Fluent多相流模型选择与设定

1.多相流动模式

我们可以根据下面的原则对多相流分成四类：

?气-液或者液-液两相流：

o 气泡流动：连续流体中的气泡或者液泡。

o 液滴流动：连续气体中的离散流体液滴。

o 活塞流动: 在连续流体中的大的气泡

o 分层自由面流动：由明显的分界面隔开的非混合流体流动。

?气-固两相流：

o 充满粒子的流动：连续气体流动中有离散的固体粒子。

o 气动输运：流动模式依赖诸如固体载荷、雷诺数和粒子属性等因素。最典型的模式有沙子的流动，泥浆流，填充床，以及各向同性流。

o 流化床：由一个盛有粒子的竖直圆筒构成，气体从一个分散器导入筒内。从

床底不断充入的气体使得颗粒得以悬浮。改变气体的流量，就会有气泡不断

的出现并穿过整个容器，从而使得颗粒在床内得到充分混合。

?液-固两相流

o 泥浆流：流体中的颗粒输运。液-固两相流的基本特征不同于液体中固体颗

粒的流动。在泥浆流中，Stokes 数通常小于1。当Stokes数大于1 时，流动成为流化（fluidization）了的液-固流动。

o 水力运输: 在连续流体中密布着固体颗粒

o 沉降运动: 在有一定高度的成有液体的容器内，初始时刻均匀散布着颗粒物

质。随后，流体将会分层，在容器底部因为颗粒的不断沉降并堆积形成了淤

积层，在顶部出现了澄清层，里面没有颗粒物质，在中间则是沉降层，那里

的粒子仍然在沉降。在澄清层和沉降层中间，是一个清晰可辨的交界面。

?三相流(上面各种情况的组合)

各流动模式对应的例子如下：

?气泡流例子：抽吸，通风，空气泵，气穴，蒸发，浮选，洗刷

?液滴流例子：抽吸，喷雾，燃烧室，低温泵，干燥机，蒸发，气冷，刷洗?活塞流例子：管道或容器内有大尺度气泡的流动

?分层自由面流动例子：分离器中的晃动，核反应装置中的沸腾和冷凝

?粒子负载流动例子：旋风分离器，空气分类器，洗尘器，环境尘埃流动

?风力输运例子：水泥、谷粒和金属粉末的输运

?流化床例子：流化床反应器，循环流化床

?泥浆流例子: 泥浆输运，矿物处理

?水力输运例子：矿物处理，生物医学及物理化学中的流体系统

?沉降例子：矿物处理

2. 多相流模型

FLUENT中描述两相流的两种方法:欧拉一欧拉法和欧拉一拉格朗日法，后面分别简称欧拉法和拉格朗日法。欧拉法即为两相流模型，拉格朗日法即为离散相模型

欧拉法着眼于空间的点，基本思想是考察空间一个点上的物理量及其变化。在欧拉方法中，FLUENT将不同的相被处理成互相贯穿的连续介质。各相的体积率是时间和空间的连续函数，其体积分率之等于1。欧拉法中两相流模型包括:VOF(the volumeoffluid)模型，混合模型和欧拉一欧拉模型

VOF模型(Volume of Fluid Model)

混合模型(Mixture Model)

●欧拉模型(Eulerian Model)

2.1 VOF模型(Volume of Fluid Model)

VOF模型用来处理没有相互穿插的多相流问题，在处理两相流中，假设计算的每个控制容积中第一相的体积含量为α1，如果α1=0，表示该控制容积中不含第一相，如果α1=1，则表示该控制容积中只含有第一相，如果0<α1<1，表示该控制容积中有两相交界面；

VOF方法是用体积率函数表示流体自由面的位置和流体所占的体积，其方法占内存小，是一种简单而有效的方法。

VOF模型在应用的过程中存在某些局限性:

(l)在利用该模型进行模拟时要求所有的控制体积必须被任何一种流体相

或混合相所填满，即不能存在无流体流动的区域;

(2)只允许一相流体是可压缩的;

(3)很难对具有混合物料和反应存在的流动进行模拟;

(4)相间存在较大速度差时，界面的速度精度会受到很大的影响。

2.2 混合模型(Mixture Model)

混合模型(MixtureModel)是一种简化的两(多)相流模型，它使用单流体方用于模拟各相有不同速度的两(多)相流，但是假定了在短空间尺度上局部的，相之

间的耦合很强。同时也用于模拟有强烈藕合的各向同性相流和各相以相度运动的两(多)相流。混合模型可以通过求解混合相的动量、连续性和能量，第二相的体积分率方程，以及相对速度的代数表达式模拟多相(fluldorculate)。

典型的应用包括低负载的粒子负载流，沉降，旋风分离器以及气相容很低的泡状流。混合物模型也可用于没有离散相相对速度的均匀多相流。

用混合特性参数描述的两相流场的场方程组称为混合模型；

考虑了界面传递特性以及两相间的扩散作用和脉动作用；使用了滑移速度的概念，允许相以不同的速度运动；

用于模拟各相有不同速度的多相流；也用于模拟有强烈耦合的各向同性多相流和各相以相同速度运动的多相流；

缺点：界面特性包括不全，扩散和脉动特性难于处理。

2.3 欧拉模型(Eulerian Model)

欧拉一欧拉模型(Euler-EulerModel)是两(多)相流中最复杂的两(多)相流模型，也称为双流体模型。连续相与分散相被视为连续的一体。欧拉一欧拉模型对每一相都建立动量方程和连续性方程，通过压力和相间交换系数的藕合来计算求解。

欧拉模型的应用包括气泡柱、颗粒悬浮以及流化床的模拟。有人将其成功地应用欧拉-模型模拟了鼓泡塔中两(多)相流的模拟及气泡聚并和破碎的影响。

欧拉模型指的是欧拉—欧拉模型；

把颗粒和气体看成两种流体，空间各点都有这两种流体各自不同的速度、温度和密度，这些流体其存在同一空间并相互渗透，但各有不同的体积分数，相互间有滑移；

颗粒群与气体有相互作用，并且颗粒与颗粒之间相互作用，颗粒群紊流输运取决于与气相间的相互作用而不是颗粒间的相互作用；

各颗粒相在空间中有连续的速度、温度及体积分数分布。

几种多相流模型的选择

VOF模型适合于分层流动或自由表面流；

Mixture和Eulerian模型适合于流动中有混合或分离，或者离散相的体积份额超过10%－12％的情况。

Mixture模型和Eulerian模型区别

如果离散相在计算域分布较广，采用Mixture模型；如果离散相只集中在一部分，使用Eulerian模型；

当考虑计算域内的interphase drag laws 时，Eulerian模型通常比Mixture模型能给出更精确的结果；

从计算时间和计算精度上考虑。

拉格朗日法着眼于流体的质点，基本思想是跟踪每个流体质点在流动过程中的运动全过程，记录每个质点在每一时刻、每一位置的各个物理量及变化。在拉格朗日方法中，FLUENT将主体相视为连续相，稀疏相视为离散颗粒，主体相用欧拉法，而离散相利用拉格朗日法进行粒子跟踪，这就是所谓的欧拉一拉格朗日模型。此模型中需要离散相体积含量不超过15%，离散相和主体相都有自己的压力、粘度及湍流扩散稀疏参数，并在拉格朗日坐标系中考察离散相颗粒的运动轨迹。该模型能详细地分析粒子/液滴间的作用力以及流体间复杂的作用力，避免了应用大量的经验关系，又避免了离散相数值解的扩散问题，虽然计算量庞大，但是相对欧拉模型来讲，精度要更高一些。比较了各种模型，认为离散相模型能更准确地模拟气—固两相流动，能更好的跟踪固体颗粒、气泡、液滴在连续相中运动轨迹。

3.选择基本原则

通常，你一旦决定了采用何种模式最能符合实际的流动，那么就可以根据以下的原则来挑选最佳的模型。

?对于体积率小于10％的气泡、液滴和粒子负载流动，采用离散相模型。

?对于离散相混合物或者单独的离散相体积率超出10％的气泡、液滴和粒子负载流动，采用混合物模型或者欧拉模型。

?对于活塞流，采用VOF 模型。

?对于分层/自由面流动，采用VOF 模型。

?对于气动输运，如果是均匀流动，则采用混合物模型；如果是粒子流，则采用欧拉模型。?对于流化床，采用欧拉模型模拟粒子流。

?对于泥浆流和水力输运，采用混合物模型或欧拉模型。

?对于沉降，采用欧拉模型。

?对于更加一般的，同时包含若干种多相流模式的情况，应根据最感兴趣的流动特征，选择合适的流动模型。此时由于模型只是对部分流动特征做了较好模拟，其精度必然低于只包含单个模式的流动。

