Fluent多孔跳跃边界条件：porous jump设置详解

1 porous jump简介

多孔介质指内部具有连通的空洞，可使流体穿过的固体。多孔介质具有以下特点：

• 流道极复杂，活性炭过滤器等随机排布的多孔介质甚至不存在可通过曲面和实体表征的确定流道
• 多孔介质只是流场的一部分，通常不关注多孔介质内部的流动状况，只关注多孔介质对流场其他区域的影响

鉴于上述特点，CFD仿真中，通常将多孔介质简化为一个阻力项，忽略复杂的内部结构，从而节约前处理操作和减少计算量。

多孔板、纱窗等薄板型多孔介质，可简化为porous jump边界条件，其特点为多孔介质内部的流动方向为薄板法向。

服务器机箱的多孔板（图源：91sdsh.com）

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porous jump设置页面

porous jmup边界条件需要输入的参数为：面渗透率、多孔介质厚度、压力跳跃系数。

多孔介质的压力损失和流动速度的关系为二次函数：

上式中，α为面渗透率，Δm为多孔介质厚度，C2为压力跳跃系数。ρ、μ分别为流体的密度、粘度。

2 输入数据获取

部分特定的形状的多孔板等，上述输入参数可直接利用经验公式进行计算。对于即没有经验公式，也缺少实验数据的多孔介质，可利用CFD仿真多孔介质本身的详细模型获得相关参数。

基本思路：

1. 保留真实形状，通过CFD进行数值模拟获得压力损失和速度之间的关系
2. 对压力损失和速度之间的关系进行拟合形成二次函数关系
3. 通过二次函数的系数获得多孔介质的属性

实例：

某多孔板的形状如图所示，流动介质为清水。

建立数值测试模型，中间网格密集区域为多孔板（多孔板保留真实厚度）。

利用CFD仿真，获得不同入口速度下的压力损失（入口和出口之间的静压差值），汇总到Excel

利用Excel的数据拟合功能，可得到函数关系式

结合多孔介质压力损失和流动速度的函数关系，可获得面渗透率和压力跳跃系数取值。

拟合函数关系可表述为：

则有：

注意要点：

1 若拟合后，n2为负数，则需要取绝对值获得面渗透率数据

2 数据点越多则拟合关系越准确

3 数值测试模型中，最大入口流动速度要比预估的完整计算域中多孔介质区域速度大

4 拟合操作中，要保证常数项为0

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