多孔区域工作流

要模拟多孔材料,将区域类型设为多孔区域,然后设置孔隙率以及惯性和粘性系数。动量方程中的多孔源项需要这些设置。如果湍流模型处于活动状态,指定多孔区域的下游湍流量。还有一个选项可用于控制多孔介质通量的使用。

  1. 选择区域 > [多孔区域] 节点。
  2. 将类型设为多孔区域。
  3. 在选定区域下,选择物理值 > 孔隙率并设置方法属性的值。对物理值 > 弯曲执行同样的操作。

    孔隙率 χ 和弯曲 τ 用于对组分输运和被动标量传输的扩散系数进行比例缩放。孔隙率用于计算多孔区域中的有效导热率。

    孔隙率定义为多孔区域的开放体积与总体积之比,并作为标量分布输入。对于非稳态流计算,孔隙率用于在连续性、能量和组分方程的时间导数项中修改流体密度 ρ ; ρ 将替换为乘积 ρ χ 。这种替换表明流体仅占据体积的一部分。对于有效导热率,孔隙率用于混合多孔区域中表示的流体和固体材料的导热率。请参见表观速度公式。

    弯曲定义为多孔材料中两点之间的实际(卷积)路径长度与连接这两点的直线路径的长度之比。多孔区域的弯曲度越高,扩散率越低,因为卷积路径会减慢材料扩散速度。

  4. 指定多孔阻力。多孔惯性阻力 P i 和多孔粘性阻力 P v 定义为张量分布。可为区域指定这些属性。
    • 选择 [多孔区域] > 物理值 > 多孔惯性阻力,然后选择方法属性。对多孔粘性阻力重复该操作。
    • 对于多相流,为每个相选择 [多孔区域] > 相条件 > [相] > 物理值 > 多孔惯性阻力。选择方法属性的值,并指定所选张量的每个分量的局部方向和值。

      对多孔粘性阻力重复该操作。

      在 [多孔区域] > 物理值 > 多孔惯性阻力和多孔粘性阻力中,方法属性分别自动设为混合物多孔惯性阻力和混合物多孔粘性阻力。

  5. 如果使用分离流模型,决定是否求解动量通量。默认情况下,通过增加对流和粘性通量的项对动量方程进行求解。请参见 Eqn. (1842)。要忽略这些项,编辑区域 > [多孔区域] > 物理条件 > 多孔介质通量选项节点,然后激活减少动量通量属性。

    忽略这些项可减少计算开销,但会降低流动求解器的稳定性。因此,最好使用默认设置。

  6. 如果使用 VOF 多相流模型或欧拉多相混合物模型,则确定是否添加用户指定的体积分数源。

    要添加这些源,选择区域 > [多孔区域] > 物理条件 > 体积分数源选项节点,然后激活相源项属性。

    在物理值节点下,指定体积分数源、体积分数源压力导数和体积分数源体积分数导数。

  7. 对于欧拉多相,选择区域 > [区域] > 物理条件节点,然后将多孔介质阻力选项设为以下选项之一:
    多孔介质阻力选项 设置
    电阻

    如果要指定欧拉相的多孔粘度,则使用此选项。

    1. 选择[区域] > 相条件 > [欧拉相] > 物理值节点,然后指定以下内容:
      • 不可减少饱和度
      • 多孔粘性阻力
    渗透率

    使用该选项,通过引入相对渗透率,模拟多孔介质中多个液相的影响。

    1. 选择[区域] > 相条件 > [欧拉相] > 物理值 > 不可减少饱和度节点,然后指定适当的值。
    2. 选择[区域] > 物理值 > 固有渗透率节点,然后指定适当的值。
    3. 选择[区域] > 物理条件 > 相对渗透率选项节点,然后将选项设为以下选项之一:
      选项 设置
      幂律
      1. [区域] > 相条件 > [欧拉相] > 物理值 > 最大渗透率节点,然后指定适当的值。
      2. 选择[区域] > 物理值 > 幂律指数节点,然后指定适当的值。
      用户自定义
      1. [区域] > 相条件 > [欧拉相] > 物理值 > 相对渗透率节点,然后指定适当的值。
      2. 选择[区域] > 物理值 > 幂律指数节点,然后指定适当的值。
    有关更多信息,请参见区域设置。
  8. 如果通过多孔区域的流体是湍流,在物理条件管理器中选择湍流指定节点。此节点包含方法属性,该属性针对如何在多孔区域中设置湍流尺度提供了多个选项。在物理值节点下指定合适的湍流量。

    在多孔区域中,湍流传输方程没有得到求解。离开多孔区域的流体中的湍流量由用户自定义值构成;它们不从多孔区域的上游侧传输。

  9. 如果模拟涉及跨多孔区域传输能量,指定多孔固体材料和穿过该材料的流体的热属性。当某个流体能量模型处于活动状态时,多孔区域的物理值节点中会提供以下值:
    • 固体密度
    • 固体比热
    • 固体导热率

    流体能量模型包括耦合能量以及分离流体焓、分离流体温度和分离流体等温模型。