FLUENT培訓(xùn)教材03邊界條件

1、A Pera Global Company PERA ChinaANSYS FLUENT 培訓(xùn)教材第三節(jié)：邊界條件安世亞太科技（北京）有限公司A Pera Global Company PERA China定義邊界條件n要確定一個(gè)有唯一解的物理問題，必須指定邊界上的流場(chǎng)變量 指定進(jìn)入流體域的質(zhì)量流量、動(dòng)量、能量等n定義邊界條件包括: 確定邊界位置 提供邊界上的信息n邊界條件類型和所采用的物理模型決定了邊界上需要的數(shù)據(jù)n你需要注意邊界上的流體變量應(yīng)該是已知的或可以合理預(yù)估的 不好的邊界條件對(duì)計(jì)算結(jié)果影響很大A Pera Global Company PERA China流體域n流體域是一系列單元

2、的集合，在其上求解所有激活的方程n需要選擇流體材料 對(duì)多組分或多相流，流體域包含這些相的混合物n輸入的選擇項(xiàng) 多孔介質(zhì)域 源項(xiàng) 層流域 固定值域 輻射域A Pera Global Company PERA China多孔介質(zhì)n多孔介質(zhì)是一種特殊的流體域 在 Fluid 面板中激活多孔介質(zhì)域 通過用戶輸入的集總阻力系數(shù)來確定流動(dòng)方向的壓降n用來模擬通過多孔介質(zhì)的流動(dòng)，或者流過其他均勻阻力的物體 堆積床 過濾紙 多孔板 流量分配器 管束n輸入各方向的粘性系數(shù)和慣性阻力系數(shù)A Pera Global Company PERA China固體域n固體域是一組只求解導(dǎo)熱問題而不求解流動(dòng)方程的單元集合n只

3、需要輸入材料名稱n選擇項(xiàng)允許輸入體積熱源n如果臨近固體域的單元是旋轉(zhuǎn)周期邊界，需要指定旋轉(zhuǎn)軸n可以定義固體域的運(yùn)動(dòng)A Pera Global Company PERA ChinaFuelAirCombustor WallManifold box1Nozzle確定邊界位置-例子n在本例中，入口條件有三個(gè)可能的位置:1. 進(jìn)氣管的上游 可以用均勻分布條件 考慮混合效應(yīng) 非預(yù)混反應(yīng)模型 需要更多單元2. 噴嘴進(jìn)口平面 非預(yù)混反應(yīng)模型 需要精確的入口分布 流動(dòng)仍然是非預(yù)混的3. 噴嘴出口平面 預(yù)混反應(yīng)模型 需要精確的分布 由于進(jìn)口邊界對(duì)流場(chǎng)的影響很大，不建議使用123A Pera Global Com

4、pany PERA China一般的建議n如果可能，邊界的位置和形狀能保證流體或者進(jìn)入流體域，或者流出流體域 不是必須的，但這樣能更好的收斂n垂直邊界的方向不應(yīng)該有大的梯度 不正確的設(shè)置n減少近邊界的網(wǎng)格扭曲度 否則在計(jì)算早期會(huì)帶來誤差21Upper pressure boundary modified to ensure that flow always enters domain.A Pera Global Company PERA China邊界條件類型n外部邊界 通用 Pressure Inlet Pressure Outlet 不可壓縮流 Velocity Inlet Outflow

5、 (不建議用) 壓縮流 Mass Flow Inlet Pressure Far Field 其他 Wall Symmetry Axis Periodic 特定 Inlet / Outlet Vent Intake / Exhaust Fann內(nèi)部邊界 Fan Interior Porous Jump Radiator Walln域 Fluid Solid Porous mediaorificeoutletinletplate plate-shadowwallA Pera Global Company PERA China改變邊界條件類型n域和域的類型在前處理階段定義n要改變邊界條件類型： 在