Fluent软件中对喷雾这类气液两相流问题的模拟主要采用其自带的离散相模型(DPM——Discrete Phase Model)。此模型是以欧拉—拉格朗日方法为基础建立的。它把流体作为连续介质，在欧拉坐标系内加以描述，对此连续相求解输送方程，而把雾滴颗粒群作为离散体系，通过积分拉氏坐标系下的颗粒作用力微分方程来求解离散相颗粒的轨道，可以计算出这些颗粒的轨道以及由颗粒引起的热量/质量传递。同时，在计算中，相间耦合以及耦合结果对离散相轨道、连续相流动的影响均可考虑进去。当计算颗粒的轨道时，Fluent跟踪计算颗粒沿轨道的热量、质量、动量的得到与损失，这些物理量可作用于随后的连续相的计算中去。于是，在连续相影响离散相的同时，用户也可以考虑离散相对连续相的作用。交替求解离散相与连续相的控制方程，直到二者均收敛（二者计算解不再变化）为止，这样，就实现了双向耦合计算。

在采用FLUENT中的离散相模型时，需要定义每个粒子尺寸以及温度。这些初始条件以及有关离散相物理性质的输入量/质量计算的必要条件。轨迹以及热量/质量传递的计算是粒子的对流或辐射传热、质量传递以及粒子在流场运动时的。而预测所得的轨迹以及相关的质量、热量传递可以通过

1稳态问题建立及求解程序纲要

建立和求解稳态离散相问题的一般程序如下所示:

(l)求解连续相流动;

(2)生成离散相的入射;

(3)根据需要选择是否连续相与离散相关联求解;

(4)用画图或者提取数据来跟踪离散相入射。

2非稳态问题建立及求解程序纲要

建立和求解非稳态离散相问题的一般程序如下所示:

(l)生成离散相入射;

(2)初始化流场;

(3)取合适的时间步长数目进行求解。随着求解的进行，粒子的位置将会被更新。

利用Fluent自带的空气雾化喷嘴模型预测雾化颗粒的颗粒行为。首先假设不带颗粒的空气为连续相，对其进行单相模拟。之后，假设雾化喷嘴喷出的甲烷颗粒为离散相，进行了气液两相耦合模拟。单相稳态模拟的基础上打开DPM模型（Discrete Phase Model ）加入离散相——甲烷雾滴进行两相耦合模拟，重点介绍了DPM中参数的设定。

1 打开DPM模型

利用Define/Models/Discrete Phase Model打开DPM，本文截取了Discrete Phase Model设置面板的一部分，对其中参数的设定进行详细的分析，如图1所示。

图1 Discrete Phase Model面板

当模拟两相耦合过程时，用户应该首先计算得到收敛或部分收敛的连续相流场，然后再创建喷射源进行耦合计算。在每一轮离散相的计算，FLUENT 计算颗粒/液滴轨迹并且更新每一个流体计算单元内的相间动量、热量以及质量交换项。然后，这些交换项就会作用到随后的连续相的计算。耦合计算时FLUENT 在连续相迭代计算的过程中，按照一定的迭代步数间隔来计算离散相迭代。直到连续相的流场计算结果不再随着迭代步数加大而发生变化（即，达到了所有的收敛标准），耦合计算才会停止。当达到收敛时，离散相的轨迹也不再发生变化（若离散相轨迹发生变化将会导致连续相流场的变化）。

耦合计算的设定步骤如下：

1. 计算连续相流场；

2. 在Discrete Phase Model panel 面板中，激活Interaction with Continuous Phase 选项；

3. 在Number Of Continuous Phase Iterations Per DPM Iteration 文本框中设定颗粒轨迹的计算频率（即连续相迭代多少步，就进行一轮离散相的计算）。若用户设定此参数为5，即意味着在连续相进行了五步迭代之后，就开始离散相的迭代计算。两个离散相计算中间应该间隔多少连续相的迭代步，要视用户问题的物理意义而定。

需要注意的是，【***若此参数设定为0，那么FLUENT 将不进行离散相的计算。】另外，图1中绿色圈的2个参数是最大计算步数（Max. Number Of Steps）和积分尺度（Length Scale）。

最大计算步数（Max. Number Of Steps）是用积分方程(1)，(2) 求解颗粒轨道时，允许的最大时间步数。

当某个颗粒轨道计算达到此时间步数时，FLUENT 就自动中止了此颗粒的轨道计算，输出时，此颗粒被标记为“incomplete”。对最大时间步数的规定消除了对某些在流场中不停循环的颗粒的无休止的计算。但是，对于缺省的500 步的最大时间步数，很多问题的计算都不止这么多。这种情况下，当颗粒信息在输出时被标记未完成，而实际颗粒并不是在流场中无休止的打转，那么，用户可以增加最大时间步数[注]值得注意的是：设定上述各个参数的一个简便方法是，若用户希望颗粒穿越长度为D的计算域，那么用长度标尺乘以最大积分时间步数，其结果应该大致等于D，即等于所设定的Number Of Continuous Phase Iterations Per DPM Iteration的值。

2 创建injection

通过Define/injection/create进入创建injection面板，如下图所示：

在Injection Type中选择射流源类型，本文选定空气雾化喷嘴

(air-blast-atomizer)。在Particle Type中选择颗粒类型，本文选择Droplet液滴是一种存在于连续相气流中的液体颗粒。它服从力的平衡并受到加热／冷却的影响（由定律1 确定）。此外，他还由定律2 和3 确定自身的蒸发与沸腾（请参阅User’s Guide中的19.3.4）。只有传热选项被激活并且至少两种化学组份在计算中是被激

活的，或者已经选择了非预混燃烧或部分预混燃烧模型，液滴类型才是可选的。当选择了液滴类型之后，用户应该使用理想气体定律来定义气相密度在空气辅助雾化模型里，用户应直接设定液膜厚度，如图3所示。在Point Properties面板上，设定喷口处液膜的内外半径，即液膜的厚度。另外，用户还必须设定液膜与空气间的最大相对速度差和喷射角度，如图4所示。液膜离开喷口之后，它的初始轨道沿着设定的喷射角。注意：如果初始液膜的轨道指向中心线，

那么，喷射角度为负值。

3 离散相边界条件的设定

在Discrete Phase Model Conditions 属性框下的Boundary Cond. Type 下拉框中选择reflect，trap，或escape 边界条件（在面板中，需要点击DPM 才能激活Discrete Phase Model conditions）。如图5所示。

FLUENT 中的离散相缺省边界条件为：

1.壁面（wall）、对称面（symmetry）、轴对称的轴线（axis）均为``reflect''边

界条件，且恢复系数均为1.0；

2.所有的流动类型边界（压力入口-pressure inlets、速度入口-velocity inlets、压力出口-pressure outlets 等），均为``escape''边界条件；

3.所有的内部区域边界（辐射体- radiator、多孔介质间断面- porous jump）均为

边界条件；

4.有对壁面边界（wall）才可以修改恢复系数。

注意：在Boundary Conditions 面板打开的面板中可以设定离散相边界条件。当设定完一个以上的喷射源之后，离散相边界条件的输入项就会出现在相应的面板中。

4 模拟结果及后处理

颗粒轨道的输出时，颗粒的可能的结果如下：

1．Escaped：（逃逸）意味着颗粒在已经设定了逃逸边界条件的流动边界终止了轨迹的计算。

2．Incomplete：（未完成）：意味着颗粒轨迹的计算时间步长已经达到设定的

最大步数（在Discrete Phase Model panel 面板中的Max. Number Of Steps 文本框中设定，）

3．Trapped：（捕获）：意味着颗粒在已经设定了捕集边界条件的流动边界终

止了轨迹的计算。

4．Evaporated：（蒸发）：意味着颗粒在计算域中被完全蒸发掉了。5．Aborted：（忽略）：意味着颗粒由于舍入误差原因而不能进行计算。用户可以修改长度标尺或设定不同的初始条件来重新计算颗粒轨迹。

