该选项（默认）则意味着多孔介质中的湍流会像大体积流体流动一样被计算。。 概述

模拟多孔介质流动时，对于问题设定需要的附加输入如下： 1. 定义多孔区域

2. 确定流过多孔区域的流体材料

3. 设定粘性系数（多孔介质动量方程3中的1/a_ij）以及内部阻力系数（多孔介质动量方

程3中的C_2_ij），并定义应用它们的方向矢量。幂率模型的系数也可以选择指定。 4. 定义多孔介质包含的材料属性和多孔性

5. 设定多孔区域的固体部分的体积热生成速度（或任何其它源项，如质量、动量）（此项

可选）。

6. 如果合适的话，限制多孔区域的湍流粘性。 7. 如果相关的话，指定旋转轴和/或区域运动。

在定义粘性和内部阻力系数中描述了决定阻力系数和/或渗透性的方法。如果你使用多孔动量源项的幂律近似，你需要输入多孔介质动量方程5中的C_0和C_1来取代阻力系数和流动方向。

在流体面板中（下图）你需要设定多孔介质的所有参数，该面板是从边界条件菜单中打开的（详细内容请参阅边界条件的设定一节）

Figure 1:多孔区域的流体面板

定义多孔区域 正如定义边界条件概述中所提到的，多孔区域是作为特定类型的流体区域来模拟的。亚表明流体区域是多孔区域，请在流体面板中激活多孔区域选项。面板会自动扩展到多孔介质输入状态。

定义穿越多孔介质的流体 在材料名字下拉菜单中选择适当的流体就可以定义通过多孔介质的流体了。如果你模拟组分输运或者多相流，流体面板中就不会出现材料名字下拉菜单了。对于组分计算，所有流体和/或多孔区域的混合材料就是你在组分模型面板中指定的材料。对于多相流模型，所有流体和/或多孔区域的混合材料就是你在多相流模型面板中指定的材料。

定义粘性和内部阻力系数 粘性和内部阻力系数以相同的方式定义。使用笛卡尔坐标系定义系数的基本方法是在二维问题中定义一个方向矢量，在三维问题中定义两个方向矢量，然后在每个方向上指定粘性和/或阻力系数。在二维问题中第二个方向没有明确定义，它是垂直于指定的方向矢量和z向矢量所在的平面的。在三维问题中，第三个方向矢量是垂直于所指定的两个方向矢量所在平面的。对于三维问题，第二个方向矢量必须垂直于第一个方向矢量。如果第二个方向矢量指定失败，解算器会确保它们垂直而忽略在第一个方向上的第二个矢量的任何分量。所以你应该确保第一个方向指定正确。

在三维问题中也可能会使用圆锥（或圆柱）坐标系来定义系数，具体如下： 定义阻力系数的过程如下： 1. 定义方向矢量。

 使用笛卡尔坐标系，简单指定方向1矢量，如果是三维问题，指定方向2矢量。每

一个方向都应该是从(0,0)或者(0,0,0)到指定的(X,Y)或(X,Y,Z)矢量。（如果方向不正确请按上面的方法解决）  对于有些问题，多孔介质的主轴和区域的坐标轴不在一条直线上，你不必知道多孔

介质先前的方向矢量。在这种情况下，三维中的平面工具或者二维中的线工具可以帮你确定这些方向矢量。

1. 捕捉\"Snap\"平面工具（或者线工具）到多孔区域的边界。（请遵循使用面工具和

线工具中的说明，它在已存在的表面上为工具初始化了位置）。 2. 适当的旋转坐标轴直到它们和多孔介质区域成一条线。

3. 当成一条线之后，在流体面板中点击从平面工具更新或者从线工具更新按钮。

FLUENT会自动将方向1矢量指向为工具的红（三维）或绿（二维）箭头所指的方向。

 要使用圆锥坐标系（比方说环状、锥状顾虑单元），请遵循下面步骤（这一选项只

用于三维问题）： 1. 打开圆锥选项

2. 指定圆锥轴矢量和在锥轴上的点。圆锥轴矢量的方向将会是从(0,0,0)到指定的

(X,Y,Z)方向的矢量。FLUENT将会使用圆锥轴上的点将阻力转换到笛卡尔坐标系。

3. 设定锥半角(锥轴和锥表面之间的角度，如下图)，使用柱坐标系，锥半角为0.

Figure 1:锥半角

 对于有些问题，锥形过滤单元的主轴和区域的坐标轴不在一条直线上，你不必知道

锥轴先前的方向矢量以及锥轴上的点。在这种情况下，三维中的平面工具或者二维中的线工具可以帮你确定这些方向矢量。一种方法如下：

1. 在点击捕捉到区域按钮之前，你可以在下拉菜单中选择垂直于锥轴矢量的轴过

滤单元的边界区域。

2. 点击捕捉到区域按钮，FLUENT会自动将平面工具捕捉到边界。它也会设定锥

轴矢量和锥轴上的点（需注意的是你还要自己设定锥半角）。

 另一种方法为：

1. 捕捉\"Snap\"平面工具到多孔区域的边界。（请遵循使用面工具和线工具中的说

明，它在已存在的表面上为工具初始化了位置）。 2. 旋转和平移工具坐标轴，直到工具的红箭头指向锥的轴向。工具的起点在轴上。 3. 当轴和工具的起点成一条线时，在流体面板中点击从平面工具更新按钮。

FLUENT会自动设定轴向矢量以及在轴上的点（注意：你还是要自己设定锥的半角）。

2. 在粘性阻力中指定每个方向的粘性阻力系数1/a，在内部阻力中指定每一个方向上的内

部阻力系数C_2（你可能需要将滚动条向下滚动来查看这些输入）。如果你使用锥指定方法，方向1为锥轴方向，方向2为垂直于锥表面（对于圆柱就是径向）方向，方向3圆周（q）方向。

在三维问题中可能有三种可能的系数，在二维问题中有两种：

 在各向同性算例中，所有方向上的阻力系数都是相等的（如海绵）。在各向同性算

例中你必须将每个方向上的阻力系数设定为相等。

 在三维问题中只有两个方向上的系数相等，第三个方向上的阻力系数和前两个不

等，或者在二维问题中两个方向上的系数不等，你必须准确的指定每一个方向上的系数。例如，如果你得多孔区域是由具有小洞的细管组成，细管平行于流动方向，流动会很容易的通过细管，但是流动在其它两个方向上（通过小洞）会很小。如果你有一个平的盘子垂直于流动方向，流动根本就不会穿过它而只在其它两个方向上。

 在三维问题中还有一种可能就是三个系数各不相同。例如，如果多孔区域是由不规

则间隔的物体（如针脚）组成的平面，那么阻碍物之间的流动在每个方向上都不同。此时你就需要在每个方向上指定不同的系数（请注意指定各向同性系数时，多孔介质的解策略的注解）。

推导粘性和内部损失系数的方法在定义粘性和内部阻力系数一节中介绍。

当你使用多孔介质模型时，你必须记住FLUENT中的多孔单元是100%打开的，而且你所指定1/a_ij和/或C_2_ij的值必须是基于这个假设的。然而，假如你知道通过真实装置压降和速度之间的的变化，它只是部分地对流动开放。下面的练习会告诉你如何对FLUENT模型计算适当的C_2值。

假定穿孔圆盘只有25%对流动开放。已知通过圆盘的压降为0.5。在圆盘内真实流体速度基础上，即通过%25开放区域的的基础上，损失系数由下式定义的损失系数K_L为0.5：

