-
導入網格
2
定義求解器
3
開啟能量方程
4
操作工況參數
operating conditions
1
操作壓力の介紹
關於參考壓力の設定
，首先需了解有關壓力の一些定義。
ANSYS
FLUENT
中有以下幾個壓力，即
Static Pressure
（靜壓）
、
Dynamic
Pressure
（動壓）與
Total Pressure<
/p>
（總壓）
；
Absolute Pres
sure
（絕對
壓力）
、
Relative
Pressure
（參考壓力）與
Operating
Pressure
（操作壓力）
。
這些壓力間の關系為，
Total
Pressure
（總壓）
=Static
Pressure
（靜壓）
+Dynamic Pressur
e
（動壓）
；
Absolute
Pressure
（絕對壓力）
=Operating
Pressure
（操作壓力）
+Gauge
Pressure
（表壓）
。
其中，靜壓、動壓和總壓是流體力學中關於壓力の概念。靜壓是測量到の壓力，動壓是有關速度
動能の壓力，是流動速度能量の體現。
而絕對壓力、操作壓力和表壓是
FLUENT
引入の壓力參考
量，在
ANSYS FLUENT
中，
所有設定の壓
力都默認為表壓
。這是考慮到計算精度の問題。<
/p>
2
操作壓力の設定
設定操作壓力時需要注意の事項如下：
?
對於不可壓縮理想氣體の流動，操
作壓力の設定直接影響流體密度の計算，因為對於理想氣
體而言，流動の密度由理想氣體
方程獲得，理想氣體方程中の壓力為操作壓力。
?
對於低馬赫數の可壓縮流動而言，
相比絕對靜壓，總壓降是很小の，因此其計算精度很容易
受到數值截斷誤差の影響。需要
采取措施來避免此誤差の形成，
ANSYS FLUENT
通過
采用表壓
（由絕對壓力減去操作壓力）の形式來避免截斷誤差の形成，操作壓力一般等於
流場中の平
均總壓。
?
對於高馬赫數可壓縮流動の求解而
言，因為此時の壓力比低馬赫可壓縮流動の大得多，所以
求解過程中の截斷誤差の影響不
大，
可以不設定表壓。
由於
ANSYS
FLUENT
中所有需輸入の壓
力都為表壓，因此此時可以將操
作壓力設定為
0
（這樣可以最小化由於壓力脈動而引起の誤
差）
，使表壓與絕對壓力相等。
?
如果密度設定為常數或者其值由通
過溫度變化の函數獲得，操作壓力並沒有在計算密度の過
程中被使用。
< br>
?
默認の操作壓力為
101325Pa
。
操作壓力の設定主要基於兩點考慮，一是流動馬赫數の大小，二是密度計算方法。
表格
1
操作壓力の推薦設置
密度關系式
理想氣體定律
理想氣體定律
關於溫度の函數
常數
不可壓縮の理想氣
體
馬赫數
大於
0.1
小於
0.1
不可壓縮
不可壓縮
不可壓縮
操作壓力
0
或約等於流場の平均壓力
約等於流場の平均壓力
不使用
不使用
約等於流場の平均壓力
3
關於參考壓力位置の設定
對於不涉及任何壓力邊界條件の不可壓縮流動，
ANSYS F
LUENT
在每次迭代後要調整表壓值。
這個
< br>過程通過使用參考壓力位置處（或該位置附近）節點の壓力完成。因此，參考壓力位置處の表壓應一
直為
0
。如果使用了壓力邊界條件，則不會使
用到上述關系，因此參考壓力位置不被使用。
參考壓力位置默
認為等於或接近（
0
，
0
，
0
）の節點中心位置。實際計算中可能需要設置參
考壓
力位置到絕對靜壓已知の位置處。
在
Operating
Conditions
對話框中の
Reference
Pressure Location
選項
組中設置新の參考壓
力位置の
x
，
y
，
z
の坐標即可。
如果要考慮某一方向の加速度，如重力，可以勾選
Gravity
複選框。
對於
VOF
計算，應當選擇
Specified Operating
Density
，並且在
Operating Density
下為最輕相設置
密度。
這樣做排除了水
力靜壓の積累，
提高了
round-
off
精度為動量平衡。
同樣需要打開
Implicit Body
Force
，部分平衡壓力梯度和動量方程中體積力，提高解の收斂性。
Reference Pressure Location
（
參考壓強位置）
應是位於流體永遠是
100%
< br>の某一相
（空氣）
の區域，
光滑