需要注意的是，除了用连续相的变量值来着色颗粒轨迹外，也可以使用离散相的各种变量值来进行着色。这些变量值包括：颗粒（已停留）时间、颗粒速度、颗粒直径、颗粒密度、颗粒质量、颗粒温度、颗粒所使用的定律、颗粒（积分）时间步长、颗粒雷诺数。在Color By类目框下的Particle Variables...下拉框中列出了所有可选的着色颗粒变量。为了显示计算域内的最大/最小值，可以点击Update Min/Max 按钮更新。

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DPM 模型的基本操作和注意事项

1 DPM 模型概述

DPM 模型可以用来模拟流场中的离散相，它的特点是使用方便，模拟思路

清晰，计算中可以对颗粒运动轨迹进行跟踪，结果直观；其缺点是，计算结果无法得到离散相各种场图，为结果分析造成很大不便。

FLUENT 提供了如下的离散相模型选项：

1. 使用Lagrangian 坐标下的公式计算颗粒的轨迹。这些公式涉及了稳态及非稳态条件下离散相的惯性力、曳力和重力。

2. 连续相中的漩涡对于离散相扩散产生的扰动进行预测。

3. 离散相的加热与冷却。

4. 液滴的蒸发和沸腾。

5. 提供对颗粒燃烧的模拟，可以通过对挥发份析出和焦炭燃烧来模拟煤粉的燃烧。

6. 可以选择是否进行连续相与离散相的耦合计算。

7. 液滴的破碎与合并。

这些模型时的FLUENT 可以用来对许多种离散相的问题进行模拟，包括颗粒的分离与分级，喷雾干燥，烟雾的扩散，液体中气泡的搅浑，液体燃料和煤的燃烧。

当需要在FLUENT 的模型中加入离散相时，可以通过定义颗粒的初始位置、速度、粒径、温度等参数实现，具体的操作过程在“Discrete PhaseModel”面板中完成。以上的参数再加上颗粒的物理属性，就可以作为计算颗粒轨迹和颗粒热、质传递的初始化条件。

下面就使用DPM 模型的基本步骤归纳如下：

对于稳态问题，可采用以下步骤求解：

1. 求解连续相流动；

2. 添加离散相；

3. 如果需要的话可以求解耦合流动；

4. 对计算结果进行后处理

对于非稳态问题，可通过以下步骤求解；

1. 添加离散相；

2. 初始化流场；

3. 设定时间步长。对于非耦合问题，FLUENT 会在每个时间步长的最后更新离散相的位置；对于耦合问题，在每次相间耦合计算中离散相的位置都回更新。

2 应用DPM 模型需要注意的一些问题

在Fluent 中应用DPM 模型进行计算时，需要注意DPM 模型忽略了两相流中颗粒之间的相互作用，以及颗粒相对连续相流动产生的影响。这就决定了两相

流中颗粒相的体积分数不能太高，通常情况下这一体积分数要小于10%～20%。但是，这并不意味着在应用DPM 模型时颗粒相的质量分数也要小于10%～20%，实际上，我们可以使用DPM 模型来模拟离散相质量分数等于或超过连续相质量分数的流动。

**【（1）如果颗粒是以喷射的形式进入连续相的，而且流场中有明确的入口和出口，这种情况下可以使用稳态的DPM 模型来计算；

（2）如果颗粒相在连续相中处于一种无限期的悬浮状态，这种情况下稳态的Lagrangian 模型就不再适用了，对于这样的工况可以考虑使用非稳态的DPM

模型来进行求解。换句话说，对于搅拌器、混和器、流化床这一类容器如果应用DPM 模型来模拟其流场，应该在非稳态的前提下进行。】

一旦应用DPM 模型来对流动进行模拟后，Fluent 中的某些功能将不能再被使用。具体如下：

1. 周期性的边界条件；

2. 可调的时间步长；

3. 使用非预混燃烧模型时，颗粒不能参加反应；

4. 当使用动网格或变形网格时，颗粒喷射的表面便不能随网格一起运动；

5. 如果使用了复合参考系，在参考系下颗粒轨道失去了原有的意义，同理，相

间耦合计算也失去了意义。解决这个问题的方法就是采用绝对速度来对颗粒进行跟踪而不是采用相对速度，这一方法可以通过在文本窗口输入以下命令实现：define/models/dpm/tracking/track-inabsolute-frame。需要注意的是，计算结果会与符合参考系下壁面的位置有很大关系。颗粒的跟踪是在哪个参考坐标系下进行的，颗粒的入射速度就要在哪个参考坐标系下定义的。默认情况下，颗粒速度是基于当地坐标系定义的，如果你激活了track-in-absolute-frame（方法如前所述），颗

粒速度就基于绝对坐标系来定义。

3．DPM 模型的傻瓜用法

所谓的傻瓜用法，就是不用考虑细节，甚至不必知道模型设置面板中每一

项的意义所在，而只给出相应参数的设定来进行求解。我们不提倡这样的做法，但这也确实是能让新手尽快上路的好办法，当然，有可能计算的结果不准确，但对于简单的流场来讲，应该还可以接受，对于稍复杂的情况，即便是老手，也不敢保证一次建模、一次计算就能得到满意的结果，所以，慢慢调试吧!对于稳态

的工况，为了确保计算结果的收敛，可以暂时先不在流场中添加离散相，而仅仅进行连续相的迭代，一直迭代到连续相收敛再加入离散相。当然，也可在计算得

到收敛趋势时加入离散相。本节只讨论DPM 模型面板的设定。

下面说明傻瓜用法的操作步骤：

1. 通过Define→Models→Discrete Phase 来打开DPM 模型的控制面板，

2. 选中interaction with Continuous Phase；

3. 将Number of Continuous Phase Iterations per DPM Iteration 置为20；

4. 选中Specify Length Scale，将Length Scale 置为0.01，注意LengthScale 后面的单位是m；

5. 粗略估计颗粒的行程，然后用该行程除以Length Scale，得到的值就是Max. Number Of Steps 要输入的值。（实际上，Length Scale 与Max.Number Of Steps 的乘积即为跟踪颗粒轨迹的最大长度，如果你想观察颗粒在整个流场中的流动，那么这个乘积的值就要大于颗粒的轨迹长度，所以此时可以适当地扩大Max. Number Of Steps 的值。）

6. 点击面板下方的injections，弹出Injections 面板，再点击Create，弹出Set Injection Properties 面板，在此面板中设定颗粒的属性。

7. 在Point Properties 下输入颗粒的各种参数；

8. 在Turbulent Dispersion 下激活Stochastic Tracking 选项，将Number ofTries 改成10。

至此，DPM 模型的基本设定就全部结束了。接下来的任务就是针对自己

模型的特点，有针对性的到帮助文件中去寻找解决问题的方法。

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我们先看看燃烧中的组分输运和有反应流动该如何处理。这是燃烧问题中很重要的一部分，前人发展了很多模型来处理不同的具体问题：

a) 通用有限速度模型

该方法基于组分质量分数的输运方程，采用你所定义的化学反应机制，对化学反应进行模拟。反应速度在这种方法中是以源项的形式出现在组分输运方程中的，计算反应速度有几种方法：从Arrhenius 速度表达式计算，从Magnussen 和Hjertager 的漩涡耗散模型计算或者从EDC 模型计算。

b) 非预混燃烧模型

在这种方法中，并不是解每一个组分输运方程，而是解一个或两个守恒标量（混和分数）的输运方程，然后从预测的混合分数分布推导出每一个组分的浓度。该方法主要用于模拟湍流扩散火焰。在守恒标量方法中，通过概率密度函数或者PDF 来考虑湍流的影响。

c) 预混和燃烧模型

这一方法主要用于完全预混合的燃烧系统。在这些问题中，完全的混合反应物和燃烧产物被火焰前缘分开。我们解出反应发展变量来预测前缘的位置。湍流的影响是通过考虑湍流火焰速度来计算得出的。

d) 部分预混和燃烧模型

顾名思义，部分预混和燃烧模型就是用于描述非预混和燃烧和完全预混和燃烧结合的系统。在这种方法中，我们解出混合分数方程和反应发展变量来分别确定组分浓度和火焰前缘位置。

