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Fluent多孔介质模拟固体区域(观点）

简介

Fluent多孔介质仿真的具体步骤可以参考【简单学微课堂】Fluent多孔介质应用
需要注意多孔介质区与流体介质区都属于“流体”材料。二者的交界面一定要设成interior

测试对象

Fluent多孔介质模拟固体区域(观点）_第1张图片

如图为以旋转对称的圆管，内部有一固定圆柱体状的“多孔介质”。空气从左侧流入，右侧流出。

仿真结果

1 不设置多孔介质区

如果全设置为空气区，则流速场如下图
Fluent多孔介质模拟固体区域(观点）_第2张图片
静压场如下
Fluent多孔介质模拟固体区域(观点）_第3张图片

2 设置多孔介质区为0阻尼

Fluent多孔介质模拟固体区域(观点）_第4张图片
计算得到的速度场
Fluent多孔介质模拟固体区域(观点）_第5张图片
计算得到的压力场
Fluent多孔介质模拟固体区域(观点）_第6张图片
可见计算结果与不设置多孔介质区完全一致

3 设置多孔介质区为低阻尼

取阻尼系数Viscous Resistance为 1 0 7 10^7 107
速度场流线
Fluent多孔介质模拟固体区域(观点）_第7张图片
压力场
Fluent多孔介质模拟固体区域(观点）_第8张图片

4 设置多孔介质区为高阻尼

取阻尼系数Viscous Resistance为 1 0 10 10^{10} 1010
流速场如下
Fluent多孔介质模拟固体区域(观点）_第9张图片
流线如下
Fluent多孔介质模拟固体区域(观点）_第10张图片
压力场如下
Fluent多孔介质模拟固体区域(观点）_第11张图片

5 设置多孔介质区为极高阻尼

取阻尼系数Viscous Resistance为 1 0 20 10^{20} 1020（收敛性变差）
流速场如下
Fluent多孔介质模拟固体区域(观点）_第12张图片
流线如下
Fluent多孔介质模拟固体区域(观点）_第13张图片
局部速度矢量
Fluent多孔介质模拟固体区域(观点）_第14张图片
压力场如下
Fluent多孔介质模拟固体区域(观点）_第15张图片
阻尼系数Viscous Resistance为 1 0 20 10^{20} 1020与 1 0 10 10^{10} 1010结果相差不大。多孔介质区已经成为事实上纯固体区

总结

使用多孔介质是可以模拟固体的。多孔介质模型通过修改NS方程的动量方程(源项)将固体视为了一种特殊的流体，流体、多孔介质和固体之间的区别消失了，可以在统一的网格上求解。

多孔介质模型的具体算法可以参考Fluent手册中help/flu_ug/flu_ug_sec_bc_porous_media.html这一章

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