fluent流体物性

7.物理性质

本章描述了用于计算物质的性质以及相应程序的物理方程，在程序中你可以输入物质的每一种性质。以下各节详细介绍了计算物质的物理性质 7.1设定物理性质

设定物理性质是模型设定中的重要一步。 材料属性是在材料面板中的1中定义的，它允许你输入各种属性值，这些属性值和你在模型面板中定义的的问题范围相关。这些属性可能会包括：

密度或者分子量 粘性 比热容 热传导系数 质量扩散系数 标准状态焓

分子运动论中的各个参数

属性可能是温度和/或成分相关的，温度相关是基于你所定义的或者有分子运动论计算得出的多项式、分段线性或者分段多项式函数和个别成分属性。

使用材料面板中的1就会显示所使用的模型需要定义的物理性质。需要注意的是，如果你所定义的属性需要借能量方程（如理想气体定律的密度，粘性的温度相关轮廓），FLUENT会自动去解能量方程。此时你就需要定义热边界条件和其它参数。

固体材料的物理属性

对于固体材料，我们只需要定义密度，热传导系数和比热容(除非你所模拟的是半透明介质，此时需要定义辐射性质。对于热传导系数你可以指定它们为常值，也可以指定为温度的函数或者自定义函数；对于比热容你可以指定为常值或者温度的函数；对于密度你可以指定为常值

如果你使用非耦合解算器，除非我们是在模拟非定常流或者运动的固体区域，否则对于固体材料我们可以不需定义其密度和比热容。对于定常流来说固体材料列表中也会出现比热容一项，但是该值只被用于焓的后处理程序中，计算时并不需要它 7.1.1材料类型

在FLUENT中，流体和固体的物理性质是与名字\相关的，这些物理性质分配给区域作为边界条件。当你模拟组分输运时，你就需要定义混合材料，该材料包括所解决问题的各种各样材料。混合物的物理性质会被定义，其中也包括流体材料的组成部分（混合材料的概念将会在混合材料一节详细讨论）。离散相模型的附加材料类型也可以使用，请参阅离散相材料的概念一节。

材料的定义可以从零开始，也可以从全局(site-wide)数据库中下载并编辑。关于修改全局数据库请参阅自定义材料数据库一节。

注意：当前你的材料列表中所有的材料都会被保存在case文件中。如果你将这个case文件读入到新的解算器进程，你就可以使用这些材料。 7.1.2材料面板

1(图1)允许你创建新的材料，或者从全局数据库复制材料，也可以修改材料的属性。菜

单：Define/Materials...。

图一：材料类型面板

这节将会介绍本类函数，温度相关属性的输入将在使用温度相关函数定义属性一节介绍。要指定每一个材料属性的输入请参阅本章下面的其他节。

在解算器进程中，你目前的材料列表会包括一个单一的流体材料（空气）和单一的固体材料（铝）。如果你所解决的问题就是空气，你就可以是用默认值或者修改属性。如果流体是水，你可以从全局材料数据库中复制或者从新创建新的材料。如果是从数据库中复制的，你还可以修改所复制过来的材料的属性。

除非你激活组分输运（请参阅化学组分输运和反应流），否则混合材料不会出现在你的下拉列表中。相似地，惰性的，滴状的和燃烧的例子材料也不会出现，除非你为这些粒子类型创建离散相粒子射流（请参阅离散相模型）。当从数据库中复制离散相模型时，所有组成的流体材料（组分）也会自动复制过来。

修改已经存在的材料的属性

使用材料面板最常做的就是修改材料属性，下面是修改的步骤： 1. 在材料类型下拉菜单中选择材料类型（流体、固体等）。

2. 在流体、固体或其它材料下拉菜单中选择你所要修改属性的材料。（列表名和第一步中所选的材料类型一致)

3. 修改相关属性

4. 点击改变/创建按钮将所选择的材料的属性改变为新的属性。 要改变别的材料的属性只需要重复上述步骤即可。需要记住的是在改变每一个材料属性之后别忘了点击改变/创建按钮。

重命名已经存在的材料

每一个材料由名字和分子式（如果存在的话）定义。你可以改变材料名但是不能改变分子式，除非你创建新的材料。改变材料名字的步骤如下：

1. 在材料类型下拉列表中选择材料（流体、固体及其它）。 2. 在材料下拉列表中选择需要修改属性的材料。（列表名必须和第一步中所选的材料类型一致）。

3. 在面板顶部的名字框中输入新的名字。

4. 点击改变/创建按钮。会弹出一个问题对话框，询问你是否覆盖原来的材料。因为你只是简单的改变原来材料的名字所以你可以点击Yes覆盖掉。（如果你是创建新的材料，你就需要点击No，保留原来的材料）

要修改别的材料，遵循上面的步骤就行，只是要记住改变每一个材料名字之后点击改变/创建按钮。

从数据库复制材料

全局(site-wide)材料数据库包含很多常用的流体、固体和混合材料，其数据来源于几个不同的资源[106]，[134]，[176]。如果你希望使用某一材料，你可以简单的从数据库中复制材料到当前材料列表中。复制步骤如下：

