ANSYS Fluent多孔介质模型入门指南

多孔介质是指内部含有众多空隙的固体材料，如土壤、煤炭、木材、过滤器、催化床等。若采用详细的模型结构及网格划分处理，则会因为过多的网格数目而使计算量非常大，不能满足工程上的实际需求，而多孔介质模型实质上是将多孔介质区域结合了以经验假设为主的流动阻力，即动量源项。

图1 多孔介质模型的应用

ANSYS Fluent中可将所需区域设定为多孔介质模型（见图2），在cell zone conditions中勾选porous zone（通常认为在多孔介质模型内由于阻力原因，流动状况为层流，故而同时勾选laminar zone）。在其界面中，可设置方向、粘性阻力系数、惯性阻力系数以及孔隙率等参数。其中粘性阻力系数及惯性阻力系数可通过多种方式确定其具体数值，如试验法（风速及压降的曲线拟合）、Ergun方程法、经验方程法等等。

图2 ANSYS Fluent中多孔介质模型的设置界面

通过一个简单的仿真案例进行描述：一个用于汽车尾气净化的催化剂装置，其中类似蜂窝结构的区域可认为是多孔区域模型（见图3）。在ANSYS Fluent中设置求解器、材料、多孔区域、边界条件等，初始化后进行仿真计算（多孔介质问题的初始化应采用standard initialization，见图4）。结构后处理中可得到结构内部的速度场、压力场结果（见图5）

图3 汽车尾气净化器流动仿真

图4 ANSYS Fluent初始化界面

图5 不同截面的速度场云图、压力场云图及压力曲线

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