12pKLv25%open

2要计算适当的C_2值，请注意在FLUENT模型中：

1. 通过穿孔圆盘的速度假定圆盘为100%开放的。

2. 损失系数必须转化为多孔区域每个单位长度的动压头损失。

对于第一条，第一步是计算并调节损失因子K_L'，它应该是在100%开放区域的速度基础上的：

12pKLv100%open

2或者注意对于相同的流速，v_25% open = 4 v_100% open,

KLKL2v25%open2v100%open40.58

12调节之后的损失系数为8。对于第二条，你必须将它转换为穿孔圆盘每个单位厚度的损失系数。假定圆盘的厚度为1.0 mm。内部损失系数为（国际标准单位）：

C2KL838000m1

thickness10注意，对于各向异性介质，这些信息必须分别从每一个坐标方向上计算。

第二个例子，考虑模拟充满介质的流动。在湍流流动中，充满介质的流动用渗透性和内部损失系数来模拟。推导适当常数的方法包括了Ergun方程[49]的使用，对于在很大范围雷诺数内和许多类型的充满形式，有一个半经验的关系式：

p15011.751Vv

233DpDp2当模拟充满介质的层流流动时，上面方程中的第二项可能是个小量，从而得到Blake-Kozeny

方程[49]：

1501p 23Dp2在这些方程中，m是粘性，D_p是平均粒子直径，e空间所占的分数（即空间的体积除以总

体积）。比较多孔介质中Darcy定律的方程1和内部损失系数为9的方程1，则每一方向上的渗透性和内部损失系数定义为：

3 21501C23.51 3Dp2Dp第三个例子我们会考虑Van Winkle等人[146]，[121]的方程，并表明如何通过具有方孔圆盘的多孔介质输入来计算压力损失。

作者所声明的应用在通过在等边三角形上的方洞圆盘的湍流中的表达式为：

CA21AfAP2 m其中：

m(dot)=通过圆盘的质量流速 A_f=剩下的面积或者洞的总面积 A_p=圆盘的面积（固体和洞)

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 D/t=洞的直径和圆盘厚度的比例

对于t/D > 1.6和Re > 4000，系数C近似为0.98，其中雷诺数是基于洞的直径与速度的 使用下式整理方程17：

Ap m除以圆盘的厚度D x = t有：

p121ApAf1 v2x2tC2其中v是表面速度而不是洞内的速度。与多孔介质内部损失系数中的方程1比较可以看出，对于垂直于圆盘方向，常数C_2可由下式计算：

1ApAfC22tC21

考虑通过由随机方向的纤维或者玻璃材料组成的垫子或者过滤器的层流。对于可以二选一的

方程Blake-Kozeny(方程11)，我们可能会选择将实验数据列成表。很多类型的纤维都由这一类相关的数据[70]。

固体体积分数f 玻璃丝织品的无量纲渗透性Q 0.262 0.25 0.258 0.26 0.221 0.40 0.218 0.41 0.172 0.80

其中Q =a，a为纤维直径。使用多孔介质的Darcy定律中的方程1可以很容易从给定的纤维直径和体积分数种计算出。

使用幂律模型 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。

定义热传导 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下面的滚动条，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。 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，处理方法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

2孔性为1.0时，介质的固体部分对于热传导和（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度，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所预测的速度都是介质中的表面速度。

定义源项 如果你想在多孔流动的能量方程中包括热的影响，请激活源项选项并设定非零的能量源项。FLUENT会计算多孔区域所生成的能量，该能量为能量源项值乘以组成多孔区域的单元所有体积值。你也可以定义质量、动量、湍流、组分或者其它标量的源项，详细内容请参阅、质量、动量、能量和其它源项的定义。

在多孔区域内压制湍流源项 如多孔介质的湍流处理中所讨论的，湍流在多孔介质中的计算和大量（bulk）流体流动是一样的。如果你使用k-e模型或者Spalart-Allmaras模型，你想要压制湍流在多孔区域的影响可以打开流体区域面板中的层流区域选项（从而使得多孔区域的湍流生成为零）。

指定旋转轴并定义区域运动 旋转轴和区域运动的输入和标准流体区域的输入是相同的，详细情况可以参阅流体区域的输入一节。

多孔介质的解策略 一般说来，在模拟多孔介质时，你可以使用标准的解算步骤以及解参数的设置。然而你会发现如果多孔区域在流动方向上压降相当大（比如：渗透性a很低或者内部因子C_2很大）的话，解的收敛速度就会变慢。这就表明由于动量源项中出现了多孔介质的压降（方程的矩阵不再是对角占优了），收敛性问题就出现了。解决多孔介质区域收敛性差最好的补救办法就是对于通过介质的流向压降有一个很好初始预测。猜测的办法之一就是，在介质流体单元的上游或者下游补偿一个压力值，详细内容请参阅所选单元的补偿值一节。必须记住的是，当补偿压力时，你所输入的压力可以定义为解算器所使用的gauge压力（即在操作条件面板中定义的相对于操作压力的压力）。 另一个处理收敛性差的方法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相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含多孔区域的流场（对于大阻力多孔介质不推荐使用该方法）。 对于高度各向异性的多孔介质，有时会造成收敛性的麻烦。对于这些问题你可以将多孔介质的各向异性系数（1/a_ij和C_2_i,j）限制在二阶或者三阶的量级。即使在某一方向上介质的阻力为无穷大，你也不需要将它设定超过初始流动方向上的1000倍。

多孔介质的后处理 可以通过检查速度分量和压力值来确定多孔区域对于流场的影响。你可能对下列变量或函数的图形（XY图，等值线图或者矢量图）或者文档报告感兴趣：  X,Y,Z速度（在速度类别中）

 静压（在压力类别中） 这些变量会在后处理面板的变量选择下拉菜单制定类别中出现。 需要注意的是多孔区域的热报告不影响固体介质的属性。所报告的多孔区域内的热容、传导率以及焓是流体的属性不包括固体介质的影响。

排气扇边界条件

排气扇模型是集总模型，可用于确定具有已知特征的排气扇对于大流域流场的影响。排气扇边界类型允许你输入控制通过排气扇单元头部（压升）和流动速率（速度）之间关系的经验曲线。你也可以制定排气扇旋转速度的径向和切向分量。排气扇模型并精确模拟经过排气扇叶片的详细流动。它所预测的是通过排气扇的流量。排气扇的使用可能和其它流动源项关联，或作为模拟中流动的唯一源项。在后面的算例中，系统的流动速度由系统的损失和排气扇曲线之间的相互平衡决定。 FLUENT还提供了与用户自定义模型之间的连接，这个模型在计算时更新了压力跳跃函数。该功能在自定义排气扇模型一节介绍。

排气扇方程

模拟通过排气扇的压升 在FLUENT的排气扇模型中，排气扇被看成无限薄，通过排气扇的不连续压升被指定为通过排气扇速度的函数。它们之间的关系可能是常数，多项式、分段线性函数或者分段多项式函数，也可以是自定义函数。 多于多项式情况，关系式为：

pfnvn1

n1N 其中D p为压力升高（单位：Pa），f_n为压力跳跃多项式系数，v垂直于排气扇的当地流体速度。速度v既可以是正也可以是负。你必须正确的模拟排气扇以保证从排气扇流过之后流体有个压力升高的现象。 对于排气扇区域内所有表面，你可以选择使用垂直于排气扇的质量平均速度来确定单独的压力跳跃值。

模拟排气扇漩涡速度 对于三维问题，对流的切向何径向速度值可以加到排气扇表面来产生涡流。这些速度可以指定为到排气扇中心的径向距离的函数。它们之间的关系可以是常数、多项式函数或者自定义函数。注意：所有涡流速度输入都使用国际单位。

