十四、FLUENT中2D Space设置

对于一些有几何对称的模型，如正方形、圆柱等，当物理边界也是对称时，其物理场也是对称分布的。对于这样的几何模型，如果将整个计算域全部计算一遍固然能够得到最终的数值解，但是会耗费大量的时间，因此，Fluent使用了2D Space来简化这种模型的计算。

 

1. Fluent几何模型                                                     

Fluent可以计算二维和三维几何模型。二维模型可以是轴对称图形，对于这种图形，我们可以只计算一部分，其他部分的物理场都与计算的部分一致，如计算域为圆，我们就可以只计算其中的1/4，如图所示。

二维模型还可以表示三维模型，之前的文章中我们提到过，Fluent虽然可以计算二维模型，但其本质上还是在计算三维流场，其深度方向默认为1m，因此二维矩形实际上是三维的长方体。

 

同时二维模型还可以表示旋转轴对称的三维模型。如可以用一个矩形来表示圆柱，如果圆柱中的物理场只沿径向和轴向发生变化，而与切向无关，那么圆柱的一个径向切面就可以表示整个圆柱中物理场的分布。如果圆柱中的物理场沿径向和轴向和切向都发生变化，也可以使用二维模型表达三维模型。

 

2. 2D Space使用                                                      

(1) 轴向、周向和径向：

 

(2) axisymmetric 指的是三维方程中周向速度v=0，以及所有变量∂/∂θ=0. 只有u和w分量的动量方程。axisymmetric swirl 指的是三维方程中所有变量∂/∂θ=0，轴向速度v可以不等于0. 动量方程有u，v，w三个分量方程。至于对称轴都应该设置为axis，意思即两者都是三维圆柱在二维上的简化，只不过axisymmetric 代表三维上流体不发生旋转，而axisymmetric swirl表示流体在切向上发生了旋转。这两种情况都是在圆柱坐标系下进行计算的。此时x表示轴向，y表示径向，y就是r。此时使用的计算方程是柱坐标形式的计算方程。

(3) axisymmetric 和axisymmetric swirl只有在二维模型时才可用，当模型是三维时，不可选择这两种

(4) 对于上述定义的所有柱状坐标系，正的径向速率是从旋转轴沿径向指向外，正的轴向速率是沿旋转轴向量方向，正的切向速率是基于旋转轴正向的右手法则规定。

  

(5) 回转轴必须是x轴，且二维模型必须位于x轴上方，否则会出现负体积

(6) Planar是平面模型。

 

3. Axis 和symmetry 边界条件                                          

(1) Axis 和symmetry 边界条件直接与2D Space的设置相关。

(2) Axis边界条件必须是轴对称图形的中心线，当2D Space选择为Axisymmetric 和Axisymmetric swirl，必须将对称轴边界选择为Axis，而不能选择其他的边界类型，包含symmetry边界。只对二维模型可用。

(3) symmetry边界条件意为镜像边界条件，只有当模型镜像对称时，才可用此边界条件。对导入模型为二维模型2D Space设置为Planar时，使用此边界条件，计算模型仍为二维。导入模型为三维时，此边界仍可使用。