Fluent表面化学反应模拟.docx
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Fluent表面化学反应模拟
导入网格
2定义求解器
3开启能量方程
4操作工况参数operatingconditions
1操作压力的介绍
关于参考压力的设定，首先需了解有关压力的一些定义。
ANSYSFLUENT中有以下几个压力，即StaticPressure（静压）、DynamicPressure（动压）与TotalPressure（总压）；AbsolutePressure（绝对压力）、RelativePressure（参考压力）与OperatingPressure（操作压力）。
这些压力间的关系为，TotalPressure（总压）=StaticPressure（静压）+DynamicPressure（动压）；AbsolutePressure（绝对压力）=OperatingPressure（操作压力）+GaugePressure（表压）。
其中，静压、动压和总压是流体力学中关于压力的概念。
静压是测量到的压力，动压是有关速度动能的压力，是流动速度能量的体现。
而绝对压力、操作压力和表压是FLUENT引入的压力参考量，在ANSYSFLUENT中，所有设定的压力都默认为表压。
这是考虑到计算精度的问题。
2操作压力的设定
设定操作压力时需要注意的事项如下：
●对于不可压缩理想气体的流动，操作压力的设定直接影响流体密度的计算，因为对于理想气体而言，流动的密度由理想气体方程获得，理想气体方程中的压力为操作压力。
●对于低马赫数的可压缩流动而言，相比绝对静压，总压降是很小的，因此其计算精度很容易受到数值截断误差的影响。
需要采取措施来避免此误差的形成，ANSYSFLUENT通过采用表压（由绝对压力减去操作压力）的形式来避免截断误差的形成，操作压力一般等于流场中的平均总压。
●对于高马赫数可压缩流动的求解而言，因为此时的压力比低马赫可压缩流动的大得多，所以求解过程中的截断误差的影响不大，可以不设定表压。
由于ANSYSFLUENT中所有需输入的压力都为表压，因此此时可以将操作压力设定为0（这样可以最小化由于压力脉动而引起的误差），使表压与绝对压力相等。
●如果密度设定为常数或者其值由通过温度变化的函数获得，操作压力并没有在计算密度的过程中被使用。
●默认的操作压力为101325Pa。
操作压力的设定主要基于两点考虑，一是流动马赫数的大小，二是密度计算方法。
表格1操作压力的推荐设置
密度关系式
马赫数
操作压力
理想气体定律
大于0.1
0或约等于流场的平均压力
理想气体定律
小于0.1
约等于流场的平均压力
关于温度的函数
不可压缩
不使用
常数
不可压缩
不使用
不可压缩的理想气体
不可压缩
约等于流场的平均压力
3关于参考压力位置的设定
对于不涉及任何压力边界条件的不可压缩流动，ANSYSFLUENT在每次迭代后要调整表压值。
这个过程通过使用参考压力位置处（或该位置附近）节点的压力完成。
因此，参考压力位置处的表压应一直为0。
如果使用了压力边界条件，则不会使用到上述关系，因此参考压力位置不被使用。
参考压力位置默认为等于或接近（0，0，0）的节点中心位置。
实际计算中可能需要设置参考压力位置到绝对静压已知的位置处。
在OperatingConditions对话框中的ReferencePressureLocation选项组中设置新的参考压力位置的x，y，z的坐标即可。
如果要考虑某一方向的加速度，如重力，可以勾选Gravity复选框。
对于VOF计算，应当选择SpecifiedOperatingDensity，并且在OperatingDensity下为最轻相设置密度。
这样做排除了水力静压的积累，提高了round-off精度为动量平衡。
同样需要打开ImplicitBodyForce，部分平衡压力梯度和动量方程中体积力，提高解的收敛性。
ReferencePressureLocation（参考压强位置）应是位于流体永远是100%的某一相（空气）的区域，光滑和快速收敛是其基本条件。
单击Define→OperatingConditions。
在OperatingPressure中输入10000Pa，选中重力Gravity，在Z中输入9.81m/s2，OperatingTemperature输入303K，点击OK确认。
5定义多组分模型
（1）在Model（模型）中选择SpeciesTransport（组元输运）。
（2）在Reactions（反应）中选择VolumetricReactions（体积反应）。
（3）在MixtureMaterial（混合物材料）中选择所计算问题中涉及到的反应物，则Number
ofVolumetricSpecies（体积组元数量）中自动显示混合物中的组元数量。
（4）在Turbulence-ChemistryInteraction（湍流与化学反应相干模型）中根据需要选择相应的模型。
如果选择了Eddy-DissipationConcept（EDC），则可以进一步修改VolumeFractionConstant（体积浓度常数）和TimeScaleConstant（时间尺度常数）
（6）如果想完整计算多组分的扩散或热扩散，就选中FullMulticomponentDiffusion（完整多组分扩散）和ThermalDiffusion（热扩散）选项。
在上面的设置过程中，如果需要查看混合物中组分和化学反应的相关设置，可以在Species（组元）面板中，点击MixtureMaterial（混合物材料）右边的View（观看）按钮。
如果计算中用到的混合物模型是一种新的混合物，则需要在Material（材料）面板中创建混合物，然后再将新定义的混合物选作计算用的混合物。
混合物的定义过程包含组分选取、反应模型设定、反应机制设定等几个步骤，下面逐一介绍。
层流条件下，Model模型中只能选择SpeciesTransport组元运输一项。
Turbulence-ChemistryInteraction（湍流与化学反应相干模型）中也只有一项。
在Models中选中SpeciesTransport单选按钮，在Reactions中选中Volumetric和Wallsurface复选框，在WallSurfaceReactionOptions中选中MassDepositionSource复选框，在Options中选择InletDiffusion,FullMulticomponentDiffusion，ThermalDiffusion复选框，单击OK按钮确认。
6设置材料
1）添加砷化氢arsine
1，双击air
2，在name中输入arsine和chemicalformula处输入ash3；比热容cp选择kinetic-theory；导热系数thermalconductivity选择kinetic-theory；粘度viscosity选择kinetic-theory；分子量molecularweight选择constant为77.95；标准状态焓standardstateenthalpy为0；标准状态熵standardstateentropy为130579.1；基准温度referencetemperature为298.15。
3，点击change/create，创建新物质，在弹出的是否覆盖选择no。
4，双击arsine
在L-JcharacteristicLength特征长度输入4.145（埃米）；L-JEnergyParameter能量参数中输入259.8。
单击Change/Create按钮。
2）添加三乙基镓、甲基、氢气、镓（固体）、砷（固体）、镓、砷
参数
Ga（CH_3）_
三乙基镓
3CH_3
甲基
H_2
氢气
Ga_s
镓
As_s
砷
Ga
镓（固）
As
砷（固）
Name
tmg
ch3g
hydro-gen
ga_s
as_s
ga
as
ChemicalFormula
gach33
ch3
h2
ga_s
as_s
ga
as
CP（specificheat）
kinetic-theory
kinetic-theory
kinetic-theory
520.64
520.64
1006.43
1006.43
Thermalconductivity
kinetic-theory
kinetic-theory
kinetic-theory
0.0158
0.0158
kinetic-theory
kinetic-theory
Viscosity
kinetic-theory
kinetic-theory
kinetic-theory
2.125e-05
2.125e-05
kinetic-theory
kinetic-theory
Molecularweight
114.83
15
2.02
69.72
74.92
69.72
74.92
Standardstateenthalpy
0
2.044e+07
0
3117.71
3117.71
0
0
Standardstateentropy
130579.1
257367.6
130579.1
154719.3
154719.3
0
0
referencetemperature
298.15
298.15
298.15
298.15
298.15
298.15
298.15
L-JcharacteristicLength
5.68
3.758
2.827
-
-
0
0
L-JEnergyParameter
398
148.6
59.7
-
-
0
0
Degreeoffreedom
0
0
5
-
-
-
-
7编辑组信息
1，修改组命名
双击mixture-temple，name中输入gaas_deposition。
单击change，点击yes确认。
2，编辑组分信息
在mixturespecies中
组分选取
首先进入Materials（材料）面板：
Define->Materials...
在Materials（材料）面板上，先在Name（名称）中为新的混合物确定一个名称，然后在MaterialType（材料类型）里选择mixture（混合物）。
如果有与目标相近的混合物模型，可以在下面的MixtureMaterial（混合物材料）中选择一样，比如methane-air（甲烷－空气），然后在下面Properties（性能）中做详细设置，即按顺序设置组元、反应类型、反应机制等等：
（1）点击MixtureSpecies（混合物组元）右边的Edit（编辑）按钮进入Species（组元）面板，如图7-11所示。
在Mixture（混合物）下面有4个框，即AvailableMaterials（可用材料），SelectedSpecies（已选组元），SelectedSiteSpecies（已选吸收组元）和SeletedSolidSpecies（已选固体组元）。
AvailableMaterials（可用材料）是指材料数据库中可供选用的材料；SelectedSpecies（已选组元）是
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