对于多项式函数，切向何径向速度公式为：

Un1fvnNn;1N6

Urn1gvnNn;1N6

其中U_q和U_r分别为排气扇表面的切向和径向速度，单位为。m/s，f_n和g_n是切向和径向速度的多项式系数，r为到排气扇中心的距离。

排气扇的用户输入 概述 一旦排气扇区域被确定（在边界条件面板），你需要在排气扇面板（下图）中设定所有的模型输入。该面板是从边界条件菜单中打开的，详细内容清参阅边界条件的设定一节。

Figure 1: 排气扇面板

对于排气扇，需要输入如下： 1. 确定排气扇区域

2. 定义通过排气扇的压力跳跃

3. 为排气扇定义离散相边界条件（对于离散相计算） 4. 需要的话，定义漩涡速度（只用于三维）

确定排气扇区域 因为排气扇被定义为无限薄，所以它必须被模拟为单元之间的界面而不是单元区域。因此排气扇区域是内部表面区域类型（其中表面是是二维中的线段或者三维中的三角形/四

边形）。当你将网格读入到FLUENT中时，如果排气扇区域被确定为内部区域，请使用边界条件（见改变边界区域类型）将适当的内部区域改变为排气扇区域。菜单：Define/Boundary Conditions...。内部区域改变为排气扇区域后，你可以打开排气扇面板并指定压力跳跃，以及（可选）漩涡速度。

定义压力跳跃 要定义压力跳跃，你需要指定速度的多项式函数、分段线性函数、分段多项式函数或者常数，也可以是自定义函数。你还应该检查区域平均方向矢量，保证流过排气扇有个压力升高。由解算器计算的区域平均方向是排气扇区域的表面平均方向矢量。如果这个方向指向和排气扇吹的方向一致就不用选择排气扇翻转方向了，否则选择排气扇翻转方向。 对于压力跳跃，请遵循下面的步骤定义多项式函数、分段线性函数、分段多项式函数： 1. 检查排气扇面板，其中的压力跳跃轮廓指定选项是关闭的。 2. 在压力跳跃右边的下拉菜单中选择多项式、分段线性或者分段多项式（如果所所要选择

的类型已被选中，你就可以点击编辑按钮打开定义函数的面板了）。

3. 在定义压力跳跃函数的面板中（如下图）输入适当的数值。这些轮廓输入面板和温度相

关属性的轮廓输入面板用法相同。请参阅使用温度相关函数定义属性来查看如何使用它。

Figure 1: 压力跳跃定义的多项式轮廓面板

4. 设定下面所述的任何可选参数（此步可选）。 当你用这些函数的任何类型来定义压力跳跃时，你可以限定计算压力跳跃的速度值的最大和最小极限。打开多项式速度范围极限选项就可以设定速度范围的最大最小值了。如果计算的法向速度范围超出了你所指定的最大/最小速度范围，那么解算器就会用极限值来替换它。 你也可以选用垂直于风扇的质量平均速度来确定风扇区域内所有表面的单一的压力跳跃值。打开从平均条件计算压力跳跃可以激活这个选项。 要定义常数压力跳跃，请遵循如下步骤：

1. 在排气扇面板中打开指定压力跳跃轮廓选项。 2. 在压力跳跃右边的下拉菜单中选择常数。 3. 输入压力跳跃场中的D p值。

如果更方便的话，你也可以使用如下步骤：

1. 打开压力跳跃的轮廓指定选项。

2. 在压力跳跃轮廓下面的下拉菜单中选择常数，然后输入压力跳跃轮廓场的D p值。 对于自定义压力跳跃函数或者边界轮廓中定义的函数，请遵循如下步骤： 1. 打开压力跳跃的轮廓指定选项。

2. 在压力跳跃轮廓下面的下拉菜单中选择适当的函数，然后输入压力跳跃轮廓场的D p

值。

关于自定义函数的信息请参阅自定义函数一节，关于边界轮廓文件的信息请参阅边界轮廓一节。

下面的例子告诉了我们如何确定压力跳跃的函数。考虑简单的二维管流（如图2）。进入长2.0m宽0.4m的导管的常密度空气的速度为15 m/s。管的中心是个排气扇。

Figure 2: 定位于二维导管的排气扇

当风扇的转速是2000rpm时，假定风扇的特征如下： Q (m^3/s)D p (Pa) 250.0 20175 15350 10525 5700 0875

其中Q时通过风扇的流动，D p时通过风扇的压升。在本例中，风扇的特征为压力升高和速度呈线性关系。要将这些特征转换为压力和速度的关系，必须知道风扇的截面信息。在本例中，假定导管是1.0米深，面积为0.4平方米。相应的速度值如下： v (m/s)D p (Pa) 62.50.0 50.0175 37.5350 25.0525 12.5700 0875

下面的对于一条线的方程是关系的多项式形式：

p87514v

为风扇定义离散相边界条件 如果你是模拟粒子的离散相问题，你可以设定粒子在风扇处的轨迹。关于边界条件的设定清参阅离散相边界条件一节。

定义排气扇旋转速度

如果你想在风扇表面设定切向和径向速度来产生三维问题中的涡流，步骤如下： 1. 在排气扇面板打开漩涡速度指定选项。

2. 定义轴的起始点（风扇的起始点）和方向矢量（风扇的旋转轴）来指定风扇的旋转轴。 3. 设定风扇旋转轴的半径值。默认为110以避免多项式中出现除零问题。

4. 设定切向和径向速度为半径的多项式函数，常数值或者自定义函数。

注意：涡流的速度输入必须是国际标准单位。

要定义切向和径向速度的多项式函数，步骤如下：

1. 在排气扇面板中，检查切向速度的轮廓指定或者径向速度的轮廓指定选项是关闭的。 2. 输入模拟排气扇涡流中的方程1的系数f_n，或者在切向或径向速度多项式系数框中模

拟风扇漩涡速度的方程3的g_n。首先输入f_-1然后是f_0等。记住用空格符将每一个系数分开，第一个系数是(1/r)。

要定义常数切向或者径向速度，步骤如下：

1. 在排气扇面板中打开切向速度或者径向速度的轮廓指定选项。 2. 在切向或者径向速度轮廓中选择常数。

3. 在切向或者径向速度轮廓中输入相应的U_q或者U_r值。 如果更方便的话，你可以遵照如下步骤：

1. 在排气扇面板中打开切向速度或者径向速度轮廓指定选项。 2. 在切向或者径向多项式速度系数中输入U_q或者U_r的值。

对于自定义切向或者径向速度函数或者包括边界轮廓的文件的函数，步骤如下： 1. 打开切向速度或者径向速度的轮廓指定选项。

2. 在切向或者径向速度轮廓下拉列表中选择适当的函数。 如果你是自定义函数的信息，请参阅自定义函数一节，关于边界轮廓的信息请参阅边界轮廓文件一节。

排气扇的后处理

报告通过排气扇的压升

你可以使用表面整合面板报告通过排气扇的压升，具体请参阅表面整合一节。共有两步： 1. 在风扇区域的每一边创建一个界面。使用变形界面面板(参阅变形表面一节)分别向上和

向下稍微平移一下风扇区域，从而创建两个新的界面。

2. 在界面整合面板中，报告上游和下游界面的平均整合压力（使用平均选项）。这样你就

可以计算通过风扇的压力变化了。

图形绘制

图形绘制报告对风扇所感兴趣的是： 1. 静压和静温的轮廓或等值线图。

62. 静压和静温的XY 图与位置的比较。 图形和可视化一章解释了如何产生数据的图形显示。 注意：生成这些图形时要保证关闭所有节点值的显示，以便于你在风扇的每一个边可以看到不同的值。（如果你显示节点值，风扇两边的单元值会被取平均来获取节点值，这样你就看不到通过风扇的压力跳跃和其它现象了。

