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第八章．基本流体流动模型
本章描述了ANSYS Fluent提供的基本流体流动物理模型及其定义和使用的命令，在多重运动参考坐标系的流动模型中描述了在运动区域的流动模型（包括滑移和动态网格）（997页），在湍流模型中描述了湍流的流动模型，以及在传热模型中展示热传递模型（包括辐射）。（1219页）。物质传输和有限速率化学模型概述了物质传输和反应流动（1349页），物质传输和反应流动在物质传输模型和有限速率化学模型中被详细的描述（1349页）——建立了一种组合的PDF传输问题模型（1507页），在污染物形成模型中描述了污染物形成(1549页)，离散相模型是用来建立离散相（1631页），一般的多相流模型用来模拟多相流（1773页），熔化和凝固模型用于建立的凝固和熔化的描述（1945页）。可在单元区和边界条件中查看如何模拟多孔介质，多孔跳跃，以及集总参量的风扇和散热器的有关信息。
本章的信息将有以下章节：
8.1.用户自定义的标量（UDS）输运方程
8.2周期性流动
8.3涡流和旋转流动
8.4可压缩流
8.5黏性流
8.1用户定义的标量输运方程
有关更多信息，请参见以下部分：
8.1.1.简介
8.1.2.UDS理论
8.1.3在Fluent设置UDS方程
8.1.1.简介
在Fluent中可以求解任意的输运方程，用户定义的标量解决一个标量的输运方程，例如物质的质量分数。在某些特定的模型，如燃烧中的应用或在等离子体增强表面反应模型，需要额外的标量运输方程。Fluent允许用户在用户自定义标量对话框中定义额外的标量输运方程（3280页）。
8.1.2.UDS理论
UDS理论将讨论下列问题：
8.1.2.1单项流
8.1.2.2多相流
8.1.2.1单向流
对于任意的标量系数，ANSYS Fluent 解如下的方程：
其中和是用户为N个输运方程所提供的扩散系数和源项。注意，在各向异性的时候，被定义为张量。因此扩散项为 。
对于各向同性扩散，可以写为 ，其中I是恒等矩阵。
在稳态情况，ANSYS Fluent将解决三个方程中的一个，这取决于计算对流通量的方法：
如果不计算对流项，ANSYS Fluent将求解下列方程
其中和是N个标量方程中的扩散系数和源项。
如果对流通量以质量流率计算，则ANSYS Fluent求解下列方程。
也可以采取用户定义函数求解对流通量。在这种情况下，用户定义的质量流量被假定为以下形式。
其中是面积矢量
注意：
用户定义的标量固体区不考虑运动坐标系的对流项。
8.1.2.2多相流
对于多相流，ANSYS Fluent求解输运方程两种标量：独立项和混合项。多相流中某一项 中的任意k分组，记作为 ，在物体内的某处，Fluent可以解下列方程 ：
其中 ， ， 分别为体积分数，密度，速度。其中和分别是用户自己确定的扩散系数和源项。此时，只是与方程 有关，被认为是独立的。
方程 的质量通量被定义为：
如果表示的运输变量在共享的物理场之中，或者同时存在于多个项，那么就要考虑混合影响的项，。此时，通用的输运方程为：
其中 为混合密度， 为混合速度，混合扩散项 将通过以下式子计算
计算混合扩散项，必须指定与每一个物质相关联的个体扩散项。
注意，如果用户定义的质量通量选项被激活，则在相应的标量输运方程中必须替换方程8.6（第969页）和等式8.10（第969页）中所示的质量通量。有关用户定义的标量输运方程的理论背景的更多信息，请参考用户定义的标量（UDS）在理论指导下的输运方程。
8.1.3在ANSYSFluent 中建立UDS方程
ANSYS Fluent允许你最多定义50个用户定义的标量（UDS）输运方程。一般标量输运方程，需定义四个变量（瞬态项、通量、扩散率、源项）。理论指南中的方程1.8，如下所示，
（方程式8.13（第969页））。你将通过设置这四项参数来定义UDS输运方程。
此外，用户可以设置特定标量方程的中的，来定义流体或固体域内的变量边界条件。当被固定在一个给定区域，残差计算完成时，区域没有被包含在内，此时输运方程没有被解。此外，还可以定义避免，入口，出口每一标量边界条件，来设置混合项的边界条件。
建立用户定义的标量（UDS）单向和多相流动方程的步骤如下。注意单向流与多项流之间的重要差别，单向流只能在单向域里面计算，多相流只能在混合域里面计算，这取决你的设置。如果你供应udf瞬态条件，对流通量和来源，你必须意识到他们是从单向域或混合域中调用的，这根据标量之间的设置。
当建立UDS时，确保使用适合的Dirich- let/Neumann边界条件来定义标量运输方程。根据问题的性质，设置需要收敛准则，UDS方程可能需要比0.1默认的收敛准则更高。
在某些情况下，残差可能不反映解的质量。在这些情况下，用户应该创建在UDS上的检测，通过检测来判断解的收敛性。有几种控制可以调整以提高收敛性，但是有些调整可能增加计算的时间。下面的控制有助于收敛：
bull;使用一个固定的周期，如在前期控制解的对话框内，灵活地使用f-cycle代替变化的周期。
bull;使用如双共轭梯度稳定方法来附加稳定器。
bull;使用一个ILU光滑。
bull;可在前期控制解的对话框内增加向前和向后扫描。
bull;调整松弛因素。
查看用户使用手册来定义UDF标量。
8.1.3.1单向流
在标量对话框指定所需要的UDS方程的数目（3280页）（图-8.1：用户自定义标量对话框（971页））。
重要：
用户自定义标量传输方程的最大数目是50。ANSYS从0开始给方程分配。
Fluent定义为标量方程默认定义（用户标量0，用户标量1等等）。这些标签会出现在ANSYSFluent图形对话框中。用户可以通过udf来改变它们。查看Fluent使用手册来获取更多细节。
图 1图8.1：用户定义的标量对话框
用户选择Inlet Diffusion选项，以保证在UDS输运方程中的所有进口和出口边界都包含扩散项。
