FLUENT培训教材03边界条件

1、A Pera Global Company PERA ChinaANSYS FLUENT 培训教材第三节：边界条件安世亚太科技（北京）有限公司A Pera Global Company PERA China定义边界条件n要确定一个有唯一解的物理问题，必须指定边界上的流场变量 指定进入流体域的质量流量、动量、能量等n定义边界条件包括: 确定边界位置 提供边界上的信息n边界条件类型和所采用的物理模型决定了边界上需要的数据n你需要注意边界上的流体变量应该是已知的或可以合理预估的 不好的边界条件对计算结果影响很大A Pera Global Company PERA China流体域n流体域是一系列单元

2、的集合，在其上求解所有激活的方程n需要选择流体材料 对多组分或多相流，流体域包含这些相的混合物n输入的选择项 多孔介质域 源项 层流域 固定值域 辐射域A Pera Global Company PERA China多孔介质n多孔介质是一种特殊的流体域 在 Fluid 面板中激活多孔介质域 通过用户输入的集总阻力系数来确定流动方向的压降n用来模拟通过多孔介质的流动，或者流过其他均匀阻力的物体 堆积床 过滤纸 多孔板 流量分配器 管束n输入各方向的粘性系数和惯性阻力系数A Pera Global Company PERA China固体域n固体域是一组只求解导热问题而不求解流动方程的单元集合n只

3、需要输入材料名称n选择项允许输入体积热源n如果临近固体域的单元是旋转周期边界，需要指定旋转轴n可以定义固体域的运动A Pera Global Company PERA ChinaFuelAirCombustor WallManifold box1Nozzle确定边界位置-例子n在本例中，入口条件有三个可能的位置:1. 进气管的上游 可以用均匀分布条件 考虑混合效应 非预混反应模型 需要更多单元2. 喷嘴进口平面 非预混反应模型 需要精确的入口分布 流动仍然是非预混的3. 喷嘴出口平面 预混反应模型 需要精确的分布 由于进口边界对流场的影响很大，不建议使用123A Pera Global Com

4、pany PERA China一般的建议n如果可能，边界的位置和形状能保证流体或者进入流体域，或者流出流体域 不是必须的，但这样能更好的收敛n垂直边界的方向不应该有大的梯度 不正确的设置n减少近边界的网格扭曲度 否则在计算早期会带来误差21Upper pressure boundary modified to ensure that flow always enters domain.A Pera Global Company PERA China边界条件类型n外部边界 通用 Pressure Inlet Pressure Outlet 不可压缩流 Velocity Inlet Outflow

5、 (不建议用) 压缩流 Mass Flow Inlet Pressure Far Field 其他 Wall Symmetry Axis Periodic 特定 Inlet / Outlet Vent Intake / Exhaust Fann内部边界 Fan Interior Porous Jump Radiator Walln域 Fluid Solid Porous mediaorificeoutletinletplate plate-shadowwallA Pera Global Company PERA China改变边界条件类型n域和域的类型在前处理阶段定义n要改变边界条件类型： 在

6、 Zone 列表中选择域名。 在 Type 下拉列表中选择希望的类型A Pera Global Company PERA China设定边界条件数据n在 BC 面板中设置 设定指定边界的条件: 在项目树中选择边界条件 在 Zone 列表中选择边界名称 点击 Edit 边界条件数据可以从一个面拷贝到其他面n边界条件也可以通过 UDF和分布文件定义.n分布文件这样生成: 从其他CFD模拟写一个分布文件 创建一个有格式的文本文件 A Pera Global Company PERA China速度进口n指定速度 速度大小，垂直入口 方向分量 大小和方向n指定入口均匀速度分布。如用UDF或者分布文件，

7、可以指定分布入口条件n速度入口用于不可压流动，不建议用于压缩流n速度大小可以是负值，意味着出口。A Pera Global Company PERA China压力进口n压力入口适用于压缩和不可压缩流 压力入口被处理为从滞止点到入口的无损失过渡 FLUENT 计算静压和入口的速度 通过边界的流量随内部求解和指定的流动方向而改变n需要的输入 表总压 超音速 / 初始表压 入口流动方向 湍流量（如是湍流的话） 总温 (如果有传热和/或压缩）Incompressible:Compressible:A Pera Global Company PERA China流量入口n流量入口是为可压缩流设计的，但

