计算传热学—CFD软件介绍培训

1、计算传热学CFD软件介绍/培训 南京航空航天大学 能源与动力学院 2003.5仅供内部教学使用。如有任何版权问题，请和联系边界条件的设定边界条件Why and Whatu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.n如各种通量（热通量、质量通量）、运动状况等.u边界条件内容:n定义边界条件的位置信息 (如进口、固体壁面、对称位置面)n确定边界上的各种参数信息u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.u必须仔细确定边界条件的参数n直接影响了求解过程和所得到的结果.FuelAirCombustor WallManifold box1123No

2、zzle分析流程n1. 来流条件l均匀性l非预混模型l考虑混合效果n2. 喷嘴进口l非预混模型l参数要求高n3. 喷嘴出口l预混模型l参数要求高基本原则n设定在流体的进、出口l可以有利于收敛.n在垂直于边界上不应该 存在很大的参数梯度.l导致不同的结果.n减小边界附近的网格 扭曲度.l导致计算早期误差过大.21基本的边界类型u外部面n一般一般: Pressure inlet, Pressure outletn不可压不可压: Velocity inlet, Outflown可压可压: Mass flow inlet, Pressure far-fieldn特殊特殊: Inlet vent, ou

3、tlet vent, intake fan, exhaust fann其它其它: Wall, Symmetry, Periodic, Axisu单元、区域nFluid and Solidu相交面nFan, Interior, Porous Jump, Radiator, WallsinletoutletwallinteriorOrifice_plate and orifice_plate-shadow基本流程GambitBoundary TypeFluid TypeFluentSolverSelect BoundarySet Parameters边界条件的定义Solvern选择求解器n正对求解

4、器选择不同的边界条件定义器边界条件的定义Specify Typen选择边界对应的几何体l默认值：面n选择边界的类型.l鼠标直接选取.n对定义好的边界可以再操作l更改、删除.边界条件的定义Specify Typen选择边界对应的几何体l默认值：体n选择边界的类型.l鼠标直接选取.n对定义好的边界可以再操作l更改、删除.边界条件的定义Definen在Fluent中定义边界条件的具体值l各种边界条件的参数l可以重新定义边界类型重新定义边界条件u一般边界条件在预处理软件中定义.u可以在Fluent中更改:Define Boundary Conditions.n选择要更改的几何体n从Type中选择新的类

5、型.给定边界条件参数u在 BC panels中直接赋值.n给选定的边界设定:l从Zone菜单中选择边界.l点击Set按钮n利用Copy按钮可以复制边界条件.u边界条件的内容可以存盘， 也可以读入.nfile write-bc and file readu利用 UDFs and Profiles可以 定义复杂的边界条件Velocity Inletu定义类型:nMagnitude, Normal to BoundarynComponentsnMagnitude and Directionu默认值为均匀流动u适用于 incompressible flows.nStatic pressure 相应分布

6、.nTotal pressure 同样n用于 compressible flows 将有可能导致非物理解.u速度设定为负值时，可以用来表示出口.n但是必须要保证流量平衡.Pressure Inlet (1)u参数确定:nTotal Gauge Pressurel驱使流体运动的能量.nStatic Gauge Pressurel超音速流动时静压; l亚音速时忽略l从该边界初始化时有用nTotal Temperaturel对于不可压流作为静温.nInlet Flow Direction21(1)2totalstatickTTM2/(1),1(1)2kktotal absstatic abskppM

7、221vppstatictotalIncompressible flows:Compressible flows:Pressure Inlet (2)u注意的是 Gauge pressure 必须给定.n nOperating pressure 定义: Define Operating Conditionsu同时适用 compressible 和 incompressible flows.nFluent 计算时采用 static pressure and velocity n通过压力面的通量由内部条件和流动方向决定.u 可以被用作模拟“Free”面.operatinggaugeabsolute

8、pppMass Flow Inletu参数确定:n(a) Mass Flow Rate or (b) Mass Fluxl(a) 给定恒定的流量l(b) 利用 profiles/UDF定义nStatic Gauge Pressurel超音速有效l该边界初始化有效.nTotal Temperaturel对于不可压流动为静温.nInlet Flow Directionu一般用于 compressible; 也可用于 incompressible flows.nTotal pressure 由输入变量求得.n和 pressure inlet相比.收敛性差Pressure Outletu给定 stat

9、ic gauge pressuren作为出口处的环境压力.n可以定义径向的压力分布.uBackflown收敛过程出现n最终结果如此.n方向是垂直于边界.u适用于 compressible 和 incompressible flowsn在超音速条件下，忽略所给定的压力值.u可以被用来模拟自由流.Outflowu不需指定任何速度和压力信息.n由内部区域来传递信息.n边界上保持流量平衡.u在Outflow面上所有参数梯度为零n近似于充分发展流u适用于 incompressible flows.n不能和 Pressure Inlet合用; 入口只能是 velocity inlet.n不能用来模拟密度随

10、时间变化的问题.u当存在回流时，很难收敛n不能模拟最终结果存在回流的物理问题.u可以利用 Pressure Outlet 和 Outflow boundaries.nPressure OutletsnOutflow:l出口流量定义如下:nmi=FRWi/FRWi where 0 FRW 1. nFRW 为 1 表示均匀分布多通道出口pressure-inlet (p0,T0)pressure-outlet (ps)2velocity-inlet (v,T0)pressure-outlet (ps)1orFRW2velocity inletFRW1其它的边界条件uPressure Far Fie

11、ldn模拟 ideal gas law下的流动.n通常给定 free-stream Mach number 和静态参数 .uExhaust Fan/Outlet Ventn给定压力损失系数（压力降）以及环境参数uInlet Vent/Intake Fann模拟风扇运动.n给定压力损失系数（压力降）以及环境参数Wall Boundariesu速度：无滑移n切向速度和固壁面速度相等.n法向速度为零n可以定义壁面剪切力.u热边界:n几种不同的条件n包括定义壁面厚度.u定义运动的壁面.Symmetry and Axis BoundariesuSymmetry Boundaryn简化计算量.n不需任何参

12、数.n计算域和几何形状必须对称:l对称面上法向速度为零l所有的变量法向梯度为零uAxis Boundaryn模拟二维轴对称问题.n不需任何参数.symmetry planesPeriodic Boundariesu减小计算量.u计算域为周期性运动区域.u周期性旋转:n周期面上p = 0.u周期性平动:n在周期面上允许有限的p . l模拟充分发展流.l在Gambit中预先 定义为 translational.Translationally periodic planes2D tube heat exchangerflowRotationally periodic planes区域定义: FluiduFluid zone = 求解的流体计算域.