多孔介质计算器Ver1.0版介绍

最近花了些时间用ANSYS ACT在Fluent中开发了一个多孔介质域参数计算器，当前版本是Porous Calculator Ver1.0，可以实现导入CSV格式的速度-压差数据，设定介质物性，自动拟合计算多孔介质域中黏性阻力1/α、惯性阻力C2、经验系数C0、C1。

下面笔者简单描述下插件中核心功能的实现方法：

• Darcy’s Law - 动量源项由两部分组成：黏性损失项和惯性损失项

• Power Law - 动量源项定义为速度大小的幂律

选择Darcy’s Law模型，需要输入黏性阻力系数1/α、惯性阻力系数C2；选择Power Law模型，需要输入经验系数C0、C1参数。

对于上述模型方程，可以改写为如下形式，上述模型中方程的各个系数，可以通过最小二乘法来确认参数。

考虑如下的流体在多孔介质中速度对应压降的实验数据，计算条件：μ=1.7994e-5kg/m·s , ρ=1.225kg/m³, Δn =0.01m。

上面的两个模型公式可以改写成多元一次方程，如下形式，采用多元线性回归的方式拟合求解系数；

（1）导入必要模块

（2）获得CSV文件输入

将上述数据中Velocity和Pressure Drop数据存成csv格式，然后读取数据存到数组中：

（3）获得变量和结果矩阵

（4）MathNet Numerics计算

使用MathNet.Numerics.LinearRegression命名空间下的MultipleRegression类中方法实现线性拟合，如下：

得到系数矩阵后，根据上面系数β对应的关系和其他计算参数，可以得到黏性阻力1/α、惯性阻力C2、经验系数C0、C1，过程如下。

最后采用ANSYS ACT平台对上述的功能进行封装，提供交互的界面提供参数输入和计算结果输出，插件安装使用的方法可参照以下视频。

**“ANSYS仿真与开发”后台回复关键词“多孔介质”，或者下载文章附件，即可免费获得Porous Calculator Ver1.0插件，适用于19.0以上ANSYS Fluent版本。