自然界中的流体介质材料是极为复杂的，其属性参数往往并非某一恒定值。如我们在进行CFD计算时，常设置液态空气的密度为1.225 kg/m3，粘度为1.7895e-5 kg/(m-s)，然而现实世界中，空气的密度与粘度常与很多外部物理量（如温度、压力等）相关。在一些仿真场景中，这些材料物性参数的变化关系不可能随意进行简化，此时需要采用更加精确的方式对这介质参数进行描述。

注：这里要理性地考虑。并非任何情况下精确地描述物性对仿真都是有利的。物性参数常常与待求物理量耦合在一起，有时过于精密的物性模型可能会导致计算收敛困难。

Fluent中提供了多种材料介质参数描述方式，除了最简单的常数描述外，还包括类似多项式、分段函数以及UDF等方式进行描述。除此以外，Fluent还提供了NIST real gas model。

1 NIST Real Gas Models介绍

NIST真实气体模型基于REFPROP数据库，支持125种流体介质（位于Fluent安装路径fluentfluent20.1.0realgaslib下，以fld为扩展名为纯净流体）。REFPROP 9.1数据库采用了来自NIST的纯流体方程。这些方程基于三个模型：

• 修正的Benedict-Webb-Rubin (MBWR) 状态方程

• Helmholtz-energy状态方程

• extended corresponding states

对于由多种混合物组成的流体介质，采用适用于混合物的Helmholtz-energy的混合规则来计算其热力学性质。

该数据库有一些材料缺失了粘度数据，这些材料如下表所示。因此这些材料在使用NIST模型时只能用于无粘流的模拟。

2 启用模型

在Fluent中激活NIST模型需要在TUI中利用命令来实现。

1、激活合适的NIST模型

NIST模型包含两类：纯净流体以及多组分流体。两种模型的激活命令有所不同。

• 纯净流体采用以下命令激活

 /define/user-defined/real-gas-models/nist-real-gas-model

• 多组分流体采用以下命令进行激活

 /define/user-defined/real-gas-models/nist-multispecies-real-gas-model

或者在Fluent的命令搜索框中输入nist，直接从搜索结果中选择所需的命令进行激活

命令输入完毕后弹出询问命令，此时输入yes

弹出材料选择询问命令，输入材料文件名，如需要使用water，则可以如下图所示输入water.fld。

然后弹出了一大堆材料性能数据，如下图所示。

Fluent会询问是否创建NIST查询表。默认情况下不创建该表，而是在每一次迭代过程中直接计算NIST函数获取材料属性值。不过创建查询表也有好处：

• 减少计算时间，因为不需要在每次热物性更新时都调用NIST函数

• 查询表同时适用于液相与气相

要创建查询表，只需要在上图的询问命令后输入yes，然后指定温度压力范围即可，如下图所示。

后面询问是否将查询表用于热参数计算，一般选择yes，都这时候了不选yes，那我创建表干甚。

2、使用NIST数据

当激活NIST数据后，材料节点下自动增加了新的节点，如下图所示。

点开材料属性，如下图所示，可以看到所有属性值均被设置为了real-gas-law

此时在cell Zone Conditions中设置区域的介质为真实气体就OK了。

3 NIST模型使用策略

使用NIST真实气体模型要比简单的理想气体模型更加复杂，收敛也更加困难。因此，在使用NIST模型时，密度基求解器中使用更小的Courant数，压力基求解器中使用更小的亚松弛因子以维持稳定性。建议先使用低阶格式获取收敛解，继而切换到高阶格式获取精度。

NIST真实气体模型数据的计算有明确的计算范围，在使用该模型时，必须确保计算区域内的物理量值位于该计算范围内。一旦状态值超出范围，计算可能发散且在Fluent控制台输出错误信息。

4 NIST模型局限性

NIST实际气体模型存在以下局限性（内容来源：Fluent UserGuide 8.16.4.1）：

• 当用户使用NIST真实气体模型时，用户指定的介质材料将会出现在Create/Edit对话框中（单组分材料名称以real-gas开头，多组分材料名称为real-gas-mixture)。此时材料中的一些由NIST函数计算的属性值无法由用户输入。不过以下一些材料属性不由NIST函数计算，依然需要用户输入：

• 利用NIST模型定义多组分材料时，质量扩散系数（Mass diffusivity）需要用户输入

• 当使用辐射模型时，材料的辐射参数需要用户输入

• NIST材料以外的材料属性数据（NIST只定义了125种材料）

• NIST真实气体模型假设用户在Fluent计算中使用的流体是过热蒸汽、超临界流体或液体。注意，亚临界流动条件（如蒸汽与液体两相共存）是不被支持的。此外，所有的流体区必须包含真实气体

• 压力入口、质量流量入口和压力出口是唯一可用于真实气体模型的流入和流出边界

• 当使用密度基求解器时，无反射边界条件与真实气体模型不兼容。如果你的模型需要NRBC和一个真实的气体模型，则必须使用基于压力的求解器。

• 多组分NIST真实气体模型不能用于任何多相模型。但是可以在单组分多相流中使用NIST材料。

• 用户无法在REFPROP数据库中修改材质属性，也不能在NIST real gas模型中添加自定义材质。

上次说调用服务器资源做小程序，后来发现我把前期准备工作想得太简单了。这不仅需要购买云服务器，还得做域名解析，还得SSL证书，最麻烦的是需要备案，这一套下来就算一切顺利没有个把月是下不来的。

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道