1. 在材料面板中点击数据库按钮，打开数据库材料面板（如下图）

Figure 1: 数据库材料面板

2. 在材料类型下拉列表中选择材料类型（流体、固体等）。

3. 在材料列表中选择需要复制的材料（第二步已经选择了材料类型）。材料的属性会显示

出来。

4. 如果要检查材料的属性，你可以用滚动条来选择。对于有些属性，除了常数值之外还有

温度相关函数。你可以选择某一函数类型，相关的参数就会显示出来。你不可以编辑这些值，但是这个面板所显示的的函数和你所设定的温度相关函数是一样的，详细的内容可以参阅，使用温度相关函数定义属性一节。 5. 点击复制按钮。这些属性就从数据库中复制到当前列表中了，所有复制的属性也会在材

料面板中显示出来。

6. 遵循相同的步骤复制或者关闭材料数据库面板。

从数据库复制完材料之后，你可以修改它的属性和名字，而不影响原来数据库的材料属性。

创建新材料

如果数据库中没有你所要使用的材料，你可以简单的为当前列表创建材料。步骤如下： 1. 在材料类型下拉菜单中选择类型（流体、固体等）。在流体、固体或其它材料中选什么

材料都没关系。

2. 在名字框中输入材料名。

3. 在属性区域设定材料属性，属性太多可以用滚动条。 4. 点击改变/创建按钮。弹出问题框询问你是否覆盖原来的属性。点击No保留原来的材料

并将新的材料加到列表中。此时会要求你输入新材料的分子式。如果已知，输入分子式并点击OK否则保留空白并点击OK。此时材料面板会更新，并在流体材料（固体材料等）列表中显示出新材料的名字和分子式。

保存材料和属性

当前列表的所有材料及相关属性会保存在case文件中，在新的进程中所有的材料和属性都可以使用。

删除材料

如果有些材料你不想使用了，你可以删除它们，步骤如下： 1. 在材料类型下拉列表中选择材料类型（流体、固体等）。 2. 在材料列表中选择要删除的材料。（列表名字和你在第一步中选择的材料类型相同） 3. 点击Delete按钮。

在当前表中删除材料对全局数据库中的材料没有影响。

改变材料列表的顺序

数据库中的材料列表的顺序默认是按名字排列。你可以选择按化学分子是排列，此时你可以在排列材料框中选择化学分子式选项。如：air、co2、o。改回去请点击名字选项。

注意：材料面板和数据库面板中材料的排序是相互独立的。你可以在数据库中按分子式

排列，在当前列表中按名字排列，每一个面板都有自己的排列选项。

7.1.3使用温度相关函数定义属性

材料属性可以定义为温度相关函数，如：你可以定义温度的多项式、分段线性或者分段多项式函数：

多项式：

??T??A1?A2T?A3T2?...

分段线性

??T???n??n?1??nTn?1?Tn?T?Tn?

其中：1?n?N，N为所分的段数。 分段多项式:

forTmin,1?T?Tmax,1:??T??A1?A2T?A3T2?...forTmin,2?T?Tmax,2:??T??B1?B2T?B3T?...2

在上面的方程中，f为属性。

注意：如果是温度的多项式函数或者分段多项式函数，其中的温度单位是Kelvin或者Rankine。如果你使用Celsius或者Kelvin作为温度单位，相应的多项式系数也要根据Kelvin单位改变，如果使用Fahrenheit或者Rankine作为温度单位，相应的只要根据Rankine单位改变。

有一些属性有附加的函数，还有一些我们所用的只是这三个函数的子集。决定使用哪一个温度相关函数请参阅相关章节。

本节会讨论定义多项式函数、分段线性函数和分段多项式函数所需要的输入。

1.多项式函数需要的输入

定义材料属性的温度相关多项式函数步骤如下：

1. 在使用材料面板的1中，在属性名字（如：density）右边的下拉菜单中选择多项式。会

打开如下的多项式轮廓面板。（因为这只是模式面板，所以，在进行以下步骤之前解算器不允许你做其它的任何事情）。

Figure 1: 多项式轮廓面板

2. 指定系数的数量（最多为8个）。系数的数量定义了多项式的阶数。默认的数量为一，

也就是零阶多项式：属性为常值且等于唯一的系数A_1；输入二则定义一阶多项式：属性随温度呈线性变化，如此等等。

3. 定义系数。系数1, 2, 3,... 和使用温度相关函数定义属性中的方程1的A_1,A_2, A_3,...

是一致的。上图的面板对应的就是下面的函数：

??T??1000?0.02T

需要注意温度的单位限制！

2.分段线性函数所需要的输入

定属性的温度分段线性函数步骤如下：

1. 在使用材料面板的1中，在属性名字（如：Viscosity）右边的下拉菜单中选择分段线性

函数。会打开分段线性函数轮廓面板如下。（因为这只是模式面板，所以，在进行以下步骤之前解算器不允许你做其它的任何事情）。

Figure 1: 分段线性轮廓面板

2. 定义分段的点数

3. 在数据点处输入每一个点的数据对，首先输入点1的无关和相关变量值，然后逐渐增加

点的数目输入相关数值。所提供的点的数据对必须是按顺序的（随温度的增加而变化），解算器是不会为你分类的。每一个属性最大为30个分段点，下图是上面面板所描述的

轮廓。

Figure 2: 粘性的分段线性定义m (T)

3.分段多项式函数的输入

要定义材料属性的温度分段多项式函数，步骤如下：

1. 在使用材料面板的1中，在属性名字（如：Viscosity）右边的下拉菜单中选择分段多项

式函数。会打开分段多项式函数轮廓面板如下。（因为这只是模式面板，所以，在进行以下步骤之前解算器不允许你做其它的任何事情）。

Figure 1: 分段多项式轮廓面板 2. 指定范围的数目，如方程1，分两个范围如下：

for300?T?1000:cp?T??429.929?1.874T?1.966?10T?1.297?10T?4.000?10T?32?63?104

for1000?T?5000:cp?T??841.377?0.593T?2.415?10?4T2?4.523?10?8T3?3.153?10?12T4

最多定义3个范围，范围的顺序也要使随着温度的增加而增加，解算器不会为你自动排序。

3. 对于第一个范围（Range = 1），指定最大和最小温度，以及系数的数目（最多为8）。系

数的数目定义了多项式的阶数。这和多项式的是一致的。

4. 定义系数，系数1, 2, 3,... 和使用温度相关函数定义属性中的方程5的A_1,A_2, A_3,...

是一致的。上图的面板对应的就是方程1的第一个范围。

5. 增加变量的范围输入相应的温度最大值、最小值、系数的数目以及相应的系数，如果有

第三个范围重复上述步骤。

注意温度的单位限制，前面已经讨论了！

4.检查和修改已经存在的轮廓

如果你要检查和修改系数、数据对或者范围，请点击属性名字右边的编辑按钮，此时便会打开适当的面板供你检查和修改。

注意：在数据库材料面板你不能修改轮廓，但是你可以点击察看按钮来检查数据。

7.1.4自定义材料数据库

材料数据库在Path/Fluent.Inc/fluent5.x/cortex/lib/propdb.scm文件中。其中Path是FLUENT安装目录，x为相关版本，如fluent5.0，x就为0。

如果你想将常用的材料增加到材料数据库，步骤如下： 1. 将上述目录的propdb.scm文件复制到当前的工作目录。 2. 使用文本编辑器，按照下面的格式增加其它材料。如果你所要定义的材料和已有的材料

相似，你可能要复制已有的材料，然后改变它的名字。空气和铝的相关条目如下： (air fluid

(chemical-formula . #f) (density (constant . 1.225)

(premixed-combustion 1.225 300)) (specific-heat (constant . 1006.43))

(thermal-conductivity (constant . 0.0242)) (viscosity (constant . 1.7894e-05)

(sutherland 1.7894e-05 273.11 110.56) (power-law 1.7894e-05 273.11 0.666)) (molecular-weight (constant . 28.966)) )

(aluminum (solid)

(chemical-formula . al) (density (constant . 2719)) (specific-heat (constant . 871))

(thermal-conductivity (constant . 202.4)) (formation-entropy (constant . 164448.08)) )

当你在当前工作目录下的FLUENT进程中进行下一次加载材料数据库时。FLUENT会加载你所修改的propdb.scm文件，而不是原来数据库的文件，此时你所定义的材料就会在数据库材料面板中可以得到了。

如果你想在其它情况下使用修改后的数据库，你可以将自定义的文件propdb.scm放到cortex/lib目录中，替换掉默认的数据库。在进行这项操作之前，你应该将原来的propdb.scm 文件改个名字或者备份一下以便将来使用。

7.2密度

FLUENT为定义密度提供了几个选项：常数密度；温度相关和/或成分相关密度。本节描述了每一个输入选项和控制物理模型。在所有的情况下，你都要用使用材料面板中的1来定义密度。菜单：Define/Materials...。

7.2.1不同流动区域密度的定义

FLUENT中密度的选择是非常重要的，你必须在流动区域的基础上设定适当的密度关系式 。

? 对于可压流，理想气体关系式式是适当的密度关系式。 ? 对于不可压流你需要选择下面方法中的一种：

1. 密度如果与温度无关，请选择常数。 2. 对于完全不可压流中压力有很小的变化，但是你想要使用理想气体定律时来体现密

度和温度之间的关系（如自然对流）时，你就应该使用不可压理想气体定律。不可也理想气体定律不能计算封闭区域的时间相关自然对流。 3. 当密度是温度的函数时（如自然对流问题），我们就应该使用温度的多项式函数、

分段线性函数或者分段多项式函数。

4. 对于温度有很小变化的自然对流问题，可以使用Boussinesq模型。

多重区域模型的混合密度关系式

如果模拟的是使用不同材料的多重流体区域，你需要注意如下问题： ? 对于分离解算器，可压理想气体定律不能和其它密度方法混合使用。这就意味着如果某

一材料使用可压理想气体定律，那么其它所有的材料也必须使用可压理想气体定律。需要注意的是，耦合解算器不受该限制。

? 只有一个指定的操作压力和一个指定的操作温度。这就意味着如果你对不止一种材料使

用理想气体定律，它们会共用相同的操作压力；如果你对不止一种材料使用Boussinesq模型，它们就会共用相同的操作温度。

7.2.2常数密度的输入

要定义常数密度，请选择使用材料面板中的1密度右边的下拉菜单检查常数，并输入材料的密度值。对于默认流体（空气）密度为1.225 kg/m^3。

7.2.3Boussinesq近似所需要的输入

要激活密度的Boussinesq近似，选择使用材料面板中的1密度右边的下拉菜单中的Boussinesq，并为密度制定常数值。你还要设定温度膨胀系数以及相关的操作条件，详细内容请参阅Boussinesq模型一节。

