midas CFD之多孔介质及多孔压力跃升

多孔介质 和 多孔压力跃升

Porous Media & Porous Jump

  多孔介质（Porous Media） 

   多孔介质模型用于分析诸如填充床，滤纸，多孔板，流量分配器和管束中的流体流动。实际中遇到上述模型时,网格划分将会遇到非常大的阻力,此时利用多孔介质的特性,可以有效避免无法创建网格的困扰。

   运用多孔介质模型,我们无需建出实际多孔介质的构造,只需利用多孔介质特性表征流体流过该区域时的流体阻力,将压力损失反映在动量方程中。当考虑介质中的热传递时,将对能量方程进行适当修改并应用。

在低速流动的情况下，在多孔介质中发生的压力损失是由Darcy定律的孔隙率和粘度系数引起的。

对于高速流动，包括与速度呈非线性关系的Forchheimer项。这两个术语称为粘性损失和惯性损失，通常出于流动分布等目的考虑每个方向的各向异性。

动量守恒方程式的源项包括压力损失量，符号为正的部分作为反应项，如果将其余部分视为生成项，则可获得数值上稳定的结果。

当考虑孔隙率时，介质内部的流体速度是基于体积的平均速度，和渗流速度不同，其关系如下。

当考虑流体在介质中的传热时，需要定义多孔介质的材料和孔隙率，以便于分析流体的多孔介质中的热传递，然而流体与多孔介质的对流并不会被考虑在内。

如何获得多孔介质中的阻抗

从这个方程式可以看出压降与速度的关系呈现二次多项式。二次多项式的具体关系，一般通过实验数据拟合出，并结合上式获得粘性阻抗D和惯性阻抗C。

如图，流体介质为氮气，下表是某次实验获得的数据

根据该表数据可直接通过Excel拟合出压差和速度的表达式：

多孔压力跃升（Porous Jump）

对于有一定厚度的多孔介质，可以通过定义多孔介质特性，并创建该区域的网格，以分析多孔介质中流体的流动情况，好处是无需在建模时考虑多孔介质的多孔特征。对于非常薄的多孔介质，例如当带有小孔的薄板干扰流体流动时，可以采用多孔压力跃升边界来模拟。

在NFX CFD中输入多孔介质的阻抗有两种方式：输入阻抗系数、输入阻抗曲线。

如图：流体介质为氮气，下表数据可直接通过Excel拟合出压差和速度的表达式：

其中D、μ、△n、ρ等参数都已知，于是便可获得粘性阻抗和惯性阻抗的具体数值