fluent教程 第二章,基本方程解析
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假定刘易斯数为1，方程右边第一项为组分扩散和导热项的合并项； 第二项为粘性耗散，为非守恒形式。总焓H定义为:
H m j H j
j
组分
j
的总焓定义为
T
H j c p , j dT h 0 j (Tref , j )
Tref , j
虽然能量的标准形式里包括了压力做功和动能项，但在采用segregated solver求解不 可压问题时候都可以忽略掉。当然，如果想不忽略它们的作用，可以在 define/models/energy中设置。对于可压缩流动问题，在用coupled solvers求解时总 是考虑压力做功和动能项。
Fluent用途（续）
• 为了能模拟工业设备和过程中的流动及相关的输 运现象，FLUENT提供了许多解决工程实际问题的 选择，其中包括多孔介质流动，（风扇和热交换 器）的集总参量计算，流向周期流动与传热，有 旋流动和动坐标系下流动问题。随精确时间滑移 网格的动坐标方法可以模拟计算涡轮流动问题。 • FLUENT还提供了离散相模型用以模拟喷雾过程或 者稀疏颗粒流动问题。还有些两相流模型可供大 家选用。
• 能量方程
T ( E) (ui ( E p )) (keff ) h j J j u j ( ij )eff S h t xi xi xi j
u i2 E h 2 p
FLUENT可以计算流体和（或者）固体区域之间的传热问题。如果是周期性换热 流动，则流动边界要给定周期边界条件。如果计算计算模型包括两个流动区域， 中间被固体或者墙壁隔开的换热问题，则要特别注意：1，两个流体都不能用流 出边界条件（outflow）；2，两个区域的流动介质可以不同，但要分别定义流体 性质（如果计算组分，只能给一个混合组分）。流体1流体2
T (k ij ) xi xi
•
kij
其中，是导热系数矩阵。
进口热扩散
• 进口的净能量输运包括对流和扩散两部分。指定 进口温度就可以确定对流部分，但扩散项取决于 计算出来的温度场梯度。因此我们不能给定扩散 分量或者净能量输运。但在一些问题中，我们更 希望能给定净能量输运，而不是给定进口温度。 如果用segregated solver求解时，可以在 dfine/models/energy中去掉进口能量扩散，从而 达到给定净进口能量输运。但是我们用coupled solver时，不能去掉能量扩散部分。
化学反应源项
• 化学反应源项如下
S h,reaction
Tref h0 j c p , j dT R j j M j Tref , j
0 其中， h j 是组分
j
的生成焓； R j 是组分
j
生成的体积率。对于非绝热PDF燃烧模型生成热定义在总焓中，所以化 学反应热不包含在源项中
2 eቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
组分扩散项
• Fluent求解焓方程时，组分扩散项都已经包括。 • 用segregated solver求解，如果想不考虑该项， 可以在组分模型面板（Species Model Panel）中 关闭能量扩散项。 • 如果采用了非绝热的PDF燃烧模型，方程中并不 明确出现该项，应为导热和组分扩散项合并为一 项了。 • 当用coupled solver求解时，能量方程总会考虑该 项。
第二章，基本流动模拟
Fluent用途
• 提供了很多数学模型用以模拟复杂几何结构下的 输运现象（如传热与化学反应）。 • 该软件能解决比较广泛的工程实际问题，包括处 理设备内部过程中的层流非牛顿流体流动，透平 机械和汽车发动机过程中的湍流传热过程，锅炉 炉里的粉煤燃烧过程，还有可压射流、外流气体 动力学和固体火箭中的可压反应流动等
固体区域的能量方程
• 在固体区域，FLUENT采用的能量方程为如 下形式
T h (ui h) (k )q t xi xi xi
方程左边第二项表示由于固体旋转或者平移运动热传 输。方程右边两相分别为固体导热和体积热源。
固体内部导热各向异性的影响
• 当用segregated solver求解时，FLUENT允 许你指定材料的各向导热系数。固体导热 各向异性方程形式如下：
粘性加热项选择
• 粘性耗散项是考虑流体中的粘性剪切作用 产生的热量。如果用segregated solver求解， 默认设置并没有考虑。如果Brinkman U 数（ Br kT ， T 是系统温度差）大于1 时，粘性加热一定不能忽略。这时候一定 要设置Viscous Heating选项。对于可压缩 流动，一般Br>1，如果还用segregated solver求解，一定要考虑粘性加热。如果是 coupled solver求解，粘性加热会自动考虑。
流体1
流体2
Fluent求解的能量方程
• 能量方程
T ( E) (ui ( E p )) (keff ) h j J j u j ( ij )eff S h t xi xi xi j
u i2 E h 2 p
理想气体
h m j h j
Fluent的基本方程（层流）
• 连续方程
( ui ) S m t xi
• 动量方程
p ij ( ui ) ( ui u j ) g i Fi t x j xi c j
u i u j ij x j xi 2 u l 3 x ij l
j
不可压缩气体
h m j h j
j
p
m j
是组分
j
的质量分数，组分
j
的焓定义为：
h j c p , j dT
Tref
T
