現(xiàn)實生活中常會碰到多孔介質(zhì)的問題，如水處理中常會碰到的篩網(wǎng)、過濾器，環(huán)境工程中的土壤等，此類問題的特點在于幾何孔隙非常多，建立真實幾何非常麻煩。在流體計算中通常對此類問題進行簡化，將多孔區(qū)域簡化為增加了阻力源的流體區(qū)域，從而省去建立多孔幾何的麻煩。簡化方式一般為在多孔區(qū)域提供一個與速度相關的動量匯，其表達形式為：

式中，Si為第i(x,y,z)方向的動量方程源項；為速度值；D與C為指定的矩陣。式中右側第一項為粘性損失項，第二項為慣性損失項。
對于均勻多孔介質(zhì)，則可改寫為：

式中，α為滲透率；C2為慣性阻力系數(shù)。此時矩陣D為1/α。動量匯作用于流體產(chǎn)生壓力梯度，

，即有

，而Δn為多孔介質(zhì)域的厚度。
本案例演示利用FLUENT模擬計算多孔介質(zhì)流動問題。如圖所示。

流體介質(zhì)為空氣，其密度1.225kg/m3，動力粘度1.7854E-5Pa.s，實驗測定氣體通過多孔介質(zhì)區(qū)域后的速度與壓力降如表所示。

將表中的數(shù)據(jù)擬合為

的形式。
數(shù)據(jù)擬合后的函數(shù)表達式為：

因此，

而密度ρ=1.225kg/m3，Δn=0.1m，可得到慣性阻力系數(shù)C2=4.439。而

動力粘度μ=1.7854e-5，換算得粘性阻力系數(shù)：

Step 1：啟動FLUENT
啟動FLUENT，并加載網(wǎng)格。
以3D模式啟動FLUENT
選擇菜單【File】>【Read】>【Mesh…】，選擇網(wǎng)格文件EX2-3.msh
軟件導入計算網(wǎng)格并顯示在圖形窗口中。Step 2：檢查網(wǎng)格
包括計算域尺寸檢查及負體積檢查。
選擇模型樹節(jié)點General
鼠標點擊右側設置面板中的Scale…按鈕
如圖所示，查看Domain Extents下的計算域尺寸，確保計算域模型尺寸與實際要求一致，否則需要對計算域進行縮放。本案例尺寸保持一致，無需進行額外操作。點擊Close按鈕關閉對話框。

點擊General設置面板中的Check按鈕，查看TUI窗口中的文本信息
如圖所示，確保minimum volume的值為正值。

Step 3：Models
設置物理模型。本案例主要設置湍流模型。采用Realizable k-epsilon湍流模型。
選擇模型樹節(jié)點Models
鼠標雙擊右側設置面板Models列表框中的Viscous列表項
在彈出的Viscous Models設置對話框中，選擇Model為k-epsilon，選擇k-epsilon Model為Realizable，采用默認的Standard Wall FunctionsStep 4：Materials
采用默認材料air，密度1.225kg/m3，動力粘度1.7894E-5Pa.s。Step 5：Cell Zone Conditions
本案例計算多孔介質(zhì)區(qū)域，為了對比效果，先計算全為流體域情況。因此Cell Zone Conditions保持默認。Step 6：Boundary Conditons
首先將重合面邊界類型改為內(nèi)部面邊界，然后設置進出口條件。
選擇模型樹節(jié)點Boundary Conditions節(jié)點
選擇右側面板中Zone列表框下的left_interface_mid列表項，設置其Type為Interior。設置完畢后影子面自動消失
選擇right_interface_mid列表項，設置其Type為Interior
選擇Velocityinlet列表項，設置其Type為Velocity-inlet，設置Velocity Magnitude為10m/s，設置Specification Method為Intensity and Hydraulic Diameter，設置Turbulent Intensity為5%，Hydraulic Diameter為20mm

點擊OK按鈕關閉對話框。
選擇Pressureoutlet列表項，設置其Type為Pressure-outlet，設置Specification Method為Intensity and Hydraulic Diameter，設置Turbulent Intensity為5%，Hydraulic Diameter為20mm，其他參數(shù)保持默認。
點擊OK按鈕關閉對話框。Step 7：Solution Methods
設置求解方法。
點選模型樹節(jié)點Solution Methods
在右側設置面板中設置Pressure-Velocity Coupling Scheme為Coupled
激活Wraped-Face Gradient Correction選項
其他參數(shù)保持默認設置Step 8：Solution Initialization
采用默認設置，利用Hybird Initialization方法進行初始化。Step 9：Run Calculation
進行迭代計算。
選擇模型樹節(jié)點Run Calculation
右側面板中設置Number of Iterations為300
點擊Calculate按鈕進行計算
計算完畢后，利用菜單【File】>【W(wǎng)rite】>【Case & Data…】保持工程文件pipe_noPorous.cas及pipe_noPorous.dat。Step 10：Cell Zone Conditions
設置多孔介質(zhì)屬性。
選擇模型樹節(jié)點Cell Zone Conditons
鼠標雙擊操作面板中Zone列表框中的mid_domain列表項
在彈出的對話框中激活選項Porous Zone，并在Posous Zone標簽頁下設置粘性阻力系數(shù)2717700及慣性阻力4.439，其他參數(shù)為默認。

Step 11：Run Calculation
繼續(xù)計算300步。
計算完畢后保存工程文件pipe_porous.cas及pipe_porous.dat。Step 12：啟動CFD-POST
采用CFD-POST進行后處理，比較軸心線上速度變化。
啟動CFD-POST
選擇菜單【File】>【Load Results…】加載pipe_noPorous.cas及pipe_porous.cas
文件加載后，軟件自動將幾何顯示在圖形窗口。Step 12：創(chuàng)建Line
創(chuàng)建軸心線，以觀察速度沿軸心線的變化。
選擇菜單【Insert】>【Location】>【Line】創(chuàng)建線，按圖進行設置

Step 13：創(chuàng)建Chart
利用Chart顯示速度沿軸心線的變化曲線。
選擇菜單【Insert】>【Chart】，采用默認的Chart名稱
在右下角設置面板中Data Series標簽頁下，選擇Data Source下的Location為Line 1

切換至X Axis標簽頁，設置Variable為Z

切換至Y Axis標簽頁，設置Variable為Velocity

如圖所示為速度沿軸心線分布，從圖中可以看出，在0~0.2m范圍內(nèi)，兩條曲線保持重合，在0.2~0.3m區(qū)域內(nèi)速度有較大下降，這一區(qū)域正好是多孔介質(zhì)區(qū)域。

本案例到此結束。