Fluent求解模型设定与优化策略

Fluent求解模型的设定是在“Outline View——Setup——Models”中进行的。

找到“Models”并双击，在右侧会出现如图所示的“Task Page”界面。

1.Multiphase——多相流模型

Fluent提供了三种常用的多相流模型VOF（Volume of Fluid）模型、Mixture（混合）模型、Eulerian（欧拉)模型和一种在求解类型是Density-Based时才会被激活的Wet Steam（湿蒸汽）模型。

1）VOF模型是一种在固定的欧拉网格下的表面跟踪方法。当需要得到一种或多种互不相容流体间的交界面时，可以采用这种模型。

2）混合模型可用于两相流或多相流（流体或颗粒）问题，也可用于没有离散相相对速度的均匀多相流。

3）欧拉模型是Fluent中最复杂的多相流模型。他建立了一套包含有n个的动量方程和连续方程来求解每一相。压力相和各界面交换系数是耦合在一起的。

2.Energy——能量方程

Fluent允许用户决定是否进行能量计算，通过在模型设定面板中双击“Energy”按钮，勾选“Energy Equation”复选框就可以激活能量方程。

3.Viscous——湍流模型

湍流出现在速度变动的地方。Fluent提供的湍流模型有Spalart-Allmaras模型、标准k-e模型、RNG k-e模型、带旋流修正k-e模型、k-ω模型、压力修正k-ω模型、雷诺兹压力模型、大漩涡模拟模型等。

1）Inviscid

进行无粘计算

2）Laminar

用层流模型进行流动模拟。层流同无粘流动一样，不需要输入任何与计算相关的参数。

3）Spalart -Allmaras模型

Spalart -Allmaras模型最早被用于有壁面限制情况的流动计算中，特别在存在逆压梯度的流动区域内，对边界层的计算效果较好，因此经常被应用于流动分离区域的计算，后来在涡轮机械的计算中也得到广泛应用。但Spalart -Allmaras模型的稳定性比较差，使用时应注意这个特点。

4）标准k-ε模型

标准k-ε模型本身具有稳定性、经济性和比较高的计算精度，使之成为湍流模型中应用范围最广的模型。但标准k-ε模型假定湍流为各向同性的均匀湍流，所以在旋流等非均匀湍流问题的计算中存在较大差异。

5）RNG k-ε模型

RNG k-ε模型在形式上类似于标准RNG k-ε模型，但是在计算功能上强于标准RNG k-ε模型。

6）Realizable RNG k-ε模型

Realizable RNG k-ε模型可以更精确的模拟平面和圆形射流的扩散速度，同时在旋流计算、带方向压强梯度的边界层计算和分离流计算等问题中，计算结果更符合实际情况。但Realizable RNG k-ε模型在同时存在旋转和静止区的流场计算中，会产生非物理湍流粘性，因此在类似计算中应该慎重选择这种模型。

4.Radiation——辐射模型

Fluent提供了五种辐射模型：离散传播辐射（DTRM）模型、P-1模型、Rosseland辐射模型、表面辐射（S2S）模型和离散坐标辐射（DO）模型。

1）Rosseland辐射模型

Rosseland辐射模型计算速度比P-1模型更快，需要的内存更少。但确定是只能用于光学厚度大于3的问题，同时计算中只能采用分离求解器进行计算。

2）P-1模型

在燃烧等光学厚度很大的计算问题中，P-1的计算效果比较好。P-1模型还可以在采用曲线坐标系的情况下计算复杂几何形状的问题。但P-1模型也有其局限：P-1模型假设所有表面都是漫射表面；P-1模型计算中采用灰体假设；如果光学厚度比较小，同时几何形状又比较复杂的话，计算精度会受到影响；在计算局部热源时，P-1模型计算的辐射热流通量容易出现偏高的现象。

3）DTRM模型

优点是比较简单，通过增加射线数量就可以提高计算精度，同时还可以用于很宽的光学厚度范围。局限性如下:DTRM模型假设所有表面都是漫射表面；计算中没有考虑辐射的散射效应；计算中假定辐射是灰体辐射；如果采用大量射线进行计算的话，会给CPU造成很大的负担。

4）S2S模型

S2S模型适用于计算没有介入辐射介质的封闭空间内的辐射换热计算。其局限如下：S2S模型假定所有表面都是漫射表面；S2S模型采用灰体辐射模型进行计算；内存等系统资源的需求随辐射表面的增加而激增，计算中可以将辐射表面组成集群的方式减少内存资源的占用；S2S模型不能计算介入辐射问题；S2S模型不能用于带有周期性边界条件或对称性边界条件的计算；S2S模型不能用于二维轴对称问题计算；S2S模型不能用于多重封闭区域的辐射计算，只能用于单一封闭几何形状的计算。

5）DO模型

DO模型可以计算所有光学厚度的辐射问题，并且计算范围涵盖了从表面辐射、半透明介质腐蚀到燃烧问题中出现的介入辐射在内的各种辐射问题。DO模型也可以计算灰体辐射，也可以计算非灰体辐射。

5.Species——组分输运和反应模型

Fluent提供了模拟反映的方法：通用有限速度模型、非预混和燃烧模型、预混和燃烧模型、部分预混和燃烧模型。

6.Discrete——离散相模型

7.Solidification——凝固和融化模型

在求解固化、熔化等问题的过程中，只能采用分离算法，只能与VOF模型配合使用，不能计算可压缩流，不能单独设定固体材料和流体材料的性质，同时在模拟带反应的组元输运过程中，无法将反映区限制在流体区域，而是在全流场进行反应计算。

8.Acoustics——气动噪声模型

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