12.4.3 可压缩流动的求解策略
可压缩流动求解中速度、 密度、 压力和能量的高度耦合以及可能存在的激波导致求解过程不稳定。有助于改善可压缩流动计算过程稳定性的方法有
(仅适用于基于压力求解器）以接近于滞止条件的流动参数进行初始化(即,压力很小但不为零,压力和温度分别等于进口总压和总温)。在迭代过程的最初几十步不求解能量方程。设置能量方程的亚松驰因子等于1,压力的亚松驰因子0.4,动量的亚松驰因子0.3。求解过程稳定后再加入能量方程的求解,并将压力的亚松驰因子提高到0.7。
设置合理的温度和压力限制值以避免求解过程发散。
必要时,先以较低的进、出口边界压力比进行求解,然后再逐步升高压力比直到预定工况。对于低Mach 数流动,也可以先求解不可压缩流动,然后以所得到的解作为可压缩流动的迭代初值。
某些情况下,也可以先求解无粘性流动作为迭代初值。
2.5 无粘性流动
在高Re数流动中,惯性力相对于粘性力而言起支配作用,可忽略粘性的影响。例如高速飞行器在空气动力学方案分析阶段可以采用无粘性流动计算初步确定外形,然后进行粘性计算,将流体粘性和湍流粘性对升力和阻力的影响计入。 无粘性流动计算的另一个用途是给复杂的流动提供好的迭代初值。对于特别复杂的问题有时这是唯一能使求解过程进行下去的方法。
无粘性流动的计算求解 Euler 方程。其中质量方程与粘性流动的相同:
其动量方程与粘性流动的相比,没有粘性应力项
粘性耗散项能量方程与粘性流动相比,
式(2.34) ~ 式(2.36)中符号的意义与粘性流动控制方程的相同见(2.1.1 ~ 2.1.3 节)。
2.6 多孔介质模型
多孔介质(Porous Media)模型可用于模拟许多问题,包括流过填充床、滤纸、多孔板、布流器、管排等的流动。多孔介质模型在流体区上定义(见17.2.1 节)。
此外,一个被称为多孔阶跃面(porous jump)的多孔介质模型的一维简化可用于模拟已知速度?压降特性的薄膜。多孔阶跃面在界面区上定义。多孔阶跃面比多孔介质模型更健壮,收敛性更好.应 ANSYS FLUENT 参考手册 12首选采用。
2.6.1 基于表观速度的多孔介质动量方程
对于单相介质和多相介质,多孔介质模型可以使用表观速度或物理速度形式的公式。
基于表观速度的多孔介质模型根据多孔介质区中的体积流量率计算表观相速度或混合物速度。基于表观速度的多孔介质模型能够较好模拟多孔介质区内部的压力损失。但是在多孔介质区与非多孔介质区的交界面处的表观速度与的速度是相同的,不能反映实际速度变化所引起的动量变化,对计算精度不利。
多孔介质模型通过在动量方程中增加源项来模拟计算域中多孔性材料对流体的流动阻力。该源项由两部分组成即 Darcy 粘性阻力项和惯性损失项
其中,D 和 C 分别为粘性阻力和惯性损失系数矩阵。 这个负的动量源项导致多孔介质单元中的压力降。同时,在全部变量的输运方程和连续性方程中,瞬态项变为,其中 γ 为孔隙率。
对于简单的均匀多孔介质,分别在系数矩阵D和C中对角线项代入1/α和 C2,而其它项为零,则有:
其中为渗透率C2为惯性阻力系数。
也可以用速度大小的幂函数来模拟阻力:
式中C0和C1为经验系数,且 C0的单位为SI制。采用幂函数时压力降为各向同性的。
2.6.2 Darcy 粘性阻力项
多孔介质中流动为层流时,典型情况下压力降与速度成正比, 即多孔介质模型简化为 Darcy 定律:
于是,在三个坐标方向上的压力降为
式中1/αij为系数矩阵D 的项Δni为多孔介质在三个坐标方向上的厚度。
2.6.3惯性损失项
当速度比较高,或模拟多孔板和管排时,有时可忽略渗透项.只保留惯性损失项,则多孔介质方程简化为
或写成三个坐标方向上的压力降:
式中,C2,ij为系数矩阵C中的项Δni为多孔介质在三个坐标方向上的厚度。
2.6.4 多孔介质中能量方程的处理
对多孔介质修正了扩散项和瞬态项的能量方程为
其中Ef为流体总能；Es为多孔介质基体固体总能r为孔隙率；为流体焓的源项，keff为多孔介质的有效导热系数，采用流体导热系数（包括湍流有效导热系数）kf与多孔介质中固体材料的导热系数ks的体积加权平均：
采用 UDF 可以定义各向异性的有效导热系数。