7.2.4密度定义为温度的轮廓函数

如果你模拟包含热传导的问题，你可以定义密度为温度的函数，共有三种类型： 分段线性：

??T???n?分段多项式：

?n?1??nTn?1?Tn?T?Tn?

forTmin,1?T?Tmax,1:??T??A1?A2T?A3T2?...forTmin,2?T?Tmax,2:??T??B1?B2T?B3T?...2

多项式：

??T??A1?A2T?A3T2?...

这些方法的输入，首先在密度右边的下拉菜单中选择分段线性、分段多项式或者多项式，其余操作请参阅前面所介绍的使用温度相关函数定义属性一节。

7.2.5不可压理想气体定律

在FLUENT中，对于不可压流如果使用理想气体定律来定义密度，密度的计算式为：

??popRT

其中R为普适气体常数，p_op为你在操作压力面板定义的操作压力。在这种情况下，密度只与操作压力相关而与当地压力场无关。

不可压理想气体所需要的密度输入：

1. 在使用材料面板一节1中的密度右边的下拉列表中选择不可压理想气体来激活不可压

流体的理想气体定律。你必须对每一个所使用的材料分别指定不可压理想气体定律。对于混合物的理想气体定律指定的信息请参阅多组分混合物的组分相关密度一节。

2. 在操作条件面板中的定义操作压力框中设定操作压力。菜单：Define/Operating

Conditions...。需要注意的是当你计算理想气体定律的密度时操作压力的输入是很重要的。详情请参阅操作压力一节中关于设定操作压力适当值的建议。操作压力默认为101325 Pa。

3. 如果不解化学组分输运方程，请设定同质或者单组分的分子量，或者对与多组分混合物

设定每一种流体材料的分子量。对于每一种材料，请在使用材料面板中的1中输入分子量的值。

7.2.6可压流动的理想气体定律

对于可压流，气体定律的形式为：

??pop?pRT

Figure 1:各向异性热传导面板

注意：e(hat)_ij可以是非对称矩阵，你可以在各向异性热传导面板的矩阵分量中指定矩阵的各分量。K可以指定为温度的函数或者其他常用的方法（常数、多项式、分段线性或分段多项式），这些都是从传导系数下面的下拉列表中选择得到的（详细内容请参阅常数热传导系数和温度相关热传导系数的输入的相关章节） 。

7.5指定热容

当能量方程被使用时，必须指定热容。FLUENT提供了几种定义热容的方法： ? 常数热容

? 温度和/或组分相关热容 ? 分子运动论

本节详细地介绍了每一个选项的输入和控制模型（自定义函数将会在自定义函数一章介绍）。在所有的情况下你都要在使用材料面板一节中的1的Cp中定义。菜单：Define/Materials...。

指定热容的单位为国际标准单位的J/kg-K或者英制单位的BTU/lbm-R。

注意：对于燃烧方面的应用，推荐使用温度相关方法指定热量。

7.5.1指定热容所需要输入的常数

如果你要定义热容，请在使用材料面板一节中的1的Cp右边的下拉列表中选择常数并输入相应的热容值。

默认流体空气的热容默认为1006.43 J/kg-K. 7.5.2指定温度相关的热容 ? 分段线性

cp?T??cpn?? 分段多项式

cpn?1?cpnTn?1?Tn?T?Tn?

forTmin,1?T?Tmax,1:cp?T??A1?A2T?A3T2?...forTmin,2?T?Tmax,2:cp?T??B1?B2T?B3T?...2

? 多项式

cp?T??A1?A2T?A3T2?...

你可以输入数据对(T_n, c_p_n) 范围和系数A_i与B_i，或者在使用材料面板1中的这些函数的系数A_i，详细内容清参阅使用温度相关函数定义属性一节。

7.5.3用分子运动论定义指定热容

如果你使用气体定律（如密度一节所述），你可以用分子运动论定义热容：

cp,i??1R?fi??2? 2Mi?其中f_i^'是气体组分i^'的能量模式的数量（自由度），你可以在使用材料面板一节中的1的Cp右边的下拉列表中选择分子运动论。解算器就会使用上面的方程来计算热容。详情请参阅分子运动论的相关参数的输入。

7.5.4指定热容为成分的函数

如果所模拟的流动包含不止一种化学组分（多组分流动），你可以选择定义组分相关热容。在这种情况下你还可以定义热容为常数、温度的函数或者使用分子运动论来定义。 要定义某一混合物的组分相关热容，步骤如下：

1. 对于混合材料，选择Cp右边的下拉列表中的mixing-law。 2. 点击改变/创建按钮。

3. 为组成混合物的每一个材料定义热容。你可以分别为每一个组分定义常数或者（需要的

话）温度相关函数。你还可以使用分子运动论来定义每一组分的热容 解算器会将混合物的热容定义为各组分的热容的质量平均：

cp??mi?cp,i?

i?

