fluent邊界條件

1、 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. Proprietary 邊界條件邊界條件Introductory FLUENT Training4-2 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008定義邊界條件u要定義一個(gè)能產(chǎn)生特定結(jié)果的問題，必須在邊界區(qū)域上給出獨(dú)立的（流體）變量信息l定義進(jìn)入流動(dòng)區(qū)域的質(zhì)量流量、 動(dòng)量、 能量、 等等u定義邊界條件包括:l定義邊界類型（比如：入口、壁面、對稱面）l提

2、供邊界信息u物理模型和邊界類型不同，所需的數(shù)據(jù)類型也不同u必須知道邊界上變量的值，或者進(jìn)行合理的近似l邊界條件定義不好會(huì)對結(jié)果產(chǎn)生重大影響基本原則4-3 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008基本原則u基本原則l盡可能選擇流體進(jìn)入或出去的地方作為邊界n不是必須的，但是會(huì)更利于解的收斂l在垂直于邊界方向上不應(yīng)該有大的梯度l減少邊界附近網(wǎng)格扭曲度n否則將在計(jì)算中過早引入誤差21對上部壓力邊界進(jìn)行修改，確定流體進(jìn)入?yún)^(qū)域可用邊界類型4-4 2006 A

3、NSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008可用邊界類型u外部面l常規(guī)壓力入口，壓力出口l不可壓速度入口，出口l可壓質(zhì)量流入口，壓力遠(yuǎn)場，質(zhì)量流出口l其它壁面，對稱面，軸，周期l特殊通風(fēng)口入口，通風(fēng)口出口，進(jìn)氣風(fēng)扇，排氣風(fēng)扇u單元區(qū)域l流體l固體l多孔介質(zhì)l熱交換器u內(nèi)在面l風(fēng)扇，內(nèi)部，散熱器，壁面orificeplate plate-shadowoutletinletwall改變邊界類型4-5 2006 ANSYS, Inc. All rights reser

4、ved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008改變邊界類型u區(qū)域和區(qū)域類型在前處理程序中已經(jīng)初始化定義了u改變特定區(qū)域的區(qū)域類型l在“區(qū)域”菜單中選擇區(qū)域名n也可以在圖形區(qū)域中用右鍵選擇邊界區(qū)域l在“類型”菜單中選擇新的區(qū)域類型DefineBoundary Conditions設(shè)置邊界條件數(shù)據(jù)4-6 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008設(shè)置邊界條件數(shù)據(jù)u在邊界條件面

5、板中設(shè)置數(shù)據(jù)l給特定域設(shè)置邊界條件n在Zone菜單中選擇域名n按Set鍵l邊界條件數(shù)據(jù)可以從一個(gè)區(qū)域復(fù)制到另一個(gè)u邊界數(shù)據(jù)能夠在一個(gè)使用TUI命令的文件中儲(chǔ)存和重新得到/file/write-bc/file/read-bcu邊界條件也可以由UDF和輪廓文件來定義速度入口4-7 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008速度入口u速度定義方法l大小，與邊界方向垂直l分量l大小和矢量方向u速度分布默認(rèn)是均一的u主要用于不可壓流l靜壓波動(dòng)以滿足給定的速度

6、分布l流體的總參數(shù)也是變化的l對可壓流使用速度入口可能導(dǎo)致非物理結(jié)果u能夠定義負(fù)的速度用來作為“速度出口”l必須確保在多個(gè)入口的情況下質(zhì)量守恒能夠滿足壓力入口4-8 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008壓力入口u參數(shù)l總壓l總溫l流動(dòng)方向l靜壓u可壓、不可壓流22statictotalVPPIncompressible flows:Compressible flows:12absolutestaticabsolutetotalM211kkkP

7、P2statictotalM211kTT質(zhì)量入口流動(dòng)4-9 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008質(zhì)量入口流動(dòng)u必需的信息l質(zhì)量流率或者質(zhì)量通量n質(zhì)量流率意味著均勻流動(dòng)n質(zhì)量通量能夠用分布或者UDF來定義n對于二維軸對成問題，質(zhì)量流率是單位時(shí)間通過2弧度的質(zhì)量，質(zhì)量通量是單位時(shí)間通過一弧度的質(zhì)量l靜壓l總溫u質(zhì)量流動(dòng)入口主要用于可壓流；但是也可用于不可壓流l總壓隨著質(zhì)量流的變化而變化l比壓力入口難收斂，優(yōu)先選擇壓力入口壓力出口4-10 2006

8、 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008壓力出口u必需的信息l靜壓l回流n可能發(fā)生在迭代過程中或者最終結(jié)果n回流方向u對可壓和不可壓都適合l如果流動(dòng)是超音速，出口處壓力可以忽略l在外部或者自由流動(dòng)計(jì)算中可以用來作為“自由”邊界u徑向壓力平衡選項(xiàng)出口流4-11 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008出口流u

9、不需要壓力或者速度信息l出口數(shù)據(jù)由內(nèi)部外推得到l對上游沒有影響u對所有流動(dòng)變量，法向擴(kuò)散為零l適用于完全發(fā)展出口流動(dòng)u用于不可壓流l不能和壓力入口同時(shí)使用（必須和速度入口同時(shí)使用）l不能用于有密度變化的非定常流動(dòng)u當(dāng)?shù)鷷r(shí)出現(xiàn)回流收斂速度較慢l預(yù)期最后結(jié)果會(huì)出現(xiàn)回流不能使用示范多種出口4-12 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008示范多種出口u多種出口的流動(dòng)可以使用pressure outlet 或者 outflow 邊界lPressure

