Fluent多孔介质模型

多孔介质模型可以应用于很多问题，如通过充满介质的流动、通过过滤纸、穿孔圆盘、流量分配器以及管道堆的流动。

多孔介质模型有两类，分别是一维化简的多孔跳跃边界模型和完全的多孔介质模型。

一、三维多孔介质模型

在Fluent中，对多孔介质的处理是在动量方程中增加一个动量源项来模拟多孔介质的作用。源项由粘性损失项和惯性损失项两部分组成，分别是方程右端两项。

对于简单均质多孔介质简化如下：

式中α为渗透系数，C₂为惯性阻力系数。

Ansys Fluent还允许将源项建模为速度量级的幂律（power law），见下图的Fluent中多孔介质面板。

其中C₀和C₁是用户定义的经验系数，在幂律模型（power law）中，压力降是各向同性的，单位是SI制。

三维多孔介质设置步骤如下：

1。定义多孔区。

2。（可选）在单元区域条件任务页中定义多孔速度公式。

3。识别流经多孔介质的流体材料。

4。为多孔区启用反应（如适用），并选择反应机制。

5。启用相对速度阻力公式。默认情况下，此选项已启用。

6。设置粘性阻力系数（Dij或者1/α）和惯性阻力系数（Cij或C2），并确定方向              它们适用的向量。或者，指定幂律模型的系数。

7。指定多孔介质的多孔性

8。（可选）指定传热设置。

9。（可选）指定相对粘度的模型。

二、多孔跳跃边界模型

多孔介质的一维化简模型，被称为多孔跳跃，可用于模拟具有已知速度/压降特征的薄膜。多孔跳跃模型应用于表面区域而不是单元区域，它具有更好的鲁棒性（robust），并具有更好的收敛性。例如可以利用多孔跳跃模型来模拟滤纸。

多孔介质的动量方程具有附加的动量源项。源项由两部分组成，一部分是粘性损失项，另一个是内部损失项。具有有限厚度的薄膜介质，通过它的压力变化定义为Darcy定律和附加内部损失项的结合，即动量源项，对于简单的均匀多孔介质，有：

其中，μ是层流流体粘性，单位取N·S/m2，α是介质的渗透性，C₂是内部阻力因子，即，v是垂直于介质表面的速度分量，△m为薄膜厚度，ρ是介质密度。

FLUENT 中多孔介质的动量方程具有附加的动量源项。源项由两部分组成，一部分是粘性损失项(Darcy)，另一个是内部损失项。由于测试手段和研究方法的限制一般将其简化为均匀多孔介质。

在Fluent软件中，见下图，多孔跳跃模型需要输入以下参数：

1.介质的表面渗透系数，即1/α，m2；

2.多孔介质厚度△m；

3.压力跳跃系数C₂，1/m。

常数C₂提供了多孔介质内部损失的娇正。这一常数可以看成沿着流动方向每一单位长度的损失系数。

1/α和C₂的适当值可以通过对试验测得的多组不同进气速度分量对应的压降值按照上式进行最小二乘法得到。例如：

拟合得到：

那么

密度为1.225 kg/m3。厚度n为1m的话，C2=0.447.

同样地：

粘度为1.7894e-5的话，那么1/α = 261996.