Figure 1:各向异性热传导面板
注意:e(hat)_ij可以是非对称矩阵,你可以在各向异性热传导面板的矩阵分量中指定矩阵的各分量。K可以指定为温度的函数或者其他常用的方法(常数、多项式、分段线性或分段多项式),这些都是从传导系数下面的下拉列表中选择得到的(详细内容请参阅常数热传导系数和温度相关热传导系数的输入的相关章节) 。
7.5指定热容
当能量方程被使用时,必须指定热容。FLUENT提供了几种定义热容的方法: ? 常数热容
? 温度和/或组分相关热容 ? 分子运动论
本节详细地介绍了每一个选项的输入和控制模型(自定义函数将会在自定义函数一章介绍)。在所有的情况下你都要在使用材料面板一节中的1的Cp中定义。菜单:Define/Materials...。
指定热容的单位为国际标准单位的J/kg-K或者英制单位的BTU/lbm-R。
注意:对于燃烧方面的应用,推荐使用温度相关方法指定热量。
7.5.1指定热容所需要输入的常数
如果你要定义热容,请在使用材料面板一节中的1的Cp右边的下拉列表中选择常数并输入相应的热容值。
默认流体空气的热容默认为1006.43 J/kg-K. 7.5.2指定温度相关的热容 ? 分段线性
cp?T??cpn?? 分段多项式
cpn?1?cpnTn?1?Tn?T?Tn?
forTmin,1?T?Tmax,1:cp?T??A1?A2T?A3T2?...forTmin,2?T?Tmax,2:cp?T??B1?B2T?B3T?...2
? 多项式
cp?T??A1?A2T?A3T2?...
你可以输入数据对(T_n, c_p_n) 范围和系数A_i与B_i,或者在使用材料面板1中的这些函数的系数A_i,详细内容清参阅使用温度相关函数定义属性一节。
7.5.3用分子运动论定义指定热容
如果你使用气体定律(如密度一节所述),你可以用分子运动论定义热容:
cp,i??1R?fi??2? 2Mi?其中f_i^'是气体组分i^'的能量模式的数量(自由度),你可以在使用材料面板一节中的1的Cp右边的下拉列表中选择分子运动论。解算器就会使用上面的方程来计算热容。详情请参阅分子运动论的相关参数的输入。
7.5.4指定热容为成分的函数
如果所模拟的流动包含不止一种化学组分(多组分流动),你可以选择定义组分相关热容。在这种情况下你还可以定义热容为常数、温度的函数或者使用分子运动论来定义。 要定义某一混合物的组分相关热容,步骤如下:
1. 对于混合材料,选择Cp右边的下拉列表中的mixing-law。 2. 点击改变/创建按钮。
3. 为组成混合物的每一个材料定义热容。你可以分别为每一个组分定义常数或者(需要的
话)温度相关函数。你还可以使用分子运动论来定义每一组分的热容 解算器会将混合物的热容定义为各组分的热容的质量平均:
cp??mi?cp,i?
i?
7.6辐射属性
当你在FLUENT中使用,某种辐射模型,你就需要在使用材料面板一节中的1设定附加的属性:
? 对于P-1模型,你需要设定辐射吸收系数以及散射系数(P-1模型方程中方程1的a和
s_s)。
? 对于Rosseland辐射模型,你也需要设定辐射吸收系数以及散射系数(P-1模型方程中方
程3的a和s_s。
? 对于DTRM,只需要设定吸收系数(DTRM方程中方程1的a。 ? 对于DO模型,你需要设定辐射吸收系数以及散射系数(DO 方程中方程1的a和s_s。。
除此之外,如果你模拟半透明介质,你可以指定折射指数(半透明壁面处DO模型的边界条件中的方程3中的n_a或者n_b。注意:对于DO模型,你可以指定固体材料的辐射属性,从而在模拟半透明介质时可以用到它。
下面各结介绍了定义每一个属性的信息。
7.6.1吸收系数
要定义吸收系数,你可以指定常值,温度相关函数(请参阅使用温度相关函数定义属性一节),组分相关函数或者自定义函数。如果你模拟DO辐射模型的非灰度(non-gray)辐射,你还可以选择在每一个灰度带指定常数吸收系数。
所需要的吸收系数的单位为1/length。以及散射系数,它被定义为通过流体介质路径的每一单位长度上的辐射强度的变化。吸收系数可以用CO_2和H_2O发射率的列表计算,这一列表通常可以在辐射热交换的教科书等相关资料中得到。
常数吸收系数的输入
要定义常数吸收系数,请在使用材料面板一节中的1的吸收系数下面的框中输入数值(如果没有被选中,请首先在下拉列表中选择常数)
组分相关吸收系数的输入
FLUENT还允许你输入组分相关吸收系数,它是水蒸气或者二氧化碳的当地质量分数的a a的函数。在燃烧模拟中,这些选项在模拟辐射时是非常有用的。FLUENT所使用的variable-absorption-coefficient模型是模拟变化吸收系数一节中的weighted-sum-of-gray-gases模型(WSGGM)。要使用它请在使用材料面板一节中的1的吸收系数右边的下拉列表中选择wsggm-cell-based、wsggm-domain-based或者wsggm-user-specified。三个WSGGM选项在计算路径长度上所使用的方法是不同的,详情请参阅组分相关吸收系数的输入一节。(一定要记住,你必须首先激活组分计算,这样才能在列表中看到wsggm选项,而且二氧化碳和水必须出现在混合物中。)
