第一阶段：多孔介质

第一阶段：多孔介质

在这个教程中，我们分析汽车排气管某一管段的流动，这个排气流动受到两个用于将有害一氧化碳转变成二氧化碳的多孔介质阻碍。当设计汽车的催化转化器时，工程师要在最大化催化器内部表面的同时尽量减小催化器的排气阻力与排气和表面接触持续时间两者之间寻求最佳点。因此，排出气流质量流量在整个催化器截面上更为均匀的分布有助于它的使用性。EFD.Pro 中多孔介质的可以仿真每一种催化器，允许你对催化器所占据的空间以分布式的阻力进行仿真，而不是对催化剂内所有独立通道进行分别仿真，因为这种方式是不符合实际情况甚至是不可能存在的。在这个EFD.Pro 教程例子中我们考虑了催化剂多孔介质渗透类型（对于流动方向上等向性或非等向性的阻力）对整个催化器截面上排出气体质量流量的影响。我们会观察到在排气后部的流动迹线分布比模型的入口处和穿过多孔介质时来的均匀。此外，依据流体速度对流动迹线赋予颜色，排出流体在多孔催化剂中的阻力可以得到估计，从催化器的效率而言这一点也是很重要的。

打开模型

1. 复制First Steps - Porous

Media文件夹进入到你的工作目

录，此外由于EFD.pro 在运行时会

对其输入的数据进行存储，所以必

须确保文件处于非只读状态。运行

EFD.Pro。点击File，Open。

2. 在File Open对话框，浏览

located in the First Steps -

Porous Media文件夹并且找到

catalyst.asm assembly点击

Open (或者双击这个assembly)。

创建EFD.Pro 项目

1. 点击Flow Analysis，Project，

Wizard。如果已经在向导状态，直接选

Create new以便创建一个新的

assembly 并且命名为ISOTROPIC。

这个项目向导会指导你一步一步完成整个项目的特性定义。除了其中两步（定义项目流体和默认固体），其他的每一步都是预先的定义值，所以你可以接受这些默认值（跳过这一步可以直接点击Next）或者进行相应的修改。

这些预先设定的值是:

单位系统–SI，

分析类型–内部，无附加的物理特性，

壁面状况–绝热壁面，

初始条件–压力- 1 atm，温度- 293.2 K，

结果和几何求解– level 3，

对于这个项目所有的这些设置都是合适的，我们所要做的仅仅是将空气作为项目的流体。为了避免经过每一个向导截面，我们将使用Navigator面板，它可以使我们快速的访问向导页。

2. 点击右侧的箭头。

3. 在Navigator面板，点击Fluids。

4. 打开Gases 文件夹，点击Air，

接着点击Add。

5. 由于我们没有必要更改其他的特性，所以我们可以通过点击

Navigator 面板上的Finish来关闭向导。

你可以在任何时候点击完成，但如果你想在没有定义完所有必须定义的特性（诸如项目流体）之前关闭向导，这个向导将不能关闭并且在这个未做定义的向导页会出现一个感叹图标.

现在EFD.Pro 利用赋值数据的方式创建了一个新的例子。

在EFD.Pro 分析树，右击Computational Domain图标并且选择Hide来隐藏计算域黑色线框。

定义边界条件

1. 在EFD.Pro 分析树，右击Boundary

Conditions图标并选择Insert Boundary

Condition 。

2. 如图显示选择入口盖子的内表面。

3. 选择Flow openings 和Inlet Velocity。

4. 在Settings页，设定Velocity normal

to face为10 m/s。

5. 点击OK。

随着刚才所做的定义，我们告诉EFD.Pro在这个开口处空气以10 m/s的速度流进催化器。

6. 如图所示选择出口盖子的内表面。

7. 右击Boundary Conditions图标并且选

择Insert Boundary Condition。

8. 选择Pressure openings和Static

Pressure。

9. 保持Settings页中的默认设置。

10. 点击OK。

随着刚才所做的定义，我们告诉EFD.Pro 在这个

开口处流体离开模型进入到一个大气压的区域。

现在我们可以在这个项目中定义多孔介质。定义一个多孔介质，首先我们需要在Engineering Database中定义多孔介质的特性（多孔性，渗透类型等）之后应用这一多孔介质到你的组件元件中。

创建一个等方向性的多孔介质

你想要创建的材料已经在Pre-Defined文件夹下的Engineering Database中得到了定义。你可以跳过这个多孔介质材料的定义，从工程数据中直接选择预定义"Isotropic" 材料，以后创建多孔介质的特性。

1. 点击Flow Analysis，Tools，Engineering Database。

2. 在Database tree选择Porous Media，User Defined。

3. 点击工具栏上的New Item。这个空白Item

Properties页出现。双击空白格去设定相应的特性值。

4. 命名这个新的多孔介质为Isotropic。

5. 在Comment，点击按钮并且输入对这个多孔介质的注释。这个Comment

特性是可选择的，你也可以不做任何注释。

6. 设定这个介质的Porosity 为0.5。

首先让我们分析一下Isotropic渗透性，也就是在介质内部其渗透性和方向无关。之后，作为一个选择，我们可以分析一下Unidirectional 渗透性，也就是这个介质仅仅在某一个方向上具有渗透性。

7. 对Permeability type选择Isotropic。

8. 选择Pressure drop，Flowrate，Dimensions作为Resistance calculation

formula。

对于我们的介质，我们选择对流体为Pressure Drop，Flowrate，Dimensions的介质阻力，举例，定义多孔介质的阻力为k = P×S /(m×L) (in units of s-1)，这里右侧的参数根据平行六面体多孔介质测试得出，在选择样品的方向上其中S是截面的面积而L是长度，由于在这一方向上进出口的压力差所产生的通过样品的质量流量等于m。

在这个项目中我们指定 P = 20 Pa 在m = 0.01 kg/s ( P = 0 Pa 在m=0 kg/s)，S = 0.01 m2，L = 0.1m. 因此，k = 200 s-1。

已知的催化剂S 和L 输入到模型中和流过它的m ，你可以通过 P = k×m×L/S大致的估计出在催化剂模型中压力的损失。

9. 从Pressure drop vs. flowrate

选择Mass Flow Rate。

10. 转换到Tables and Curves页。