辐射边界条件

FLUENT中有热交换单元（如散热器和冷凝器）的集总参数模型。散热器边界类型允许你指定压降和热传导系数为垂直于散热器的速度的函数。关于FLUENT所提供的热交换模型的更多详细信息，请参阅热交换模型一节。

散热器方程

模拟通过散热器的压力损失

FLUENT中所模拟的散热器被认为是无限薄，通过散热器的压降假定与流体的动压头成比例，并具有你所提供的损失系数的经验公式。也就是说，压降D p与通过散热器的法向速度v分量的关系为：

pkL12v 2其中r为流体密度，k_L为无量纲损失系数，它可以指定为多项式函数、分段线性函数或者分段多项式函数。

对于多项式函数，有下式：

kLrnvn1

n1N其中r_n为多项式系数，v为垂直于散热器的当地流体速度的大小。

模拟通过散热器的热传导

从散热器到周围流体的热流量为：

qhTHXTexit

其中q为热流量，T_HX 为热交换器（散热器）温度，T_exit为流出流体的温度。对流热传导系数h可以指定为常数、多项式函数、分段线性函数或者分段多项式函数。 对于多项式，关系式的形式如下：

hhnvn;0N7

n0Nh_n为多项式系数，v为垂直于散热器的当地流体速度的大小（单位m/s）。

实际的热流量（q）或者热传导系数和散热器温度（h, T_HX）都可以指定。q（可以是

输入值也可以是用方程1计算出的值）为热流在整个散热器表面的积分。

要模拟散热器的热行为，你必须提供热传导系数h的详细表达式，它是通过散热器的流体速度v。要获取这个表达式考虑热平衡方程：

qcpTmAhTHXTexit

其中

q=热流量(W/m^2)

m(dot)=流体质量流速(kg/s) c_p=指定的流体比热容(J/kg-K) h=经验热传导系数(W/m^2K) T_exit=出口流体温度(K)

T_HX=热交换器(如水边)温度(K) A=热交换器前缘面积(m^2) 方程5可以写成：

qcpTexitTinletmAhTHXTexit

因此，热传导系数h可以计算为：

hcpTexitTinletmATHXTexit

或者根据流体速度：

hcpTexitTinletTHXTexit

散热器需要的输入 概述

一旦在边界条件面板中确定了散热器区域，你就该在散热器面板（下图）中为散热器模型的各项设定输入相应内容了。该面板是从边界条件菜单中打开的，详细情况请参阅设定边界条件一节。

Figure 1:散热器面板

散热器需要输入如下： 1. 确定散热器区域 2. 定义压力损失系数

3. 定义热流量或者热传导系数和散热器温度

4. 为散热器定义离散相边界条件（对于离散相计算）

确定散热器区域 因为散热器被定义为无限薄，所以它必须被模拟为单元之间的界面而不是单元区域。因此排气扇区域是内部表面区域类型（其中表面是是二维中的线段或者三维中的三角形/四边形）。当你将网格读入到FLUENT中时，如果散热器区域被确定为内部区域，请使用边界条件（见改变边界区域类型）将适当的内部区域改变为散热器区域。菜单：Define/Boundary Conditions...。内部区域改变为散热器区域后，你可以打开散热器面板并指定损失系数，以及热流量的信息。

定义压力损失系数函数

要定义压力损失系数k_L，你可以指定速度的多项式函数、分段线性函数、分段多项式函数或者常数。

遵循下面的步骤来设压力损失系数的多项式函数、分段线性函数或分段多项式函数： 1. 在损失系数右边的下拉列表中选择多项式函数、分段线性函数或分段多项式函数（如果

你所需要的函数类型已经选中，点击编辑按钮打开定义函数的面板。

2. 在定义损失系数函数的面板中（如下图）输入适当的数值。这些轮廓输入面板和温度相

关属性的轮廓输入面板用法相同。请参阅使用温度相关函数定义属性来查看如何使用它。

Figure 1:损失系数定义的多项式轮廓面板

设定常数损失系数步骤如下：

4. 在损失系数右边的下拉菜单中选择常数。 5. 在损失系数中输入k_L的值。

下面的例子告诉你如何确定损失系数函数。考虑通过水冷却散热器的简单的空气二维管流，如下图：

Figure 2:散热器的简单管流r

首先必须经验地知道散热器的特征。在这个例子中，所模拟的散热器的测试数据如下表，水边的流速为7 kg/min，入口水的温度为400.0 K。要计算这个损失系数，创建一个动压头（(1/2)r v^2）的表格是很有帮助的，动压头是压降D p以及这两个值的比k_L（在通过散热器损失系数的模拟一节中的方程1中）的函数。 (图2中定义的空气密度为1.0 kg/m^3。)简化的数据在表二中。 表一：空气边散热器数据

VelocityInlet TempExit TempPressure Drop (m/s)(K)(K)(Pa) 5.0300.0330.075.0 10.0300.0322.5250.0 15.0300.0320.0450.0

表二：简化的散热器数据

v (m/s)(1/2)r v^2 (Pa)D p (Pa)k_L 5.012.575.06.0 10.050.0250.05.0 15.0112.5450.04.0

损失系数是速度的线性函数，随着速度的增加而减少，关系式的形式为：

kL7.00.2v

其中v在这里是通过散热器的绝对速度值。

定义热流量参数

正如散热器方程所提到的，你可以在热流量框中定义真实的热流量（q）也可以设定热传导系数和辐射温度（h, T_HX）所有的输入都在散热器面板中。

要定义热流量，指定温度为0，然后设定热流量为常数值。

要设定温度，在温度框中输入T_HX的值。要定义热传导系数，你可以指定速度的多项式函数、分段线性函数或分段多项式函数或者常数值。

指定速度的多项式函数、分段线性函数或分段多项式函数或者常数值来定义热传导系数，步骤如下：

1. 在热传导系数右边的下拉菜单中选择多项式、分段线性或分段多项式。（如果你所要使

用的函数类型已经被选中，你可以点击编辑按钮打开你所定义的函数的面板）。 2. 在热传导系数函数定义的面板中输入适当的值。这些轮廓输入面板和温度相关属性的轮

廓输入面板用法相同。请参阅使用温度相关函数定义属性来查看如何使用它。 要定义常数热传导系数，步骤如下： 1. 在热传导系数下拉列表中选择常数。 2. 在热传导系数框中输入h的值。

下面的例子告诉你如何设定热传导系数。考虑通过水冷却散热器的简单的空气二维管流。

在定义压力损失系数的表一的数据以及空气密度值（1.0 kg/m^3）和指定的热（1000 J/kg-K) 可用于获取下面的的值，它们可用于计算热传导系数h： Velocityh