模型选取的大致方针如下：

（1）通用有限速度模型主要用于：化学组分混合、输运和反应的问题；壁面或者粒子表面反应的问题（如化学蒸汽沉积）。

(2)非预混燃烧模型主要用于：包括湍流扩散火焰的反应系统，这个系统接近化学平衡，其中的氧化物和燃料以两个或者三个流道分别流入所要计算的区域。

(3)预混燃烧模型主要用于单一、完全预混和反应物流动。

(4)部分预混燃烧模型主要用于：区域内具有变化等值比率的预混和火焰的情况。

由于在非预混燃烧中，燃料和氧化剂以相异流进入反应区；在预混燃烧系统中，反应物在燃烧以前以分子水平混合，结合上述方针，对四角切圆煤粉锅炉

炉内燃烧过程我们应该选择非预混燃烧模型。

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我做的问题是蒸汽中水滴的汽化问题，用的是DPM 模型，但是在injection

面板里颗粒类型只有惯性颗粒，而液滴和燃料颗粒不可选，我想用液滴类型，费了很大力气，翻箱倒柜找资料：只有传热选项被激活并且至少两种化学组分在计算中是被激活的，或者已经选择了非预混燃烧或部分预混燃烧模型，液滴类型才可选。然而我的问题是一种化学组分的两个状态，也不是燃料颗粒。

答案：

打开model->species ；

选择species transport ；

下面的reactions不要选；

然后选择一个包含H2O的mixture material；

默认的mixture-template就可以；

然后在DPM属性设置中的particle type选择Droplet；

在Material中选water-liquid；

在Evaporating Species 中选H2O；

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（1）请问DPM 模型的使用前提条件是什么?使用中有什么限制?

答案：颗粒相体积分数占气相体积分数小于10%。此时可将颗粒相视为离散相，可用DPM，否则可视为连续相（拟流体），采用两相流模型（Mixing Model、Euler Model）

（2）那么颗粒相可以是液体吗?

答案：可以是液滴,你可以假设液滴为球形的,这样就可以了还可以做一些其他假设。

（3）在DPM 模型中，在离散相的设定中采用surface，颗粒分布rosin 分布，计算为稳态，计算完成后，在相同条件下利用partical tracking 得出的分离效率均不同，又是差别还比较大。请问是不是用这种方法不能得出分离效率，或者fluent 这种计算随机性较大呢？

答案：将射流源里面的number of tries 的值增大，发现这样可以看到湍流对于离散相的影响，你每点一次显示的值不一样，也是因为湍流的影响，多次的点击就相当于将上面的值增大，不过是将多次的计算结果都显示在一个窗口上，

（4）当我将计算模型从segregated 转换成coupled 的时候，在运行DPM 计算模型时，出现如下错误：

Error: couldn't allocate fine level coefficient matrix

Error Object: ()

请问如何消除？如果换回segregated，问题又没有了，我想是不是使用coupled （solver）的时候另有设置？

答案：

我的理解，既然选定的解算器，就已经决定了求解的方式：是分别求出各变量（segregate），还是所有方程联立共同求出各变量（coupled）。但你从segregate 变为coupled 时，是否考虑了有时，这两个是不可以相互交换的？比如用segregate 时，可以不考虑能量方程，而从连续方程和动量方程求解出压力速度场，然后再求解出温度场，这样这几个参数不是相互依赖的关系。而用coupled 是，方程是耦合的，必须同时求解。我想，大概出现问题的原因在这里。

（5）使用segregated 时可以不考虑能量方程，那是不是也可以考虑，还有在solver 中选定energy 一项，是不是就算考虑了能量方程？

答案：这里说的是求解过程中，比如温度变化不大时，粘度可以认为是常数，这

样流体运动不受温度场的影响，流场可以独立于温度场求解，这时，可以先从连续方程和动量方程中求解出速度和压力来，然后带入能量方程中求出温度来。并不是说不考虑能量方程，只是它们间的相互作用可以不考虑。也就是说将运动和传热问题分开来分析了。所以叫segregated，而coupled，是由于几个因素相

互影响不能忽略，比如粘度时温度和函数。等等，必须同时考虑，所以在求解时，要同时解出来，不分先后。所以叫耦合。

（6）在DPM（discrete phase model）中，有分散相（particle）位置定义，即first position 和last position，请问各位这两项分别代表什么，要是需要定义多个particle 的位置，该怎么操作？

答案：

first position 是你选group 时第一个喷口的位置，last 嘛就是最后那个了

你想定义多个的话，就多产生几个injection 好了啊

（7）我用DPM 模型模拟粉尘在湍流中的扩散，现有关于离散相参数设置的问题不明，就是在设置两相耦合设置的时候，Number Of Continuous Phase Iterations Per DPM Iteration 也就是迭代计算的时间间隔数应该设多少？如果太大是不是

耦合的不好，而太小对连续相影响太大，引起波动不容易收敛。

答案：Number Of Continuous Phase Iterations Per DPM Iteration 我通常设为20 次（8）我用颗粒云模型计算出来的结果跟用随机轨道模型的结果不同啊，颗粒云中的最小颗粒群半径应该是0 吧，那么设置不同的最大颗粒群半径结果也有很大差异，现在关键是颗粒云模型的最小以及最大颗粒群半径应该设多少，这个数如果大于某个数值结果就都一样了，如果较小对结果影响就很大

答案：用颗粒云模型计算出来的结果跟用随机轨道模型的结果不同。这很正常啊，因为两者的模拟方式不同，怎可能期待会有相同的結果？设置不同的最大颗粒群半径结果也有很大差异，這也是很合理的！顆粒的大小本来就会影响流场的性质。我发现耦合的时间间隔对结果的影响不是很大，那么设10，20 也都差不多。关键是颗粒云模型的最小以及最大颗粒群半径应该设多少？顆粒半径的大小，

应该取决于要模拟的物体其半径有多大（可以估计）。

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壁面热边界条件中的所有参数结合不同的壁面种类进行说明：

一、主要壁面边界参数的说明

1、壁面厚度(Wall Thickness):指定流场中Wall 的厚度，默认值0，作为0 厚度的Wall 来处理。当给定厚度的时候，因为壁本身有一定的面积，它和厚度的乘

积得到Wall 的体积，由于固体材料有一定的热容，所以这样设置后Wall 条件就有一定的热吸收和贮存的能力。一般来讲，如果在建模时把较厚的壁简化成壁面的话，有时就要考虑这种壁面的热吸收和贮存效应。

2、壁面热产生率（Heat Generator Rate）：单位体积的Wall 产生的热量。这里不要误解，因为和壁面的厚度配合使用，所以它是体积单位的倒数。如果壁面厚度为0，这个壁面热产生率也就没有意义了，因为有厚度的壁面才是有体积的壁面。

一般来讲，这种条件用来处理总的发热流率已知，均匀壁面散热问题。

注意：这两个条件和具体的壁面种类选取无关，故放在前面，单独分析。

3、热流壁(Heat Flux)：这是一个最常用的壁面条件，给定壁面的热流，通过计算可以得到壁面的温度。(**如果热流为0，就是简单而著名的绝热壁条件。)

4、温度壁（Temperature）：这个温度壁可以简单的给定常数温度，形成恒温壁，也可以用UDF 等指定随时间变化的温度。这种条件下，可以得到整个流场对壁面的热流率。

5、对流壁（Convection）：对流壁要求指定外部热对流系数（ExternalHeat Transfer Coefficient ）和外部参考温度（ External Heat SinkTemperature）,它的物理意义是，相当于在流场外，也就是壁面外指定一个给定温度和对流系数的对流源，它们向流场内通过对流的方式传输热流。

特别要注意的是，在对流壁的界面中，它们分别写成 Heat TransferCoefficient 和Free Stream Temperature。

6、辐射壁（Radiation）：辐射壁要求指定外部辐射系数（Emissivityof The External Wall Surface）和外部辐射参考温度（ Temperature ofThe Radiation Source or Sink On The Exterior）,它的物理意义是，相当于在流场外，也就是壁面外指定一个给定温度和辐射系数的辐射源，它们向流场内通过辐射的方式传输热量。

