Fluent-第7章--边界条件2011.ppt

边界条件的设定 边界条件 WhyandWhat 为了获得物理问题 各种微分方程 的唯一解 必须对计算域边界设定各种参数值 如各种通量 热通量 质量通量 运动状况等 边界条件内容 定义边界条件的位置信息 如进口 固体壁面 对称位置面 确定边界上的各种参数信息边界条件的具体内容和计算中采用的物理模型 边界条件的类型密切相关 必须仔细确定边界条件的参数直接影响了求解过程和所得到的结果 边界条件 边界条件的作用设置边界条件流场的入口和出口壁面 重复周期边界条件内部单元区域内部单元边界 边界条件的作用 边界条件边界条件指引并限制流体运动 边界条件是数学模型中必需的部分 指定进入计算区域的通量 质量动量能量边界条件被分配到区域内区域是单元 流体或固体 或单元边界 流场边界或内部面 的集合 内部面主要用于后处理 内部面与区域相联系 内部的面可以从单元边界自动产生 内部面只与流体区域有个而与固体区域无关 湍流中的K E 湍流中的耗散率组分质量分数 边界的种类 axis轴边界exhaust fan排气扇面inlet vent排气口intake fan入口扇面interface界面mass flow inlet质量入口outflow流出outlet vent出口pressure fat field压力远场pressure inlet压力入口pressure outlet压力出口symmetry对称velocity inlet速度入口wall壁面 基本的边界类型 外部面一般 Pressureinlet Pressureoutlet不可压 Velocityinlet Outflow可压 Massflowinlet Pressurefar field特殊 Inletvent outletvent intakefan exhaustfan其它 Wall Symmetry Periodic Axis单元 区域FluidandSolid相交面Fan Interior PorousJump Radiator Walls inlet outlet wall interior Orifice plateandorifice plate shadow 边界条件定义 速度入口流动入口边界的速度和标量 压力入口流动入口边界的总压和其它标量 质量流动入口可压流规定入口的质量流速 在不可压流中不必指定入口的质量流 因为当密度是常数时 速度入口边界条件就确定了质量流条件 压力出口流动出口的静压 在回流中还包括其它的标量 当出现回流时 使用压力出口边界条件来代替质量出口条件常常有更好的收敛速度 边界条件定义 压力远场模拟无穷远处的自由可压流动 该流动的自由流马赫数以及静态条件已经指定了 这一边界类型只用于可压流 质量出口假定除了压力之外的所有流动变量正法向梯度为零 模拟的流动出口的流速和压力未知 适合于出口完全发展 不适合于可压流计算 基本流程 Gambit BoundaryType FluidType Fluent Solver SelectBoundary SetParameters 边界条件的定义 Solver 选择求解器正对求解器选择不同的边界条件定义器 边界条件的定义 SpecifyType 选择边界对应的几何体默认值 面选择边界的类型 鼠标直接选取 对定义好的边界可以再操作更改 删除 边界条件的定义 SpecifyType 选择边界对应的几何体默认值 体选择边界的类型 鼠标直接选取 对定义好的边界可以再操作更改 删除 边界条件的定义 Define 在Fluent中定义边界条件的具体值各种边界条件的参数可以重新定义边界类型 重新定义边界条件 一般边界条件在预处理软件中定义 可以在Fluent中更改 Define BoundaryConditions 选择要更改的几何体从Type中选择新的类型 给定边界条件参数 在BCpanels中直接赋值 给选定的边界设定 从Zone菜单中选择边界 点击Set按钮利用Copy按钮可以复制边界条件 边界条件的内容可以存盘 也可以读入 file write bcandfile read利用UDFsandProfiles可以定义复杂的边界条件 流场的入口和出口 对计算区域的流场入口和出口可以选择设置多种边界条件 一下列出流场入口和出口可以使用的边界条件 常用边界条件PressureinletPressureoutlet不可压流VelocityinletOutflow可压流MassflowinletPressurefar field VelocityInlet 定义类型 Magnitude NormaltoBoundaryComponentsMagnitudeandDirection默认值为均匀流动适用于incompressibleflows Staticpressure相应分布 Totalpressure同样用于compressibleflows将有可能导致非物理解 速度设定为负值时 可以用来表示出口 但是必须要保证流量平衡 压力预处理 绝对压力是相对于真空而言的 绝对压力可以用操作压力和表压来表示 静压是热力学压力 用绝对压力和表压的形式表示 边界条件要求用表压形式输入 压力公式 总压 滞止压力 用下面公式定义 1 2 v2为动压 由理想气体定律密度由下面公式计算 不可压流 可压流 ptotal pstatic 1 2 v2 设置操作压力 OperatingPressure 对可压流 将设置操作压力 OperatingPressure 设为0 将表压作为绝对压力处理 对不可压流 密度为常值时 操作压力 OperatingPressure 不起作用 对不可压流 使用理想气体定律计算密度 在菜单Define Materials 中选择incompressible ideal gas 将操作压力 OperatingPressure 设为问题中压力的平均值 PressureInlet 1 参数确定 TotalGaugePressure驱使流体运动的能量 StaticGaugePressure超音速流动时静压 亚音速时忽略从该边界初始化时有用TotalTemperature对于不可压流作为静温 InletFlowDirection PressureInlet 2 注意的是Gaugepressure必须给定 Operatingpressure定义 Define OperatingConditions同时适用compressible和incompressibleflows Fluent计算时采用staticpressureandvelocity通过压力面的通量由内部条件和流动方向决定 MassFlowInlet 参数确定 a MassFlowRateor b MassFlux a 给定恒定的流量 b 利用profiles UDF定义StaticGaugePressure超音速有效该边界初始化有效 TotalTemperature对于不可压流动为静温 InletFlowDirection一般用于compressible 也可用于incompressibleflows Totalpressure由输入变量求得 和pressureinlet相比 收敛性差 PressureOutlet 给定staticgaugepressure作为出口处的环境压力 可以定义径向的压力分布 Backflow收敛过程出现最终结果如此 方向是垂直于边界 适用于compressible和incompressibleflows在超音速条件下 忽略所给定的压力值 可以被用来模拟自由流 Outflow 不需指定任何速度和压力信息 由内部区域来传递信息 边界上保持流量平衡 在Outflow面上所有参数梯度为零近似于充分发展流适用于incompressibleflows 不能和PressureInlet合用 入口只能是velocityinlet 不能用来模拟密度随时间变化的问题 当存在回流时 很难收敛不能模拟最终结果存在回流的物理问题 其它的边界条件 PressureFarField模拟idealgaslaw下的流动 通常给定free streamMachnumber和静态参数 确定湍流参数 在入口 inlet 出口 outlet 外场 far field 有湍流时要求定义以下参数 湍流动能kFLUENT中有四种方法指定湍流参数 显示给出k 给出湍流强度和长度尺度给出湍流强度和粘性比给出流体强度和水利直径湍流强度和长度尺度取决于上游流场情况 例如 涡轮的排气Intensity 20 Lengthscale 1 10 ofbladespan充分发展的管流Intensity 5 Lengthscale 水利直径 湍流耗散率 WallBoundaries 速度 无滑移切向速度和固壁面速度相等 法向速度为零可以定义壁面剪切力 热边界 几种不同的条件包括定义壁面厚度 定义运动的壁面 SymmetryandAxisBoundaries SymmetryBoundary简化计算量 不需任何参数 计算域和几何形状必须对称 对称面上法向速度为零所有的变量法向梯度为零AxisBoundary模拟二维轴对称问题