第08章 fluent基本物理模型

基本物理模型

本章介绍了FLUENT所提供的基本物理模型以及相关的定义和使用。 基本物理模型概述

FLUENT提供了从不可压到可压、层流、湍流等很大范围模拟能力。在FLUENT中,输运现象的数学模型与所模拟的几何图形的复杂情况是结合在一起的。FLUENT应用的例子包括层流非牛顿流的模拟,涡轮机和汽车引擎的湍流热传导,锅炉内煤炭粉碎机的燃烧,可压射流,空气动力外流,以及固体火箭发动机的可压化学反应流。

为了与工业应用相结合,FLUENT提供了很多有用的功能。如多孔介质,块参数(风扇和热交换),周期性流动和热传导,涡流,以及移动坐标系模型。移动参考系模型可以模拟单一或者多个参考系。FLUENT还提供了时间精度滑动网格方法以及计算时间平均流动流场的混合平面模型,滑动网格方法在模拟涡轮机多重过程中很有用。FLUENT中另一个很有用的模型是离散相模型,这个模型何以用于分析喷雾和粒子流。,多项流模型可以用于预测射流的破散以及大坝塌陷之后流体的运动,气穴现象,沉淀和分离。

湍流模型是FLUENT中很重要的一部分,湍流会影响到其它的物理现象如浮力和可压缩性。湍流模型提供了很大的应用范围,而不需要对特定的应用做出适当的调节,而且它涵括了其它物理现象的影响,如浮力和可压缩性。通过使用扩展壁面函数和区域模型,它可以对近壁面的精度问题有很好的考虑。

各种热传导模式可以被模拟,其中包括具有或不具有其它复杂性如变化热传导的,多孔介质的自然的、受迫的以及混合的对流。模拟相应介质的辐射模型及子模型的设定通常可以将燃烧的复杂性考虑进来。FLUENT一个最强大的功能就是它可以通过耗散模型或者和概率密度函数模型来模拟燃烧现象。对于燃烧应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烧以及污染形成模型。

连续性和动量方程

对于所有的流动,FLUENT都是解质量和动量守恒方程。对于包括热传导或可压性的流动,需要解能量守恒的附加方程。对于包括组分混合和反应的流动,需要解组分守恒方程或者使用PDF模型来解混合分数的守恒方程以及其方差。当流动是湍流时,还要解附加的输运方程。

本节所介绍的是层流流动的守恒方程(在惯性(无加速度)的坐标系中)。后面几节将会讨论热传导、湍流模拟以及组分输运的守恒方程。关于旋转坐标系中的方程将在移动区域的流动中介绍。

欧拉方程用于解决无粘流动,将在无粘流动一节中介绍

质量守恒方程

质量守恒方程又称连续性方程:

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