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FLUENT6.1 全攻略 第七章 FLUENT的物理模型 FLUENT6.1 中采用的物理模型包括基本流动模型、湍流模型、动网格模型、化学反应 模型、燃烧模型、PDF 模型、弥散相模型、多相流模型、热交换模型、气动噪声模型和固 化与熔化模型等等，可以模拟包括可压、不可压、定常、非定常等流动范围的问题，涉及 的工业应用领域包括加工设备中的层流非牛顿流体问题、旋转机械和风扇问题、空气动力 学内外流问题、多相流问题、多孔介质问题、气动噪声问题等等。限于本书篇幅，本章仅 介绍与软件使用相关的内容，更深入的理论知识，请读者参阅有关专业方向的参考资料。 7.1 基本流动模型 FLUENT 在所有问题的求解过程中都会求解质量和动量的守恒方程。在涉及到可压缩 性和热交换的问题时则求解能量方程。如果计算问题中包含组分输运过程，比如在化学反 应流，或混合物流动的计算中，则增加对组分浓度方程的求解。在包含湍流模型的问题中， 还会增加对湍流动能等湍流变量的守恒方程的求解。 7.1.1 周期性流动 周期性流动即流动中包含周期性特征的流动。周期性流动特征则是在一定的时间、空 间间隔上流场变量或其导数重复出现的现象。当然从严格的数学意义上说，周期性流动中 流场变量或其导数值可能只是在一定的时间、空间间隔上出现近似解，而不一定是绝对相 等的解。如果严格按照数学定义来定义周期性，显然会增加软件设计的难度，因此FLUENT 中所说的周期性是绝对相等的变量或其增量在一定时间、空间间隔上重复出现的现象。 如边界条件一章中所述，周期性边界条件包括旋转周期性条件和平移边界条件，即沿 圆周方向呈周期性流动特点，或沿直线方向呈周期性流动特点。周期性流动的另一个分类 方法是看流动过程中是否存在压力降，即有压力降的周期性流动和无压力降的周期性流动。 本章讨论的流向周期性流动（streamwise periodic flows ），指的是沿流动方向存在周期性特 征，同时不存在压力降的情况。在周期性流动中，相隔固定空间距离的速度分量和压强的 值是相等的。 在周期性计算中，流动必须满足的条件包括： （1）流动为不可压流。 （2 ）流场在流动方向上的几何特征具有周期性特征。 （3 ）如果采用耦合求解器，只能给定压强增量。如果采用分离求解器，则可以同时给 1 This is trial version FLUENT6.1 全攻略 定压强增量和质量流量。 （4 ）在流场入口和出口上没有质量的净增量。 （5 ）弥散相模型、多相流模型和反应流模型不能出现在计算中。 在采用分离求解器时，周期性流动计算的设置面板为周期性条件（Periodicity Conditions ）面板： Define-Periodic Conditions... 图7-1 周期性条件面板 设定过程中首先选择采用质量流（Specify Mass Flow）或压强梯度（Specify Pressure Gradient ）定义方式。然后相应地在下面栏目中输入质量流或压强梯度的值，并定义流场温 度和方向。假设采用质量流方式，则压强梯度要通过计算获得，此时定义松弛因子 （Relaxation Factor ）和迭代次数（Number of Iteratons ），就可以通过系统计算出压强梯度 的值。 在采用耦合求解器时，应该在周期性（Periodic ）面板中进行设置： Define-Boundary Conditions... 如图 7-2 所示，在周期性面板中在选定的区域上设定周期性计算的类型，即平移型还 是旋转型，同时给出周期性压强增量的值，点击 OK 按钮即可。 2 This is trial version FLU