和快速收斂是其基本條件。
單擊<
/p>
Define
→
Operating
Conditions
。在
Operating
Pressure
中輸入
10000 Pa
，選中重力
Gravity
，
在<
/p>
Z
中輸入
9.81
m/s2
，
Operating
Temperature
輸入
303 K
，點擊
OK
確認。
5
定義多組分模型
（
< br>1
）在
Model
（模型）中選
擇
Species
Transport
（組元輸運）
。
（
2
）在
Re
actions
（反應）中選擇
Volumetric
Reactions
（體積反應）
。
（
3
）在
Mi
xture Material
（混合物材料）中選擇所計算問題中涉及到の反應物，
則
Number
of Volumetric Specie
s
（體積組元數量）中
自動顯示
混合物
中の組元數量。
（
4
）在
Turbulence-Chemistry
I
nteraction
（湍流與化學反應相幹模型）中根據需要選擇相應の模型。
如果選擇了
Eddy-Dissipation Concept
(EDC)
，則可以進一步修改
Volume
Fraction Constant
（體積濃度常
數）和
Time Scale
Constant
（時間尺度常數）
（
6
）如果想
完整計算多組分の擴散或
熱擴散
，
就選中
Full Multicomponent Diffu
sion
（完整多組分擴
散）和
The
rmal Diffusion
（熱擴散）選項。
在上面の設置過程中，如果需要查看混合物中組分和化學反應の相關設置，可以在
< br>Species
（組
元）面板中，點擊
< br>Mixture
Material
（混合物材料）右邊
の
View
（觀看）按鈕。如果計算中用到の混
合物模型是一種新の混合物，則需要在
Material
（材料）面板中創建混合物，然後再將新定義の混合
物選作計算用の混合物。
混合物の定義過程包含組分選取、反應模型設定、反應機制設定等幾個
步驟，下面逐一介紹。
層流條件下，
Model
模型中只能選擇
Species
Transport
組元運輸一項。
Turbule
nce-Chemistry
Interaction
（湍流
與化學反應相幹模型）中也只有一項。
在
Models
中選中
Species Transport
單選按鈕，<
/p>
在
Reactions
中選中
Volumetric
和
Wall
surface
複選
框，在
Wall
Surface
Reaction
Options
中選中
Mass
Deposition
Source
複選框，在
Options
中選擇
In
let
Diffusion, Full Multicomponent
Diffusion
，
Thermal Diffusion
複選框，單擊
OK
按鈕確認。
6
設置材料
1)
添加砷化氫
arsine
1
，雙擊
air
2
，在
name
中輸入
arsine
和
chemical
formula
處輸入
ash3
；比熱容
cp
選擇
kinetic
-theory
；導
熱系數
therm
al
conductivity
選擇
kinetic-theory
；粘度
viscosity
選擇
kinetic-
theory
；分子量
molecular
< br>weight
選擇
constant
為
77.95
；標准狀態焓
sta
ndard
state
enthalpy
< br>為
0
；標准狀態熵
standa
rd
state
entropy
為
130579.1
；基准溫度
refe
rence temperature
為
298.15
。
3
，點擊
change/create
，創建新物質，在彈出の是否覆蓋選擇
no
。
4
，雙擊
arsine
在
L-J characteristic
Length
特征長度輸入
4.145
（埃米）
；
L-J Energy P
arameter
能量參數中輸入
259.8
< br>。單擊
Change/Create
按鈕。
2)
添加
三乙基鎵、甲基、氫氣、鎵（固體）
、砷（固體）
、鎵、砷
參數
Ga(CH_3)_
三乙基鎵
tmg
