文档介绍：1 基本流动本节对 ANSYS FLUENT 提供的有关流动基本物理模型的数学背景进行了描述。主要包括以下内容: ? ANSYS FLUENT 中的物理模型概述?连续方程及动力方程?用户定义标量( UDS )传输方程?周期流动?漩涡及旋转流动?可压缩流动?无粘流动 ANSYS 中物理模型概述 ANSYS FLUENT 提供了广泛的对可压缩流动、不可压缩流动、层流及湍流流动问题的模拟能力。能进行稳态及瞬态流动分析。在 ANSYS FLUENT 中,广泛的数学模型,能用于复杂几何结构的传输现象(如热传递及化学反应)中。例如使用 ANSYS FLUENT 模拟过程装备中的层流非牛顿流体流动;旋转机械及汽车引擎中的共轭热传递问题;锅炉中的煤粉燃烧;压缩机、泵及风扇中的流动; 泡罩塔及流化床中的多相流动等。为了对工业设备及过程中的流动与传递现象进行模拟, FLUENT 提供了大量的有用特性。包括多孔介质,集总参数(风扇及换热器) ,周期流动及热传递, 旋转及移动参考系模型。移动参考系模型包括模拟单参考系及多参考系能力。时间精确的滑移网格方法,对于模拟多级旋转机械问题特别有用。另外 ANSYS FLUENT 提供的特别有用的模型为自由表面及多相流动模型, 这对于气液、气固、液固及气-液-固流动非常有用。在这些类型的问题中,除离散相模型( DPM )外, FLUENT 还提供了 VOF , mixtrue ,及欧拉模型。离散相模拟利用拉格朗日对分散相(如粒子,液滴,气泡等)轨迹进行计算,包括与连续相的耦合计算。多相流动的例子如明渠流动、喷雾、沉降、分离及气穴等。健壮及精确的湍流模型是 ANSYS FLUENT 模拟的一个至关重要的部分。湍流模型的提供具有广泛的应用。同时其还包括对其他物理现象的模拟,例如浮力及可压缩性。通过使用扩展的壁面函数及区域模拟,对于近壁区域进行精确模拟。能够模拟大量热传递模式,例如包括或不包括共轭热传递的自然、强制及混合对流模拟。辐射模型及相关的子模型能够用于燃烧模拟。 ANSYS FLUENT 的一个特殊能力在于提供了大量模型用于模拟燃烧详细,包括涡耗散( EDC )及概率分布函数模型( PDF ) 。另外一个非常有用的模型能够用于反应流问题中,包括煤及液滴燃烧、表面反应及污染物形成模型。连续及动量方程对于所有流动问题, ANSYS FLUENT 求解质量守恒及动量守恒方程。对于涉及到热传递或可压缩问题,一个关于能量守恒的方程需要被求解。对于组分混合或反应的问题,则必须求解组分守恒方程。如果使用了非预混燃烧模型,则还必须求解混合分数守恒方程。当流动为湍流时,则必须求解额外的传输方程。本节主要讨论惯性坐标系中层流流动守恒方程。对于旋转参考系中的数学模型将在第二章中进行描述。关于热传递、湍流模型及组分传输的数学模型也将在后续章节进行讨论。质量守恒方程质量守恒方程或连续性方程,可以写成以下形式: ?? m v S t ?????? ???( ) 方程( )是质量守恒方程的通用形式,且能用于不同压缩流动与可压缩流动中。源项 mS 为分散相或其他用户自定义源项附加到连续相的质量。对于 2D 对称几何结构,连续方程为: ???? r x r m v v v S t x r r ??? ?? ? ?? ???? ? ?( ) 此处 x 为轴向坐标, r 为径向坐标, xv 为轴向速度, rv 为径向速度。动量守恒方程惯性参考性中的动量守恒方程可用式( )进行描述。?????? v vv p g F ? ? ?????? ??????????? ?? ?( ) 式中,p 为静压,?为应力张量,g??及F ?为重力及外部体力(如由分散相相互作用引起的),另外, F ?同时包含了模型相关的源项,如多孔介质及用户自定义源项。应力张量?由下式给出: ?? 23 T v v vI ? ?? ?? ??????? ?? ?? ? ?( ) 此时?为摩尔粘度, I 为单位张量,右侧的第二项为体积扩大效应。对于 2D 对称几何模型,轴向及径向动量守恒方程由以下方程给出: 及式中: zv 为旋转速度。用户自定义标量( UDS )传输方程 ANSYS FLUENT 能够求解类似于组分质量分数的标量传输方程。在一些燃烧应用或类似于等离子增强表面反应模拟中,可能需要