OpenFOAM多孔介质传热模型建模

Question

在使用OpenFOAM建立一个反应堆一回路模型的时候，我需要将堆芯设置为多孔介质并且设置相关参数。但是我查阅了相关资料后，要么他们使用fvOptions解决（但我是OpenFOAM10没有这个功能），要么只能使用dacy公式解决动量方程那一部分。
我想通过直接添加能量源项来实现堆芯多孔介质的模拟，但是又是本科生刚开始学，不管是哪部分都差点，所以想问问，如何解决这个堆芯多孔介质的建模问题，需要能够在传热和运动上都能模拟。
（OpenFOAM里面我用buoyant求解器求解问题）

Answer 1

引自强大而免费的微信小程序：皆我百晓生。

1. 理解多孔介质

多孔介质是由固体颗粒或纤维组成的材料，在颗粒或纤维之间存在空隙，这些空隙允许流体通过。在传热和运动过程中，流体与固体颗粒或纤维之间会发生热量和动量的交换。

2. 设置多孔介质模型参数

在OpenFOAM中，可以通过修改constant/porosity和constant/permeability文件来设置多孔介质的模型参数。

• constant/porosity：用于定义介质中空隙的体积分数。可以将其理解为多孔介质中空间未被实际材料占据的比例。
• constant/permeability：用于定义介质对流体渗透的能力。它是一个张量，描述了流体在多孔介质中的渗透性。

在设置这些参数时，你需要进行一些实验或者参考文献中已有的数据来确定合适的数值。

3. 添加能量源项

如果你想通过直接添加能量源项来模拟多孔介质中的能量传递，可以在相应的能量方程中添加一个源项。

在OpenFOAM中，你可以进行以下操作：

• 打开相应的能量方程，例如0/U文件（对应的路径是system/controlDict）。

• 在能量方程的源项中添加想要添加的能量源项，可以根据你的具体需求选择适当的源项形式。例如，如果你希望添加一个与流体速度和温度有关的源项，可以添加如下代码：

  fvScalarSource T_source
  (
      "T_source",
      (nuEff()*(2*dev2(fvc::grad(U))/rho() - 2/3*div(U)) - div(phi))/delta(T)
  );
  
  T_eqn.solve(mesh.solver().A(), mesh.solver().H(), T_source);
  

请注意，这只是示例代码，具体的源项形式需要根据你的多孔介质模型和数学模型来确定。

4. 完善动量方程

在多孔介质中，你可能还需要解决动量方程。这通常涉及到考虑介质中的阻力和渗透性。

为了解决动量方程，你可以参考Darcy's Law（达西定律）。达西定律可以用来描述多孔介质中的流体渗透性：

U = -alpha*grad(p)

其中，U是速度矢量，p是压力字段，alpha是渗透性参数。

你可以在动量方程中使用此方程来描述多孔介质中的渗透性。

5. 模拟传热和运动

通过设置多孔介质模型参数、添加能量源项和完善动量方程，你已经可以在OpenFOAM中模拟多孔介质中的传热和运动了。

你可以通过以下步骤将多孔介质的模型应用到你的问题中：

• 确定问题的边界条件和初始条件。
• 设置多孔介质的模型参数，包括constant/porosity和constant/permeability。
• 在能量方程中添加相应的能量源项。
• 在动量方程中使用达西定律描述多孔介质中的渗透性。
• 运行模拟并进行结果分析。

请注意，以上步骤仅为一般指导，具体的实现和调试过程可能会依赖于你的具体问题和模型。

希望以上解答对你有帮助！如果你有更多问题，请随时向我提问。