7.6辐射属性

当你在FLUENT中使用，某种辐射模型，你就需要在使用材料面板一节中的1设定附加的属性：

? 对于P-1模型，你需要设定辐射吸收系数以及散射系数(P-1模型方程中方程1的a和

s_s)。

? 对于Rosseland辐射模型，你也需要设定辐射吸收系数以及散射系数(P-1模型方程中方

程3的a和s_s。

? 对于DTRM，只需要设定吸收系数（DTRM方程中方程1的a。 ? 对于DO模型，你需要设定辐射吸收系数以及散射系数（DO 方程中方程1的a和s_s。。

除此之外，如果你模拟半透明介质，你可以指定折射指数（半透明壁面处DO模型的边界条件中的方程3中的n_a或者n_b。注意：对于DO模型，你可以指定固体材料的辐射属性，从而在模拟半透明介质时可以用到它。

下面各结介绍了定义每一个属性的信息。

7.6.1吸收系数

要定义吸收系数，你可以指定常值，温度相关函数（请参阅使用温度相关函数定义属性一节），组分相关函数或者自定义函数。如果你模拟DO辐射模型的非灰度（non-gray）辐射，你还可以选择在每一个灰度带指定常数吸收系数。

所需要的吸收系数的单位为1/length。以及散射系数，它被定义为通过流体介质路径的每一单位长度上的辐射强度的变化。吸收系数可以用CO_2和H_2O发射率的列表计算，这一列表通常可以在辐射热交换的教科书等相关资料中得到。

常数吸收系数的输入

要定义常数吸收系数，请在使用材料面板一节中的1的吸收系数下面的框中输入数值（如果没有被选中，请首先在下拉列表中选择常数）

组分相关吸收系数的输入

FLUENT还允许你输入组分相关吸收系数，它是水蒸气或者二氧化碳的当地质量分数的a a的函数。在燃烧模拟中，这些选项在模拟辐射时是非常有用的。FLUENT所使用的variable-absorption-coefficient模型是模拟变化吸收系数一节中的weighted-sum-of-gray-gases模型(WSGGM)。要使用它请在使用材料面板一节中的1的吸收系数右边的下拉列表中选择wsggm-cell-based、wsggm-domain-based或者wsggm-user-specified。三个WSGGM选项在计算路径长度上所使用的方法是不同的，详情请参阅组分相关吸收系数的输入一节。（一定要记住，你必须首先激活组分计算，这样才能在列表中看到wsggm选项，而且二氧化碳和水必须出现在混合物中。）

当WSGGM用于计算吸收系数时，你可以选择Weighted-Sum-of-Gray-Gase模型中方程1的路径长度s的计算方法。你可以使用特征单元尺寸或者平均光程（beam）长度（解算器计算出来的活着你所指定的）。具体哪种模型适合哪种方法请参阅变化吸收系数的模拟一节。

当你在上面所介绍的方法中选择了适当的吸收系数输入方法，你就需要选择路径长度方法了。

? 如果你选择wsggm-cell-based，就需要使用characteristic-cell-size方法，以后也不需要输

入其它内容。

? 如果你选择wsggm-domain-based，a的计算就需要使用mean-beam-length方法，而且

FLUENT会在计算区域平均尺度的基础上计算平均光程，以后不需要输入其它内容。

? 如果你选择wsggm-user-specified，就会使用mean-beam-length方法，但是你需要在

WSGGM用户指定面板中的路径长度框中自己设定平均光程长的。当你选择wsggm-user-specified是这一面板会自动打开，因为这是一个（对话框等）模式上的面板，所以你必须马上使用它。

非灰度辐射吸收系数的输入

如果你使用非灰度DO模型（请参阅非灰度DO模型理论与方程以及DO模型的非灰度辐射定义），你可以对灰度模型所使用的每一个带（band）指定不同的常数吸收系数。在吸收系数下拉列表中选择灰度带，然后在灰度带吸收系数面板中为每一个带定义吸收系数。需要注意的是，因为这是一个（对话框等）模式上的面板，所以你必须马上使用它。

烟尘和粒子对吸收系数的影响

如果你在离散相模型面板中打开粒子辐射相互作用选项，FLUENT会考虑粒子对于吸收系数的影响（只对P-1和DO辐射模型来说）。

如果你要模拟烟尘的信息，并想考虑烟尘对于吸收系数的影响，请在烟尘模型面板中打开烟尘辐射作用的一般模型。只要你使用WSGGM来计算组分相关吸收系数，任何一个辐射模型都可以考虑烟尘的影响。

