计算传热学—CFD软件介绍培训

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[e-mail]联系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.FuelAirCombustorWallManifoldbox1123Nozzle分析流程1.来流条件均匀性非预混模型考虑混合效果2.喷嘴进口非预混模型参数要求高3.喷嘴出口预混模型参数要求高基本原则设定在流体的进、出口可以有利于收敛.在垂直于边界上不应该存在很大的参数梯度.导致不同的结果.减小边界附近的网格扭曲度.导致计算早期误差过大.21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,WallsinletoutletwallinteriorOrifice_plateandorifice_plate-shadow基本流程GambitBoundaryTypeFluidTypeFluentSolverSelectBoundarySetParameters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VelocityInlet定义类型:Magnitude,NormaltoBoundaryComponentsMagnitudeandDirection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.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.InletFlowDirection21(1)2totalstatickTTM2/(1),,1(1)2kktotalabsstaticabskppM221vppstatictotalIncompressibleflows:Compressibleflows: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.可以被用作模拟“Free”面.operatinggaugeabsoluteppp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.可以利用PressureOutlet和Outflowboundaries.PressureOutletsOutflow:出口流量定义如下:mi=FRWi/FRWiwhere0FRW1.FRW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)1orFRW2velocityinletFRW1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.ExhaustFan/OutletVent给定压力损失系数（压力降）以及环境参数InletVent/IntakeFan模拟风扇运动.给定压力损失系数（压力降）以及环境参数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.不需任何参数.symmetryplanesPeriodicBoundaries减小计算量.计算域为周期性运动区域.周期性旋转:周期面上p=0.周期性平动:在周期面上允许有限的p.模拟充分发展流.在Gambit中预先定义为translational.Translationallyperiodicplanes2DtubeheatexchangerflowRotationallyperiodicplanes区域定义:FluidFluidzone=求解的流体计算域.确定Fluidmaterial.确定各种源项:质量、运动、能量等定义为多空介质定义旋转等周期性运动.定义各种运动方式.PorousMedia按照流体区域处理.选择PorousZone项.给定压降参数可以模拟多种物理现象硫化床过滤器多孔平面区域定义:Solid只求解热平衡方程.确定固体类型可以定义内部的热源也可定义各种形式的运动状态.