分子動理論方式簡介
純氣體的設置
氣體混合物的設置
分子動理論方式無需輸入各類宏觀的材料屬性數(shù)據(jù)，適用于氣體介質存在溫度變化很大、組分數(shù)量極多等屬性數(shù)值變化較大、難以查找具體屬性數(shù)值的復雜情況。液體的分子間作用機理遠比氣體復雜，因此不推薦使用分子動理論方法進行材料屬性定義。
采用分子動理論定義材料屬性，前提條件為密度采用理想氣體方式定義，ideal gas law和incompressible ideal gas law均可，這兩種密度定義方式的差異具體可參考Fluent幫助文檔。需要輸入的數(shù)據(jù)包括分子量、L-J特征長度、L-J能量參數(shù)和分子自由度。這幾個參數(shù)都是分子微觀層面的參數(shù)，且為常量，不受溫度、壓力等外部條件的影響，可查表獲取。
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L-J參數(shù)
L-J勢和距離的函數(shù)關系
（圖源：《Modified Lennard-Jones potentials for nanoscale atoms》，《Journal of Computational Chemistry》期刊）
在Fluent中，L-J特征長度為 σ（零勢能距離）的數(shù)值，L-J能量參數(shù)為 ε/k（勢阱深度/玻爾茲曼常數(shù)）的數(shù)值，其中 k 為玻爾茲曼常數(shù)。需要注意的是，L-J特征長度的單位為angstroms（中文簡稱埃，簡寫為瑞典字符 ?，或者特殊情況下簡寫為英文字母A），其換算為1?=0.1nm。
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分子自由度
在不太高的溫度下，含有振動自由度的分子比例極低，振動自由度可忽略不計，認為僅包含平動和轉動兩類自由度。溫度升高時，含有振動自由度的分子比例不斷上升，使自由度數(shù)量增加。隨著溫度進一步上升，多數(shù)分子均含有振動自由度，則達到分子自由度的上限3N。
通常的氣體完全激發(fā)振動自由度的溫度（振動特征溫度，characteristic vibrational temperatures）極高。常見的雙原子氣體，僅氯氣的振動特征溫度低于1000K，為805K，其他常見氣體的振動特征溫度均遠高于1000K，例如氮氣為3393K，氧氣2274為K，氫氣為6332K，一氧化碳為3122K。含有多個振動自由度的氣體，每個振動自由度均對應于一個振動特征溫度，不同溫度下可激發(fā)數(shù)量不同的振動自由度，情況更加復雜。
振動特征溫度的計算公式為
式中，h 為普朗克常數(shù)，ν 為分子振動頻率，k 為玻爾茲曼常數(shù)。
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比熱容
Fluent中比熱容為等壓比熱容。基于理想氣體假設，等壓比熱容和等體積比熱容關系為：
式中，R 為通用氣體常數(shù)，M 為氣體分子量，f 為分子自由度
從公式中可以看出，比熱容僅受到分子自由度影響，即受到溫度的間接影響。在室溫附近的較大范圍內(nèi)，比熱容可以認為是常數(shù)。
另外，比熱容是唯一需要分子自由度數(shù)據(jù)的材料屬性。
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粘度
基于Chapman–Enskog理論，結合L-J勢理論，得到以下公式：
式中，k/ε 為L-J能量參數(shù)的倒數(shù)。
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熱傳導率
基于Chapman–Enskog理論，結合Arnold Eucken的工作，熱傳導率和比熱容、粘度關系為：
上式結合理想氣體的等壓比熱容和等體積比熱容關系，可得：
Fluent計算分子動理論定義的熱傳導率，其引用的比熱容和粘度數(shù)據(jù)可以采用常數(shù)、多項式、UDF等其他方法定義，不需要都采用分子動理論方式。
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質量擴散率
基于Chapman–Enskog理論，混合氣體中任意兩種組分之間的擴散率為：
式中，p 為絕對壓力， σij 為組分的L-J特征長度的函數(shù)，定義為：
ΩD 為擴散碰撞積分函數(shù)，其表達式為：
其中，Eij 是組分的L-J能量參數(shù)的函數(shù)，定義為：
式中，ε/k 為組分的L-J能量參數(shù)。
