Fluent物理模型概述

Fluent为各种不可压缩和可压缩、层流和湍流流体流动问题提供了全面的模拟能力。可以进行稳态或瞬态分析。在Fluent中，大量传输现象的数学模型(如传热和化学反应)与复杂几何模型的能力相结合。Fluent应用实例包括:工艺设备层流非牛顿流;叶轮机械与汽车发动机部件的共轭传热；电站锅炉中煤粉燃烧的分析；外部空气动力学;通过压缩机、泵和风扇的流量;以及气泡塔和流化床中的多相流。

为了模拟工业设备和过程中的流体流动和相关的运输现象，本教程提供了各种有用的特性。包括多孔介质、集总参数(风扇和热交换器)、流向周期性流动和传热、涡流和移动参考系模型。模型的移动参照系系包括对单个或多个参照系建模的能力。此外，还提供了一种时间精确的滑动网格方法，用于叶轮机械应用中的多级建模，例如，计算时间平均流场的混合平面模型。

Fluent中另一组非常有用的模型是一组自由面和多相流模型。这些可用于分析气-液、气-固、液-固和气-液-固流动。针对这类问题，Fluent提供了(VOF)、混合模型、欧拉模型以及离散相模型(DPM)。DPM对分散相(粒子、液滴或气泡)进行拉格朗日轨迹计算，包括与连续相耦合。多相流的例子包括明渠流、喷雾、沉降、分离和空化。

在Fluent模型中，鲁棒性和准确性是湍流模型至关重要的组成部分。所提供的湍流模型具有广泛的适用性，而且还包括其他物理现象的影响，如浮力和压缩性。通过使用壁面函数和分区处理模型来求解近壁区域。

各种传热模式可以模拟，包括自然对流、强迫对流、混合对流、多孔介质等。辐射模型和一些子模型都是可以使用的，还可以计算燃烧。Fluent的一个特别的优点是它能够使用多种模型来模拟燃烧现象，包括涡流耗散模型和概率密度函数模型。还有许多其他模型对于反应流应用非常有用，包括煤和液滴燃烧、表面反应和污染物形成模型。总之，fluent提供了丰富的模型让你来模拟你所感兴趣的问题。

对于所有流动，Fluent求解质量和动量守恒方程。对于涉及传热或压缩的流动，求解一个额外的能量守恒方程。对于涉及组分混合或反应的流动，求解了组分守恒方程;如果使用非预混燃烧模型，求解了混合分数及其守恒方程。当流动是紊流时，附加输运方程也被求解。

在Fluent中可以模拟两种类型的周期性流动。在第一种情况下，周期平面上没有压降。在第二种类型中，压力降发生在平移周期边界上，引起“充分发展”或“流向周期性”流动。

Fluent提供了计算纵向周期性或“完全开发”流体流动的能力。这些流动在各种应用中都会遇到，包括在紧凑热交换器通道中的流动和跨管组的流动。在这种流动构型中，几何形状沿着流动方向以重复的方式变化，导致周期性的完全发展的流动状态。流向周期性流动的其他例子包括管道和管道中完全发展的流动。这些周期性条件是在足够的入口长度后实现的，入口长度取决于流动的雷诺数和几何形状。

许多重要的工程流动都涉及到旋流或旋转，Fluent可以很好地模拟这些流动。旋流是燃烧过程中常见的流动现象，在燃烧器和燃烧室中引入旋流是为了增加燃烧停留时间，使流动形态更加稳定。在叶轮机械、混合槽和各种其他应用中也会遇到旋转流动。