CFX11_04_BC（课堂PPT）

1、Version 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.CFX 11.0ANSYS, Inc. ProprietaryInventory #0024454-1CFX前处理边界条件讲座 4Version 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #0024454-2CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary边界条件类型 在所有需要进行模拟计算区域的外表面上，都需要设置边界条件 (限制所需模拟的问题) 对计算流体而言，只有 5 种基本的边界条

2、件入口入口自由流出口自由流出口出口出口壁面壁面对称面对称面Version 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #0024454-3CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary如前所示.如何创建一个边界条件Version 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #0024454-4CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary定义一个边界条件基本设置 边界类型 入口, 出口, 开口, 壁面,对称面 位

3、置 在下拉菜单中选择区域的部件或是从所有的2D构件中点选 坐标系 如果存在多个坐标系，请选择正确的一个 坐标系类型 只有存在旋转坐标系的时候，才会被激活. 允许用户根据旋转或是静止（绝对）坐标系设置数值. 剖面边界条件 在下几章中进行讨论Version 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #0024454-5CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary入口速度分量-静温 (热传导)法向速度-总温 (热传导)质量流-总焓(热传导)总压 (稳定的)-相对静压 (超声速)静压-入口湍流特性出口平均静

4、压-法向速度速度分量-质量流 静压开口 压力和方向-温度 (热传导)压力 (Entrainment)-静温 (热传导)静压和方向-来流湍流情况静压 (Entrainment)速度分量壁面无滑移 / 滑移-绝热 (热传导)粗糙度-固定温度 (热传导)热流 (热传导)-热传导系数 (热传导)对称面无细节设置 (只有被指定的区域才能相对于一个面进行对称) 定义边界条件边界条件细节Version 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #0024454-6CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary边界条

5、件合理设置边界条件! 边界条件的设置对收敛性和结果的准确性有非常大的影响Version 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #0024454-7CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary边界条件合理设置边界条件来流 (入口)法向速度50 m/s流出 (出口) 静压 0 PaMass flowMass flow 来流 (入口) 法向速度50 m/s流出(开口) 平均压力 0 Pa 实例 1Version 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights rese

6、rved.Inventory #0024454-8CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary边界条件合理设置边界条件Mass flow divergesOutletMass flowFast convergence of mass flow restart来流 (入口)法向速度25 m/s 流出 (出口) 静压来流 (入口)静压流出(开口) 静压 Example 2Version 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #0024454-9CFX 11.0ANSYS, Inc. Propriet

7、ary边界条件合理设置边界条件 对于一个求解问题来讲，边界条件不要过约束也不要欠约束 过约束 没有给求解器足够的自由空间来达到正确的解 收敛困难 欠约束 没有给求解器足够的信息开始计算 没有物理结果Version 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #0024454-10CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary边界条件合理设置边界条件 实例控制方程1) 质量守恒2) X方向动量守恒5 m/s10 m/sxVersion 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All r

8、ights reserved.Inventory #0024454-11CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary边界条件合理设置边界条件 实例情况1: 不可压缩流体1) 质量守恒 不可能 求解发散2) X方向动量守恒5 m/s10 m/sxVersion 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #0024454-12CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary边界条件合理设置边界条件 实例情况2: 可压缩流体1) 质量守恒 过度约束2) X方向动量守恒 约束不足5 m/s10

9、 m/sxVersion 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #0024454-13CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary边界条件合理设置边界条件 实例情况3: 最合理的设置1) 质量守恒 好的边界条件定义2) X方向动量守恒 好的边界条件定义or5 kg/sPstatic = 150 kPa5 m/sxVersion 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #0024454-14CFX 11.0ANSYS,

10、 Inc. Proprietary边界条件合理设置边界条件 我们推荐 最稳健的设置最稳健的设置: 入口边界设置为速度/质量流; 出口边界设置为静压. 入口的总压是模拟结果中隐含的结果. 稳健的设置稳健的设置:入口边界设置为总压;出口边界设置为速度/质量流. 出口处的静压和入口处的速度是结果的一部分. 对初始条件敏感的设置：对初始条件敏感的设置：:入口边界设置为总压;出口边界设置为静压. 系统的质量流是结果的一部分 非常不可靠的设置非常不可靠的设置:入口边界设置为静压;出口边界设置为静压. 这个设置组合是不推荐的, 应为入口的总压和质量流在结构预测中都是隐含的 (这种边界条件的组合对于系统约束来

11、说，是非常脆弱的).Version 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #0024454-15CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary边界条件合理设置边界条件 从数值计算的角度来说, 延伸入口和出口的位置通常上来讲是非常有用的Version 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #0024454-16CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary边界条件合理设置边界条件 从数值计算的角度来说,

12、 延伸入口和出口的位置通常上来讲是非常有用的Version 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #0024454-17CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary边界条件合理设置边界条件 从数值计算的角度来说, 延伸入口和出口的位置通常上来讲是非常有用的Version 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #0024454-18CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary小心使用; 对称的几何不

13、一定意味着对称的流动实例:柯恩达效应. 在一个对称管中的射流，当雷诺数大于一定的数量时，流动将沿着其中的一侧进行. Symmetry Plane边界条件合理设置边界条件No Symmetry PlaneVersion 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #0024454-19CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary边界条件关键点 设置合理的边界条件，不要过度约束 选择合理的计算域，使得最精确的边界条件得以施加Version 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All

14、 rights reserved.CFX 11.0ANSYS, Inc. ProprietaryInventory #0024454-20边界条件理论Version 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #0024454-21CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary入口湍流状态 除非湍流被模拟，通常上湍流是通过模拟湍流传输特性，例如k 和 ，来进行解决的(讲座3 计算域 理论) 与质量和动量相似，湍流变量需要指定的边界条件Version 1.33/23/2007 2007 ANSYS, In

15、c. All rights reserved.Inventory #0024454-22CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary入口湍流状态 在入口处的湍流度可以通过多种选项来指定 (细节请见下页) 除非你对你要模拟的情况中的湍流等级一点都不了解 (在这种情况下，你可以使用中等 (Intensity = 5%) 选项), 你应该精心的去选择湍流强度和特征尺度 通常上来讲，湍流强度的范围是从1% 到 5% ，但是这取决于你要模拟问题的具体情况 系统默认的湍流强度值是0.037 (即 3.7%) ，它对模拟一个进入圆形入口的湍流是足够的了, 并且这是一个在实验缺乏的条件下很好

16、的估值. Version 1.33/23/2007 2007 ANSYS, Inc. All rights reserved.Inventory #0024454-23CFX 11.0ANSYS, Inc. Proprietary入口湍流状态默认湍流强度和自动计算特征尺度默认湍流强度和自动计算特征尺度默认的湍流强度是 0.037 (3.7%) ，它和计算出的特征尺度一起使用估计入口的 k 和 值. 特征长度是考虑到湍流变化范围之后计算出来的. 通常上讲，自动计算出的特征长度是不适合外流计算所需的. 湍流强度和自动计算特征尺度湍流强度和自动计算特征尺度这个选项允许你去指定一个湍流强度但是特征尺度仍然需要自动计算. 湍流强度允许的范围是被限制在0.1%-10.0% 的范围内，相应的代表很低的湍流程度到很高的团里程度. 通常上讲，自动计算出的特征长度是不适合外流计算所需的湍流强度和特征尺度湍流强度和特征尺度你可以直接指定湍流强度和特征尺度, 通过这两个选项k 和 的值被计算出来. 低湍流强度低湍流强度 (Intensity = 1%) 这里定义了一个 1%