8、也可以用于不可压流动 调整总压以适合流量入口 比压力入口更难收敛n要求的信息 质量流量或流率 超音速/初始表压 如果当地为超音速，取静压，如果是亚音速，忽略此项。 如果初场由此边界设定的化，用于初场计算 总温 （在 Thermal 面板） 对不可压缩流取静温 指定方向A Pera Global Company PERA China压力出口n适用于压缩和不可压流动 如果流动在出口是超音速的，指定的压力被忽略 在外流或非封闭区域流动，作为自由边界条件n要求输入 表压 流体流入环境的静压。 回流量 当有回流发生时，起到进口的作用 n对理想气体（可压缩）流动，可以使用无反射出口边界条件 A Pera

9、Global Company PERA China壁面边界条件n粘性流动中，壁面采用无滑移边界条件 可以指定剪切应力.n热边界条件 有几种类型的热边界条件。 对一维或薄壳导热计算，可以指定壁面材料和厚度（细节会在传热课程介绍）。n对湍流可以指定壁面粗糙度 基于局部流场的壁面剪切应力和传热n壁面可以设置平移或旋转速度A Pera Global Company PERA China对称面和轴n对称面 不需要输入 流场和几何都需要是对称的: 对称面法向速度为零 对称面所有变量法向梯度为零 必须仔细确定正确的对称面位置n轴 轴对称问题的中心线 不需要输入 必须和X轴正向重合Symmetry Plane

10、sAxisA Pera Global Company PERA China周期边界条件n用来减少全局网格量n流场和几何必须是旋转周期对称或平移周期对称 旋转周期对称 通过周期面的P = 0 在流体域中必须指定旋转轴 平移周期对称 通过周期面的P必须有限 模型是充分发展条件. 指定每个周期的平均 P 或质量流量n如果没有在网格阶段定义周期条件，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内部边界面n只在单元的面上定义: 内部边界面的厚度为零 内部边界面上的变量可以突变n用来实现下面一些物理模型: 风扇 散热器 多孔突变区域 相比多孔介质模型更易收敛 内部面A Pera Global Company PERA ChinaCase 设置的复制n要复制一个 case 设置: 通过TUI命令读写边界条件 /file/write-bc创建一个边界条件文件/file/read-bc读入一个边界条件文件 可以把二维case 的设置读入到三维 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总结n边界域用来控制求解时的外部和内部边界，有许多边界类型用来定义不同的边界信息n实体域用来赋予流体或固体材料 选择项包括多孔介质域、层流域、固定值域等n使用对称面和周期边界条件能减少计算量n未介绍的其他边界条件类型见附录 远场压力 排气扇 / 出风口 进风口 / 进气扇 出口A Pera Global Company PERA China附录A Pera Gl

13、obal Company PERA China其他边界条件n压力远场条件 用来模拟无穷远处的可压缩自由流，输入静压和自由流马赫数 只有密度是用理想气体计算时可以使用压力远场条件n压力出口的目标质量流量选项（不能用于多相流） 固定压力出口的流量（常数或UDF） 用 TUI可以设置迭代方法n排气扇 / 出风口 用指定的压升/压降系数以及环境压力和温度模拟排气扇或出风口的条件n进风口 / 进气扇 用指定的压降/压升系数以及环境压力和温度模拟进风口或进气扇的条件n对LES/DES模拟的进口边界，在湍流模型一节中介绍A Pera Global Company PERA ChinaOutflown不需要压力或速度信息 出口平面的数据由内部数据外插得到 边界上加入质量流量平衡n所有变量的法向梯度为零 流体在边界为充分发展noutflow 边界针对不可压缩流动 不能和压力进口同时使用（必须和速度进口一起使用） 不能用于变密度的非稳态流动n有回流时收敛性很差. 最终解如有回流，不能使用此条件A Pera Global Company PERA China多出口模拟n多出口流动可以使用压力出口或outflow 压力出口 要求知道下游压力，FLUENT计算每个出口的流量比例 Outflow: