Fluent物理模型的应用

Fluent软件包含丰富而先进的物理模型，使得用户能够精确地模拟无黏流、层流、湍流。湍流模型包含Spalart Allmaras模型、kω模型组、kε模型组、雷诺应力模型（RSM）组、大涡模拟模型（LES）组，以及最新的分离涡模拟（DES）和V2F模型等。另外用户还可以定制或添加自己的湍流模型。Fluent提供了适用于牛顿流体、非牛顿流体的数值计算模型，其中包含自由表面流、欧拉多相流、混合多相流、颗粒相、空穴两相流、湿蒸汽以及基于精细流场解算的预测流体噪声的声学等模型，含有强制/自然/混合对流的热传导、固体/流体的热传导、辐射、化学组分的混合/反应等模型外还包含磁流体（主要模拟电磁场和导电流体之间的相互作用）、连续纤维（主要模拟纤维和气体流动之间的动量、质量以及热的交换）等模块，如图15-2所示。

图15-2 湍流模型设置面板

Fluent 18.0新增了Shielded Detached EddySimulation（SDES）和Stress Blended Eddy Simulation（SBES）模型的功能，如图15-3所示。SDES模型在网格优化的基础上为DES模型提供屏蔽功能，屏蔽功能可以融入到LES工况中，对网格的尺寸和校准进行提升。对SBES模型，根据SDES屏蔽功能，可以实现从RANS模型到LES模型的转换；提供屏蔽功能以清楚定义和显示RANS区域和LES区域。

Fluent 18.0新增一种基于雷诺应力模型的湍流模型Stress BSL模型，如图15-4所示。该模型类似于Stress omega压力 应变线性模型，但是求解来自于BSL的尺度方程，通过BSL k omega模型处理尺度方程，因此可以消除应用Stress omega模型时的自由来流的敏感性。

图15-3 湍流模型SDES和SBES

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图15-4 Stress BSL湍流模型

Fluent 18.0版本增强了电池、燃料电池、电化学模型功能。可以利用基于MSMD电势方程方法的降阶（ROM）模型，提高电导率不随时间变化、电流密度在电池激活区域上均匀传输方面时的求解效率。可以利用一方程和四方程的热失控模型来仿真电池的热失控过程。可以利用新的质子交换膜燃料电池模型定义不同的阳极和阴极微观多孔介质层属性，求解多孔介质中的毛细压力方程，模拟气、液、溶解态3相的水输运，流经催化剂 膜催化剂装配体的溶解液输运，气体通道内的液相饱和能够模拟由于液态水的存在造成的压降升高。可以单独使用电势模型，也可和电化学模型一起使用，电势模型可以应用在Flux电池、电镀、腐蚀方面。

Fluent 18.0版本增强了反应流功能。目前所有的Chemkin反应类型均能导入到Fluent中，用动态模块集群方法计算的Chemkin CFD显著提高详细化学反应机理计算速度。

Fluent 18.0版本增强了离散相和离散单元模拟功能。拉格朗日多相流中考虑DPM颗粒旋转功能，可以在颗粒和壁面的碰撞以及Magnus lift升力中考虑滑动摩擦，适用于旋风分离器中的颗粒流等。新增的DEM碰撞模型可以进行大块固体流滚动摩擦模拟，如Hertzian模型、Hertzian dashpot模型。可以选用宏观颗粒UDF模型进行颗粒尺寸大于网格尺寸模拟。新的粗糙壁面模型使得对封闭几何的模拟更准确，如对管道和旋风分离器模拟。

Fluent 18.0版本增强了壁面液膜模拟功能。拉格朗日Wall Film边界条件可以使用Ku-hnke模型模拟。欧拉壁面液膜模型可以支持液膜中气液膜材料不同密度的变化。

Fluent 18.0版本增强了离岸或海洋VOF模型，针对自由边界问题可以分别设置第一相、第二相及运动体的速度。多向数值海岸抑制压力边界条件引起的数值反射。采用Stokes波理论的Fenton方程求解自由边界流，提升了对大角度波系的计算精度，更好地模拟波系相交的碰撞，提高陡坡的模拟精度，避免波浪提前破碎现象。

Fluent 18.0版本增强了Monte Carlo辐射模型的并行效率。Monte Carlo辐射模型对车灯及太阳辐射模拟非常有效，但计算规模较大。如今对模型进行优化，在保证射线总数的情况下增强对单个核射线数的独立性来实现，提高了求解速度。