7.6.2散射系数

散射系数默认为0，并假定为各向同性的。你可以指定它为常值、温度相关函数（请参阅使用温度相关函数定义属性一节）或者自定义函数。你还可以指定非各向同性相函数。

散射系数的单位为1/length。以及吸收系数，它被定义为通过流体介质路径的每一单位长度上的辐射强度的变化。你可能希望在出现微粒的燃烧系统中增加散射系数。

常数散射系数的输入

要定义常数散射系数，请在使用材料面板一节中的1的散射系数下面的框中输入数值（如果还没有选中，请首先在下拉列表中选择常数）。

散射相函数的输入

在默认的情况下，散射假定为各向同性，但是你可以指定线性各向异性散射函数。如果你使用DO模型，那么可以选择Delta-Eddington或自定义散射函数。

要模拟各向同性散射，请在散射相函数下拉列表中选择各向同性，不需要其它输入，这是FLUENT默认的情况。

要模拟各向异性散射，请在散射相函数下拉列表中选择各向异性，然后设定相函数系数的值（P-1模型方程中方程3中的C）。

要使用Delta-Eddington相函数，请在散射相函数下拉列表中选择delta-eddington。此时会打开Delta-Eddington散射函数面板，在面板中你可以指定前向散射因子和对称因子（各向异性散射中的方程1的f和C）。需要注意的是，因为这是一个（对话框等）模式上的面

板，所以你必须马上使用它。

要使用自定义相函数，请在散射相函数下拉列表中选择自定义相函数。自定义相函数中必须指定各向异性散射方程3中的F^*和f。

7.6.3折射指数

在默认的情况下，折射指数为1。它只用于你使用DO模型模拟半透明介质。你可以在散射指数后面的得框中指定常数值。

7.6.4辐射属性的报告

你可以在后处理面板中出现的变量选择下拉列表中的Radiation...中使用吸收系数和散射系数来显示所计算的a和s_s的当地值。你还会在Radiation…中发现折射指数。

7.7质量扩散系数

层流质量扩散系数 湍流质量扩散系数

层流流动的Fick扩散定律

在多组分流动中，当你解组分输运方程时，需要质量扩散系数。质量扩散系数用于计算化学组分的扩散流量：

Ji????Di?,m?mi? ?xi其中Di,j是混合物中成分i^'的扩散系数。

当混合物成分没有变化，即成分的Di,m无关时，上面的方程严格有效。因此，你不可以使用FLUENT计算层流流动的非稀释混合物的疏运。FLUENT允许你以多种方法指定Di,m，包括Di,j，成分i^'在j^'中的二元质量扩散系数，但是Di,j并不是直接使用的，直接使用的是混合物的扩散系数，Di,m由下式计算：

Di?,m?1?Xi?

?j?,j??i?Xj?Di?j?其中Di,j时成分i^'在j^'中的二元质量扩散系数，Xi 是成分i^'的摩尔百分数。你可以为每一个化学成分输入Di,m或Di,j，具体请参阅层流流动的质量扩散系数的输入。

湍流流动中扩散的计算

在湍流流动中，层流流动的Fick扩散定律的方程1由下式替代：

??iJi?????D??i?,mSct???mi????x ?i其中Sct是湍流流动的有效Schmidt数：

Sct??Dt ?tDt 是由湍流引起的有效质量扩散系数。

湍流流动的质量扩散系数需要输入如下内容：使用和层流流动相同的方法定义分子对扩散

Di,m的贡献；附加的选项，来改变湍流Schmidt数的默认设定。如方程3所示，这些参数和

具有涡粘性（m_t）的湍流所导致的有效质量扩散系数有关。

7.7.1层流质量扩散系数的输入

在层流流动中，解算器使用层流流动的Fick扩散定律以及相关的输入（混合物成分i^'的扩散系数Di,m）来计算成分扩散。对于湍流流动，成分扩散使用湍流流动扩散计算中的方程1来计算。

你可以使用下面任意一种方法输入质量扩散系数：

? 除了在使用材料面板一节中混合成分列表最后一个字分的扩散系数DN,m 设定为零之

外，常数稀释近似为所有的Di,m定义为常数值。

? 稀释近似：定义每一个Di,m（除了DN,m 设定为零）为常数或者（如果要计算热传导

的话）温度的多项式函数。

? 多成分方法：定义成分i^'在每一个成分j^'中的扩散系数Di,j为常数值或者温度的多项式函数，或者对于理想气体定律使用分子运动论来定义。 如果你模拟稀释混合物，其中在高浓度的输运流体中具有低质量分数的化学组分，你应该选择前两个方法输入Di,m。如果你模拟非稀释混合物，你可能希望定义每一个二元质量扩散系数Di,j。如果你选择定义Di,j，解算器会使用层流流动的Fick扩散定律中的方程3来计算混合物中组分i^'的扩散。

你需要使用材料面板为每一个化学组分定义Di,m或者Di,j。菜单：Define/Materials...。 扩散系数的国际单位为m^2/s，英制单位为ft^2/s。

常数稀释近似输入

要使用常数稀释近似方法，步骤如下：

1. 在质量扩散系数右边的下拉列表中选择constant-dilute-appx

2. 输入Di,m的唯一值。混合物的每一个组分的扩散系数都使用相同的值。

稀释近似输入

要使用稀释近似方法，步骤如下：

1. 在质量扩散系数右边的下拉列表中选择dilute-approx

2. 在出现的质量扩散面板中（下图）的列表中选择你打算定义质量扩散系数的组分。

Figure 1: 稀释近似的质量扩散系数面板

3. 你可以定义所选组分的Di,m为常数值或者（如果存在热传导）温度的多项式函数：

? 要定义常数扩散系数，请在系数下面的下拉列表中选择常数（默认），然后在列表

的下面输入数值。

? 要定义温度相关扩散系数，请在系数下拉列表中选择多项式，然后定义多项式系数

（具体请参阅多项式函数的输入一节）。

Di?,m?A1?A2T?A3T2??

