Fluent多孔介质模型讲解

fluent多孔介质非平衡热模型

fluent多孔介质非平衡热模型
Fluent多孔介质非平衡热模型是针对多孔介质内部非平衡热传导现象而开发的一种数值模型，常用于研究岩石、煤矿、土壤等多孔介质内部的温度分布和热传输特性。

下面我们分步骤来详述这种模型的原理和应用。

一、多孔介质的物理现象
多孔介质是指由固相和空气、水等流体组成的介质，其物理性质和热传导特性与普通固体有所不同。

在多孔介质内，流体和固相之间的热传导存在着非平衡现象，即流体和固相的温度不相等。

二、Fluent多孔介质非平衡热模型的原理
Fluent多孔介质非平衡热模型通过建立多孔介质中流体和固相之间的能量差，来模拟多孔介质内部的非平衡热传导现象。

具体来说，该模型将多孔介质看作一个由不同孔隙大小和形状的小孔隙组成的连续介质，在计算时考虑每个小孔隙内的流体和固相的温度分布和热传输情况。

在Fluent多孔介质非平衡热模型中，流体和固相之间的能量传递被分解为两个部分：对流传热和固相-流体传热。

其中，对流传热主要是指流体在小孔隙内通过对流传播热量的过程，而固相-流体传热则是指流体与固相之间通过传导传热的过程。

三、Fluent多孔介质非平衡热模型的应用
Fluent多孔介质非平衡热模型在多孔介质热传输领域具有广泛应用。

如在岩石、土壤中的热传输现象研究中，该模型可用于模拟地下水热交换、地热能利用等方面的问题。

此外，该模型在生物医学领域中的应用也逐渐增多，如可用于模拟组织和器官内部的热代谢过程，进而帮助医学研究者预测疾病的发展趋势。

综上所述，Fluent多孔介质非平衡热模型是一种有效描述多孔介质内部非平衡热传导现象的数值模型，其应用对地下热交换、组织生物学等领域具有深远的意义。

fluent多孔介质孔隙率

fluent多孔介质孔隙率FLUENT多孔介质是一个非常有用的数值模拟工具，因为它可以模拟各种多孔介质的过程。

其中，孔隙率是一个非常重要的参数，因为它可以影响多孔介质的物理和化学性质以及与周围环境的相互作用。

在本文中，我们将探讨FLUENT多孔介质中的孔隙率参数，帮助您更好地理解与其相关的内容。

步骤1：什么是孔隙率？孔隙率是指一个多孔介质中孔隙的总体积与样品总体积的比值。

可以用以下公式表示：φ = Vp / Vt × 100%其中，φ表示孔隙率，Vp表示孔隙的总体积，Vt表示样品的总体积。

步骤2：FLUENT多孔介质中的孔隙率参数在FLUENT中，我们可以使用两种方式来设置孔隙率参数：松散介质模型和实体多孔介质模型。

松散介质模型是一种将多孔介质视为连续介质的模型，其中孔隙率可以通过设置固体和流体的体积分数来确定。

在这种模型中，流体和固体的性质可以根据材料库选择或手动输入来确定。

实体多孔介质模型是一种将真实多孔介质视为离散孔隙和固体组成的模型。

在这种模型中，我们可以通过设置多孔介质的几何形状和孔隙率来模拟多孔介质的过程。

如果知道多孔介质的孔隙率，则可以手动输入。

如果不知道孔隙率，则可以使用体积渗透率来计算它。

步骤3：FLUENT多孔介质模拟中的应用FLUENT多孔介质模拟可以应用于许多领域，如环境保护，油藏开发，地下水资源管理等。

例如，在地下水资源管理中，孔隙率是一个非常重要的参数，因为它可以反映地下水含量和通透性。

使用FLUENT 多孔介质模拟可以确定地下水流量和渗透性，从而更好地管理我们的水资源。

类似的，FLUENT多孔介质也可以在油藏开发中估计原油储藏量和溢油模拟中模拟油污运移等。

总结FLUENT多孔介质模拟是一种非常强大的工具，可以帮助我们更好地理解多孔介质的物理和化学性质，以及与周围环境的相互作用。

孔隙率作为这个模拟过程中的一个重要参数，可以影响多孔介质的特性和FLUENT多孔介质模拟的精度。

【2019年整理】多孔介质-Fluent模拟

7.19多孔介质边界条件多孔介质模型适用的范围非常广泛，包括填充床，过滤纸，多孔板，流量分配器，还有管群，管束系统。

当使用这个模型的时候，多孔介质将运用于网格区域，流场中的压降将由输入的条件有关，见Section 7.19.2.同样也可以计算热传导，基于介质和流场热量守恒的假设，见Section 7.19.3.通过一个薄膜后的已知速度/压力降低特性可以简化为一维多孔介质模型，简称为“多孔跳跃”。