生设定标量输运方程第一个参数以前，请确保UDS 指数的值为0。
运算区域Solution Zones（求解域）可以选择全部流体域(all fluid zones)、全部固体域(all solid zones)、全部区域(all zones)或选定区域(selected zones)。
通过flux function（对流功能）可以定义none(没有流量)，mass flow rate（流率），或者udf（用户自定义函数）。通过Flux function功能决定对流通量的计算方法，这决定了FLUENT为用户自定义标量方程求解。通过选择none，mass flow rate，或者udf功能，决定ANSYS Fluent解决方程1.9，方程1.10，或方程1.11（在理论指导）。查看UDFs对细节的流畅的定制手工通量。
通过unsteady function（非定常功能）定义none（没有）, default（默认）,或者udf（用户自定义）。选择none表示选择稳态求解方法。选择default表示求解瞬态的方程1.8， 其方程在理论指导手册。查看单独的Fluent用户使用手册了解更多的非定常UDF的细节。
通过增加UDS index（用户自定义标量指数），重复的计算上述的标量方程。
当定义了所有用户标量方程时，单击OK。
在流体或固体图文框里（图8.2：带有用户定义标量（972页）的源项的流体对话框），选上Source Terms选项为N 个 UDS 方程中的源项(source term(s)进行定义。并单击源项选项。源参数将被显示。
图8.2：带有用于用户定义标量的源项输入的流体对话框
（a）通过单击标量名称(如 User Scalar 0)旁边edithellip;(编辑)。这将打开用户标量0源对话框（图8.3：用户标量源对话框（第973页））。指定每个标量方程所需的源数目。
Figure 8.3: The User Scalar Sources Dialog Box
（b）通过变化 Number of User Scalar 0 Sources 的值来确定用户标量方程 Scalar 0 中源项的个数。每一个源项都可以选择无(none)、常数(constant)、或者进行用户自定义(UDF)，定义结束后单击 OK 离开标量源项对话框。 可通过参看用户手册，得到关于如何定义源项udf 。
5在材料对话框中，在下拉列表中选择 defined-perUDS (默认的)或者user-defined 来对 UDS 中标量的扩散性进行定义，图8.4：与UDS方程扩散的材料输入对话框。
图8.4：与UDS方程扩散的材料输入对话框
查看用户定义的标量（UDS）扩散（902页）的细节,选择不同的选项来确定扩散系数。
6．用户可以可以为每个标量定义特定值或特定通量,来定义标量在壁面(wall)、控制体进出口(inflow、outflow)等边界处设定具体的数值或者通量值。壁面两侧物质不同属性的，壁面两侧分别是流体区域(fluid)和固体区域(solid)，可以将边界设置为多重边界条件(coupled boundary condition)。
A.在UDS选项卡下的User Defined Scalar Boundary Condition（用户定义的标量边界条件），选择指定的Specified Flux（流量）或Specified Value （指定的值）列表中的一个标量（例如，用户数量0）为边界墙。如果标量在墙的两边都用到，则将内墙选择为Coupled Boundary耦合边界。请注意，如果标量是用户定义的标量对话框在流体和固体区域的定义，耦合边界选项只会显示在下拉列表（3280页）。
B.在User Defined Scalar Boundary Value（用户定义的标量边界值）下，输入一个常量值或从下拉列表中为每个标量选择用户定义函数。如果您选择指定的通量，您的输入将是边界处的通量值。如果选择指定值，则输入将是边界上标量的值。可以查看Fluent用户使用手册得到关于用户自定义边界条件信息。
7. 在Solution Control(解的控制)任务页面，指定每个UDS的初始值（就像其他标量输运方程），并计算解决方案。
8．是用后处理工具对你的运算结果进行检验。在后处理的相关对话框中，会出现你所定义的标量方程选项。
8.1.3.2. 多相流
在用户自定义的标量对话框确定标量数量（3280页）（图8.5：用户定义的标量”对话框中为Multiphase Flow（975页））。
图 8.5: 用户定义的标量对话框中的Multiphase Flow
注意：
可以定义的用户定义标量传输方程的最大数目是50。
ANSYS从0开始给方程分配数字。对于混合型默认对域所有的方程定义。
ANSYS 默认的命名方式是user scalar 0 ，user scalar1等等。可以在Fluent对话框中查看这些命名。查看用户使用手册获取更多的信息。
2.如果你想对所有入口处和出口出的扩散项进行定义，那么勾选默认的Inlet Diffusion （入口扩散项）。
3.通过设置UDS Index是0来确定第一个标量方程的参数。
A．选择phase项来定义你选的标量方程是第一项，第二项或者是混合项。
B．，在所有流体区域、所有固体区域、所有区域（流体和固体）或选定区域中，指定标量方程的解的区域。如果您选择了选定区域，请单击“编辑”按钮查看您可以选择的区域列表。
C．对非定常函数指定通量函数，与单相流相同（见上文）。
D．通过设置UDS Index来重复上述操作。
E．当定义所有用户标量方程时单击OK。
4．在对话框内可以对在流体域或者固体域每个UDS方程进行定义
5.用户定义的混合域中的壁面，入口，出口的边界条件参数，域单向六相同（见上文）。
6.设
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