Fluent表面化学反应模拟

导入网格2 定义求解器3 开启能量方程4 操作工况参数operating conditions1操作压力的介绍关于参考压力的设定，首先需了解有关压力的一些定义。

ANSYS FLUENT中有以下几个压力，即Static Pressure（静压）、Dynamic Pressure（动压）与Total Pressure（总压）；Absolute Pressure（绝对压力）、Relative Pressure（参考压力）与Operating Pressure（操作压力）。

这些压力间的关系为，Total Pressure（总压）=Static Pressure（静压）+Dynamic Pressure（动压）；Absolute Pressure（绝对压力）=Operating Pressure（操作压力）+Gauge Pressure（表压）。

其中，静压、动压和总压是流体力学中关于压力的概念。

静压是测量到的压力，动压是有关速度动能的压力，是流动速度能量的体现。

而绝对压力、操作压力和表压是FLUENT引入的压力参考量，在ANSYS FLUENT中，所有设定的压力都默认为表压。

这是考虑到计算精度的问题。

2操作压力的设定设定操作压力时需要注意的事项如下：●对于不可压缩理想气体的流动，操作压力的设定直接影响流体密度的计算，因为对于理想气体而言，流动的密度由理想气体方程获得，理想气体方程中的压力为操作压力。

●对于低马赫数的可压缩流动而言，相比绝对静压，总压降是很小的，因此其计算精度很容易受到数值截断误差的影响。

需要采取措施来避免此误差的形成，ANSYS FLUENT通过采用表压（由绝对压力减去操作压力）的形式来避免截断误差的形成，操作压力一般等于流场中的平均总压。

●对于高马赫数可压缩流动的求解而言，因为此时的压力比低马赫可压缩流动的大得多，所以求解过程中的截断误差的影响不大，可以不设定表压。

由于ANSYS FLUENT中所有需输入的压力都为表压，因此此时可以将操作压力设定为0（这样可以最小化由于压力脉动而引起的误差），使表压与绝对压力相等。

●如果密度设定为常数或者其值由通过温度变化的函数获得，操作压力并没有在计算密度的过程中被使用。

●默认的操作压力为101325Pa。

操作压力的设定主要基于两点考虑，一是流动马赫数的大小，二是密度计算方法。

表格 1 操作压力的推荐设置3关于参考压力位置的设定对于不涉及任何压力边界条件的不可压缩流动，ANSYS FLUENT在每次迭代后要调整表压值。

这个过程通过使用参考压力位置处（或该位置附近）节点的压力完成。

因此，参考压力位置处的表压应一直为0。

如果使用了压力边界条件，则不会使用到上述关系，因此参考压力位置不被使用。

参考压力位置默认为等于或接近（0，0，0）的节点中心位置。

实际计算中可能需要设置参考压力位置到绝对静压已知的位置处。

在Operating Conditions对话框中的Reference Pressure Location选项组中设置新的参考压力位置的x，y，z的坐标即可。

如果要考虑某一方向的加速度，如重力，可以勾选Gravity复选框。

对于VOF计算，应当选择Specified Operating Density，并且在Operating Density 下为最轻相设置密度。

这样做排除了水力静压的积累，提高了round-off精度为动量平衡。

同样需要打开Implicit Body Force，部分平衡压力梯度和动量方程中体积力，提高解的收敛性。

Reference Pressure Location（参考压强位置）应是位于流体永远是100%的某一相（空气）的区域，光滑和快速收敛是其基本条件。

单击Define→Operating Conditions。

在Operating Pressure中输入10000 Pa，选中重力Gravity，在Z中输入9.81 m/s2，Operating Temperature输入303 K，点击OK确认。

5 定义多组分模型（1）在Model（模型）中选择Species Transport（组元输运）。

（2）在Reactions（反应）中选择Volumetric Reactions（体积反应）。

（3）在Mixture Material （混合物材料）中选择所计算问题中涉及到的反应物，则Numberof Volumetric Species（体积组元数量）中自动显示混合物中的组元数量。

（4）在Turbulence-Chemistry Interaction（湍流与化学反应相干模型）中根据需要选择相应的模型。

如果选择了Eddy-Dissipation Concept (EDC)，则可以进一步修改Volume Fraction Constant（体积浓度常数）和Time Scale Constant（时间尺度常数）（6）如果想完整计算多组分的扩散或热扩散，就选中Full Multicomponent Diffusion（完整多组分扩散）和Thermal Diffusion（热扩散）选项。

在上面的设置过程中，如果需要查看混合物中组分和化学反应的相关设置，可以在Species（组元）面板中，点击Mixture Material（混合物材料）右边的View（观看）按钮。