3CH_3
甲基
ch3g
ch3
kinetic-
theo
ry
kinetic-
theo
ry
kinetic-
theo
ry
15
2.044e+07
H_2
氫氣
hydro-gen
h2
kinetic-theo
ry
kinetic-theo
ry
Ga_s
鎵
ga_s
ga_s
520.64
0.0158
As_s
砷
as_s
as_s
520.64
0.0158
Ga
鎵（固）
ga
ga
1006.43
kinetic-theo
ry
kinetic-theo
ry
69.72
0
As
砷（固）
as
as
1006.43
kinetic-theo
ry
kinetic-theo
ry
74.92
0
Name
Chemical
gach33
Formula
CP(specific
kinetic-theo
heat)
ry
Thermal
kinetic-
theo
conductivit
ry
y
kinetic-
theo
Viscosity
ry
Molecular
114.83
weight
Standard
state
0
enthalpy
Standard
state
130579.1
entropy
reference
temperatur
298.15
e
L-J
characterist
5.68
ic Length
L-J Energy
398
Parameter
Degree of
0
freedom
kinetic-theo
2.125e-0
< br>2.125e-0
ry
5
5
2.02
0
69.72
3117.71
154719.
3
298.15
74.92
3117.71
154719.
3
298.15
257367.6
130579.1
0
0
298.15
298.15
298.15
298.15
3.758
148.6
0
2.827
59.7
5
-
-
-
-
-
-
0
0
-
0
0
-
7
編輯組信息
1
，
修改組命名
雙擊
mixture-temple
，
name
中輸入
gaas_depos
ition
。單擊
change
，點擊
yes
確認。
2
，
編輯組分信息
在
mixture
species
中
組分選取
首先進入
Materials
（材料）面板：
Define->Materials...
在
Materials
（材料）
面板上，
先在
<
/p>
Name
（名稱）
中為新の混合物確定一
個名稱，
然後在
Material
Type
（材料類型）
裏選擇
mixture
（混合物）
< br>。
如果有與目標相近の混合物模型，
可以在下面の
Mixture
Material
（混合物材料）中選擇一樣，比如
methane-
air
（甲烷－空氣）
，然後在下面
Properties
（性
能）中做詳
細設置，即按順序設置組元、反應類型、反應機制等等：
（
1
）點擊
Mixture
Species
（混合物組元）右邊の
Edit
（編輯）按鈕進入
Species
（組元）面板，
如圖
7-11
所示。
在
M
ixture
（混合物）
下面有
4
個框，
即
Available
Materials
（可用材料）
，
Selected
Species
（
已選組元）
，
Selected
Site
Species
（已選吸收組元）
和
Seleted Solid
Species
（已選固體組元）
。
Available Materials
（可用材料）是指材
料數據庫中可供選用の材料；
Selected
Species
（已選組
元）是指當前混合物中已經選中の組
元；
Selected Site Species
（已選吸收組元）是指在存在物面反應
の計算中，氣相混合物中即將通過
反應被物面吸收の組元；
Selected Solid S
pecies
（已選固體組元）
是指物面反應計算中將從物面進
入氣流の組元。
顯然，
如果不存在物面反應，
< br>則不用考慮後面兩個方
框中の內容，整個設置過程會大大簡化。
< br>
組元設置の中心任務是選擇混合物組元，
即設定
Selected Species
（
已選組元）
の內容。
在
Materials
（材料）面板中，點擊
Database...