6、 Zone 列表中選擇域名。 在 Type 下拉列表中選擇希望的類型A Pera Global Company PERA China設(shè)定邊界條件數(shù)據(jù)n在 BC 面板中設(shè)置 設(shè)定指定邊界的條件: 在項(xiàng)目樹中選擇邊界條件 在 Zone 列表中選擇邊界名稱 點(diǎn)擊 Edit 邊界條件數(shù)據(jù)可以從一個(gè)面拷貝到其他面n邊界條件也可以通過 UDF和分布文件定義.n分布文件這樣生成: 從其他CFD模擬寫一個(gè)分布文件 創(chuàng)建一個(gè)有格式的文本文件 A Pera Global Company PERA China速度進(jìn)口n指定速度 速度大小，垂直入口 方向分量 大小和方向n指定入口均勻速度分布。如用UDF或者分布文件，

7、可以指定分布入口條件n速度入口用于不可壓流動(dòng)，不建議用于壓縮流n速度大小可以是負(fù)值，意味著出口。A Pera Global Company PERA China壓力進(jìn)口n壓力入口適用于壓縮和不可壓縮流 壓力入口被處理為從滯止點(diǎn)到入口的無損失過渡 FLUENT 計(jì)算靜壓和入口的速度 通過邊界的流量隨內(nèi)部求解和指定的流動(dòng)方向而改變n需要的輸入 表總壓 超音速 / 初始表壓 入口流動(dòng)方向 湍流量（如是湍流的話） 總溫 (如果有傳熱和/或壓縮）Incompressible:Compressible:A Pera Global Company PERA China流量入口n流量入口是為可壓縮流設(shè)計(jì)的，但

8、也可以用于不可壓流動(dòng) 調(diào)整總壓以適合流量入口 比壓力入口更難收斂n要求的信息 質(zhì)量流量或流率 超音速/初始表壓 如果當(dāng)?shù)貫槌羲?，取靜壓，如果是亞音速，忽略此項(xiàng)。 如果初場(chǎng)由此邊界設(shè)定的化，用于初場(chǎng)計(jì)算 總溫 （在 Thermal 面板） 對(duì)不可壓縮流取靜溫 指定方向A Pera Global Company PERA China壓力出口n適用于壓縮和不可壓流動(dòng) 如果流動(dòng)在出口是超音速的，指定的壓力被忽略 在外流或非封閉區(qū)域流動(dòng)，作為自由邊界條件n要求輸入 表壓 流體流入環(huán)境的靜壓。 回流量 當(dāng)有回流發(fā)生時(shí)，起到進(jìn)口的作用 n對(duì)理想氣體（可壓縮）流動(dòng)，可以使用無反射出口邊界條件 A Pera

9、Global Company PERA China壁面邊界條件n粘性流動(dòng)中，壁面采用無滑移邊界條件 可以指定剪切應(yīng)力.n熱邊界條件 有幾種類型的熱邊界條件。 對(duì)一維或薄殼導(dǎo)熱計(jì)算，可以指定壁面材料和厚度（細(xì)節(jié)會(huì)在傳熱課程介紹）。n對(duì)湍流可以指定壁面粗糙度 基于局部流場(chǎng)的壁面剪切應(yīng)力和傳熱n壁面可以設(shè)置平移或旋轉(zhuǎn)速度A Pera Global Company PERA China對(duì)稱面和軸n對(duì)稱面 不需要輸入 流場(chǎng)和幾何都需要是對(duì)稱的: 對(duì)稱面法向速度為零 對(duì)稱面所有變量法向梯度為零 必須仔細(xì)確定正確的對(duì)稱面位置n軸 軸對(duì)稱問題的中心線 不需要輸入 必須和X軸正向重合Symmetry Plane

