Fluent

流体通过多孔介质滑移特性的研究

概要

多孔介质与流体的相互作用在燃料电池、太阳能集热管、核废弃物处理等流体力学的研究上占有相当重要的角色。多孔介质滑移及热传递具有广泛的应用背景。它的对流以及传热的原理繁杂,特别是在交界面区域,腔体内的流动以及传热传质机理都会受到滑移效的显著影响。

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研究内容

  1. 基于体平均质量方程、N-S方程以及能量方程,建立自由流与多孔介质混合区域控制方程和边界条件,为使方程闭合还需配合湍流模型;

  2. 本项目拟采用低雷诺数kk-εε湍流模型模拟自由流区域,应用多孔介质的双分离湍流模型模拟多孔介质区域,模型的转换采用控制源项的方法,即利用Fluent中的用户自定义函数(UDF)实现纯流体和多孔介质的区域转换,用同一方程描述耦合的双区域与边界情况;

  3. 用MATLAB模拟解析解对比交界面的滑移速度以及纯流体区域和多孔介质区域的流动特性,全面分析横掠流动;

  4. 通过不同的物理参数条件与物理模型的选择,对比分析纯流体与多孔介质滑移的特性,总结探讨速度滑移效应的机理为传热特性的研究奠定基础。

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关于UDF

UDF是用户自己定义编辑的函数程序,它能够动态地链接到Fluent求解器中来优化求解过程和求解性能。UDF运用DEFINE宏来自定义,C程序来编写。UDF涵盖的功能十分丰富,囊括控制进口速度(inlet-velocity)、边界条件(boundary conditions)、流体属性(property)、体积与表面反应率(reaction rate)、定义Fluent输运方程中的源项以及用户自定义标量输运方程(UDS)中的源项扩散率函数等。本文运用UDF中的定义入口速度函数以及输运方程的源项功能来实现多孔介质与流体介质的区分,进而用统一的方程即单域法描述整个模型。

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/*************************************************************************/
#include "udf.h"
#define CK 0.28
#define C1 1.14
#define C2 1.92
DEFINE_PROFILE(inlet_x_velocity,thread, index)/* inlet_x_velocity 用来定义速度入口面板中的函数。*/
{
real x[ND_ND]; /* 定义位置坐标 */
real y; /*声明变量y*/
face_t f;/*定义识别面的数据类型*/
begin_f_loop(f, thread)/*被用来形成对边界区域上所有单元面的循环*/
{
F_CENTROID(x,f,thread);/*面的质心的坐标可由 F_CENTROID 宏来获得*/
y = x[1];
F_PROFILE(f, thread, index) =-2.*y*y+1/5.*y;
}
end_f_loop(f, thread)
}
/*****************定义动量方程的源项******************************/
/********************************************************************/
DEFINE_SOURCE(xmom_source, c, t, dS, eqn)/*动量方程的源项设置*/
{
real x[ND_ND];
real r,K,y,source;
C_CENTROID(x, c, t);
y=x[1];
if(y>=0&&y<=0.1)
{
r=1;
K=1e20;
}
if(y>=-0.1&&y<0)
{
r=0.2;
K=10e-12;
}
source=-C_MU_T(c,t)*r*C_U(c, t)/K-1.75*r*C_R(c,t)*fabs(C_U(c, t))*C_U(c, t)/sqrt(150*r*r*r*K);
dS[eqn]=-C_MU_T(c,t)*r/K-2.*1.75*r*C_R(c,t)*fabs(C_U(c, t))/sqrt(150*r*r*r*K);
return source;
}
/*****************定义速度的二阶导数**********************************/
/********************************************************************/
DEFINE_ADJUST(adjust_gradient, d)
{
Thread *t;
cell_t c;
face_t f;
/* Fill UDS with the variable. */
d = Get_Domain(1);
thread_loop_c (t,d)
{
begin_c_loop (c,t)
{
C_UDSI(c,t,0) = C_DUDX(c,t); /*这里是为了计算 d2u/dx2*/
}
end_c_loop (c,t)
}
}
/*****************定义湍流动能k的源项*********************************/
/********************************************************************/
DEFINE_SOURCE(k_source, c, t, dS, eqn)/*湍流动能k的源项设置*/
{
real x[ND_ND];
real r,K,y,source;
C_CENTROID(x, c, t);
y=x[1];
if(y>=0&&y<=0.1)
{
r=1;
K=1e20;
}
if(y>=-0.1&&y<0)
{
r=0.2;
K=10e-12;
}
source=CK*C_R(c,t)*r*C_K(c,t)*fabs(C_U(c,t))/sqrt(K)-C_R(c,t)
*C_D(c,t)+2*C_DUDX(c,t)*C_DUDX(c,t);
dS[eqn]=CK*C_R(c,t)*r*C_K(c,t)*fabs(C_U(c,t))/(C_U(c,t)*sqrt(K))
+4*C_DUDX(c,t)+2*C_UDSI_G(c,t,0)[0];
return source;
}
/*****************定义湍流耗散率d的源项*********************************/
/**********************************************************************/
DEFINE_SOURCE(d_source, c, t, dS, eqn)/*湍流能量耗散率d的源项设置*/
{
real x[ND_ND];
real r,K,y,source;
C_CENTROID(x, c, t);
y=x[1];
if(y>=0&&y<=0.1)
{
r=1;
K=1e20;
}
if(y>=-0.1&&y<0)
{
r=0.2;
K=10e-12;
}
source=C1*2*C_DUDX(c,t)*C_DUDX(c,t)*C_D(c,t)/C_K(c,t)
-C2*C_R(c,t)*C_D(c,t)*C_D(c,t)/C_K(c,t)+C2*C_R(c,t)*CK*r
*C_D(c,t)*fabs(C_U(c,t))/sqrt(K);
dS[eqn]=C2*C_R(c,t)*CK*r*C_D(c,t)*fabs(C_U(c,t))/(C_U(c,t)*sqrt(K))
+4*C1*C_D(c,t)*C_DUDX(c,t)/C_K(c,t)+2*C1*C_D(c,t)*
C_UDSI_G(c,t,0)[0]/C_K(c,t);
return source;
}
/*******************************end***********************************/

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本文标题:Fluent

文章作者:孤岛violet

发布时间:2019年06月08日 - 18:12

最后更新:2019年06月08日 - 19:25

原始链接:http://yoursite.com/2019/06/08/Fluent/

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