(m/s)(W/m^2K) 5.02142.9 10.02903.2 15.03750.0

热传导系数符合速度的二阶多项式关系（与上面的点相符），形式如下：

h1469.1126.111.73v2

其中v在这里是通过散热器的绝对速度值。

为散热器定义离散相边界条件

如果你模拟粒子的离散相，你可以在散热器中设定粒子的轨迹，详细内容请参阅离散相边界条件的设定一节。

散热器的后处理

报告散热器的压降 你可以使用表面整合面板来报告通过散热器的压降，具体请参阅表面整合一节。共分两步来处理：

1. 在散热器区域的每一边创建一个界面。使用变形界面面板(参阅变形表面一节)分别向上

和向下稍微平移一下风扇区域，从而创建两个新的界面。

2. 在界面整合面板中，报告上游和下游界面的平均整合静压（使用平均选项）。这样你就

可以计算通过风扇的压力变化了。

要检查这个数值和通过散热器压力损失模拟中的方程1的预期值比较的话，你可以使用界面整合面板报告通过散热器的平均法向速度。（如果散热器和x，y或z轴不在一条线上，你需要使用自定义流场函数计算器来为垂直于散热器的速度生成一个函数。一旦你有了平均法向速度，你就可以使用模拟通过散热器压力损失中的方程3来确定损失系数，然后用模拟通过散热器压力损失中的方程1来计算所预期的压力损失。

报告散热器中的热传导 要确定通过散热器的温度，请参阅报告散热器压降产生散热器上游下游的界面的大致步骤。然后是用界面整合面板（关于压降报告的）报告每一个表面上的平均静温。然后你就可以计算通过散热器的温度了。

图形显示

你所感兴趣的散热器的图形报告有：  静压和静温的轮廓或等值线图

 静压和静温的XY 图与位置的比较

图形和可视化一章解释了如何生成数据显示图形。 注意：生成这些图形时要保证关闭所有节点值的显示，以便于你在散热器的每一个边可以看到不同的值。（如果你显示节点值，散热器两边的单元值会被取平均来获取节点值，这样你就看不到通过散热器的压力跳跃和其它现象了。

多孔跳跃边界条件

多孔跳跃条件用于模拟已知速度/压降特征的薄膜。它本质上是单元区域的多孔介质模型的一维简化。应用的实例有：模拟通过筛子和过滤器的压降，不考虑热传导影响的散热器模拟。我们应该尽可能的使用这一简化模型（取代完全的多孔介质模型），因为它具有很好的鲁棒性（robust）和收敛性。

薄膜介质是具有有限厚度的，通过它的压力变化定义为Darcy定律和附加内部损失项的结合：

1pvC2v2m

2 其中，m是层流流体粘性，a是介质的渗透性，C_2为压力跳跃系数，v是垂直于介质

表面的速度分量，D m为薄膜的厚度。C_2的适当值可以用多孔介质用户输入中所介绍的技巧来求得。

多孔跳跃模型的用户输入

一旦在边界条件面板中指定了多孔跳跃区域，你就需要在多孔跳跃面板中（如下图）设定所有的模型输入。这个面板是从边界条件菜单中打开的，详细方法请参阅设定边界条件一节。

Figure 1: 多孔跳跃面板

多孔跳跃模型需要输入如下： 1. 确定多孔跳跃区域

2. 设定介质的表面渗透性（多孔跳跃边界条件的方程1） 3. 设定多孔介质厚度（D m）。 4. 设定压力跳跃系数（C_2）。注意：此项输入不管你是用什么单位系统，所输入的值都

要是国际标准单位对应的值。

5. 为多孔跳跃定义离散相边界条件（对于离散相计算）

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，因此多孔跳跃区域是内部表面区域类型（表面在二维中是线段，在三维中是三角形或四边形）。如果多孔跳跃区域没有被确认（也就是说它被确认为其它内部表面区域类型）或者读入网格时为默认，你就需要使用边界条件来将适当的表面区域改为多孔跳跃区域。菜单为：Define/Boundary Conditions...。 改变区域类型的程序在改变区域类型一节中介绍了，一旦区域被改成多孔跳跃区域，你就可以打开多孔跳跃面板（见设定边界条件一节）来指定上面所列的所有参数。 如果你模拟粒子的离散项模型，你可以在多孔跳跃区域设定粒子的轨迹。详细内容请参

阅离散相边界条件的设定一节。

多孔跳跃的后处理 和多孔介质的后处理一样，请参阅相关内容。

热交换模型

气候控制和工程冷却系统是典型的包含热交换器核心的例子。然而，对于大多数工程问题， 要模拟个别的散热片或者热交换核心的管道是不切合实际的。从原则上讲，热交换核心增加了热量并对空气流引入了压降。在FLUENT中，集总参数模型用于说明压力损失和冷却剂热损(失)耗。热交换模型的冷却剂模型限制为单相。该模型用于计算冷却剂对于固定热损耗的入口温度或者对于固定的冷却剂入口温度的总的热损耗。

热交换模型概述 对于典型的热交换核心，冷却剂温度在冷却剂流动方向上是分层的。因此]，热损耗在整个核心上并不是常数。在FLUENT中，描述热交换器核心的流体区域被再细分为几个沿着冷却路径的肉眼可见的单元以及防热瓦（见图一）。计算出相对于每一个防热瓦的冷却剂入口温度，然后用于计算每一个防热瓦的热损耗。这种方法可以很真实地提供热交换核心周围的热损耗分布。

要使用热交换模型，你必须定义描述如交换核心的流体区域。最为典型的处理是将流体区域的尺寸设定为核心自己的尺寸。作为程序的一部分，你需要定义冷却剂的路径，防热瓦的数量、核心的物理性质和操作条件（压降参数、热交换效力，冷却剂流速等）。定义完模型之后，FLUENT会自动将流体区域设为多孔区域。

Figure 1: 核心被离散为42的防热瓦

热交换模型理论

在FLUENT中，热交换核心被处理成具有动量转移和热转移的流体区域。压力损失在动量方程中被模拟为动量损失项，热传导在能量方程中被模拟为热源项。

流向压降 在热交换器模拟中，压力损失用多孔介质模型来模拟。多孔介质的输入是在你向热交换器模型中输入的基础上自动设定的。流向压降可以表示为：

p12fmUAmin s2其中

p=流向压力梯度 sf=流向压力损失系数 r_m=平均空气密度

U_A_min=在最小流动面积处的空气速度 压力损失系数由下式计算：

fKc1212KefcA Ac其中：

s=最小的流到界面区域比例 K_c=入口损失系数 K_e=出口损失系数 A=空气边界面面积

A_c=通过流动区域的最小截面 f_c=核心的摩擦系数

当设定热交换模型时，你需要指定这些参数。 在方程3中，核心摩擦系数定义为： fcaReminb

其中：

a=核心摩擦系数 b=核心摩擦指数

Re_min=对于最小流动面积处速度的雷诺数

在设定热交换模型时，你需要指定核心摩擦系数与指数。

方程5中的雷诺数定义为：

UADh Reminmmin其中：

r_m=平均空气密度

m_m=平均空气粘性 D_h=水力学直径

U_A_min=在最小流动面积处的空气速度

对于热交换器核心，水力学直径可以定义为：

ADh4Lc

A注意：U_A_min可由下式计算：

UAminU

其中U是空气速度，s是流过表面面积比的最小流动。

热损耗

在防热瓦每个单元的热损耗被计算出来，然后作为源项加到空气流动的能量方程中。给定单元的热量转移由下式计算：

cpairTinTcell qcellmwhere

e=热交换器效力

(m(dot) c_p)_air=空气热容速度(流速乘以指定的热容 T__in=冷却单元的防热瓦的冷却剂入口温度 T_cell=单元温度

从防热瓦的热损耗为防热瓦所有单元的总热量转移之和：

qmarcocell

allcellsinmarcoq从热交换核心的热损耗为所有防热瓦的热损耗之和：

qtotalallqmarcol marcos每个防热瓦的冷却剂入口温度（方程1中的T）是基于冷却剂流动的能量平衡计算得到的。对于给定防热瓦：

cpcoolantToutTin qmarcom其中T__in和T__out分别为防热瓦内冷却剂的入口和出口温度。T__out是下一个防热瓦的

入口温度。

假定第一个防热瓦（Macro 0）在冷却剂核心的入口处（参阅热交换模型概述中的图1）当从热交换器核心的热损耗被指定后，开始迭代计算第一块防热瓦的入口温度，以便于使得方程1、3、5、7同时满足。当固定入口冷却剂温度指定之后，第一块防热瓦的入口温度也就定了。热量的增加从方程1计算出来，下一块防热瓦的冷却剂入口温度由方程7计算得到。