如果计算中用到的混合物模型是一种新的混合物，则需要在Material（材料）面板中创建混合物，然后再将新定义的混合物选作计算用的混合物。

混合物的定义过程包含组分选取、反应模型设定、反应机制设定等几个步骤，下面逐一介绍。

层流条件下，Model模型中只能选择Species Transport组元运输一项。

Turbulence-Chemistry Interaction（湍流与化学反应相干模型）中也只有一项。

在Models中选中Species Transport单选按钮，在Reactions中选中Volumetric和Wall surface复选框，在Wall Surface Reaction Options中选中Mass Deposition Source复选框，在Options中选择Inlet Diffusion, Full Multicomponent Diffusion，Thermal Diffusion复选框，单击OK按钮确认。

6 设置材料1)添加砷化氢arsine1，双击air2，在name中输入arsine和chemical formula处输入ash3；比热容cp选择kinetic-theory；导热系数thermal conductivity选择kinetic-theory；粘度viscosity选择kinetic-theory；分子量molecular weight选择constant为77.95；标准状态焓standard state enthalpy为0；标准状态熵standard state entropy为130579.1；基准温度reference temperature为298.15。

3，点击change/create，创建新物质，在弹出的是否覆盖选择no。

4，双击arsine在L-J characteristic Length特征长度输入4.145 （埃米）；L-J Energy Parameter能量参数中输入259.8。

单击Change/Create按钮。

2)添加三乙基镓、甲基、氢气、镓（固体）、砷（固体）、镓、砷7 编辑组信息1，修改组命名双击mixture-temple，name中输入gaas_deposition。

单击change，点击yes确认。

2，编辑组分信息在mixture species中组分选取首先进入Materials（材料）面板：Define->Materials...在Materials（材料）面板上，先在Name（名称）中为新的混合物确定一个名称，然后在Material Type（材料类型）里选择mixture（混合物）。

如果有与目标相近的混合物模型，可以在下面的Mixture Material（混合物材料）中选择一样，比如methane-air（甲烷－空气），然后在下面Properties（性能）中做详细设置，即按顺序设置组元、反应类型、反应机制等等：（1）点击Mixture Species（混合物组元）右边的Edit（编辑）按钮进入Species（组元）面板，如图7-11 所示。

在Mixture（混合物）下面有 4 个框，即Available Materials（可用材料），Selected Species（已选组元），Selected Site Species（已选吸收组元）和Seleted Solid Species（已选固体组元）。

Available Materials（可用材料）是指材料数据库中可供选用的材料；Selected Species （已选组元）是指当前混合物中已经选中的组元；Selected Site Species（已选吸收组元）是指在存在物面反应的计算中，气相混合物中即将通过反应被物面吸收的组元；Selected Solid Species（已选固体组元）是指物面反应计算中将从物面进入气流的组元。

显然，如果不存在物面反应，则不用考虑后面两个方框中的内容，整个设置过程会大大简化。

组元设置的中心任务是选择混合物组元，即设定Selected Species（已选组元）的内容。

在Materials （材料）面板中，点击Database...（数据库）按钮打开Database Materials（数据库中材料）面板，拷贝所需的组元后，再回到Species（组元）面板。

在拷贝之前，需要确认Material Type（材料类型）必须是fluid（流体）。

这里不必担心如何添加物面反应中参与反应的固体组元，因为实际上这些组元也会出现在fluid（流体）的列表中。

在Selected Species（已选组元）中，最后一项必须是质量浓度最大的一个组元。

如果最后一项不是质量浓度最大的一项，可以先将质量浓度最大的组元从方框中删除，然后再重新添加进来，以保证这个组元处于方框的底部。

添加和删除操作是通过选择相应的组元，然后点击Add（添加）和Remove（删除）按钮实现的。

体现的三个组分，是按顺序排列的前三个化学反应设定组元设置完成后，就可以开始设置组元间的化学反应。

在Materials（材料）面板中，Reactions （反应）下拉列表中显示的反应类型取决于Species Modal（组元模型）面板中Turbulence-Chemistry Interaction（湍流－化学反应相干）模型的设置——如果设置的是Laminar Finite-Rate（层流有限速率）模型或EDC 模型，则反应类型显示为finite-rate（有限速率）；如果设置的是Eddy-Dissipation （涡耗散）模型，则反应类型显示为eddy-dissipation（涡耗散）；如果设置的是Finite-Rate/Eddy-Dissipation （有限速率/涡耗散）模型，则反应类型显示为finite-rate/eddy-dissipation（有限速率/涡耗散）。