特别要注意的是，在辐射壁的界面中，它们分别写成ExternalEmissivity 和External Radiation Temperature

7、对流和辐射混合壁（Mixed）：这就是5和6中讲到的两种壁的混合,在这里就不多讲了。

8、内部辐射系数（Internal Emissivity）：当采用辐射模型计算流场热辐射的时候，如离散坐标辐射模型（DO）等，在壁面条件中增加了这样一个参数。它是一个控制壁面热辐射流率的参数。它的选定根据固体材料的种类选定。这可以查材料手册得到。

二、要明确的几个问题

1 、外部辐射系数（ External Emissivity ） VS 内部辐射系数（Internal Emissivity）。FLUENT 中采用这样两个相似的名字有它一定的道理，它们都是用来计算辐射的时候要在总辐射能量的前面用到的一个系数。但同时这样的命名也给理解造成了一定麻烦，很容易混淆。要是从物理概念上理解这两个参数就不会弄混了。外部辐射考虑当在流场外有一个辐射源向流场辐射热量的时候而用到的参数，也就是说只有你选择辐射壁或者混合壁的时候这个参数才出现，要根据流场外的辐射源来确定这个参数。内部辐射系数，是在你考虑辐射模型的条件下才出现，例如在你选择P1、DO 等计算热辐射的时候，所以这是一个根据壁面固体材料特性选择确定的参数。

特别要注意的是，不同的固体材料差别很大，具体应用的时候查材料特性手册得到。我要强调的是大家是做流体计算的，好多人都忽略了固体材料的事情，用默认的万能的铝，什么都不改，有时这是很成问题的！

2、壁面热产生率一定要和壁面厚度配合使用。

3 、分清壁面条件中给定的都是什么温度，用到的温度有三个：

Temperature 、Free Stream Temperature 和External Radiation Temperature，特别要注意，只有第一个是给定了壁面的温度，后面两个分别给出自由流的参考温度和外部辐射源的参考温度。

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湍流的数值模拟

目前采用的数值计算方法可以大致分为以下三大类：

2.1直接模拟

直接模拟就是用三维的非稳态的纳维—斯托克斯方程对湍流进行直接数值

计算的方法。要对高度复杂的湍流运动进行直接的数值计算，必须采用很小的时间与空间步长，才能分辨出湍流的详细的空间结构以及变化剧烈的特性。因此，湍流的直接数值模拟对计算机内存空间和计算速度的要求非常高，目前还无法用于工程数值计算。只有少数使用超级计算机的研究者才能从事这一类研究和计算。

2.2大涡模拟

按照湍流的涡旋学说，湍流的脉动与混合主要由大尺度的涡旋造成。大尺度的涡从主流中获得能量，他们是高度的非各向同性，而且随流动的情形而异。大尺度的涡通过互相作用把能量传递给小尺度的涡。小尺度涡的主要作用是耗散能量，它们几乎是各向同性的，而且不同的流动中的小尺度的涡有许多共性。关于

涡旋的上述认识就导致了大尺度涡模拟的数值解法。这种方法旨在用非稳态的纳维-斯托克斯方程来直接模拟大尺度涡，但不直接计算小尺度涡，小涡对大涡的影响通过近似的模型来考虑，这种大涡模拟对计算机内存以及计算速度的要求虽然仍比较高，但远低于直接模拟的方法对计算机资源的要求，在工作站上甚至个人电脑上都可以进行一定的研究工作，因而近年来的研究与应用日趋广泛。2.3应用Reynolds时均方程的模拟方法

在这类方法中将非稳态的控制方程对时间做平均，在所得的关于时均物理量的控制方程中包含了脉动量乘积的时均值等物理量，于是方程的个数将小于未知量的个数，方程组不封闭。要使方程组封闭，必须做出建设，即建立模型。

在Reynolds时均方程法中，又有Reynolds应力方程法及湍流粘性系数法两大类。其中湍流粘性系数法是目前工程流动与数值计算中应用最广泛的方法。

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多相流模型和离散相模型的区别

两相流：通常把含有大量固体或液体颗粒的气体或液体流动称为两相流；其中含有多种尺寸组颗粒群为一个“相”，气体或液体为另一“相”，由此就有气—液，气—固，液—固等两相流之分。

两相流的研究：对两相流的研究有两种不同的观点：一是把流体作为连续介质，而把颗粒群作为离散体系；而另一是除了把流体作为连续介质外，还把颗粒群当作拟连续介质或拟流体。

引入两种坐标系：即拉格朗日坐标和欧拉坐标，以变形前的初始坐标为自变量称为拉格朗日Langrangian 坐标或物质坐标；以变形后瞬时坐标为自变量称为欧拉Eulerian 坐标或空间坐标。

1.离散相模型

FLUENT在求解连续相的输运方程的同时，在拉格朗日坐标下模拟流场中离散相的第二相；

离散相模型解决的问题：煤粉燃烧、颗粒分离、喷雾干燥、液体燃料的燃烧等；

应用范围：FLUENT中的离散相模型假定第二相体积分数一般说来要小于10-12%（但颗粒质量承载率可以大于10-12%，即可模拟离散相质量流率等/大于连续相的流动）；不适用于模拟在连续相中无限期悬浮的颗粒流问题，包括：搅拌釜、流化床等；

颗粒-颗粒之间的相互作用、颗粒体积分数对连续相的影响未考虑；

湍流中颗粒处理的两种模型：Stochastic Tracking，应用随机方法来考虑瞬时湍流速度对颗粒轨道的影响；Cloud Tracking，运用统计方法来跟踪颗粒围绕某一平均轨道的湍流扩散。通过计算颗粒的系统平均运动方程得到颗粒的某个“平均轨道”

FLUENT 提供五种雾化模型：

（1）平口喷嘴雾化(plain-orifice atomizer)

（2）压力－旋流雾化(pressure-swirl atomizer)

（3）靶式雾化(flat-fan atomizer)

（4）气体辅助雾化(air-blast/air-assisted atomizer)

（5）气泡雾化(effervescent/flashing atomizer)

用户可以在Set Injection Properties 面板中选择喷嘴类型及其相应参数下面就介绍各个喷嘴模型：

概述：所有的模型都是用喷嘴的物理及尺寸参数（例如喷口直径、质量流率）来计算初始颗粒尺寸、速度、位置。

对于实际的喷嘴模拟来说，无论是颗粒的喷射角度还是其喷出时间都是随机分布的。但对FLUENT 的非雾化喷射入口来说，液滴都是在初始时刻以一个固定的轨道喷射出去（到流场中去）。喷雾模型中使用随机选择模型得到液滴的随机分布。

随机选择轨道表明初始液滴的喷射方向是随机的。所有的喷嘴模型中都要设第初始喷射角（范围），颗粒通过随机的方法在这个范围内得到一个初始喷射方向。这种方法提高了由喷射占主导地位流动的计算精度。在喷嘴附近，液滴在计算网格内的分布趋向于更加均匀，这样，通过气相作用于液滴上的曳力就加强了气相－液滴之间的耦合作用。

1. 平口喷嘴雾化(plain-orifice atomizer)模型

平口喷嘴是最常见也是最简单的一种雾化器。但对于其内部与外部的流动机制却很复杂。液体在喷嘴内部得到加速，然后喷出，形成液滴。这个看似简单的过程实际却及其复杂。平口喷嘴可分为三个不同的工作区：单相区、空穴区、以

及回流区。不同工作区的转变是个突然的过程，并且产生截然不同的喷雾状态。喷嘴内部区域决定了流体在喷嘴处的速度、初始颗粒尺寸、以及液滴分散角。2. 压力－旋流雾化喷嘴模型

另一种重要的喷嘴类型就是压力－旋流雾化喷嘴。气体透平工业的人把它称作单相喷嘴（simplex atomizer）。这种喷嘴，然后流体通过一个称作旋流片的喷头被加速后，进入中心旋流室。在旋流室内，旋转的液体被挤压到固壁，在流体中心形成空气柱，然后，液体以不稳定的薄膜状态从喷口喷出，破碎成丝状物及液滴。在气体透平、燃油炉、直接喷射点火式汽车内燃机的液体燃料燃烧中，压力－旋流雾化喷嘴使用很广泛。液体从内部流到完全雾化的过程可分为三个步骤：液膜形成、液膜破碎及雾滴形成。