假设和约束

在热交换模型中作如下假设：

 热交换器的效力e是为完全的热交换器定义的，可以应用于由计算单元所描述的热交换

器的一小部分中。

 空气热容量速度(m(dot) c_p)小于冷却剂热容量速度。

 单元温度（即单元质心值）可用于替代进入单元的流涕的温度。  在计算压力损失系数时，流体加速的影响可以忽略。  冷却剂限定为单相。

使用热交换模型

设定热交换模型的步骤为：

1. 在能量面板中激活能量计算，菜单：Define/odels/nergy...。

2. 使用热交换器面板（下图）指定热交换模型的输入，菜单：Define/ser-Defined/eat

Exchanger...。

Figure 1: 热交换器面板

3. 选择描述热交换核心的流体区域。 4. 指定热交换核心的尺寸

5. 指定冷却剂入口和通道到通道方向 6. 定义防热瓦网格

7. 指定冷却剂属性和条件

8. 指定热交换核心的压降参数和效力

9. 在热交换器面板中点击设定按钮保存所有的设定。 10. 对于其它热交换器流体区域重复以上步骤 。

选择热交换区域

在流体区域下拉列表中选择你所要定义的热交换器的流体区域。

指定热交换核心的维度

设定热交换核心的宽度、高度和深度。高度为沿着冷却剂入口的方向定义（见定义防热瓦中的图1），宽度方向定义为通道到通道方向。

指定冷却剂入口和通道到通道方向

要定义冷却剂方向和流动路径，你需要指定冷却剂入口和通道到通道方向的方向矢量。定义防热瓦一节中的图1表明了相对于防热瓦的这些方向 如果热交换器核心的主轴和区域坐标轴不在一条直线上，你不必知道先前的冷却剂入口和通道到通道方向的方向矢量。在这种情况下，平面工具可以帮你确定这些方向矢量。 1. 捕捉平面工具到热交换器核心的边界（请遵照初始平面工具一节中有关于在已有表面上

初始化工具位置的相关内容）。 2. 适当的平移和旋转工具的轴，直到它们和热交换器核心的主要方向成一条线。流向的方

向用红轴确定，冷却剂入口方向为绿轴，通道到通道方向用蓝轴。 3. 一旦轴在一条线上，在热交换器面板中点击从面板工具更新按钮。方向矢量会自动设定

（注意：从面板更新按钮也会设定热交换器核心的高度、宽度和深度）。

定义防热瓦

正如热交换模型概述中所讨论的，描述热交换核心的流体区域被分成多块防热瓦。防热瓦的创建是基于指定通道数目、每一个通道的防热瓦数目以及相应的冷却剂入口和通道到通道方向（见图1）。防热瓦在冷却剂流动方向上从0开始计数直到n-1，n为防热瓦数量。

Figure 1:34的防热瓦

在热交换模型面板中，指定通道数量以及每个通道防热瓦的数量。模型会自动标定你指定了深度的热交换器核心的防热瓦数目。

你可以通过显示防热瓦来查看冷却剂的路径。为了看到你指定了通道数和每个通道的防热瓦数的所有防热瓦，你可以点击面板底部的设定按钮。然后点击查看通道按钮来显示它。冷却剂路径使用颜色来标定，第一个防热瓦为红色，最后一个为蓝色。 对于有些问题，尤其是复杂几何外形的问题，你可能需要在防热瓦图中包括几部分计算区域网格，作为空间参考点。例如，你可能要显示沿着防热瓦的入口和出口的位置。要实现这一目的，你只需要打开画网格选项，自动弹出网格选项面板，然后可以在那里设定网格显示参数。当你在热交换器面板中点击察看通道按钮，网格显示面板中定义的网格显示会被包含在防热瓦图形中（见下图）。

Figure 2:带防热瓦的网格显示

指定冷却剂性质和条件

要定义冷却剂性质和条件，你需要分别指定热损耗一节中方程7的冷却剂流速，热量(m(dot)和c_p，以及热损耗和初始温度（模拟固定热损耗时）或者入口温度（模拟固定的入口冷却剂温度时）。

 如果你要在指定热损耗的基础上用FLUENT计算冷却剂入口温度：步骤如下。

 激活固定热损耗选项。

 指定热损耗（热损耗一解方程5中的q_total）。.

 指定初始温度，它将被FLUENT用于初始入口温度的预测（热损耗一节中方程1

和方程7的T__in）。

 如果你要用给定的入口冷却剂温度来计算核心的总热损耗，步骤如下： 1. 激活固定入口温度选项

2. 指定入口温度（热损耗一节中方程1和方程7的T__in）。

设定压降参数和效力

压降参数和效力定义了热交换器核心的模型。共有三种方法来指定热交换器核心模型的参数：

 使用FLUENT磨人的热交换核心模型的参数。  用自己的值来定义新的热交换核心模型。  从外部文件中读入热交换核心模型。 你所定义的模型会保存在case文件中

FLUENT为典型的热交换核心提供了默认的设定。要保留这些设置，只需要在热交换器面板中的热交换器核心下拉列表选择保留默认模型即可。（在热交换模型面板中你可以看到热交换核心的默认参数，具体请参阅设定压降参数和效力一节。）

如果你想要定义设定压降参数和效力，这和默认的热交换核心模型是不同的，你可以创建自己的新模型，创建新模型的方法如下：

1. 在热交换核心模型下拉菜单的右边电机编辑按钮，打开热交换模型面板（下图）

Figure 1: 热交换模型面板

2. 在面板顶部的名字框中输入新模型的名字

3. 在空气边压降中指定流向压降一节中的方程3中的下面参数： Min Flow to Face Area Ratio (s) Entrance Loss Coefficient (K_c) Exit Loss Coefficient (K_e) Air Side Surface Area (A)

Min Cross Section Flow Area (A_c) 以及流向压降一节中的方程5的

the Core Friction Coefficient和Core Friction Exponent （a和b）。

4. 在效力框中，指定热核心的效力（热损耗一节中的方程1）为常数或者包含n个点的分

段线性轮廓。

 要指定常数效力，保留默认的点数，并在效力框中指定值。  为效力指定轮廓，步骤如下：

1. 在轮廓中指定点数

2. 对于每个点输入速度和相应的效力

5. 点击改变/创建按钮，将你的新模型添加到数据库中。 你可以从外部为你的热交换核心读入参数。下面是一个例子：

(\"modelname\"

(0.73 0.43 0.053 5.2 0.33 9.1 0.66)

((1 1.0 .6234) (2 2.0 0.5014) (3 3.5 0.3932) (4 5.0 0.3244) (5 6.5 0.2762) (6 8.0 0.2405)

(7 10.0 0.2050) (8 12.0 0.1785) (9 15.0 0.1495))) 文件的第一条为模型的名字（比如：modelname），第二个设定的数包含了空气边压降参数：(s K_c K_e A A_c a b) 。第三条为一组描述效力轮廓的点。每一个轮廓中的点具有如下格式： (point velocity effectiveness)。 在这个例子文件中，效力轮廓中指定了九个点。 要读入外部热交换器文件，步骤如下： 1. 在热交换器模型面板中点击读入按钮。

