Fluent表面化学反应模拟

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2 定义求解器

3 开启能量方程

4 操作工况参数operating conditions

1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

密度关系式马赫数操作压力

理想气体定律大于0.1 0或约等于流场的平均压力

理想气体定律小于0.1 约等于流场的平均压力

关于温度的函数不可压缩不使用

常数不可压缩不使用

不可压缩的理想气

不可压缩约等于流场的平均压力

体

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Number

of 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。