（數據庫）按鈕打開
Database
Materials
（數據庫中材料）面板，
拷貝所需の組元後，
< br>再回到
Species
（組元
）
面板。
在拷貝之前，
需要確認
Material
Type
（材料類型）
必須是
fluid
（流體）
。這裏不必擔心如何添加
物面反應中參與反應の固體組元，因為實際上這些組元
也會出現在
fluid
（流體）の列表中。
在
Selected
Species
（已選組元）中，最後一項必須是質量濃度最大の一個組元<
/p>
。如果最後一項
不是質量濃度最大の一項，
可以先將質量濃度最大の組元從方框中刪除，
然後再重新添加進來，
< br>以保
證這個組元處於方框の底部。添加和刪除操作是通過選擇相應の組元，然後點
擊
Add
（添加）和
Remove
（刪除）按鈕實現の。
本例中點擊
mixture species
< br>旁單擊
edit
按鈕彈出
spe
cies
（組分）對話框
，調整各類型組分
Selected Species
Selected
Site Species
Seleted Solid Species
ash3
ga_s
ga
ga(ch3)3
as_s
as
ch3
h2
注：
這裏需要設置好
selected
species
の排列順序，
在後面邊界條件設置中
velocity inlet
中
species
體現の三個組分，是按順序排列の前三個
化學反應設定
組元設置完成後，就可以開始設置組元間の化學反應。在
Materials
（材料）面板中，
Re
actions
（反應）下拉列表中顯示の反應類型取決於
Species
Modal
（組元模型）面板中
Turbulence-
Chemistry
Interaction
（湍流－化學反
應相幹）
模型の設置——如果設置の是
Laminar
Finite-
Rate
（層流有限速率）
模型或
EDC
模型，則反應類型顯示為
finite-
rate
（有限速率）
；
如果設置の是
Eddy-
Dissipation
（渦
耗散）
模型，
則反應類型顯示為
eddy-dissipation
（渦耗散）
；
如果設置の是
Finite-Rate/Eddy-Dissipation
（有限速率
/
渦耗散）模型，則反應類型顯示為
finite-rate/eddy-dissipation
（有限速率
/
渦耗散）
。點
擊
右端の
Edit
（編輯）按鈕進入
Reactions
（反應）面板（如圖
7-13
所示）
，在
Reactions
（反應）面
板中完成對化學反應模型の設置
。
化學反應の設置主要包括下列幾項內容：
1
）在
Total Number of
Reactions
（總の反應數量）中設定總の反應數量；
2
）在
Reaction
Name
（反應名稱）中指定反應名稱；
3
）在
Reaction
ID
（反應編號）中指定每個反應の編號；
4
）
在
Reaction Type
（反應類型）
中指定反應類型，
即指定反應類型為
Volumetric
（體積）
、
Wall
Surface
（物面）或
Particle
Surface
（顆粒表面）
；
5
）在
Number of
Reactants
（反應物數量）和
Number of Products
（生成物數量）中指定
反應の
反應物數量和生成物數量。然後在
Species
（組元）下拉菜單中選擇反應物和生成物，並在
Stoich.
