多孔介质模型中的湍流处理

在默认的情况下,FLUENT 会在多孔介质模型计算时通过求解标准守恒方程计算湍流变量"在计算过程中,一般假设固体骨架对湍流的生成率和耗散率没有影响"这种简化处理适用于以下情况:多孔介质的渗透性很大,多孔介质区域的几何尺度数量级与湍流涡旋的几何尺度数量级相差很大,即认为固体骨架对湍流涡结构没有影响"当然,如果假设流体流动状态为层流,则不需要再考虑湍流" 在数值模拟中,当湍流模型是 k-E!k-X 或 Spalart-Allmaras 模型时,若要忽略多孔介质对湍流的影响,可以通过在流体面板中打开 Laminar Zone(层流区)选项来实现"当层流选项被激活后,意味着多孔介质内湍流粘度 Lt 被设置为零"但是在计算过程中湍流变量仍然会被输运到多孔介质的另一面,只是它对动量输运过程的影响可以完全忽略"如果去掉该选项(默认)则意味着多孔介质中的湍流会像主流区流体流动一样被计算"
在数值模拟时,通常可用标准的求解顺序计算流体在多孔介质中的流动,但是这会大大减小计算过程的收敛速度,尤其对阻力大的多孔介质而言更是如此"收敛速度减小的主要原因是多孔介质引起的压降在数值模拟时的处理方式:它的压降梯度作为一个源项出现在动量方程中,而源项相当于对原有计算增加了一个扰动,因而会使原有格式的收敛性降低" 西安解决收敛性问题的方法是提高初始流场的准确性,这样可以大大加快收敛的速度"具体方法有以下两种:一是在多孔介质前后设置更加接近真实流场压强值的压力条件;二是先计算不带多孔介质模型的初始流场,之后再将多孔介质模型加入进来,这样在一个更加接近于最终结果的流场中计算则会更快地收敛" 在进行各向异性多孔介质的计算时,往往会出现一个或两个方向上的阻力远远大于其他方向的阻力,此时,不需要将这些方向的阻力系数设置成很大的值,只需将大阻力方向的阻力系数设置成为小阻力方向的阻力系数的 2 或 3 个数量级倍"例如:多孔介质某方向上的阻力系数是无穷大,但是在计算过程中不需要将其设置为无穷大,针对沙漠环境模拟实验室,采用 CFD 软件对其进行数值模拟,数值模拟所采用的物理模型由实验室实体模型简化而来"重点研究了不同类型的阻尼网布置方案对下游流场的影响,并通过对各种方案下流场信息的比较来确定阻尼网的最佳布置方案,将此方案应用于实验室的数值模拟,根据模拟结果对模型实验区的流场进行分析" 。