CFX多孔介质模型介绍

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1、本文主要介绍ANSYSCFX11.0中多孔介质模型的使用方法。首先详细讲述了PorositySettings对话框的填写方法，之后以附录形式给出了多孔介质模型中的定义、术语、方程等供参考。以下内容为本人根据CFX帮助及相关资料编写，错漏之处敬请见谅并指正。PorositySettings对话框填写说明PorositySettings对话框包括三项：AreaPorosity、VolumePorosity和LossModels。1.AreaPorosity：即面积孔隙率，是指流体可以穿过的面积占物理面积的份额，默认为Isot

2、ropic（各向同性的），不能修改。2.VolumePorosity：即体积孔隙率，是指允许流体流动的体积与物理体积之比。3.LossModels：即阻力损失模型，可选择IsotropicLoss（各向同性）或DirectionalLoss（各向异性）。此外还有多项需要选择或填写：3.1LossVelocityType：即阻力损失对应的速度类型。可选择Superficial（表观流速，即按物理面积计算的流速）或TrueVelocity（真实流速）。3.2若选择了IsotropicLoss，则需要填写IsotropicLo

3、ss对话框，其界面如图1：图1IsotropicLoss对话框在Option（选项栏）中，有两种阻力计算方式可以选择：3.2.1PermeabilityandLossCoefficient（渗透率和损失系数）分别填写渗透率和损失系数即可。渗透率为多孔介质本身的性质，需通过试验测定，计算式为：QLμK=AΔP其中，Q为通过多孔介质的体积流量，μ为动力粘度，L为流通长度，A为横截面积，ΔP为压差。由该式可知，渗透率具有面积的量纲。其常用单位为达西（Darcy），物理意义为：介质允许粘度为1cp的流体，在压力梯度23为1atm

4、/cm的作用下，通过横截面积为1cm的流量为1cm/s，此时，介质2-122的渗透率称为1达西。换算关系为：1Darcy=1μm=10m。损失系数也是一个试验系数，它表示了流道内摩擦阻力损失与局部阻力损失之和，其计算式可由下式推出：222LρvvρρvΔ=Δ+Δ=PPPξζ+=KL12lossD222eξζ为：K=+lossDLe其中，ξ为摩擦阻力系数，ζ为局部阻力系数，De为当量直径，L为流通长度。实际应用中可以通过阻力与速度的试验关系直接得到损失系数，而不需要区分摩阻和形阻等。3.2.2LinearandQuadra

5、ticResistanceCoefficients（线性的和平方的阻力系数）分别填写线性阻力系数和平方阻力系数即可。这两个系数可由渗透率和损失系数计算出，分别为：RR12μρCC==，KlossK2不论选择哪种阻力计算方式，都应注意：试验数据中使用的速度应当与计算中使用的速度一致。若试验数据中使用的是真实速度，而计算中使用的是表观速2度，则渗透率和损失系数应当调整为：γK和Kloss/γ；而线性的和平方的阻力系数应当调整为：RR12μρCC==，Kloss2γK2γ其中，γ为体积孔隙率。3.3若选择了Directiona

6、lLoss，则需要填写DirectionalLoss对话框，界面如图2：由图可见，本对话框又分为3个子对话框：StreamwiseDirection（流动方向）、StreamwiseLoss（流向损失）、TransverseLoss（横向损失）。3.3.1StreamwiseDirection：在Option（选项栏）中指定坐标系，可选择CartesianComponents（笛卡尔坐标系）、CylindricalComponents（圆柱坐标系），在选定坐标系下填写对应方向矢量即可。笛卡尔坐标系下为X、Y、Z；圆柱坐标

7、系下为Axial(轴向)、r(径向)、theta(角度)，同时需定义轴向，可用已有坐标轴或两个点定义。3.3.2StreamwiseLoss：有三种阻力计算方式，前两种与3.2节相同；第三种为NoLoss（无损失），即忽略该方向的阻力损失。图2DirectionalLoss对话框3.3.3TransverseLoss：除可以使用3.3.2节的三种阻力计算方式外，还有一种方式可以选择：StreamwiseCoefficientsMultiplier（轴向系数倍率）：指定一个Multiplier（倍数），典型值为10-100

8、；横向损失中的各系数（不包括渗透率）由轴向指定的系数乘以Multiplier得到。附：多孔介质中的流动在ANSYSCFX中，多孔介质中的流动可以使用动量损失模型或多孔介质模型进行计算。动量损失模型可以在流体域中使用，而多孔损失模型只能在多孔介质域中使用。以下仅介绍多孔介质模型。多孔介质模型基于纳维-斯托克斯方程和达西