PDF模型的能量方程
u k t H ( H ) ( ui H ) ( ) ik i S h t xi xi c p xi xk
H m j H j
j
组分
j
的总焓定义为
T
H j c p , j dT h 0 j (Tref , j )
Tref , j
虽然能量的标准形式里包括了压力做功和动能项，但在采用segregated solver求解不 可压问题时候都可以忽略掉。当然，如果想不忽略它们的作用，可以在 define/models/energy中设置。对于可压缩流动问题，在用coupled solvers求解时总 是考虑压力做功和动能项。
Fluent用途（续）
• 为了能模拟工业设备和过程中的流动及相关的输 运现象，FLUENT提供了许多解决工程实际问题的 选择，其中包括多孔介质流动，（风扇和热交换 器）的集总参量计算，流向周期流动与传热，有 旋流动和动坐标系下流动问题。随精确时间滑移 网格的动坐标方法可以模拟计算涡轮流动问题。 • FLUENT还提供了离散相模型用以模拟喷雾过程或 者稀疏颗粒流动问题。还有些两相流模型可供大 家选用。
• 能量方程
T ( E) (ui ( E p )) (keff ) h j J j u j ( ij )eff S h t xi xi xi j
u i2 E h 2 p
FLUENT可以计算流体和（或者）固体区域之间的传热问题。如果是周期性换热 流动，则流动边界要给定周期边界条件。如果计算计算模型包括两个流动区域， 中间被固体或者墙壁隔开的换热问题，则要特别注意：1，两个流体都不能用流 出边界条件（outflow）；2，两个区域的流动介质可以不同，但要分别定义流体 性质（如果计算组分，只能给一个混合组分）。流体1流体2
T (k ij ) xi xi
•
kij
其中，是导热系数矩阵。
进口热扩散
• 进口的净能量输运包括对流和扩散两部分。指定 进口温度就可以确定对流部分，但扩散项取决于 计算出来的温度场梯度。因此我们不能给定扩散 分量或者净能量输运。但在一些问题中，我们更 希望能给定净能量输运，而不是给定进口温度。 如果用segregated solver求解时，可以在 dfine/models/energy中去掉进口能量扩散，从而 达到给定净进口能量输运。但是我们用coupled solver时，不能去掉能量扩散部分。
化学反应源项
• 化学反应源项如下
S h,reaction
Tref h0 j c p , j dT R j j M j Tref , j
0 其中， h j 是组分
j
的生成焓； R j 是组分
j
生成的体积率。对于非绝热PDF燃烧模型生成热定义在总焓中，所以化 学反应热不包含在源项中
2 eቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
组分扩散项
• Fluent求解焓方程时，组分扩散项都已经包括。 • 用segregated solver求解，如果想不考虑该项， 可以在组分模型面板（Species Model Panel）中 关闭能量扩散项。 • 如果采用了非绝热的PDF燃烧模型，方程中并不 明确出现该项，应为导热和组分扩散项合并为一 项了。 • 当用coupled solver求解时，能量方程总会考虑该 项。
第二章，基本流动模拟
Fluent用途
• 提供了很多数学模型用以模拟复杂几何结构下的 输运现象（如传热与化学反应）。 • 该软件能解决比较广泛的工程实际问题，包括处 理设备内部过程中的层流非牛顿流体流动，透平 机械和汽车发动机过程中的湍流传热过程，锅炉 炉里的粉煤燃烧过程，还有可压射流、外流气体 动力学和固体火箭中的可压反应流动等
固体区域的能量方程
• 在固体区域，FLUENT采用的能量方程为如 下形式
T h (ui h) (k )q t xi xi xi
方程左边第二项表示由于固体旋转或者平移运动热传 输。方程右边两相分别为固体导热和体积热源。
固体内部导热各向异性的影响
• 当用segregated solver求解时，FLUENT允 许你指定材料的各向导热系数。固体导热 各向异性方程形式如下：
粘性加热项选择
• 粘性耗散项是考虑流体中的粘性剪切作用 产生的热量。如果用segregated solver求解， 默认设置并没有考虑。如果Brinkman U 数（ Br kT ， T 是系统温度差）大于1 时，粘性加热一定不能忽略。这时候一定 要设置Viscous Heating选项。对于可压缩 流动，一般Br>1，如果还用segregated solver求解，一定要考虑粘性加热。如果是 coupled solver求解，粘性加热会自动考虑。
流体1
流体2
Fluent求解的能量方程
• 能量方程
T ( E) (ui ( E p )) (keff ) h j J j u j ( ij )eff S h t xi xi xi j
u i2 E h 2 p
理想气体
h m j h j
Fluent的基本方程（层流）
• 连续方程
( ui ) S m t xi
• 动量方程
p ij ( ui ) ( ui u j ) g i Fi t x j xi c j
u i u j ij x j xi 2 u l 3 x ij l
j
不可压缩气体
h m j h j
j
p
m j
是组分
j
的质量分数，组分
j
的焓定义为：
h j c p , j dT
Tref
T
PDF模型的能量方程
u k t H ( H ) ( ui H ) ( ) ik i S h t xi xi c p xi xk