孔隙率 γ 定义为多孔介质区中流体的体积分数，也就是介质中空的部分所占的比例。孔隙率影响传热计算、输运方程中的非稳态项、以及介质中的化学反应和体积力。如果希望模拟介质为全空（即没有固体介质）的情况，应给定孔隙率等于1。
2.6.5 多孔介质中湍流的处理
在多孔介质中，当介质的渗透性很大且介质的几何尺度与湍流涡的尺度不发生相互作用时，可以认为固体基体对湍流的生成和耗散率没有影响。但其它情况下应降低多孔介质中湍流的影响。 当采用湍流模型时（LES 除外），可通过将多孔介质指定为层流区（Laminar Zone）。而使湍流粘性μt为零来抑制多孔介质区中湍流效应。此时，进口湍流量被输运穿过多孔介质区，而其对流体混合及动量的影响被忽略，同时介质中湍流生成被置为零。
2.6.6 粘性阻力系数和惯性阻力系数
阻力系数一般是基于流体在多孔介质中的表观速度定义的。
阻力源项的计算可以采用相对速度或绝对速度。选择 Relative Velocity Resistance Formulation（相对速度阻力公式），选项可以更精确计算有动网格和运动参考坐标系时的源项。
对于高度各向异性的多孔介质，当使用基于压力求解器时，选择 Alternative Formulation非常规公式，选项可以使求解过程更稳定。采用非常规公式时，通过多孔介质的压力损失取决于速度矢量第i 个方向分量的大小
计算粘性阻力系数和惯性阻力系数的方法如下：
(1) 已知压力降，计算基于表观速度的阻力系数
使用多孔介质模型时，FLUENT假定单元中没有多孔介质的固体基体，即单元是100%开孔的（100% open），且所给定的阻力系数值是基于这一假设的。在已知流体流过实际设备中多孔介质的压力降Δp与速度的关系时，可计算 C2。流体流过开孔率为open%的多孔板时，基于实际流动速度的压力损失系数 KL定义为
式中V%open为流过多孔板的实际流速。
对于 100%开孔时的压力损失系数值，有
式中 V100%为流过开孔率 100%多孔板时的流速。而在相同流量下,速度与开孔率成反比,将 KL折算为100%开孔时的压力损失系数值
阻力系数 C2为单位厚度多孔板的压力损失系数
式中Δn为多孔板厚度。
(2) 使用 Ergun 公式计算通过层床的阻力系数
在湍流时，层床用渗透率和惯性损失系数模拟。对于多种类型的层床，在较宽的 Re 数范围内阻力系数可以采用半经验的Ergun 公式计算：
当层床中为层流时，忽略式(2.51)中的第二项，可得 Blake - Kozeny方程：辽宁石油化工大学图书馆v5.0书目检索系统
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题名/责任者:
/宋鹏云, 焦凤, 朱孝钦等编
出版发行项:
北&#x4:化学工业&#x51版社,2016
ISBN及定价:
978-7-122-25777-2/CNY25.00
载体形态项:
101页:V26cm
个人责任者:
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个人责任者:
-高等学校-解题
中图法分类号:
有书&#x76 (第101页)
提要文摘附注:
本书是与《过程流体力学》配套的教学参考书。对《过程流体力学》一书的所有习题&#x8行解答。全书共有9章，包&#x62&#x7&#x8、流体运动学、理想流体力学、&#x9性流体力学、射流与撞&#x51流、多相流、流体通过多孔&#x4质的流动、非牛顿流体的流变性与流动、计算流体力学。
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应用岩石破裂过程分析程序分析了侧压对预制两个平行裂纹岩样中岩桥区裂纹的扩展、贯通和相互作用机制的影响，并对岩样。受载状态与其特征应力和峰值强度的关系进行了探讨，模拟结论与相关的实验结果相吻合。
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随着油田开发，地层内孔隙压力逐步降低，岩石骨架所受到的有效应力随之增大，岩石的物性参数也随之改变，主要表现为渗透率降低，孔隙度减小。本文主要研究了低渗透多孔介质的孔隙度、渗透率和孔隙体积压缩系数与作用在岩石上的有效应力的关系实结果表明有效应力对渗透率的影响较大，产生不可逆伤害，而对孔隙度的影响较小，孔隙压缩系数仅仅是有效应力的函数。