当WSGGM用于计算吸收系数时,你可以选择Weighted-Sum-of-Gray-Gase模型中方程1的路径长度s的计算方法。你可以使用特征单元尺寸或者平均光程(beam)长度(解算器计算出来的活着你所指定的)。具体哪种模型适合哪种方法请参阅变化吸收系数的模拟一节。
当你在上面所介绍的方法中选择了适当的吸收系数输入方法,你就需要选择路径长度方法了。
? 如果你选择wsggm-cell-based,就需要使用characteristic-cell-size方法,以后也不需要输
入其它内容。
? 如果你选择wsggm-domain-based,a的计算就需要使用mean-beam-length方法,而且
FLUENT会在计算区域平均尺度的基础上计算平均光程,以后不需要输入其它内容。
? 如果你选择wsggm-user-specified,就会使用mean-beam-length方法,但是你需要在
WSGGM用户指定面板中的路径长度框中自己设定平均光程长的。当你选择wsggm-user-specified是这一面板会自动打开,因为这是一个(对话框等)模式上的面板,所以你必须马上使用它。
非灰度辐射吸收系数的输入
如果你使用非灰度DO模型(请参阅非灰度DO模型理论与方程以及DO模型的非灰度辐射定义),你可以对灰度模型所使用的每一个带(band)指定不同的常数吸收系数。在吸收系数下拉列表中选择灰度带,然后在灰度带吸收系数面板中为每一个带定义吸收系数。需要注意的是,因为这是一个(对话框等)模式上的面板,所以你必须马上使用它。
烟尘和粒子对吸收系数的影响
如果你在离散相模型面板中打开粒子辐射相互作用选项,FLUENT会考虑粒子对于吸收系数的影响(只对P-1和DO辐射模型来说)。
如果你要模拟烟尘的信息,并想考虑烟尘对于吸收系数的影响,请在烟尘模型面板中打开烟尘辐射作用的一般模型。只要你使用WSGGM来计算组分相关吸收系数,任何一个辐射模型都可以考虑烟尘的影响。
7.6.2散射系数
散射系数默认为0,并假定为各向同性的。你可以指定它为常值、温度相关函数(请参阅使用温度相关函数定义属性一节)或者自定义函数。你还可以指定非各向同性相函数。
散射系数的单位为1/length。以及吸收系数,它被定义为通过流体介质路径的每一单位长度上的辐射强度的变化。你可能希望在出现微粒的燃烧系统中增加散射系数。
常数散射系数的输入
要定义常数散射系数,请在使用材料面板一节中的1的散射系数下面的框中输入数值(如果还没有选中,请首先在下拉列表中选择常数)。
散射相函数的输入
在默认的情况下,散射假定为各向同性,但是你可以指定线性各向异性散射函数。如果你使用DO模型,那么可以选择Delta-Eddington或自定义散射函数。
要模拟各向同性散射,请在散射相函数下拉列表中选择各向同性,不需要其它输入,这是FLUENT默认的情况。
要模拟各向异性散射,请在散射相函数下拉列表中选择各向异性,然后设定相函数系数的值(P-1模型方程中方程3中的C)。
要使用Delta-Eddington相函数,请在散射相函数下拉列表中选择delta-eddington。此时会打开Delta-Eddington散射函数面板,在面板中你可以指定前向散射因子和对称因子(各向异性散射中的方程1的f和C)。需要注意的是,因为这是一个(对话框等)模式上的面
板,所以你必须马上使用它。
要使用自定义相函数,请在散射相函数下拉列表中选择自定义相函数。自定义相函数中必须指定各向异性散射方程3中的F^*和f。
7.6.3折射指数
在默认的情况下,折射指数为1。它只用于你使用DO模型模拟半透明介质。你可以在散射指数后面的得框中指定常数值。
7.6.4辐射属性的报告
你可以在后处理面板中出现的变量选择下拉列表中的Radiation...中使用吸收系数和散射系数来显示所计算的a和s_s的当地值。你还会在Radiation…中发现折射指数。
7.7质量扩散系数
层流质量扩散系数 湍流质量扩散系数
层流流动的Fick扩散定律
在多组分流动中,当你解组分输运方程时,需要质量扩散系数。质量扩散系数用于计算化学组分的扩散流量:
Ji????Di?,m?mi? ?xi其中Di,j是混合物中成分i^'的扩散系数。
当混合物成分没有变化,即成分的Di,m无关时,上面的方程严格有效。因此,你不可以使用FLUENT计算层流流动的非稀释混合物的疏运。FLUENT允许你以多种方法指定Di,m,包括Di,j,成分i^'在j^'中的二元质量扩散系数,但是Di,j并不是直接使用的,直接使用的是混合物的扩散系数,Di,m由下式计算:
Di?,m?1?Xi?
?j?,j??i?Xj?Di?j?其中Di,j时成分i^'在j^'中的二元质量扩散系数,Xi 是成分i^'的摩尔百分数。你可以为每一个化学成分输入Di,m或Di,j,具体请参阅层流流动的质量扩散系数的输入。
湍流流动中扩散的计算