4. 重复2和3步，直到你将质量扩散面板中的Di列表中的所有组分的扩散系数定义完毕为止。

多成分方法输入

要使用多成分方法定义常数或者温度相关扩散系数，步骤如下： 1. 在质量扩系数右边的下拉列表中选择多成分。

2. 在出现的质量扩散面板中（下图）的列表中选择你打算定义质量扩散系数Di,j的组分i'

和组分j’（组分i'在组分j’中的系数）。

Figure 1:多成分方法的质量扩散系数面板

3. 你可以将所选的成对组分的Di,j定义为常数值或者温度的多项式函数（如果存在热传

导）。

? 要定义常数扩散系数，请在系数下面的下拉列表中选择常数（默认），然后在列表

的下面输入数值。

? 要定义温度相关扩散系数，请在系数下拉列表中选择多项式，然后定义多项式系数

（具体请参阅多项式函数的输入一节）。

Di?,j??A1?A2T?A3T2??

4. 重复2和3步，直到你将质量扩散面板中的Di列表和Dj列表中的所有组分的扩散系数定义完毕为止。。

要使用多成分方法，并使用分子运动论（只在使用理想气体定律时可用）定义扩散系数，步骤如下：

1. 在质量扩散系数右边的下拉菜单中选择分子运动论

2. 完成混合材料的其它适当的定义之后点击改变/创建按钮。 3. 为每一个组分定义Lennard-Jones参数s_i^'和(e/k)_i^'，详情请参阅分子运动论参数一节。

解算器会使用分子运动论中的下面的公式计算扩算系数：

Di?,j??3?11??T??M?M?ji?i??0.0188pop?i2?,j??D???????? 12其中：W_D = W_D (T^*_D)，p_op是系统的操作压力，

*TD?T

??k?i?j???k?i?j????k?i???k?j?

?i?j??1??i???j?? 2

7.7.2湍流流动中质量扩散系数的输入

当流动是湍流时，你需要定义Di,m或者Di,j，具体请参阅层流流动的质量扩散系数的输入一节，而且你还可以选择改变湍流流动中扩散系数的计算中所描述的湍流Schmidt数Sc_t的默认设定。 一般说来，在湍流流动中，质量扩散由湍流Schmidt数（湍流流动的扩散计算中的方程3）决定的湍流输运控制。湍流Schmidt数规定了由于湍流而引起的质量和动量的相对扩散，它是在所有湍流流动中一致相似的。因为湍流Schmidt是与有分子组成的湍流属性相对不敏感的经验常数，所以对于任何组分你基本上没有理由修改默认值（0.7）。

假如你希望修改Schmidt数，你可以在粘性模型面板中输入新的湍流Schmidt数的值。菜单：Define/Models/Viscous...。

分子运动论需要的输入

7.8标准状态焓

当你使用有限速度方法或者涡扩散模型解决反应流时，你需要定义每一组分j^'的标准状态焓（焓的形式或者热的形式）h^0_j^'。这些输入用于定义混合焓：

T0?H??mj?hj???cp,j?dT? ??Tref,j???j?其中T_ref,j^'是定义h_j^'^0时的参考温度。标准状态焓的国际标准单位是J/kgmol英制单位

是BTU/lbmol。

对于和反应相关的每一组分（即，每一个流体材料都包含在混合材料中），你可以在材料面板一节中的1的标准状态焓和参考温度中设定。

7.9标准状态熵

对于可逆反应如果你使用有限速度模型（参阅Arrhenius速度一节），你需要为每一组分j^'定义标准状态熵。这些输入用于定义混合熵：

cp,j??T?0S??mj??sj???dT?

Tref,j?Tj???其中T_ref,j^'是定义s_j^'^0时的参考温度。标准状态熵的国际标准单位是J/kgmol-K，英制

单位是BTU/lbmol-R。

对于和反应相关的每一组分（即，每一个流体材料都包含在混合材料中），你可以在材料面板一节中的1的标准状态熵和参考温度中设定。

7.10分子热传导系数

如果你模拟预混和燃烧（见模拟预混和燃烧一节），那么流体区域的流体材料应该分配为未燃烧混合物的属性，包括分子热传导系数（湍流燃烧速度一节中方程1的c），也是指定义为k/r c_p 的热扩散系数c，在标准状态下其数值可以查阅燃烧手册（如：[86]）。要确定非标准条件下的数值，你需要使用第三方具有详细化学说明的1D燃烧程序。你可以在使用材料面板一节中的1的分子热传导系数中设定它们。

7.11分子运动论参数

当使用理想气体定律时，你可以选择使用分子运动论定义下面的属性： ? 粘性（流体）

? 热传导系数（流体） ? 指定热容（流体）

? 质量扩散系数（对于多成分混合物）

如果你使用分子运动论计算流体粘性（使用分子运动论定义粘性中的方程1），你需要输入分子运动论参数以及该流体的e/k。这些参数是Lennard-Jones参数，在FLUENT被分别称为“特征长度”和“能量参数”。