3. 空气辅助雾化模型：

为了加速液膜的破碎，喷嘴经常会添加上辅助空气。液体通过喷座的作用形成液膜,空气则直接冲击液膜以加速液膜的破碎。这种雾化被称为空气辅助雾化或气泡（air-blast）迸裂雾化（依赖于空气量及其速度）。通过辅助空气的作用，可以得到更小的雾滴。这种提高雾化质量的作用机制并不清楚。一般的看法是，辅助空气加剧了液膜的不稳定性。同时，空气有助于液滴的分散，防止液滴间的碰撞。空气雾化喷嘴同压力－旋流雾化喷嘴一样被广泛应用，尤其是用在要求雾化粒径很小的场合。

FLUENT 中的空气雾化模型由压力－旋流雾化模型所衍生。有个不同点是，在空气辅助雾化模型里，用户需要直接设定液膜厚度。因为空气雾化喷嘴的液膜形成机制很多，所以必须要有此设定。这样，在空气辅助雾化喷嘴模型里就没有压力－旋流雾化模型里所具有的液膜形成方程。

用户还必须设定液膜与空气间的最大速度差。尽管这个量可以计算出来，但设定一个值之后用户就可以不必计算喷嘴的内部流动了。这个特点对大区域（喷嘴相对很小）的流动模拟很方便。

其他方面的设定与压力－雾化喷嘴模型的一样。用户必须设定质量流率和喷射角度。液膜离开喷口之后，它的初始轨道沿着设定的喷射角。如果初始液膜的轨道指向中心线，那么，喷射角度为负值。用户还需要设定喷口处液膜的内外半径。

FLUENT中文全教程1-250

FLUENT 教程 赵玉新 I、目录 第一章、开始 第二章、操作界面 第三章、文件的读写 第四章、单位系统 第五章、读入和操作网格 第六章、边界条件 第七章、物理特性 第八章、基本物理模型 第九章、湍流模型 第十章、辐射模型 第十一章、化学输运与反应流 第十二章、污染形成模型 第十三章、相变模拟 第十四章、多相流模型 第十五章、动坐标系下的流动 第十六章、解算器的使用 第十七章、网格适应 第十八章、数据显示与报告界面的产生 第十九章、图形与可视化 第二十章、Alphanumeric Reporting 第二十一章、流场函数定义 第二十二章、并行处理 第二十三章、自定义函数 第二十四章、参考向导 第二十五章、索引（Bibliography） 第二十六章、命令索引 II、如何使用该教程 概述 本教程主要介绍了FLUENT 的使用，其中附带了相关的算例，从而能够使每一位使用 者在学习的同时积累相关的经验。本教程大致分以下四个部分：第一部分包括介绍信息、用户界面信息、文件输入输出、单位系统、网格、边界条件以及物理特性。第二和第三部分包含物理模型，解以及网格适应的信息。第四部分包括界面的生成、后处理、图形报告、并行处理、自定义函数以及FLUENT 所使用的流场函数与变量的定义。 下面是各章的简略概括 第一部分： z开始使用：本章描述了FLUENT 的计算能力以及它与其它程序的接口。介绍了如何对具体的应用选择适当的解形式，并且概述了问题解决的大致步骤。在本章中，我们给出

了一个可以在你自己计算机上运行的简单的算例。 z使用界面：本章描述了用户界面、文本界面以及在线帮助的使用方法。同时也提供了远程处理与批处理的一些方法。（请参考关于特定的文本界面命令的在线帮助） z读写文件：本章描述了FLUENT 可以读写的文件以及硬拷贝文件。 z单位系统：本章描述了如何使用FLUENT 所提供的标准与自定义单位系统。 z读和操纵网格：本章描述了各种各样的计算网格来源，并解释了如何获取关于网格的诊断信息，以及通过尺度化（scale）、分区（partition）等方法对网格的修改。本章还描述了非一致（nonconformal）网格的使用. z边界条件：本章描述了FLUENT 所提供的各种类型边界条件，如何使用它们，如何定义它们and how to define boundary profiles and volumetric sources. z物理特性：本章描述了如何定义流体的物理特性与方程。FLUENT 采用这些信息来处理你的输入信息。 第二部分： z基本物理模型：本章描述了FLUENT 计算流体流动和热传导所使用的物理模型（包括自然对流、周期流、热传导、swirling、旋转流、可压流、无粘流以及时间相关流）。以及在使用这些模型时你需要输入的数据，本章也包含了自定义标量的信息。 z湍流模型：本章描述了FLUENT 的湍流模型以及使用条件。 z辐射模型：本章描述了FLUENT 的热辐射模型以及使用条件。 z化学组分输运和反应流：本章描述了化学组分输运和反应流的模型及其使用方法。本章详细的叙述了prePDF 的使用方法。 z污染形成模型：本章描述了NOx 和烟尘的形成的模型，以及这些模型的使用方法。 第三部分： z相变模拟：本章描述了FLUENT 的相变模型及其使用方法。 z离散相变模型：本章描述了FLUENT 的离散相变模型及其使用方法。 z多相流模型：本章描述了FLUENT 的多相流模型及其使用方法。 z Flows in Moving Zones（移动坐标系下的流动）：本章描述了FLUENT 中单一旋转坐标系，多重移动坐标系，以及滑动网格的使用方法。 z Solver 的使用：本章描述了如何使用FLUENT 的解法器（solver）。 z网格适应：本章描述了explains the solution-adaptive mesh refinement feature in FLUENT and how to use it 第四部分： z显示和报告数据界面的创建：本章描述了explains how to create surfaces in the domain on which you can examine FLUENT solution data z图形和可视化：本章描述了检验FLUENT 解的图形工具 z Alphanumeric Reporting：本章描述了如何获取流动、力、表面积分以及其它解的数据。 z流场函数的定义：本章描述了如何定义FLUENT 面板内出现的变量选择下拉菜单中的流动变量，并且告诉我们如何创建自己的自定义流场函数。 z并行处理：本章描述了FLUENT 的并行处理特点以及使用方法 z自定义函数：本章描述了如何通过用户定义边界条件，物理性质函数来形成自己的FLUENT 软件。 如何使用该手册 z根据你对CFD 以及FLUENT 公司的熟悉，你可以通过各种途径使用该手册 对于初学者，建议如下：

《FLUENT中文手册(简化版)》

FLUENT中文手册（简化版） 本手册介绍FLUENT的使用方法，并附带了相关的算例。下面是本教程各部分各章节的简略概括。 第一部分： ?开始使用：描述了FLUENT的计算能力以及它与其它程序的接口。介绍了如何对具体的应用选择适当的解形式，并且概述了问题解决的大致步骤。在本章中给出了一个简单的算例。 ?使用界面：描述用户界面、文本界面以及在线帮助的使用方法，还有远程处理与批处理的一些方法。?读写文件：描述了FLUENT可以读写的文件以及硬拷贝文件。 ?单位系统：描述了如何使用FLUENT所提供的标准与自定义单位系统。 ?使用网格：描述了各种计算网格来源，并解释了如何获取关于网格的诊断信息，以及通过尺度化（scale）、分区（partition）等方法对网格的修改。还描述了非一致（nonconformal）网格的使用. ?边界条件：描述了FLUENT所提供的各种类型边界条件和源项，如何使用它们，如何定义它们等 ?物理特性：描述了如何定义流体的物理特性与方程。FLUENT采用这些信息来处理你的输入信息。 第二部分： ?基本物理模型：描述了计算流动和传热所用的物理模型（包括自然对流、周期流、热传导、swirling、旋转流、可压流、无粘流以及时间相关流）及其使用方法，还有自定义标量的信息。 ?湍流模型：描述了FLUENT的湍流模型以及使用条件。 ?辐射模型：描述了FLUENT的热辐射模型以及使用条件。 ?化学组分输运和反应流：描述了化学组分输运和反应流的模型及其使用方法，并详细叙述了prePDF 的使用方法。 ?污染形成模型：描述了NOx和烟尘的形成的模型，以及这些模型的使用方法。 第三部分： ?相变模拟：描述了FLUENT的相变模型及其使用方法。 ?离散相变模型：描述了FLUENT的离散相变模型及其使用方法。 ?多相流模型：描述了FLUENT的多相流模型及其使用方法。 ?移动坐标系下的流动：描述单一旋转坐标系、多重移动坐标系、以及滑动网格的使用方法。 ?解法器（solver）的使用：描述了如何使用FLUENT的解法器。 ?网格适应：描述了如何优化网格以适应计算需求。 第四部分： ?显示和报告数据界面的创建：本章描述了explains how to create surfaces in the domain on which you can examine FLUENT solution data ?图形和可视化：本章描述了检验FLUENT解的图形工具 ?Alphanumeric Reporting：本章描述了如何获取流动、力、表面积分以及其它解的数据。 ?流场函数的定义：本章描述了如何定义FLUENT面板内出现的变量选择下拉菜单中的流动变量，并且告诉我们如何创建自己的自定义流场函数。 ?并行处理：本章描述了FLUENT的并行处理特点以及使用方法 ?自定义函数：本章描述了如何通过用户定义边界条件，物理性质函数来形成自己的FLUENT软件。 如何使用该手册 对于初学者，建议从阅读“开始”这一章起步。 对于有经验的使用者，有三种不同的方法供你使用该手册：按照特定程序的步骤从按程序顺序排列的目录列表和主题列表中查找相关资料；从命令索引查找特定的面板和文本命令的使用方法；从分类索引查找特定类别信息（在线帮助中没有此类索引，只能在印刷手册中找到它）。 什么时候使用Support Engineer：Support Engineer能帮你计划CFD模拟工程并解决在使用FLUENT 中所遇到的困难。在遇到困难时我们建议你使用Support Engineer。但是在使用之前有以下几个注意事项：●仔细阅读手册中关于你使用并产生问题的命令的信息 ●回忆导致你产生问题的每一步 ●如果可能的话，请记下所出现的错误信息 ●对于特别困难的问题，保存FLUENT出现问题时的日志以及手稿。在解决问题时，它是最好的资源。