多孔跳跃模型被运用于一个面区域而不是网格区域，而且也可以代替完全多孔介质模型在任何可能的时候，因为它更加稳定而且能够很好地收敛。

见Section 7.22.7.19.1 多孔介质模型的限制和假设多孔介质模型就是在定义为多孔介质的区域结合了一个根据经验假设为主的流动阻力。

本质上，多孔介质模型仅仅是在动量方程上叠加了一个动量源项。

这种情况下，以下模型方面的假设和限制就可以很容易得到：•因为没有表示多孔介质区域的实际存在的体，所以fluent默认是计算基于连续性方程的虚假速度。

做为一个做精确的选项，你可以适用fluent中的真是速度，见section7.19.7。

•多孔介质对湍流流场的影响，是近似的，见7.19.4。

•当在移动坐标系中使用多孔介质模型的时候，fluent既有相对坐标系也可以使用绝对坐标系，当激活相对速度阻力方程。

这将得到更精确的源项。

相关信息见section7.19.5和7.19.6。

•当需要定义比热容的时候，必须是常数。

7.19.2 多孔介质模型动量方程多孔介质模型的动量方程是在标准动量方程的后面加上动量方程源项。

源项包含两个部分：粘性损失项（达西公式项，方程7.19-1右边第一项），和惯性损失项（方程7.19-1右边第二项）(7.19-1)式中，si是i（x，y，z）动量方程的源项，是速度大小，D和C是矩阵。

动量源项对多孔介质区域的压力梯度有影响，生成一个与速度大小（速度平方）成正比的压降。

fluent多孔介质模型

多孔介质模型
多孔介质是由多相物质所占据的共同空间，也是多相物质共存的一种组合体，没有固体骨架的那部分空间叫做孔隙，由液体或气体或气液两相共同占有，相对于其中一相来说，其他相都弥散在其中，并以固相为固体骨架，构成空隙空间的某些空洞相互连通。
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。
用Van Winkle方程计算带方孔的多孔板上压强的损失。方程的提出者认为该方程适用于呈三角形分布的等距方孔板的湍流计算，具体形式如下：
式中m为通过板的质量流量，fA为孔的总面积，pA板的总面积(固体与孔的和)，D/ t孔直径与板厚之比,C是随雷诺数和D/t变化的系数，其值可以通过查表获得。在t/D>1.6,且Re>4000时，C近似等于0.98，其中雷诺数是用孔的直径做特征长，孔中流体的速度做特征速度求出的。
多孔介质模拟方法是将流动区域中固体结构的作用看作是附加在流体上的分布阻力。

动量方程能量方程的处理阻力系数的推导操作步骤（实例）

后处理
2
计算流体力学控制方程
div u div grad S t

时间项
对流项变数
扩散项扩散系数 0
D 0 0 C 0 C11 C 13 v x 12 13 vx x 1 D 0 v v C 0 C C 0 23 y 22 22 23 v y y 21 2 C D33 C 0 C33 31 32 33 v z z vz 0
△Py, △Pz分别是x,y,z三个方向的压力降。△nx, 别是多孔介质在x,y,z三个方向的真实厚度。

Fluent计算多孔介质模型资料

广东省深圳市宝安区沙井辛养社区西部工业园 TEL:+86-755-3366-8888 FAX:+86-755-3366-0612Fluent计算多孔介质模型资料这是一个多孔介质例子，进口速度为0.01m/s,组份为液态水和氧气，其中氧气从多孔介质porous jump 渗透过去，如何看氧气在tissue中扩散的。

