六十四、Fluent操作温度及操作密度设置

在operating conditions界面，除了需要设置操作压力之外，大多数情况下还需要设置操作温度及操作密度。

当然还需要设置重力Gravity，当勾选Gravity之后，就需要设置重力加速度的大小和方向。虽然这个设置很简单，但是需要进行简单的说明。

首先，对于流体流动来说，什么时候需要考虑重力？？

当流体流动打开了能量方程，流体密度随温度变化，此时密度的变化会引起流动，这个过程就是自然对流的过程，也就是说，如果你的流动自然对流影响比较大，那就必须要勾选重力。

自然对流的影响大小如何判断呢？？

可以用格拉晓夫数Gr和雷诺数Re的平方的比值表示，当比值接近1或者大于1时就需要考虑自然对流的影响，需要勾选重力；如果比值很小，说明自然对流作用很轻，可以不勾选重力

其中是β体积变化系数，对于理想气体即等于绝对温度的倒数，g是重力加速度，L是特征尺度，ΔT为温差，分母是运动黏度的平方

只有当能量方程打开同时重力勾选时才会出现，和Boussinesq model有关

所谓的Boussinesq model实际上时一种对密度的近似假设。对于流体来说，流体密度一般是温度的函数，对于三大守恒方程，如果将密度作为温度的函数代入方程中，其收敛性会较差，收敛速度较慢。

而Boussinesq model认为，除动量方程中的浮力项外，其他方程都将密度作为常数求解，这样会大大加快收敛。那么浮力项中的密度如何改变呢？？通过以下方程

其中，ρ0为流体密度(常数)，T0为操作温度operating temperature，β体积变化系数，对于理想气体即等于绝对温度的倒数。ρ和T即为变化的密度和温度。

Boussinesq model有使用限制，当实际密度的变化很小，这种近似是准确的。定量的话，只要满足下式，就可使用Boussinesq model

注：

a. 公式中ρ0为流体密度(常数)，并不是operating density；而公式中T0为操作温度operating temperature

b. 要想使用Boussinesq model，还需要在材料属性界面，将流体密度设置为boussinesq才可以。

这里设置的密度很重要，即为上式中的ρ0，而Thermal Expansion Coefficient即为上式中的β

c. 即使密度不选择boussinesq，也可以设置Boussinesq Parameters，只不过没有意义，不会使用这里的值

只有勾选重力时才会显示

如果密度设置为boussinesq，这里的设置不会被使用。

如果密度没有设置为boussinesq，那么这里的设置才有意义。此时动量方程中的体积力为

这里的ρ0才是operating density，这里之所以会有这个操作密度，主要是考虑到收敛性，设置这个值，会加强收敛性。

 注：

a. 对于VOF模型，为了提高计算精度，需要将operating density设置为密度较小一相的密度。

b. 如果有任一相是可压缩的，即流体密度设置为ideal或者real，那么operating density需要设置为0