当分子运动论只用于计算流体的热传导系数时，不需要输入任何内容。 如果你打算使用分子运动论计算流体指定的热容（使用分子运动论定义组分热容中的方程1），你需要输入流体材料的自由度。

如果你使用分子运动论定义混合材料的质量扩散系数时（多成分方法中的输入一节中的方程3），你就需要输入每一化学组分的s_i和(e/k)_i。

分子运动论中需要的输入

使用分子运动论的程序如下：

1. 对于粘性、热传导系数或者流体材料的热容Cp以及混合材料的质量扩散系数选择分子

运动论作为适当的指定方法。

2. 如果你选择使用分子运动论方法所指定的一种或多种属性是流体材料所具有的，你必须

为这个材料设定分子运动论参数。如果你使用分子运动论设定混合材料的扩散系数，你需要为每一个组成成分（流体材料）定义分子运动论参数。 需要设定的参数如下： ? L-J特征长度

? L-J能量参数

? 自由度（仅用于使用分子运动论指定热容的情况）。

请参阅分子运动论一节来决定使用分子运动论计算每一属性所需要的参数。 特征长度的单位是埃（Angstroms），能量参数定义的单位是以绝对温度的单位为基准，自由度是无量纲数。在默认情况下，所有的分子运动论参数都设为零。不同材料的适当值可以查阅相关文献（如[65]）。

7.12操作压力

对于不同的流动状态，操作压力的指定以不同的方式影响你的计算。本节介绍了操作压力的相关信息，对不同情况的相关性，如何正确的设定它。

7.12.1在低马赫数流动中压力计算的数值截断的影响

在低马赫数可压流动中，全部的压降和绝对静压相比很小，因此数值截断会对其有很大的影响。比方说吧，考虑M << 1的可压流动。压力变化D p与动压头(1/2) c p M^2有关，其中p是静压，c是指定的比热比。这就给出了D p/p和M^2的关系式，以至于M——〉0时D p/p——〉0。因此，除非给予足够的注意，否则低马赫数流动计算结果往往很容易会受到截断误差截断误差的影响。

7.12.2操作压力、标准压力和绝对压力

FLUENT通过从绝对压力中减去操作压力（一般说来大的压力粗略的等于流动中绝对压力的平均值）来避免截断误差（见在低马赫数流动中压力计算的数值截断的影响一节）产生的问题，并使用得到的压力来计算，这个压力称作标准压力。下面是操作压力，标准压力和绝对压力之间的关系式。绝对压力是操作压力和标准压力之和：

pabs?pop?pgauge

你所指定的所有压力以及FLUENT所报告和计算的压力都是标准压力。

7.12.3设定操作压力

操作压力的意义

操作压力对于不可压理想气体流动来说是十分重要的，因为它直接决定了不可压理想气体定律所计算出来的密度，不可压理想气体定律计算密度的关系式为：r = (p_op/R T)。因此，你必须保证适当的设定操作压力。

操作压力在低马赫数可压流动中具有十分重要的意义，因为它在避免截断误差问题中扮演了重要的角色，如操作压力，标准压力和绝对压力一节所述。同样地，你必须保证适当地设定操作压力。

对于高马赫数可压流动，操作压力的意义就不是很明显了。在这种情况下，压力的变化比低马赫数可压流动中压力的变化大得多，因此截断误差不会产生什么实际的问题，因此也就不真正需要使用标准压力。事实上，在这种计算中使用绝对压力通常会更方便。因为FLUENT总是使用标准压力，所以你可以简单的设定操作压力为零，而使标准压力和绝对

压力相等。

如果密度假定为常数，或者密度是从温度的轮廓函数中推导出来，那么根本就不使用操作压力。需要注意的是：默认的操作压力为101325 Pa.。

如何设定操作压力

选择合适的操作压力的判据是基于流动马赫数的区域以及确定密度的关系式。例如：如果你在不可压流动的计算中使用理想气体定律（如自然对流问题），你应该使用平均流动压力的典型值。

下表是设定操作压力的推荐方法。请记住默认的操作压力为101325 Pa。

Figure 1: 操作压力的推荐设定

你需要在操作压力面板中设定操作压力。菜单：Define/Operating Conditions...。

参考压力位置

对于不包括任何压力边界的不可压流动，FLUENT会在每次迭代之后调节标准压力场以避免它浮动。这一操作是通过在（或接近）参考压力位置的单元中使用的压力实现的。在完全的压力场中减去单元内的压力值，从而保证参考压力位置的标准压力总为零。如果包含了压力条件，就不需要调节了，参考压力位置也忽略了。

参考压力位置默认为单元的中心或者接近点(0，0，0)。有时候你可能想要移动参考压力位置，也许要将它定位于绝对压力已知的点处（比如：如果你想将计算结果和实验数据比较）。要改变位置，请在操作压力面板中输入参考压力位置的新的坐标值（X，Y，Z）。菜单：Define/Operating Conditions...。

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