Fluent中的各种面积分计算方法

本文摘要（由AI生成）：

本文总结了CFD后处理中多种对面上物理量进行计算和分析的方法。包括通过网格面面积求和计算表面面积，计算物理量对指定面的积分，面积加权平均，自定义向量通量和加权平均值，流量和质量流量计算，质量加权平均值，场变量和、面平均值、顶点平均值和最大值、最小值计算，以及标准偏差和均匀性指数的计算等。这些方法为理解和分析CFD模拟结果提供了有力的工具。

在Fluent中创建监测面报告时，如下图所示，有非常多的监测类型。本文描述这些不同类型的计算方式。

在计算完毕后，也可以通过模型树节点Surface Integrals打开面积分对话框，其中Report Type也包含这些不同的类型，如下图所示。

 

注：本文取自Fluent Theory Guide 26.3.1。

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1 Area

Area通常用于计算指定面的面积，如下图所示可以计算得到边界inlet的面积。

指定表面的面积可以通过对组成该表面的网格面面积求和来计算。网格面的形状通常为三角形或四边形。

 

注：在Fluent中统计某一个面的面积时，需要先进行初始化。

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2 Integral

可以计算物理量对指定面的积分。如下图所示，指定inlet面上的压力积分。。

在面上对场变量的积分，先将组成表面的网格面的面积与该网格面上的场变量（例如密度或压力）进行乘积，然后将所有网格面的乘积进行相加来计算。

3 Area-Weighted Average

物理量的面积加权平均值的计算方法为将所选场变量和网格面面积的乘积之和除以表面的总面积：

面积加权平均在后处理时应用非常频繁。通常在统计某个面的温度、压力等标量平均值时采用此方式。如下图所示，统计边界inlet上的平均压力。

4 Custom Vector Based Flux

通过将选定的场变量乘以自定义速度向量和面积向量的点积来计算物理量的自定义向量通量值。

如下图所示，指定边界inlet上压力的通量。

需要用户定义向量：

5 Custom Vector Flux

自定义向量通量通过自定义速度向量和面积向量的点积求和来计算。

6 Custom Vector Weighted Average

物理量的自定义向量加权平均值是通过将所选场变量的值乘以自定义速度向量和面积向量的点积的绝对值的总和除以自定义速度向量和面积向量的点积的绝对值的总和来计算的。

7 Flow Rate

通过将选定的场变量乘以密度和小面面积矢量与小面速度矢量的点积的值求和来计算某物理量通过表面的流量。

8 Mass Flow Rate

通过将选定的场变量乘以密度和网格面积矢量与网格面速度矢量的点积求和来计算通过表面的质量流量。

对于多相流问题，密度   为相的密度。

9 Mass-Weighted Average

通过将选定场变量的值乘以网格面的面积和动量向量的点积的绝对值的总和除以小面面积和动量向量的点积的绝对值的总和（表面质量通量）来计算场变量的质量加权平均值：

质量加权平均得到的结果与面加权平均很接近，常用于计算指定面上向量的平均值。

10 Sum of Field Variable

面上指定场变量的和是通过对每个面的选定变量的值求和来计算的：

11 Facet Average

通过将选定变量的面值之和除以面的总数来计算曲面上指定场变量的面平均值。

 

注：千万注意不要和面加权平均、质量加权平均搞混了，它们之间的差异非常大。这个Facet Average几乎没有什么用，得到的是物理量的算术平均值。

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12 Facet Minimum

面上指定场变量的网格面最小值是所选变量在曲面上的最小值。此值可以直接在contours中读取。

13 Facet Maximum

曲面上指定场变量的最大刻面是所选变量在曲面上的最大值。

14 Vertex Average

面上指定场变量的顶点平均值是通过将选定变量的顶点值之和除以顶点总数来计算的。

 

注：点平均值常用于获取指定点位置的物理量的值。

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15 Vertex Minimum

曲面上指定场变量的顶点最小值是所选变量在指定面上的所有顶点位置的最小值。

16 Vertex Maximum

曲面上指定场变量的顶点最大值是所选变量在指定面上所有顶点位置的最大值。

17 Standard Deviation

表面上指定场变量的标准偏差利用下面的公式进行计算：

式中   为在每个网格面上所选择的变量的网格值；   为   的平均值：

标准差有时可以用于评价物理量在指定面上分布的均匀程度。

18 Uniformity Index

均匀指数可以用来表征指定的场变量在面上的变化，其中值1表示均匀性最高。 均匀性指数可以按面积或质量加权：面积加权均匀性指数捕捉了数量的变化 （组分浓度），而质量加权均匀性指数捕捉通量的变化（如组分通量）。

指定场变量   的面积加权均匀性指数（   ）使用以下等式计算：

式中，   为包含有   个网格面的刻面索引；   为面上场变量的平均值：

质量加权均匀指数   与面加权均匀指数不同，其包含了通量项，定义为：

式中，   为通过面的场变量的平均通量：

19 体积流量

通过网格面积向量乘以小面速度向量的值求和来计算通过指定面的体积流量：

（完）