2. 点击选择文件对话框，指定HXC参数文件名，并点击OK。FLUENT会读入热交换器

核心模型参数，并将新的模型参数加入到数据库。

要察看你所定义的热交换器模型的相关数据，请在数据库下拉列表（热交换器模型面板）中选择模型名字。数据库中关于该模型的值会在热交换模型面板中显示出来。 热交换模型的后处理 要察看你的热交换核心的总热损耗、出口温度以及入口温度的值，你可以用下面的命令：define/models/heat-exchanger/heat-exchanger-report。当提示时，指定你想要计算结果的流体区域（如：1）。

边界轮廓

FLUENT提供了非常灵活的边界轮廓定义机制。这一功能允许你用写轮廓面板（参阅读写轮廓文件一节），使用实验数据、外部程序产生的数据或者先前解写入的数据作为变量的边界条件。

边界轮廓指定类型

提供了四种轮廓

 点轮廓由一组无序的n（1in）个点指定。使用写轮廓面板以及随机排列的实验数

据写入的轮廓就是点轮廓的例子。FLUENT会在点云中插值来获取所需的边界表面的值。对于非结构点数据为零阶插值。换句话说，对于边界的每一个单元表面，解算器使用轮廓文件中离单元最近的点。因此，如果你对入口轮廓有明确的指定，你的轮廓文件应该有足够高的点密度。

 线轮廓是为二维问题指定的，它使用了n个有序的点(x_i,y_i,v_i)，其中1in。点与

点之间采用零阶插值。从外部程序计算边界层所获得轮廓数据就是线轮廓的例子。  网格轮廓是为三维问题指定的m乘以n的网格点，其中1in，1jm。点与点

之间是零阶插值。从结构网格解和规则阵列实验数据中获取的数据轮廓就是网格轮廓的例子。

 放射状轮廓是为二维或者三维问题指定的，它使用了一组有序的点(r_i,v_i)其中

1in。放射状轮廓中的数据只是半径的函数。点与点之间使用线性插值。柱坐标系的轴向确定的方法如下：

 对于二维问题，为通过(0,0)点的z向矢量。

 对于二维轴对称问题，为通过(0,0)点的x向矢量。  对于包含旋转风扇的三维问题，它就是风扇面板中定义的风扇轴（除非你在边界处

使用下面所介绍的当地柱坐标系）。

 对于不包含旋转风扇的三维问题，它为流体面板中定义的邻近流体区域的旋转轴

（除非你在边界处使用下面所介绍的当地柱坐标系）。  对于使用当地柱坐标系指定边界处条件的三维问题，它为所指定的当地柱坐标系的

轴。

边界轮廓文件格式

轮廓文件的格式相当简单。文件可以包含任意数量的轮廓。每一个轮廓都包含指定的轮廓名，轮廓类型（点、线、网格或者辐射），以及定义点的数目作为轮廓头，后面是任意数量名字为\"fields\"的行。其中的一些fields包含坐标点，剩下的包含边界条件。需要注意的是所有的量，包括坐标值都必须是国际标准单位，因为读入轮廓文件是没有执行单位转换。圆括号用于划分轮廓和轮廓中的场。用跳格符（tab）、空格符或者回车符可以分割单元。 在下面所描述的一般的格式，“|”表示你只能选择“|”所分隔开的一个选项。 ((profile1-name point|line|radial n) (field1-name a1 a2 ... an) (field2-name b1 b2 ... bn) . . .

(fieldf-name f1 f2 ... fn))

((profile2-name mesh m n) (field1-name a11 a12 ... a1n a21 a22 ... a2n . . .

am1 am2 ... amn) . . .

(fieldf-name f11 f12 ... f1n f21 f22 ... f2n .

. .

fm1 fm2 ... fmn))

点、线或者网格类型的轮廓必须包含名字为x，y或者z（对于三维问题）的场。辐射类型的轮廓必须包含名字为r的场。剩下的名字是任意的，不过必须是Scheme符号。如果轮廓类型丢失的话，为了与老版本的轮廓文件兼容，将该文件假定为点轮廓文件。 例子

边界轮廓文件的最典型的使用就是定义入口的边界层。对于可压流计算，就可以用总压、k和e来指定轮廓。对于不可压流，指定流向速度和k、e更好。下面就是一个例子。

((turb-prof point 8) (x

4.00000E+00 4.00000E+00 4.00000E+00 4.00000E+00 4.00000E+00 4.00000E+00 4.00000E+00 4.00000E+00 ) (y

1.06443E-03 3.19485E-03 5.33020E-03 7.47418E-03 2.90494E-01 3.31222E-01 3.84519E-01 4.57471E-01 ) (u

5.47866E+00 6.59870E+00 7.05731E+00 7.40079E+00 1.01674E+01 1.01656E+01 1.01637E+01 1.01616E+01 ) (tke

4.93228E-01 6.19247E-01 5.32680E-01 4.93642E-01 6.89414E-03 6.89666E-03 6.90015E-03 6.90478E-03 ) (eps

1.27713E+02 6.04399E+01 3.31187E+01 2.21535E+01 9.78365E-03 9.79056E-03 9.80001E-03 9.81265E-03 ) )

使用边界轮廓

下面是用边界轮廓来定义边界条件的步骤：

1. 创建包含所需轮廓的文件，格式请参阅边界轮廓文件一节。

2. 在边界轮廓面板中（在检查和删除轮廓中的图1）或者点击点击File/Read/Profile...菜单

读入边界轮廓文件。

3. 在边界条件面板中（比如速度和压力入口面板），轮廓文件定义的场（以及其它你所读

入的边界轮廓文件）。会出现在边界轮廓所指定的每一个参数的右边或者下边的下拉列表中。要使用某一轮廓在列表中选择即可。

注意：如果你使用边界轮廓面板读入一个文件，而文件中的轮廓名和已有的轮廓名相同，旧的轮廓就会被覆盖掉。 例子

检查和删除轮廓

每一个轮廓文件包含一个或多个轮廓，每一个轮廓中会有一个或多个场定义于其中。一旦你读入一个轮廓文件，你就可以检查每一个文件中都定义了什么场，你还可以删除特定的轮廓。具体操作在边界轮廓面板中完成（如下图）。菜单：Define/Profiles...。

Figure 1:边界轮廓面板

要检查在特定的轮廓中指定了那些场，请在轮廓列表中选择轮廓名。然后其中所定义的场就会显示在场的列表中。上图中，轮廓文件所列的场就是上面那个例子所定义的。要删除轮廓文件，只需点击相应的轮廓名然后点击相应的按钮即可。轮廓删除之后相应的场列表也随之删除了。 例子

如下图所示，对于上面的那个例子，轮廓用于指定x方向速度、湍流动能、湍流动能耗散的入口值。（y向速度设为零，因为假定它可以忽略。但是y向速度轮廓也被使用了。）

Figure 1:作为边界条件的轮廓的例子

轮廓文件被指定之后，边界条件也就被保存了，此时流动解被初始化了，你可以遵照下面的步骤察看轮廓。

 对于二维计算，打开解的XY图面板。选择表面列表中适当的边界区域，然后在Y

轴函数下拉列表中选择所感兴趣的变量，然后选择绘图方向。要保证节点值检查按钮是打开的，然后点击画图按钮。这样你就可以看到入口轮廓图了。如果所画的数据图和你所指定的轮廓不符，这意味着轮廓文件有错误。  对于三维计算，使用等值线面板来显示适当边界区域表面的等值线值。节点值检查