porous jump的face permeability1 a=e-8 m_2thickness 设为0.0001pressure jump coefficient为默认porous zone设置如下：direction vector 1, 1,viscous resistance 100 eachinertial resistance 100 eachporosity 0.1边界条件设置如下：Ab – wall - defaultBc – wall – defaultBe – porous jump – face permeability 1e-8, porous medium thickness0.0001Cd – outflow rating – 0.5De – wall – defaultDefault interior – interiorDefault interior001 – interiorDefault interior019 – interiorEf – wall - defaultFg – outflow rating – 1Fluid - porous zone - direction vector 1, 1, viscous resistance 100 each,inertial resistance 100 each, porosity 0.1Gh- wall - defaultHi – wall - defaultHk - porous jump same conditions as otherIj – outflow – 0.5Jk – wall – defaultKl – wall – defaultLa – velocity inlet – 0.01 m/s, temperature 300K, 0.5 mass fraction O2 Lfluid – porous zone - direction vector 1, 1, viscous resistance 100 each,inertial resistance 100 each, porosity 0.1Pipefluid – fluid – default (no porous zone)Models – species transport – water and oxygen mixtureVariations – different boundary conditions at top and bottom (outflow, wall ect)注意,其中porous zone在gambit中设置为fluid，在fluent中设置为porous zone边界条件设置如下：Ab – wall - defaultBc – wall – defaultBe – porous jump – face permeability 1e-8, porous medium thickness0.0001Cd – outflow rating – 0.5De – wall – defaultDefault interior – interiorDefault interior001 – interiorDefault interior019 – interiorEf – wall - defaultFg – outflow rating – 1Fluid - porous zone - direction vector 1, 1, viscous resistance 100 each,inertial resistance 100 each, porosity 0.1Gh- wall - defaultHi – wall - defaultHk - porous jump same conditions as otherIj – outflow – 0.5Jk – wall – defaultKl – wall – defaultLa – velocity inlet – 0.01 m/s, temperature 300K, 0.5 mass fraction O2 Lfluid – porous zone - direction vector 1, 1, viscous resistance 100 each,inertial resistance 100 each, porosity 0.1Pipefluid – fluid – default (no porous zone)Models – species transport – water and oxygen mixtureVariations – different boundary conditions at top and bottom (outflow, wall ect) 注意,其中porous zone在gambit中设置为fluid，在fluent中设置为porous zone。

FLUENT多孔介质条件

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：
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：
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。
6. 7.
如果合适的话，限制多孔区域的湍流粘性。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）
在多孔介质区域三个坐标方向的压降为：
其中为多孔介质动量方程1中矩阵 D 的元素 vj 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。.

FLUENT多孔介质数值模拟设置

FLUENT多孔介质数值模拟设置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：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：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：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。

FLUENT中定义多孔介质的方法

FLUENT中定义多孔介质的方法多孔介质计算中需要输入的项目如下：（1）定义多孔介质区域。

（2）定义多孔介质速度函数形式。

（3）定义流过多孔介质区的流体属性。

（4）设定多孔区的化学反应。

（5）设定粘性阻力系数。

（6）设定多孔介质的多孔率。

（7）在计算热交换的过程中选择多孔介质的材料。

（8）设定多孔介质固体部分的体热生成率。

（9）设定流动区域上的任意固定值的流动参数。

（10）需要的话，将多孔区流动设为层流，或取消湍流计算。

（11）定义旋转轴或区域的运动。

经过痛苦的一段经历，终于将局部问题真相大白，为了使保位同仁不再经过我之痛苦，现在将本人多孔介质经验公布如下，希望各位能加精：1。

Gambit中划分网格之后，定义需要做为多孔介质的区域为fluid,与缺省的fluid 分别开来，再定义其名称，我习惯将名称定义为porous;2。

在fluent中定义边界条件define-boundary condition-porous(刚定义的名称)，将其设置边界条件为fluid,点击set按钮即弹出与fluid边界条件一样的对话框，选中porous zone与laminar复选框,再点击porous zone标签即出现一个带有滚动条的界面；3。

porous zone设置方法：1）定义矢量：二维定义一个矢量，第二个矢量方向不用定义，是与第一个矢量方向正交的；三维定义二个矢量，第三个矢量方向不用定义，是与第一、二个矢量方向正交的；（如何知道矢量的方向：打开grid图，看看X,Y,Z的方向，如果是X向，矢量为1,0,0,同理Y向为0,1,0，Z向为0,0,1,如果所需要的方向与坐标轴正向相反，则定义矢量为负）圆锥坐标与球坐标请参考fluent帮助。

2）定义粘性阻力1/a与内部阻力C2：见附fluent中多孔粘性阻力系数与惯性阻力系数的方法：对比Darcy 定律v K J =⋅J 为水力坡度，即流经路径长度为L 的水头损失，m/m ；K 为比例系数，也称渗流系数，m/sg p v Kρ∆=- p μνα∆=- 这样可以得到，g K ρμα=，所以1g K ραμ= 其中： 1α为粘性阻力系数，1/m 2； K 为比例系数，也称渗流系数，m/s ；μ为动力粘度，Pa.s ；ρ为流体密度，kg/m 3；g 为重力加速度，m/s 2；采用20℃饱和水的物性参数：密度为998.2kg/m 3 ，运动粘度1.004×10-3Pa.s ；渗流速度取1.0×10-6m/s ，K 取1.0×10-4m/s ，水力坡度约为0.01m/m ； 10461998.29.89.74101.010100410g K ραμ--⨯===⨯⨯⨯⨯ 3）如果了定义粘性阻力1/a 与内部阻力C2,就不用定义C1与C0，因为这是两种不同的定义方法，C1与C0只在幂率模型中出现，该处保持默认就行了；4）定义孔隙率porousity ，默认值1表示全开放，此值按实验测值填写即可。

多孔介质-Fluent模拟