Fluent多相流模型选择

FLUENT多相流模型 分类 1、气液或液液流动 气泡流动：连续流体中存在离散的气泡或液泡 液滴流动：连续相为气相，其它相为液滴 栓塞（泡状）流动：在连续流体中存在尺寸较大的气泡 分层自由流动：由明显的分界面隔开的非混合流体流动。 2、气固两相流动 粒子负载流动：连续气体流动中有离散的固体粒子 气力输运：流动模式依赖，如固体载荷、雷诺数和例子属性等。最典型的模式有沙子的流动，泥浆流，填充床以及各相同性流 流化床：有一个盛有粒子的竖直圆筒构成，气体从一个分散器进入筒内，从床底不断冲入的气体使得颗粒得以悬浮。 3、液固两相流动 泥浆流：流体中的大量颗粒流动。颗粒的stokes数通常小于1。大于1是成为流化了的液固流动。 水力运输：在连续流体中密布着固体颗粒 沉降运动：在有一定高度的盛有液体的容器内，初始时刻均匀散布着颗粒物质，随后，流体会出现分层。 4、三相流 以上各种情况的组合 多相流动系统的实例 气泡流：抽吸、通风、空气泵、气穴、蒸发、浮选、洗刷。 液滴流：抽吸、喷雾、燃烧室、低温泵、干燥机、蒸发、气冷、洗刷。 栓塞流：管道或容器中有大尺度气泡的流动 分层流：分离器中的晃动、核反应装置沸腾和冷凝 粒子负载流：旋风分离器、空气分类器、洗尘器、环境尘埃流动 气力输运：水泥、谷粒和金属粉末的输运 流化床：流化床反应器、循环流化床 泥浆流：泥浆输运、矿物处理 水力输运：矿物处理、生物医学、物理化学中的流体系统 沉降流动：矿物处理。 多相流模型的选择原则 1、基本原则

1)对于体积分数小于10%的气泡、液滴和粒子负载流动，采用离散相 模型。 2)对于离散相混合物或者单独的离散相体积率超出10%的气泡、液滴 和粒子负载流动，采用混合模型或欧拉模型。 3)对于栓塞流、泡状流，采用VOF模型 4)对于分层/自由面流动，采用VOF模型 5)对于气动输运，均匀流动采用混合模型，粒子流采用欧拉模型。 6)对于流化床，采用欧拉模型 7)泥浆和水力输运，采用混合模型或欧拉模型。 8)沉降采用欧拉模型 9)对于更一般的，同时包含多种多相流模式的情况，应根据最感兴趣 的流动特种，选择合适的流动模型。此时由于模型只是对部分流动特 征采用了较好的模拟，其精度必然低于只包含单个模式的流动。 2、混合模型和欧拉模型的选择原则 VOF模型适合于分层的或自由表面流，而混合模型和欧拉模型适合于流动中有相混合或分离，或者分散相的体积分数超过10%的情况（小于10%可使用离散相模型）。 1)如果分散相有宽广的分布（如颗粒的尺寸分布很宽），最好采用混 合模型，反之使用欧拉模型。 2)如果相间曳力规律一直，欧拉模型通常比混合模型更精确；若相间 曳力规律不明确，最好选用混合模型。 3)如果希望减小计算了，最好选用混合模型，它比欧拉模型少解一部 分方程；如果要求精度而不在意计算量，欧拉模型可能是更好的选择。 但是要注意，复杂的欧拉模型比混合模型的稳定性差，可能会遇到收 敛困难。

Fluent多相流模型选择与设定

1.多相流动模式 我们可以根据下面的原则对多相流分成四类： ?气-液或者液-液两相流： o 气泡流动：连续流体中的气泡或者液泡。 o 液滴流动：连续气体中的离散流体液滴。 o 活塞流动: 在连续流体中的大的气泡 o 分层自由面流动：由明显的分界面隔开的非混合流体流动。 ?气-固两相流： o 充满粒子的流动：连续气体流动中有离散的固体粒子。 o 气动输运：流动模式依赖诸如固体载荷、雷诺数和粒子属性等因素。最典型的模式有沙子的流动，泥浆流，填充床，以及各向同性流。 o 流化床：由一个盛有粒子的竖直圆筒构成，气体从一个分散器导入筒内。从 床底不断充入的气体使得颗粒得以悬浮。改变气体的流量，就会有气泡不断 的出现并穿过整个容器，从而使得颗粒在床内得到充分混合。 ?液-固两相流 o 泥浆流：流体中的颗粒输运。液-固两相流的基本特征不同于液体中固体颗 粒的流动。在泥浆流中，Stokes 数通常小于1。当Stokes数大于1 时，流动成为流化（fluidization）了的液-固流动。 o 水力运输: 在连续流体中密布着固体颗粒 o 沉降运动: 在有一定高度的成有液体的容器内，初始时刻均匀散布着颗粒物 质。随后，流体将会分层，在容器底部因为颗粒的不断沉降并堆积形成了淤 积层，在顶部出现了澄清层，里面没有颗粒物质，在中间则是沉降层，那里 的粒子仍然在沉降。在澄清层和沉降层中间，是一个清晰可辨的交界面。 ?三相流(上面各种情况的组合) 各流动模式对应的例子如下： ?气泡流例子：抽吸，通风，空气泵，气穴，蒸发，浮选，洗刷 ?液滴流例子：抽吸，喷雾，燃烧室，低温泵，干燥机，蒸发，气冷，刷洗?活塞流例子：管道或容器内有大尺度气泡的流动 ?分层自由面流动例子：分离器中的晃动，核反应装置中的沸腾和冷凝 ?粒子负载流动例子：旋风分离器，空气分类器，洗尘器，环境尘埃流动 ?风力输运例子：水泥、谷粒和金属粉末的输运

fluent多相流算例

Tutorial:Dam-Break Simulation Using FLUENT’s Volume of Fluid Model Purpose This tutorial examines the dam-break problem using the Volume of Fluid(VOF)multiphase model. This tutorial demonstrates how to do the following: ?Set up a dam-break problem. ?Choose the time step by estimating the maximum possible velocity of the interface and the grid cell dimension. ?Solve the problem using the VOF model. ?Manipulate the solution parameters. Prerequisites This tutorial assumes that you are familiar with the FLUENT interface and that you have a good understanding of basic setup and solution procedures.In this tutorial,you will use VOF multiphase model,so you should have some experience with it.This tutorial will not cover the mechanics of using this model;instead,it will focus on the application of this model to solve a dam-break problem. If you have not used this model before,it would be helpful to?rst refer to the FLUENT6.3 User’s Guide and the FLUENT6.2Tutorial Guide. Problem Description The initial setup of the dam-break problem is shown in Figure1. In this problem,a rectangular column of water,in hydrostatic equilibrium,is con?ned between two walls.Gravity is acting downwards with a magnitude of-9.81m/s2.At the beginning of the calculation,the right wall is removed and the water is allowed to?ow out to the horizontal wall.