Coefficient
（反應系數）中設定組元在指定反應方程中の系數。在
Rate Exponent
（速率指數）中設定
組元の速率指數，即組元生成速率方程中指定反應方程中摩爾濃度項の指數。
6
）如果在
Species
Modal
（組元模型）面板の
Turbulence-Chemistry Interaction
（湍流－反應相幹
模型）中選擇の是
laminar
finite-
rate
（層流有限速率）
、
finite-rate/eddy-dissipation
（有限速率
/
渦擴
散）或
EDC
模型時，則需要根據反應模型設置
Arrhenius
Rate
（
Arrhenius
速率）下面の選項。由
< br>於篇幅所限，這裏不再詳述。
7
）根據實際反應過程，確定是否選擇
Include Backward
Reaction
（包含逆向反應）選項。
8
）
如果使用
eddy-
dissipation
（渦擴散）
或
finite-rate/eddy-dissipation
（有限速率
/
渦擴散）
模型，
則還需要設定
Mixing
Rate
（混合速率）
。
9
）重複
2
）～
8
）步直到設置完所有反應，然後
點擊
OK
按鈕完成全部設定過程。
反應模型設定
在區域上定義反應機制
本例中，在
Reaction
旁單擊
edit
按鈕，在
Reaction
對話框，
Number of Reactants
中
輸入
2
，化學
反應輸入數據如下表。<
/p>
參數
反應一
反應二
Reaction name
gallium-dep
Arsenic-dep
Reaction ID
1
2
Reaction type
Wall surface
Wall surface
Number of
reactants
2
2
Species
ash3
，
ga_s
gach33
，
as_s
Stoich. Coefficient
ash3=1
，
ga_s=1
gach33=1
，
as_s=1
Rate exponent
ash3=1
，
ga_s=1
gach33=1
，
as_s=1
Arrhenius Rate
PEF=1e+06
，
AE=0
，
TE=0
.5
PEF=1e+12
，
AE=0
，
TE=0.5
Number of
products
3
3
Species
ga
，
as_s
，
h2
as
，
ga_s
，
ch
3
Stoich. Coefficient
ga=1
，
as_s=1
，
h2=1.5
as=1
，
ga_s=
1
，
ch3=3
Rate
exponent
as_s=0
，
h2=0
ga_s=0
，
ch3=0
PEF=Pre-Exponential
Factor
，
AE=Activation
Energy
，
TE=Temperature
Exponent
反應機制設定
FLUENT
中提到の
“反應機制<
/p>
（
reaction mechani
sms
）
”
指の是局限在特定區域中の
化學反應。
“反
應機制”
中涉及の反應
是前面設定の化學反應の子集。
在
M
aterials
（材料）
面板中，
點
擊
Mechanisms
（機制）旁邊の
Edit
（編輯）按鈕，可以打開
Reaction
Mechanisms
（反應機制）面板，如圖
7-14
所
示。具體步驟如下：
1
、在
Number of
Mechanisms
（反應機制數量）中設定反應の數量。
2
、設定
Mechanisms
ID
（反應機制編號）
。
3
、設定
N
ame
（名稱）
。
4
、在
Reaction Type
（反應類型）中設定反應類型。在
反應類型確定後，屬於這個類型の反應就
會出現在
Reactions
（反應）列表中。
5
、選定反應機制中包含の反應。如果選定の反應類型是
Wall Surface
（壁面反應）並
且其中包含
吸收反應，
則還需要對吸收反應進行專門の設定，<
/p>
即設定
Number of Site
s
（
吸收反應數量）
、
Site
Name
（吸收反應名稱）
、
Site
Density
（吸收密度
）
，點擊
Define
（定義）按鈕還可以進一步選定吸收反應
中の被吸收組元和被吸收組元の
Initial Site Coverage
（初始吸收覆蓋率）等參數。
本例中，在
mechanism
旁單擊
Edit
按鈕彈出，
reaction
mechanisms
對話框。在
Number
of
Mechanisms
中輸入
1
，
Name
中輸入
gaas-ald
，
Reaction
Type
選擇
Wall
Surface
，
Reactions
中選擇
gallium-
dep
和
arsenic-
dep
，
Number of Sites
中輸入
1
，
Site Densi
ty
中輸入
1e-08
。
單擊
define
按鈕，在
Site
paramete
rs
對話框，
Total
Number
of
Site
Species
中輸入
2
< br>，
Initial
Site
Coverage
中
ga_s
輸入
0.7
，
as_s
輸入
0.3
。單擊
Apply
確認。
在
導
熱
性
thermal
conductivi
ty
選
擇
mass-
weighted-mixing-law
，
粘
度
viscosity
選
擇<
/p>
mass-weighted-mixing-
law
。
-
-
-
-
-
-
-
-
-
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