按钮必须打开以保证你可以看到轮廓数据。如果所画的等值线图和你所指定的轮廓不符，这意味着轮廓文件有错误。

重定向边界轮廓

FLUENT允许你改变已有边界轮廓的方向，以便于这一边界可以定位于空间任意位置。这一功能很有用，比方说，你可以将入口实验数据定位于一个方向，然后将它应用于具有不同方向的模型中。需要注意的是，FLUENT假定轮廓和边界是平的。

改变轮廓方向的步骤

在边界的主要方向上重定向边界轮廓数据的程序如下： 1. 定义并读入边界轮廓（可参阅使用边界轮廓一节）。 2. 在边界轮廓面板中，在轮廓列表中选择轮廓，然后点击定向按钮，打开下面的定向面板：

Figure 1: The Orient Profile Panel

3. 在定向轮廓面板中输入你在新轮廓框中所要创建的新轮廓名。 4. 使用新轮廓框的上下箭头来指定你所要创建的场的数目。新场的数目等于矢量和标量的

数目加一（坐标系）。 5. 定义坐标场：

1. 在新场名字下面的第一行输入三个坐标的名字。

2. 在从……计算（Compute From....）的下面的下拉列表中选择x、y和z适当的

当地坐标（选择0表明最初的轮廓文件中没有坐标存在，也就是说原始轮廓文件是在二维中定义的。）

6. 在新的轮廓中定义矢量场：

1. 在新场名字框中输入边界坐标轴的三个分量的名字。

2. 在从……计算（Compute From....）的下面的下拉列表中选择矢量在x、y和z

三个方向上的边界轮廓的名字。

7. 在新的轮廓中定义标量场：

1. 在标量场名字下面的第一行输入标量的名字。 2. 在同一排，点击处理为标量下面的按钮。

3. 在从……计算（Compute From....）下面的第一个下拉列表的中选择标量名。

8. 在定向到……（Orient To...）的下面指定在中心场中的当地坐标系的起点的坐标。 9. 在定向到……（Orient To...）的下面指定X'、Y'和Z'州的方向矢量。X'、Y'和Z'轴是主

轴的方向矢量、次轴的方向矢量以及垂直于边界的矢量。每一个方向都是从（0，0，0）到（x，y，z）的矢量。.

对于有些问题，X'、Y'和Z'轴与区域的坐标轴不在一条直线上，你不需要知道先前的方向矢量。在这种情况下，平面工具可以帮助你确定方向矢量和坐标轴的中心（起点）。

4. 捕捉平面工具到边界（请遵照初始平面工具一节中有关于在已有表面上初始化工具

位置的相关内容）。

5. 适当的平移和旋转工具的轴，直到它们和轴的主要方向成一条线，工具的起点和边

界的中心重合。

6. 在方向轮廓面板中点击从面板工具更新按钮。FLUENT会自动设定平面工具轴的

的起点为中心，X'轴为工具绿箭头的方向，Y'轴为蓝箭头，Z'轴为红箭头。

10． 在方向轮廓面板中点击创建按钮，新的轮廓就创建出来了。它的名字（在新轮廓对话

框中输入的）会在边界轮廓面板中出现。现在就可以使用这个轮廓来处理边界了。

定义质量、动量、能量和其它源项

你可以在流体区域定义质量（单或多组分）、动量、能量、湍流和其它标量的体积源项，或者在固体区域定义能量源项。当你已知源项时，这些功能是很有用的。（对于更为复杂的函数相关源项，你可以使用边界轮廓文件或者自定义函数（具体参阅相关内容）。要将源项加到一个活着一组单元，你必须将这个单元或者这组单元放进独立的区域。然后将源项应用到单元区域。下面是最为典型的用法：

 流动的源项不能用入口描述，比如流出的量。如果你需要模拟比单元小的入口，你可以

将小入口所在的单元放在它自己的流体区域中然后定义那个区域的质量、动量、能量源项。对于图1所示的例子，你需要设定质量源项(m(dot)/V) = (r_j A_j v_j/V)和动量源项(m(dot) v/V) = (m(dot) v_j/V)，其中V是单元体积。

 你的模型中没有明确定义由于热释放产生的源项（如：火）。对于这种情况，你可以将

单元放在热最初释放的流体单元中，然后在那个区域定义能量源项。

 对于共轭热传导应用，能量源项在固体区域。在这种情况下，你可以将单元放在热最初

释放的固体单元中，然后在那个区域定义能量源项。  模型中没有明确包括由于反应而产生的组分源项。在上面模拟火的例子中，你可能需要

定义由于描述烟的产生而定义的组分源项。

Figure 1: Defining a Source for a Tiny Inlet

注意：如果你定义单元区域的质量源项，你还要定义动量源项，而且在合适的情况下，

对于你的模型还要定义能量和湍流源项。如果你只定义质量源项，进入区域的质量不携带动量和热量。因此质量也就不得不被流体加速或者加热，而且相应地会有一个速度或者温度下降。这一下降可能是显而易见的也可能不是，这依赖于源项的尺寸。(注于：只接受动量、能量或者湍流源项的定义。)

定义源项的程序

标记的约定和单位

所有正的源项表示的是源，负的是汇。单位必须是国际标准单位：

定义源项的步骤

要为一个或更多的区域定义源项，请遵循如下步骤（记住使用SI单位）： 1. 在流体或者固体面板打开源项选项。 2. 设定适当的源项值，注意下面的注释：

 要指定常数源项，在邻近源项框的下拉列表中选择（或者保持）常数，然后在框中输入

常数值。

 指定温度相关或者其它函数源项，你可以用边界轮廓（见边界轮廓一节），或者自定义

函数（见自定义函数一节）。

 记住你不应该只定义质量源项而不定义其它源项，请参阅定义质量、动量、能量和其它

的源项一节。

 因为你所指定的源项时提及源项，所以要确定源项的适当值，你要确定定义了源项的区

域的单元的体积。要实现这一目标你可以为单元区域创建界面，然后使用等值线面板来显示问题中的区域的单元体积（在网格类别中）。

质量源项

如果你的问题只有一个组分，你可以简单的只定义那个组分的质量源项。质量源项的单位是kg/m^3-s。在连续性方程中（质量守恒方程），所定义的质量源项在S_m项中出现。

如果不止一个组分，你可以为每一个组分指定质量源项。除了最后一个你所定义的，每一组分（例如：h2，o2）将会有一个明确的源项列表。要为最后一个组分定义质量源项，请在质量源项框中指定数值。质量源项的单位为kg/m^3-s。在化学组分守恒方程（组分输运方程一节中的方程1）中，所定义的质量源项会出现在S_i^'项中。

动量源项

要定义动量源项，请指定X、Y和/或Z方向的动量项。动量源项的单位为N/m^3。在动量方程中（动量守恒方程），所定义的动量源项会出现在F_i项中。

能量源项

要定义能量源项，请指定一个能量项，其单位是W/m^3。在能量方程（能量方程一节

中的方程1）中，所定义的能量源项会在S_h项中出现。

湍流源项

要定义k或e的源项，请指定湍流动能和湍流耗散速度项。其中，k源项的单位是kg/m-s^3，e源项的单位是kg/m-s^4。

所定义的k的源项会作为附加项出现在湍动能方程的右手边（比方说标准k-e模型的输运方程一节中的方程1）。

所定义的e的源项会作为附加项出现在湍流耗散速度方程的右手边（比方说标准k-e模型的输运方程一节中的方程3）。