FLUENT中两相流、多相流中模型的的选择问题

两相流：通常把含有大量固体或液体颗粒的气体或液体流动称为两相流；其中含有多种尺寸组颗粒群为一个“相”，气体或液体为另一“相”，由此就有气—液，气—固，液—固等两相流之分。 两相流的研究：对两相流的研究有两种不同的观点：一是把流体作为连续介质，而把颗粒群作为离散体系；而另一是除了把流体作为连续介质外，还把颗粒群当作拟连续介质或拟流体。 引入两种坐标系：即拉格朗日坐标和欧拉坐标，以变形前的初始坐标为自变量称为拉格朗日Langrangian 坐标或物质坐标；以变形后瞬时坐标为自变量称为欧拉Eulerian 坐标或空间坐标。 一.离散相模型 FLUENT在求解连续相的输运方程的同时，在拉格朗日坐标下模拟流场中离散相的第二相；← 离散相模型解决的问题：煤粉燃烧、颗粒分离、喷雾干燥、液体燃料的燃烧等；← 应用范←围：FLUENT中的离散相模型假定第二相体积分数一般说来要小于10-12%（但颗粒质量承载率可以大于10-12%，即可模拟离散相质量流率等/大于连续相的流动）；不适用于模拟在连续相中无限期悬浮的颗粒流问题，包括：搅拌釜、流化床等； 颗粒-颗粒之间的相互作用、颗粒体积分数对连续相的影响未考虑；← 湍流中颗粒处理的两种模型：Stochastic Tracking，应用随机方法来考虑瞬时湍流速度对颗粒轨道的影响；Cloud Tracking，运用统计方法来跟踪颗粒围绕某一平均轨道的湍流扩散。通过计算颗粒的系统平均运动方程得到颗粒的某个“平均轨道”← 二.多相流模型 FLUENT中提供的模型： VOF模型(Volume of Fluid Model)← 混合模型(Mixture Model)← 欧拉模型(Eulerian Model)← 1.VOF模型(Volume of Fluid Model) VOF模型用来处理没有相互穿插的多相流问题，在处理两相流中，假设计算的每个控制容积中第一相的体积含量为α1，如果α1=0，表示该控制容积中不含第一相，如果α1=1，则表示该控制容积中只含有第一相，如果0←<α1<1，表示该控制容积中有两相交界面； VOF方法是用体积率函数表示流体自由面的位置和流体所占的体积，其方法占内存小，是一种简单而有效的方法。← 2.混合模型(Mixture Model) 用混合特性参数描述的两相流场的场方程组称为混合模型；← 考虑了界面传递特性以及两相间的扩散作用和脉动作用；使用了滑移速度的概念，允许相以不同的速度运动；← 用于模拟各相有不同速度的多相流；也用于模拟有强烈耦合的各向同性多相流和各相以相同速度运动的多相流；← 缺点：界面特性包括不全，扩散和脉动特性难于处理。← 3.欧拉模型(Eulerian Model) 欧拉模型指的是欧拉—欧拉模型；← 把颗粒和气体看成两种流体，空间各点都有这两种流体各自不同的速度、温度和密度，这些流体其存在在同一空间并相互渗透，但各有不同的体积分数，相互间有滑移；←

ICEMCFD与FLUENT培训

ICEMCFD与FLUENT培训 软件介绍： ICEM CFD是目前CFD 分析中最常用的专业的网格前处理软件，功能强大，是STAR-CD、STAR-CCM+、FLUENT和CFX等主流计算流体力学软件标准配置的网格前处理工具。另外ICEM CFD也可以作为有限元分析软件（如：Ansys、Nastran、Abaqus、LS-Dyna 等）的网格前处理工具。ICEM CFD是目前市场上最强大的六面体结构化网格生成工具。 ANSYS FLUENT是目前全球通用的商用CFD 软件，用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动。由于采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术，因而FLUENT 能达到最佳的收敛速度和求解精度。灵活的非结构化网格和基于解的自适应网格技术及成熟的物理模型，使FLUENT在转捩与湍流、传热与相变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、动/变形网格、噪声、材料加工、燃料电池等方面有广泛应用。ANSYS FLUENT在国防、航空航天、机器制造、汽车、船泊、兵器、电子、铁道、石油天然气、材料工程等行业都有着广泛的应用。 培训目的： 通过本次培训，学员将系统地掌握ICEM CFD 中几何功能、网格功能以及网格编辑功能，使学员能够使用强大的前处理工具ICEM CFD 解决自己的一些CAE前处理问题。 同时帮助学员系统地学习计算流体力学（Computational Fluid Dynamics-CFD）知识与当前最流行的CFD软件ANSYS-FLUENT的使用。掌握CFD分析的基本过程与原理，在最短的时间掌握应用FLUENT软件对流体流动、湍流、传热、多相流等物理现象进行分析。使得学员在培训后，面对企业所需解决的工程问题，能够独立地对其进行分析，正确地确立解决问题的思路，然后合理应用CFD软件对其进行求解，并对分析结果进行恰当的分析，真正地帮助企业进行产品的设计与开发。 课程简介：

FLUENT算例 9模拟燃烧

计算流体力学作业FLUENT 模拟燃烧 问题描述:长为2m、直径为0、45m的圆筒形燃烧器结构如图1所示,燃烧筒壁上嵌有三块厚为0、0005 m,高0、05 m的薄板,以利于甲烷与空气的混合。燃烧火焰为湍流扩散火焰。在燃烧器中心有一个直径为0、01 m、长为0、01 m、壁厚为0、002 m的小喷嘴,甲烷以60 m/s的速度从小喷嘴注入燃烧器。空气从喷嘴周围以0、5 m/s的速度进入燃烧器。总当量比大约就是0、76(甲烷含量超过空气约28%),甲烷气体在燃烧器中高速流动,并与低速流动的空气混合,基于甲烷喷嘴直径的雷诺数约为5、7×103。 假定燃料完全燃烧并转换为:CH4+2O2→CO2+2H2O 反应过程就是通过化学计量系数、形成焓与控制化学反应率的相应参数来定义的。利用FLUENT的finite-rate化学反应模型对一个圆筒形燃烧器内的甲烷与空气的混合物的流动与燃烧过程进行研究。 1、建立物理模型,选择材料属性,定义带化学组分混合与反应的湍流流动边界条件 2、使用非耦合求解器求解燃烧问题 3、对燃烧组分的比热分别为常量与变量的情况进行计算,并比较其结果 4、利用分布云图检查反应流的计算结果 5、预测热力型与快速型的NO X含量 6、使用场函数计算器进行NO含量计算 一、利用GAMBIT建立计算模型 第1步启动GAMBIT,建立基本结构 分析:圆筒燃烧器就是一个轴对称的结构,可简化为二维流动,故只要建立轴对称面上的二维结构就可以了,几何结构如图2所示。 (1)建立新文件夹 在F盘根目录下建立一个名为combustion的文件夹。 (2)启动GAMBIT

(3)创建对称轴 ①创建两端点。A(0,0,0),B(2,0,0) ②将两端点连成线 (4)创建小喷嘴及空气进口边界 C D E F G x 0 0、01 0、01 0 0 y 0、005 0、005 0、007 0、007 0、225 ②连接AC、CD、DE、DF、FG。 (5)创建燃烧筒壁面、隔板与出口 H I J K L M N x 0、500 0、505 1、000 1、005 1、500 1、505 2、000 ②将H、I、J、K、L、M、N向Y轴负方向复制,距离为板高度0、05。 ③连接GH、HO、OP、PI、IJ、JQ、QR、RK、KL、LS、ST、TM、 MN、NB。 (6)创建流域 将以上闭合线段创建为面。 第2步对空气进口边界进行网格划分 （1）划分甲烷进口边界为等距网格 ①点击Edges右侧黄色区域 ②按下Shift+鼠标左键,点击AC线段 ③Type选Successive Ratio,Radio 选1 ④在Spacing下面白色区域右侧下拉列表中选择Interval count