基于FLUENT的圆形垂直浮力射流的数值模拟(3)
计算流体动力学（CFD）问题的关键之一便是计算网格的划分。Fluent软件拥有先进的网格技术：完全非结构化网格、先进的动/变形网格以及多网格支持技术。完全非结构化网格种类繁多，包括二文的三角形、四边形，三文的四面体、优尔面体、棱柱以及其它多面体网格等。动/变形网格技术针对的问题主要是边界运动问题，大部分网格的变化都是程序自动生成的，用户需要做的只是对初始边界条件进行设置，因此使用起来非常方便。同时，Fluent软件的网格支持能力也不容小觑，支持的网格类型有：动/变形网格、滑动网格、界面不连续网格以及混合网格等。
2)多种数值算法
Fluent软件主要采用的方法是有限体积法。其提供了三种数值算法:非耦合隐式算法、耦合隐式算法以及耦合显式算法。其算法是常用计算流体动力学（CFD）商用软件中最多的。这三种方法分别适用于不可压、亚音速、跨音速、超音速乃至高超音速流动。
3)先进的物理模型
Fluent软件包含丰富而先进的物理模型。具体如下：
湍流模型的种类比较多，包括雷诺应力模型（RSM）组、 模型组、 模型组、Spalart-Allmaras模型、分离涡模拟模型（DES）组以及大涡模拟模型（LES）和V2F模型等。Fluent软件中还包含许多其他常用的模型，高精度的自由表面模型、离散相模型、欧拉多相流模型、混合分数多相流模型和空泡模型气动噪声模型、动网格模型、多孔介质模型、非均质渗透性模型、传热和辐射模型等。
2.2 Fluent的前置模块
在运用Fluent软件进行数值模拟前，需要建立几何模型并划分网格。这里将简要介绍一下其前置模块——Gambit。众所周知，建模工具种类繁多，但Gambit自诞生以来长期受到人们的青睐，必有其独到之处。首先，Gambit的操作界面简洁直观，建模起来非常方便；其次，Gambit的图形修正功能比较快捷，可以对重合的点、线、面进行自动合并；最后，对一个几何区域进行网格划分时，Gambit会优先选择最合适的网格划分算法，这样就使得网格的划分变得简单。
2.3 基本分析过程
应用Fluent软件进行数值模拟前，需要提前对研究问题进行分析简化，并创建相应的物理模型及数学模型。Fluent数值模拟主要包括以下几个方面：
1）创建几何模型；
2）进行网格划分；
3）选择合适求解器；
4）导入网格，调整网格质量；
5）根据实际问题确定计算类型从而选择相应计算模型；
6）选择基本物理模型：湍流（无粘）、层流、化学反应、化学组分、热传导等；
7）确定所需的附加模型：换热器模型、风扇模型、多孔介质模型等；
8）确定材料及流体、固体物理性质；
9）添加边界条件；
10）选择求解方法，调整控制参数、松弛因子等；
11）设置初始化流场；
12）迭代求解并查看相应求解结果；
13）保存结果并进行相应的后处理。
3 模型建立
3.1 物理模型
计算区域为多级渐扩型结构，高压气体从圆孔垂直喷入后，进入液体工质后产生圆形垂直浮力射流。考虑到入口至第一级台阶的区域较小，射流撞壁将产生卷吸和回流现象，射流沿径向扩展速度将受到限制。当射流扩展到第二级台阶后，径向扰动变大，气液界面的掺混强度增强。因计算区域是对称的，故只考虑一半即可，因此建模时只取了一半进行分析。在此为了忽略重力的影响，于是假设射流向上喷射。
结合圆形浮力射流在液体工质中扩展的物理过程，考虑其受限膨胀的特点，作出如下假设：
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