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油井暴性水淹是裂缝性砂岩油田开发的普遍特征，其中很多是由注水引起裂缝失稳扩展所致。本文根据砂岩储层的物理力学特征，运用断裂力学理论，给出了储层裂缝的应力强度因子的计算方法，定量地分析了开发过程中储层裂缝失稳扩展的判据、裂纹扩展方向。对于合理确定注水压力及井网的合理布置，防治水窜及暴性水淹等具有重要的指导意义。
煤层甲烷运移包含解吸、扩散和渗流过程，同时又存在渗流场、变形场和应力场的动态耦合作用。本文建立考虑解吸、扩散过程的气、水两相渗流场与煤岩体变形场以及物性参数间耦合作用的多相流体流固耦合渗流模型并进行了数值模拟，通过试井资料的实际数据与流固耦合模型的数值模拟的结果比较表明流固耦合模型比较接近实际。
分析了地下流体矿藏在开采过程中渗流流动复杂性机理，介绍了粘塑性流体剪切应力与速度梯度之间的非线性关系，在此基础上，分析了在均匀介质和分层均匀介质中的渗流流动规律，并定性研究了粘塑流体在非均匀介质中的流动特性。
建立了简化成二维定常不可压缩流体的离心泵叶片的边界层方程，并对相关量进行了分析。强调构造边界层内速度分布函数并设法得到边界层厚度的迭代式式对求解边层动量积分方程的重要性。
结合我国数十处煤矿山开采的实际，提出如何划分我国煤矿山深浅部界线，通过现场和理论分析，探讨了矿山深浅部界线划分的依据及划分的必要性。
运用灰色系统的理论的关联度分析方法，对阜新市环境噪声污染的原因进行了分析，结果表明影响阜新市环境噪声的因素中，占主要地位的是城市机动车数量，其次是基建施工。
控制井下通风机的噪声污染是目前采矿工程中迫切要求解决的问题之一。本文应用现代信号处理技术对通风机的消声器进行动态优化设计，用有限元法研究了结构动态响应，经模态分析、灵敏度分析和结构动力修改，最终设计出通风机的二级消声器，生产出的样机经动态测试数据表明：该消声器具有消声量大（大于17分贝），空气压力损失小（小于2％），尺寸小适合于在矿井下使用等优点，是动态优化设计的一个成功实例。
(王明洋 戚承志 等)
(李志康 王万鹏 等)
(张继春[1] 彭琼芳[2])
(陈剑杰[1] 林俊德[2] 等)
(陈寿峰 刘殿书 等)
(林俊德 徐建波)
(林怀存 李永红)
(吴从师[1] 齐宝军[2] 等)
(肖广智[1] 李守巨[2] 等)
(单仁亮 胡文博 等)
(赵春艳 谷峻松)
(张国建 郭连军)
(李忠华[1] 杨金明[2] 等)
(高艳平 王余庆 等)
(王来贵 刘向峰 等)
(朱月明 孙可明)
(冯增朝[1] 康健[2] 等)
(潘一山 杨小彬 等)
(宋维原 章梦涛 等)
(王占江 褚玉成 等)
(李成全 王玉富 等)
(邓利民[1] 于华[2] 等)
(黄理兴[1] 高鹏飞[2] 等)
(李俊如 黄理兴 等)
(祁生文[1] 孙进忠[2] 等)
(万志军 李学华 等)
(张宏伟[1] 李建民[2] 等)
(李海波[1] 赵坚[2] 等)
(赵法锁[1] 张伯友[2] 等)
(徐松林[1] 吴文[2] 等)
(窦林名 何学秋)
(王春华 李贵轩 等)
(石林珂[1] 孙懿斐[2])
(尤明庆 苏承东 等)
(董玉芬 杜洪贵 等)
(沈海鸿[1] 黄明利[2])
(王永岩 马士进 等)
(马国彦 崔志芳 等)
(严忠祥 熊飞)
(陈刚 潘一山)
(富强[1] 吴健[2])
(王学滨[1] 马瑾[2] 等)
(沈新普[1] 邢怡文[2] 等)
(徐燕萍 刘泉声 等)
(石长青[1] 肖用海[2] 等)
(姚再兴 刘向峰 等)
(高树生 熊伟)
(苏荣华 梁冰)
(刘建军[1] 曾流芳[2] 等)
(张永利[1] 刘建军[2] 等)
(孙可明 梁冰 等)
(邰英楼 高雷阜 等)
(朱玉才[1] 刘建成[2] 等)
(付艳丽[1] 王基才[2] 等)
(王平 郑大为 等)
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