本教程演示了二维轴对称流动和传热的填充床反应器模拟过程。
1 启动FLUENT并导入网格
（1）在Windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYS 2021→Fluid Dynamics→Fluent 2021命令，启动Fluent 2021。
（2）单击主菜单中File→Read→Mesh命令，导入.msh网格文件。
（3）单击主菜单中Domian→Mesh→Scale命令，弹出Scale Mesh对话框，Mesh Was Created In选择mm，单击Scale按钮。
2 定义模型
（1）单击命令结构树中General按钮，弹出General（总体模型设定）面板。在SolverTime中选择Transient，2D Space选择Axisymmetric。
（2）在模型设定面板Models中双击Viscous按钮，弹出Viscous Model（湍流模型）对话框，在Model中选择Laminar，单击OK按钮确认并关闭对话框。
（3）激活能量方程。
3 设置UDF
（1）单击主菜单中User-Defined→Functions→Compiled按钮，导入以下UDF文件。
#include "udf.h"real delta_t;int time_step;#define d_b 0.00683 /* mean diameter of bulk material */real rho_b = 2250.; /* particle density */real cp_b = 835.; /* specific heat capacity */real A_V_sphere = 6.0/d_b; /* area-to-volume ratio of a sphere*/real A_b_V; /* area-to-volume ratio */enum{T_B,N_REQUIRED_UDS};DEFINE_ADJUST(pm_adjust, domain){delta_t = RP_Get_Real("physical-time-step");time_step = RP_Get_Integer("time-step");}DEFINE_UDS_UNSTEADY(pm_first_order, c, t, i, apu, su){real vol; /* cell volume */real vol_m1; /* cell volume time step minus 1 */real fac; /* factor in time derivative */real fac_m1; /* factor at time step minus 1 */real eps_b = 1.0 - C_POR(c,t); /*solid volume fraction*/vol = C_VOLUME(c,t);vol_m1 = vol;fac = rho_b*cp_b*eps_b;fac_m1 = fac;*apu = -fac*vol / delta_t;*su = fac_m1*vol_m1*C_UDSI_M1(c,t,i)/delta_t;}DEFINE_UDS_UNSTEADY(pm_scnd_order, c, t, i, apu, su){real vol; /* cell volume */real vol_m1; /* cell volume time step minus 1 */real vol_m2; /* cell volume time step minus 2 */real fac; /* factor in time derivative */real fac_m1; /* factor at time step minus 1 */real fac_m2; /* factor at time step minus 2 */real eps_b = 1.0 - C_POR(c,t);if ((time_step < 2) || (n_time_levels == 2))pm_first_order(c,t,i,apu,su);else {vol = C_VOLUME(c,t);vol_m1 = vol;vol_m2 = vol;fac = rho_b*cp_b*eps_b;fac_m1 = fac;fac_m2 = fac;*apu = - 1.5*fac*vol / delta_t;*su = (2*fac_m1*vol_m1*C_UDSI_M1(c,t,i) -0.5*fac_m2*vol_m2*C_UDSI_M2(c,t,i))/delta_t;}}real htc(cell_t c, Thread *t){real Nu, Re, Pr;Re = ND_MAG(C_U(c,t),C_V(c,t),C_W(c,t))*d_b*C_R(c,t)/C_MU_L(c,t);Pr = C_CP(c,t)*C_MU_L(c,t)/C_K_L(c,t);Nu = 2.+ 1.1 * pow(Re,0.6) * pow(Pr,1./3.);return Nu*C_K_L(c,t)/d_b;}DEFINE_SOURCE(energy_source, c, t, dS, eqn){real pref;real source;real eps_b = 1.0 - C_POR(c,t);A_b_V = eps_b*A_V_sphere;pref = htc(c,t)*A_b_V;source = -pref*(C_T(c, t) - C_UDSI(c, t, T_B));dS[eqn] = -pref;return source;}DEFINE_SOURCE(uds_source, c, t, dS, eqn){real pref;real source;real eps_b = 1.0 - C_POR(c,t);A_b_V = eps_b*A_V_sphere;pref = htc(c,t)*A_b_V;source = pref*(C_T(c, t) - C_UDSI(c, t, T_B));dS[eqn] = -pref;return source;}
（2）单击主菜单中User-Defined→Scalars按钮，激活UDS。
（3）单击主菜单中User-Defined→Function Hooks按钮，设置UDF函数。
4 设置材料
（1）单击主菜单中Setting Up Physics→Materials→Create/Edit，弹出Create/Edit Materials（材料）对话框。设置air的Density为1.1，Cp为1010，Thermal Conductivity为0.0276，Viscosity为1.95e-05。
单击UDS Diffusivity旁边的Edit按钮，弹出UDS Diffusion Coefficients对话框，设置Coefficients为1.84。
（2）在Fluent Database Materials对话框中导入固体物质copper。
（3）创建新的固体物质glass，Density设置为2250，Cp为0，Thermal Conductivity选择为orthotropic。
5 设置计算域
（1）设置计算域，在Fluid对话框中勾选Porous Zone和Source Terms。
（2）在Source Terms选项卡中，单击Energy旁边Edit按钮，设置Energy Sources。
单击User Scalar 0旁边Edit按钮，设置User Scalar sources。
（3）在Porous Zone选项卡中，取消勾选Relative Velocity Resistance Formulation，设置Viscous Resistance为1.41e+07，Inertial Resistance为4181，Porosity为0.423，设置Solid Material Name为glass。
6 设置边界条件
（1）单击主菜单中Setting Up Physics→Zones→Boundaries按钮启动的边界条件面板。
（2）在边界条件面板中，设置Inlet，Velocity Magnitude填入0.2085，Temperature填入320.15，单击OK按钮确认退出。
（3）设置external-wall，Thermal Conditions选择为Convection，Material Name选择为copper，Heat Transfer Coefficient填入70，Free Stream Temperature填入383.15，单击OK按钮确认退出。
7 初始条件
单击主菜单中Solving→Initialization按钮，弹出Solution Initialization（初始化设置）面板。
Initialization Methods中选择Standard Initialization，单击Initialize按钮进行初始化。
8 计算求解
单击主菜单中Solving→Run Calculation按钮，弹出Run Calculation（运行计算）面板。
在Time Step Size中输入10，在Number of Time Steps中输入200，单击Calculate开始计算。
9 结果后处理
（1）进入CFD-Post界面。
（2）显示云图。
本篇文章来源于微信公众号: 南流坊
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