10、outletslOutflow:n質(zhì)量流率分?jǐn)?shù)由Flow Rate Weighting決定s FRW 默認(rèn)設(shè)置為1 (暗示等于 flow rates)nStatic pressure varies among exits to accommodate flow distribution. 靜壓在出口之間變化以適應(yīng)流動(dòng)分布velocity-inlet (V, T0)ORpressure-inlet (p0, T0)pressure-outlet (ps)2pressure-outlet (ps)1iiiimFRWFRWvelocity-inlet (V, T0)outflow (FRW2)out

11、flow (FRW1)其它入口/出口邊界條件4-13 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008其它入口/出口邊界條件uPressure Far Field 壓力遠(yuǎn)場壓力遠(yuǎn)場l用指定的靜態(tài)條件和自由流的馬赫數(shù)來定義無窮遠(yuǎn)處自由可壓流l只有在密度符合理想氣體規(guī)律情況下可以使用l區(qū)域足夠大uExhaust Fan出口風(fēng)扇出口風(fēng)扇l模擬外部排氣扇，給定一個(gè)壓升和環(huán)境壓力l假定排氣扇無限薄，并且流體通過排氣扇的壓升是流體速度的函數(shù)uOutlet Vent

12、排風(fēng)口排風(fēng)口l用指定的損失系數(shù)以及周圍環(huán)境（排放處）壓力與溫度來定義一個(gè)出口風(fēng)扇或者排風(fēng)口uIntake Fan /氣風(fēng)扇氣風(fēng)扇l給定壓力階躍，流動(dòng)方向和環(huán)境壓力溫度l假定進(jìn)口風(fēng)扇無限薄，且有不連續(xù)壓升，壓力升高量是通過風(fēng)扇速度的函數(shù)uInlet Vent 進(jìn)風(fēng)口進(jìn)風(fēng)口l給定進(jìn)口損失系數(shù)，流動(dòng)方向和進(jìn)口環(huán)境壓力及溫度。l通風(fēng)壓降正比于流體動(dòng)壓頭和損失系數(shù)壁面4-14 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008壁面u用來分離流體和固體區(qū)域u在粘性流，

13、無滑移條件下l切向流速等于壁面的速度l所有法向速度為零l可以指定剪應(yīng)力u熱邊界條件l幾個(gè)可用類型l壁面材料和厚度可以定義（細(xì)節(jié)問題將在熱傳導(dǎo)那課詳細(xì)討論）u壁面粗糙度將會(huì)在湍流中定義l基于當(dāng)?shù)亓鲌鼋Y(jié)果計(jì)算壁面切向應(yīng)力和熱傳導(dǎo)u在壁面邊界上可以指定平移和轉(zhuǎn)動(dòng)速度對稱和軸邊界4-15 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008對稱和軸邊界uSymmetry Boundary對稱邊界l用來降低計(jì)算量l不需要輸入?yún)?shù)l流場和幾何結(jié)構(gòu)必須對稱n在對稱平面上法

14、向速度為零n所有法向變量的梯度為零n必須小心正確地定義對稱邊界位置uAxis Boundary軸邊界l用于軸對稱問題的中心線l不需要輸入l必須與x軸正向相符合axissymmetry planes周期邊界4-16 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008Rotationally periodic planes周期邊界u用來減少網(wǎng)格總數(shù)u流場和幾何結(jié)構(gòu)必須包括旋轉(zhuǎn)或者平移周期u轉(zhuǎn)動(dòng)型周期lP = 0 通過周期平面.l旋轉(zhuǎn)軸必須在流場區(qū)域中定義u平移

15、型周期lP 在周期平面上是有限的.l模型符合完全發(fā)展的條件l定義每個(gè)周期的平均P 或者凈質(zhì)量流率l在GAMBIT中周期性邊界定義是平移的Translationally periodic planes2D Tube Heat ExchangerFlow單元區(qū)域流體4-17 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008單元區(qū)域流體u一個(gè)流體單元區(qū)域是由一系列單元體組成，求解同樣的方程u需要選擇流體材料l對多組分或者多相流動(dòng)來說，材料沒有顯示出來，流體區(qū)域

16、由相混合而成。u可以定義源項(xiàng)l質(zhì)量，動(dòng)量，能量，UDS，等等。u如果要模擬過渡流就將流體區(qū)域定義為laminar flow。u可以定義域?yàn)槎嗫捉橘|(zhì)u定義轉(zhuǎn)動(dòng)型周期流動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軸u能夠定義流體區(qū)域的運(yùn)動(dòng)多孔介質(zhì)條件4-18 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008多孔介質(zhì)條件u多孔區(qū)域是流體區(qū)域的特殊類型l在流體面板上激活Porous Zone 選項(xiàng)l流動(dòng)中的壓力損失通過用戶輸入阻力系數(shù)來確定u例如lPacked beds 河床lFilter pap

17、ers 濾紙lPerforated plates 多孔板lFlow distributors 流量分配器lTube banks 管束單元區(qū)域固體4-19 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008單元區(qū)域固體u固體區(qū)域是由一組只能熱傳導(dǎo)的單元組成l不滿足任何流動(dòng)方程l在沒有對流發(fā)生的情況下，流體可以假設(shè)為固體u只需要在材料（固體）面板中輸入材料名稱u輸入選項(xiàng)可以設(shè)置體積生熱率（熱源）u如果旋轉(zhuǎn)型周期邊界與固體區(qū)域相鄰的話需要定義旋轉(zhuǎn)軸u可以定義固體區(qū)域的運(yùn)動(dòng)內(nèi)部的面邊界4-20 2006 ANSYS, Inc. All rights reserved.ANSYS, Inc. PIntroductory FLUENT NotesFLUENT v6.3 Aug 2008內(nèi)部的面邊界u只定義在單元面上l內(nèi)部面的厚度為零l這些內(nèi)部面提供了改變流動(dòng)屬性的方法u用來實(shí)現(xiàn)各種物