10、sAxisA Pera Global Company PERA China周期邊界條件n用來減少全局網(wǎng)格量n流場(chǎng)和幾何必須是旋轉(zhuǎn)周期對(duì)稱或平移周期對(duì)稱 旋轉(zhuǎn)周期對(duì)稱 通過周期面的P = 0 在流體域中必須指定旋轉(zhuǎn)軸 平移周期對(duì)稱 通過周期面的P必須有限 模型是充分發(fā)展條件. 指定每個(gè)周期的平均 P 或質(zhì)量流量n如果沒有在網(wǎng)格階段定義周期條件，可以在FLUENT TUI中用下面命令指定/mesh/modify-zones/make-periodicTranslationally periodic planes2D Tube Heat ExchangerFlowRotationallyperiod

11、icplanesA Pera Global Company PERA China內(nèi)部邊界面n只在單元的面上定義: 內(nèi)部邊界面的厚度為零 內(nèi)部邊界面上的變量可以突變n用來實(shí)現(xiàn)下面一些物理模型: 風(fēng)扇 散熱器 多孔突變區(qū)域 相比多孔介質(zhì)模型更易收斂 內(nèi)部面A Pera Global Company PERA ChinaCase 設(shè)置的復(fù)制n要復(fù)制一個(gè) case 設(shè)置: 通過TUI命令讀寫邊界條件 /file/write-bc創(chuàng)建一個(gè)邊界條件文件/file/read-bc讀入一個(gè)邊界條件文件 可以把二維case 的設(shè)置讀入到三維 case中inlet-1inlet-2outlet-2outlet-1

12、fluidinlet-1inlet-2outlet-2outlet-12D Flow Domain (approximation)Actual 3D Flow DomainA Pera Global Company PERA China總結(jié)n邊界域用來控制求解時(shí)的外部和內(nèi)部邊界，有許多邊界類型用來定義不同的邊界信息n實(shí)體域用來賦予流體或固體材料 選擇項(xiàng)包括多孔介質(zhì)域、層流域、固定值域等n使用對(duì)稱面和周期邊界條件能減少計(jì)算量n未介紹的其他邊界條件類型見附錄 遠(yuǎn)場(chǎng)壓力 排氣扇 / 出風(fēng)口 進(jìn)風(fēng)口 / 進(jìn)氣扇 出口A Pera Global Company PERA China附錄A Pera Gl

13、obal Company PERA China其他邊界條件n壓力遠(yuǎn)場(chǎng)條件 用來模擬無窮遠(yuǎn)處的可壓縮自由流，輸入靜壓和自由流馬赫數(shù) 只有密度是用理想氣體計(jì)算時(shí)可以使用壓力遠(yuǎn)場(chǎng)條件n壓力出口的目標(biāo)質(zhì)量流量選項(xiàng)（不能用于多相流） 固定壓力出口的流量（常數(shù)或UDF） 用 TUI可以設(shè)置迭代方法n排氣扇 / 出風(fēng)口 用指定的壓升/壓降系數(shù)以及環(huán)境壓力和溫度模擬排氣扇或出風(fēng)口的條件n進(jìn)風(fēng)口 / 進(jìn)氣扇 用指定的壓降/壓升系數(shù)以及環(huán)境壓力和溫度模擬進(jìn)風(fēng)口或進(jìn)氣扇的條件n對(duì)LES/DES模擬的進(jìn)口邊界，在湍流模型一節(jié)中介紹A Pera Global Company PERA ChinaOutflown不需要壓力或速度信息 出口平面的數(shù)據(jù)由內(nèi)部數(shù)據(jù)外插得到 邊界上加入質(zhì)量流量平衡n所有變量的法向梯度為零 流體在邊界為充分發(fā)展noutflow 邊界針對(duì)不可壓縮流動(dòng) 不能和壓力進(jìn)口同時(shí)使用（必須和速度進(jìn)口一起使用） 不能用于變密度的非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)n有回流時(shí)收斂性很差. 最終解如有回流，不能使用此條件A Pera Global Company PERA China多出口模擬n多出口流動(dòng)可以使用壓力出口或outflow 壓力出口 要求知道下游壓力，F(xiàn)LUENT計(jì)算每個(gè)出口的流量比例 Outflow: