Fluent循环流动案例（模拟循环泵，含换热、散热、VOF、UDF）

在此特意记录下循环通道的fluent思路和参数设置

该案例中，主要关注的是催化剂域的温度变化情况，因此需要监控的是温度的变化曲线，关于泵如何进行模拟，这里有两种思路，一种是用风扇代替泵，优点是整个流体域基本是连通的，缺点就是风扇性能不好知道，因此通过泵的流量不好控制。另一种思路是流体域在泵处断开，设置入口和出口，虽然流体域断开，但是可以让入口的流量等于出口流量，然后再考虑入口温度的变化即可。针对第二种，可以让出口温度传递给入口温度，此时就需要监控出口平均温度的变化，并通过设置变量，让该变量作为媒介，记录出口平均温度，然后通过该变量赋值到每次迭代步前的入口温度设置中。该变量可以设置表达式，亦可用UDF设置。

一、建模

1.1 用风扇模型模拟循环泵

这里是在CATIA软件建立的是2D模型，如下图所示，绿色是流体域，蓝色是催化剂域，橙色是风扇流体域。

1.2 通道断开，设置入口和出口

把上面橙色的风扇流体域去掉就行

二、导入几何，划分网格

2.1 采用 Workbench Meshing

先针对有设置入口和出口的1.2节模型，因为是2D模型，单元尺寸设置为5mm，方法采用默认就行，查看偏度(skewness)，没有大于0.97的，且基本都在0.51以下，质量已经很好。

2.2 设置流体域、边界名称

如下图，设置催化剂层为pzone2，流体域为fzone1，加热壁面有heat-wall和heat_wall2，入口inlet，出口outlet，散热面wall-pipe-rejection。

三、Fluent设置

3.0 设置为稳态计算，打开和设置为y轴的重力

3.1设置好材料，如下，流体材料添加hydrogen和liquid材料，固体材料添加baowen材料

3.2 打开多相流，选择VOF，其他参数如下

3.3 打开能量选项，选择层流

因为要考虑换热，因此要打开能量选项。同时，设置入口、出口为质量流量类型出入口，流量均为0.1kg/s，根据模型和材料参数，估算雷诺数 $Re=\frac{\rho v d}{\mu }<2300$ ，因此选择层流。

3.4 设置加热壁面heat-wall和heat_wall2，直接设定为453K，其他参数为默认；散热面wall-pipe-rejection设置传热系数h=11.63W/(m²·K)，壁厚30mm，来流温度为300K，材料选择设置好的“baowen”。

流体域中多孔介质区域的设置如下所示

3.5 新建报告定义，名称改为outletTemp，选择面积平均积分Area-Weight Average，选择场变量为Temperature和Static Temperature，选择需要统计的outlet边界，点击“报告文件”和“报告图”前面的选择框，方便后续监控作图。

3.5.1 同时再创建报告定义，改名为“report-plot-avgtemp_of_pzone"，选择Area-Weight Average，选择场变量为Temperature和Static Temperature，选择需要统计的interior-pzone2区域，点击“报告文件”和“报告图”前面的选择框，方便后续监控作图。

3.6 创建表达式inletTemp，选择报告定义，点击选择上一步创建好的outletTemp即可，弄好后如下图所示。

3.6.1 inlet设置温度项，在总温度下拉菜单中选择上述定义好的“inletTemp”表达式。

3.7 创建区域标记，参数如下，Region0是用于局部初始化liquid所占据空间的位置，region1为笔者设置的温度局部初始化区域，在此可以不用设置。

3.8 初始化，如下，先点击全局初始化，再点击局部初始化，设置region0的liquid的Volume fraction为1。

3.9 求解方法采用Coupled，伪时间法。

3.10 迭代次数输入200000，报告间隔为50，计算至3.5节报告定义“report-plot-avgtemp_of_pzone”中的温度值基本稳定后，结束计算。

四、采用UDF的Fluent设置

4.1 UDF文件如下

#include "udf.h"#define OUTLETID 10
real outlet_T = 300.0;DEFINE_ADJUST(my_adjust, d)
{real NV_VEC(A);real sum_T = 0;real sum_Area = 0.0;real outlet_temp;Thread *outletThread = Lookup_Thread(d, OUTLETID);face_t f;#if !RP_HOSTbegin_f_loop(f, outletThread){if (PRINCIPAL_FACE_P(f, outletThread)){F_AREA(A, f, outletThread);sum_Area += NV_MAG(A);sum_T += NV_MAG(A) * F_T(f, outletThread);}}end_f_loop(f, outletThread)
#endif#if RP_NODEsum_Area = PRF_GRSUM1(sum_Area);sum_T = PRF_GRSUM1(sum_T);
#endifnode_to_host_real_2(sum_Area, sum_T);#if !RP_NODEoutlet_temp = sum_T / sum_Area;// Message("n temperature of outlet:%fn", outlet_temp);
#endifhost_to_node_real_1(outlet_temp);outlet_T = outlet_temp;
}DEFINE_PROFILE(inletTemperature, t, index)
{face_t f;#if !RP_HOSTbegin_f_loop(f, t){if (PRINCIPAL_FACE_P(f, t)){F_PROFILE(f, t, index) = outlet_T;}}end_f_loop(f, t)
#endif
}