fluent水力直径如何设置

在Fluent边界条件设置中，流场的入口、出口和远场边界上，用户需要定义流场的湍流参数。在大多数情况下，湍流是在入口后面一段距离经过转捩形成的。如果不知道湍流参量的分布规律时，可以在边界上采用均匀湍流条件简化模型的设置。在设置边界条件时，首先应该定性地对流动进行分析，以便边界条件的设置不违背物理规律。违背物理规律的参数设置往往导致错误的计算结果，甚至使计算发散。

一、相关计算公式

已知流体的密度ρ，流速ν，动力粘度μ，以及特征长度L，则：

水力直径（Hydraulic Diameter）：

常取水力直径作为特征长度；其中A为有效通流截面面积；S为湿周长度。

水力直径计算公式

1.雷诺数（Reynolds number）：

雷诺数计算公式

2.湍流强度（Turbulent Intensity）：

湍流强度计算公式

3.湍流动能（Turbulent Kinetic Energy）：

湍流动能计算公式

4.湍流长度尺度（Turbulent Length Scale）：

湍流长度尺度计算公式

5.比耗散率（Specific Dissipation Rate）：

比耗散率计算公式

6.湍流耗散率（Turbulent Dissipation Rate）：

湍流耗散率计算公式

7.修正湍流粘度（Modified Turbulent Viscosity）：

修正湍流粘度计算公式

8.湍流粘度比（Turbulent Viscosity Ratio）：

湍流粘度比计算公式

注：上述公式适用于大多数管道流动中，设置均匀湍流参数，并不具有普适性。

二、Fluent提供的 Specification Method（定义方法）类型

1.湍动能（Turbulent Kinetic Energy），湍流耗散率（Turbulent Dissipation Rate）：

注：仅适用于k-ε模型；

2.湍动能（Turbulent Kinetic Energy），比耗散率（Specific Dissipation Rate）：

注：仅适用于k-ω模型；

3.湍流强度（Turbulent Intensity），湍流尺度（Turbulent Length Scale）；

4.湍流强度（Turbulent Intensity），湍流粘度比（Turbulent Viscosity Ratio）；

5.湍流强度（Turbulent Intensity），水力直径（Hydraulic Diameter）；

6.修正湍流粘度（Modified Turbulent Viscosity）：

注：仅适用于Spalart-Allmaras模型；

7.湍流粘度比（Turbulent Viscosity Ratio）：

注：仅适用于Spalart-Allmaras模型；

8.湍流强度（Turbulent Intensity）

一下依次为原油粘度、粘度和导热系数的UDF。本来想把函数给你写好的，一看你的公式那么长就取消没这个念头了。希望对你有帮助。

#include "udf.h"

/*1-oil density*/

DEFINE_PROPERTY(cell_density,cell,thread)

{

real density

real temp = C_T(cell,thread)/*temp就是温度*/

density = -1172.12 /*补全你的函数*/

return density

}

/*2-oil viscosity*/

DEFINE_PROPERTY(cell_viscosity,cell,thread)

{

real viscosity

real temp = C_T(cell,thread)

viscosity = 0.001779 /*补全你的函数*/

return viscosity

}

/*3-oil thermal conductivity*/

DEFINE_PROPERTY(cell_heatconductivity,cell,thread)

{

real heatconductivity

real temp = C_T(cell,thread)

heatconductivity = -2.2969+/*补全你的函数*/

return thecon

把Coefficients系数调到你温度最高次幂+1，如密度函数温度最高次幂4，这里需要调到5，从下面1~5个孔中依次填入0次幂常数、1次幂常数……，图中我给你填进去两个。

类似的，其余的公式换算成单位K的公式就可以定义了。

图中Range是指后面Minimum和Maximum分段函数的个数，你的函数都不是分段的，所以只需要填1就OK了，后面Minimum和Maximum尽可能范围大些，保证计算遇到的任何情况下温度在这个范围内。

1 模型描述

本例的模型较为简单，如图1所示。计算域高1m，宽0.2m。顶部边界为压力出口，底部有一高温壁面hotwall，温度570K，其他壁面wall为绝热边界。计算域内初始充满0.9m深的水。划分网格如图2所示。

2 导入网格

打开fluent，导入上步生成的网格模型。Scale检查网格尺寸。如图3所示。

图3 scale计算域

确保计算域尺寸是我们所需要的。本例中x方向尺寸0~0.2m，y方向0~1m。

3 设置求解器

选择压力基(pressure-based)求解器，同时选择瞬态模拟。

由于水沸腾时水蒸气会在浮力作用下向出口运动，因此考虑重力。设置重力加速度为重力加速度为y方向，大小-9.81m/s2。

4 设置计算模型

添加多相流模型为mixture模型，勾选slip velocity及implicit body force，设置欧拉相数量为2。如

激活能量方程

此例为层流流动，不激活湍流模型。

添加材料water-vapor及water-liquid。修改材料属性。

Water-liquid属性：

Density：1000kg/m3

Viscosity：0.0009kg/m-s

Standard state enthalpy：0 j/kgmol

Reference temperature：298k

其他采用默认属性。

Water-vapor属性：

Cp：2014j/kg-k

Standard state enthalpy：2.99e7j/kgmol

Reference temperature：298.15k

其他属性采用默认设置。

6 相设置

设置液态水为主相，水蒸气为第二相。设置气泡直径0.0002m。如图7，图8所示。

图7 设置主相

图8 设置第二相

定义相间作用，即定义蒸发/冷凝模型。点击interaction按钮进入如图9所示对话框。选择from phase为liquid，选择to phase为vapor，即为由液态转化为气态，选择模型为evaproation-condensation。此时d出模型定义对话框，如图10所示。这里采用默认设置即可。

7 设置边界条件

本例的边界条件较为简单。

Outlet：采用压力出口，设置出口蒸气含量100%，温度372K

Walls：设置为绝热边界。设置heat flux为0

Hot wall：设置temperature为570K

设置operating conditions如图11所示。

图11 operation condition

设置参考密度为气相密度0.5542。

8 求解方法

设置pressure为body force weighted，其他momentum、volume fraction、energy全采用quick算法，有利于提高计算精度。

在solution controls面板中设置亚松弛因子。设置pressurewie为0.5，momentum为0.2,volume fration为0.2。

9 初始化

初始化时设置temperature为372K。

需要patch两个区域：

1、与hotwall相邻网格节点。由于hotwall温度高达570K，超出水的沸点373.15K，因此需要adapt出hotwall边界相邻节点区域，设置其温度为373.15K。

2、Patch出初始水位。由于初始状态下计算域中有深0.9m的水，因此需要通过patch将其标记出来。

【Adapt】>【boundary】，d出如图12所示对话框，在boundary zones中选择hotwall，设置number of cells为1，点击mark即可对此区域节点进行标记，下一步进行温度patch。

图12 标记临壁面节点

点击patch…按钮，d出图13所示对话框。

图13 温度patch

下一步patch水位。

点击菜单【Adapt】>【region…】进入区域标记对话框。进行如图14所示设置。

点击mark进行标记。

图14 区域标记

进入patch对话框，进行如图15所示设置。点击patch完成设置。

图15 水位patch

此时可以查看云图，以检查patch是否正确。

10 其他设置

OK，该定义的都定义完了，剩下的就是一些监测量、动画什么的设置，这些都很基础，这里不再赘述。

11 设置计算

设置时间步长0.01s，时间步数1000步，迭代计算。

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