FLUENT结果数据(1)：通量及力

FLUENT结果数据（1）：通量及力

-------翻译自《ANSYS FLUENT Theory Guide》

ANSYS FLUENT提供了一系列工具用于计算表面积边界上的物理量。这些工具允许用户获取通过边界的传热率、边界上的力及力矩以及表面或体积上的面积、积分值、流量、平均值、质量平均值等。另外，用户可以输出几何及求解数据的图表，为无量纲系数计算输入参考数据，计算表面投影面积。用户同样可以保存当前工程的模型、边界条件以及求解设置报表。主要包括以下内容：

•穿过边界的通量

•边界上的力

•面积积分

•体积积分

1、穿过边界的通量

•Mass flow rate：通过对密度、速度向量以及投影面积的点积求和，计算通过边界的通量

•Total heat transfer rate：计算整个表面的总热传率，其中为对流热传率，为辐射热传率。通过面的传热计算取决于所制定的边界条件。例如，在一个恒

温壁面上的热传导利用热传导系数、面积投影以及温度梯度的点积来计算。对于

流动边界，总热传率为守恒量的流量。由于受到所使用模型的限制，总热传率可

能包含显焓或总焓的对流及能量扩散通量等。注意所有的焓值计算中所使用的参

考温度为298.15K。

•Radiation heat transfer rate：求和计算整个面上的辐射传热率

2、计算力、力矩及压力中心

壁面区域的沿指定的力向量的力分量计算是通过计算压力与粘性力在指定向量上的力的和。

式中：

—指定的力向量

—压力向量

—粘性力向量

除了计算真实的压力、粘性力及合力，选定区域上的相关的力系数则通过参考值进行计算。力系数定义为真实力与的商。此处的及分别为密度、速度以及面积。到此，压力、粘性力、合力以及它们对应的系数均计算完成。

对指定中心的总力矩向量通过计算压力及粘性力与力矩向量（力矩中心至力的原点）的叉积得到。

式中：

—指定的力矩中心

B—力原点

—力矩向量

—压力向量

—粘性力向量

如图1所示。

图1 力矩计算

合力矩方向遵循右手定则。

力矩系数与力系数计算方法类似，不过分子为，其中此处的及分别为密度、速度、面积以及长度。

此外还可以计算沿某一指定轴的力矩。这些力矩值被定义为指定方向的单位向量与相应的压力、粘性力、总力矩及系数的点积。

为减小取整误差，计算压力值是采用参考压力对单元压力进行标准化处理。例如，壁面区域上的静压力向量，被计算为每一单元面上的力向量之和：

式中，为表面的数量，为表面的面积，为表面的单位法向量

ANSYS FLUENT利用下列公式计算压力中心。对于一般的力矩中心及轴，合力矩被表达为：

在3D几何中，使上述两个方程为零以及使用用户自定义的参考平面方程，可以获取应用轴及指定参考平面的交点。在2D几何中，只有最后一个方程联合自定义参考线用于计算压力中心。