基于workbench的多孔介质流体分析实例
本文的主要模型来自于某化工厂脱硝脱硫吸附塔的部分结构，气体流入吸附塔，经过塔内的催化剂将气体中的SOX和NOX去除。本实例利用多孔介质模拟气体在催化剂中的流动过程。吸附塔的部分结构参数入下：
图1 吸附装置结构参数及Proe模型
通过Proe完成几何的建立后，将几何转化为igs、stp、X_t等格式的文件（可以导入到Workbench中）。
几何生成：首先在Workbench中的Project Shematic中拖入Toolbox中的Geometry工具，如图，右键A2，选择ImportGeometry，然后右键A2选择DM，生成几何（Generate）并对吸附塔的各部分重命名，然后关闭DM，如图2。
图2 生成几何模型
网格划分：将Toolbox中的Mesh拖入到A2中，然后点击Ｂ３进入网格划分界面。
（1）首先对几何的进出气口进行命名，如图3。在选中的面上右键选择Create name Section，然后输入duokong_in（也可直接输入inlet，表示进气口），同样在吸附塔下端表面建立duokong_out。同理在air1的下表面建立interface1，在porous上表面建立interface2、下表面建立interface3，在air2上表面建立interface4。
图3 进出气口面的命名
（2）网格划分方法的选择，在网格划分时，本文选择六面体网格，选择B3中的Mesh，然后右键选择Method，在Definition中选择Hex Dominant Method，如图4所示。
图4 网格划分方法
（3）网格尺寸大小,点击B3中的Mesh,在下方Details of 'Mesh'中Sizing里对Min Face Size和Max Tet Size进行定义，本例输入的是25mm，如图5所示。
图5 网格大小设置
设置完成后点击Mesh，右键选择Generate，对网格进行划分。划分完成如图6所示。
图6 吸附塔网格
1.将Toolbox中的Fluid Flow(Fluent)拖入到B3中，然后进行流体分析，如图7。
图7 分析流程
双击Step,点击ok进入Fluent流体分析模块。
2.在Models下,双击Viscous,选择K-omega(湍流模型，具体模型的特点可以自行百度搜索)其他保持默认，如图8。
图8 计算模型的选择
3.设置区域（多孔区域设置）。本例采用的默认材料（空气），所以没有对材料进行设置。双击Cell Zone Conditions下的porous（多孔介质），出现如图9所示界面。然后在Porous Zone前面点选并对Porous Zone 进行设置。在Viscous Resistance（黏性阻力系数）中采用默认数值，在Inertial Resistance（惯性阻力系数）填10，其中Direction1-3为三个相互垂直的方向，可以根据多孔介质的属性分别填写。
图9 设置多孔区域
4.边界定义。在Setting Up Physics中选择Zones下的Boundaries进行边界设置，如图10所示。选择边界duokong_in，在Type中选择velocity-inlet，然后点击Edit，如图11所示。然后在Velocity Magnitude（速度大小）中填12，在Specification Method中选择 Intensity and Hydraulic Diameter（湍流强度和水力直径），在Turbulent Intensity和Hydraulic Diameter中分别填5、0.4m（入口的直径为400mm）。同理如图12，在duokong_out设置压力出口并赋予湍流强度和水力直径。
图10 边界设置
图11 速度入口设置
图12 压力出口设置
（小编写文不易，大家点点文中的广告呦，感谢！）
5.计算方法的设置。双击Solution中的Methods，在Scheme中选择SIMPLEC算法（也可以选择其他算法，各种算法的特点可以自行百度），如图13。
图13 计算方法的选择
6.设置监测报告。双击Solution下的Report Definitions，可以对各个界面的参数进行监控，本例选择出口流速作为监控。如图14所示，选择New_Surface Report_Area-Weighted Average。具体设置如图15,在Field Variable中选择Velocity Magnitude,在Surfaces中选择duokong_out。同时在Create下的Report Files和Report Plot前打对勾。
图14 出口流速监控
图15 出口流速监控设置
7.残差监控。双击Monitors下的Residual可以对残差进行设置，一般各项残差的数值为1e-3。能量残差为1e-6。
8.初始化。在计算前需要对边界和区域指定初始值。如图16,双击Solution下的Initialization，然后选择Solution Initialization下的Standard Initialization，Compute from中选择duokong_in。然后点击Initialize完成初始化。（也可以通过Hybrid Initialization的方法进行初始化）
图16 初始化
9.计算设置。双击Solution下的Run Calculation，进入图17所示界面。然后可以在Number of Iteration中设置迭代次数。完成后点击Calculate进行计算。
图17 计算设置
计算后的残差曲线及压力出口的流量监测图如下，从图中可以看出计算结果收敛。
图18 残差曲线
图19 压力出口流速监测
计算完成后双击C6，打开CFD-Post进行结果后处理，相对于Fluent自带的后处理模块，CFD-Post的处理能力更加强大。1.建立平面
1.建立平面。为了能够观察到吸附塔内部流速、迹线、速度矢量等信息，需要建立辅助平面。本例建立吸附塔中心平面：首先点击location中的Plant，如图20；然后在Method中选择面的位置，由于本实例的模型直径1050mm，所以Plant1基于YZ面偏移0.525m，点击Apply，如图21。
图20 创建面
图21 面的位置
2.创建速度云图和压强云图。点击工具栏中的Contour（图20中Location右侧第二个图标）创建云图，在图22中进行速度云图的定义。选择Locations中的Plant1（之前定义好的中心面），Variable中选择速率Velocity，在Range中可以定义显示的速度范围。定义完成后点击Apply，即可显示速度云图，如图23。同理创建Contour2，在Variable中选择压强Pressure，点击Apply，即可显示Plant1上的压强变化，如图24。
图22 速度云图定义
图23 速度云图（Plant1）
图24 压强云图（Plant1）
3.创建迹线图。点击工具栏中的Streamline（图20中Location右侧第三个图标），创建迹线，如图25。在Start From中选择duokong_in（进气口），#of Points中输入合适的数字（迹线疏密）。完成后点击Apply，如图26，在图中可以看出在多孔介质与空气交界处出现涡流。
图25 迹线定义
图26 迹线图
4.创建速度矢量图。点击工具栏中的Vector（图20中Location右侧第一个图标），创建速度矢量，如图27。在Locations中选择Plant1，然后可以通过调节Factor，可以调节速度矢量的疏密。完成后点击Apply，如图28。
图27 速度矢量定义
图28 速度矢量图（Plant1）
从图28也可看出多孔介质前部出现涡流。
